土壤重金属总量污染评价方法

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土壤重金属总量污染评价方法

常见土壤重金属污染评价方法主要有单因子污染指数法、综合污染指数法、富集因子法、地积累指数法、潜在生态危害指数法等。具体评价方法描述如下。

1、单因子污染指数法

单因子污染指数的计算公式如下:

SCPiii

式中:Pip―污染物i的单项污染指数;Ci―调查点位污染物i的实测浓度;Sip―污染物i的筛选值。

表 土壤单因子污染指数评价标准

等级 内梅罗污染指数 污染等级

I Pip≤1 无污染

II 1<Pip≤2 轻微污染

III 2<Pip≤3 轻度污染

IV 3<Pip≤5 中度污染

V Pip>5 重度污染

2、综合污染指数法

综合指数法是一种通过单因子污染指数得出综合污染指数的方法,它能够较全面地评判其重金属的污染程度。其中,内梅罗指数法(Nemerow index)是人们在评价土壤重金属污染时运用最为广泛的综合指数法。具体方法如下。 (1)将单一调查点位的综合污染指数求和再取平均值,即得到所有调查点位的平均综合污染指数,计算公式如下:

𝑃𝑝̅=1𝑚∑𝑃𝑖𝑝𝑚𝑝=1

式中:Pp̅-所有调查点位的平均综合污染指数;

Pip-污染物i的单项污染指数;

m-调查点位的数量。

(2)内梅罗污染指数

P=√𝑃𝑝̅2+𝑃𝑖𝑝𝑚𝑎𝑥22

式中:P-内梅罗污染指数;

Pp̅-为单因子污染指数 平均值;

Pipmax-表示单因子污染指数最大值。

表 土壤内梅罗污染指数评价标准

等级 内梅罗污染指数 污染等级

I P≤0.7 清洁(安全)

II 0.7<P≤1 尚清洁(警戒限)

III 1<P≤2 轻度污染

IV 2<P≤3 中度污染

V P>3 重污染

3、富集因子法

富集因子是分析表生环境中污染物来源和污染程度的有效手段,富集因子(EF)是Zoller等(1974)为了研究南极上空大气颗粒物中的化学元素是源于地壳还是海洋而首次提出来的。它选择满足一定条件的元素作为参比元素(一般选择表生过程中地球化学性质稳定的元素),然后将样品中元素的浓度与基线中元素的浓度进行对比,以此来判断表生环境介质中元素的人为污染状况。

)()(BBCCrefnrefnEFsamplebackround

式中:Cn为待测元素在所测环境中的浓度;

Cref为参比元素在所测环境中的浓度;

Bn为待测元素在背景环境中的浓度;

Bref为参比元素在背景环境中的浓度。

表 富集因子与重金属污染程度的关系

富集系数EF 重金属污染程度

EF<2 无污染 轻微污染

2≤EF<5 中污染

5≤EF<20 重污染

20≤EF<40 严重污染

EF≥40 极重污染

4、地积累指数法

地积累指数法是德国海德堡大学沉积物研究所的科学家Muller在1969年提出的,用于定量评价沉积物中的重金属污染程度。

Igeolog2BECni5.1

式中:Ci为样品中第i种重金属元素的平均浓度( mg/kg ), BEn是所测元素的平均地球化学背景值,通常为全球页岩元素的平均含量(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn依次为13、0.4、62、45、0.35、68、34、118 mg/kg),1.5是用来校正由于风化等效应引起的背景值差异的修正指数。

表 沉积物重金属地累积指数分级与污染程度之间的相互关系

地累积指数(Igeo) 地累积指数分级 污染程度

Igeo≥5 6 极重污染

4≤Igeo<5 5 重污染 极重污染

3≤Igeo<4 4 重污染

2≤Igeo<3 3 中污染 重污染

1≤Igeo<2 2 中污染

0≤Igeo<1 1 无污染 轻微污染

Igeo<0 0 无污染

5、潜在生态危害指数法

潜在生态危害指数法由瑞典科学家Hakanson提出(Hakanson,1980),是根据重金属性质及其在环境中迁移转化沉积等行为特点,从沉积学的角度对土壤或者沉积物中的重金属进行评价。该方法首先要测得土壤中重金属的含量,通过与土壤中重金属元素背景值的比值得到单项污染系数,然后引入重金属毒性响应系数,得到潜在生态危害单项系数,最后加权得到此区域土壤中重金属的潜在生态危害指数[6]。

单个重金属的潜在生态危害指数Ei计算式为: CCTEii0i

式中,Ci为重金属的平均浓度( mg/kg);

C0为参比值,采用全球工业化前沉积物中重金属的最高背景值( As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 依次15、0.5、60、30、0.25、40、25、80 mg/kg ) ;

Ti为重金属的毒性系数( Hakanson 提出As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的毒性系数分别为10、30、2、5、40、2、5、1) 。

多个重金属的潜在生态危害指数RI计算式为:

niiERI1

表 污染指标和潜在生态风险指标等级划分

单一污染物污染系数 单一污染物潜在生态风险系数 潜在生态风险指数

阈值区间 程度分级 阈值区间 程度分级 阈值区间 程度分级

𝐶𝑓𝑖<1 低污染 𝐸𝑟𝑖<40 低污染 RI<150 低风险

1≤𝐶𝑓𝑖<3 中等污染 40≤𝐸𝑟𝑖<80 中污染 150≤RI<300 中风险

3≤𝐶𝑓𝑖<6 较高污染 80≤𝐸𝑟𝑖<160 较高污染 300≤RI<600 高风险

𝐶𝑓𝑖≥6 很高污染 160≤𝐸𝑟𝑖<320 高污染 600≤RI<1200 很高风险

𝐸𝑟𝑖≥320 很高污染 RI≥1200 极高风险