典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属赋存形态分布特征及生物有效性评价.pdf

第３２卷第９期２０１９年９月环境科学研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ . ３２ ꎬ Ｎｏ . ９Ｓｅｐ . ꎬ ２０１９收稿日期２０１８￣０５￣２４修订日期２０１８￣１０￣０３作者简介郭彦海１９９２￣ ꎬ 男 ꎬ 山东菏泽人 ꎬ ｇｕｏｙｈ＠ｅｂｃｈｉｎａｉｎｔｌ . ｃｏｍ . ｃｎ . ∗ 责任作者 ꎬ 高品１９８２￣ ꎬ 男 ꎬ 江苏无锡人 ꎬ 副教授 ꎬ 博士 ꎬ 主要从事新型污染物污染控制研究 ꎬ ｐｉｎｇａｏ＠ｄｈｕ . ｅｄｕ . ｃｎ基金项目上海市自然科学基金项目Ｎｏ . １７ＺＲ１４００４００ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＳｈａｎｇｈａｉＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ ꎬ ＣｈｉｎａＮｏ . １７ＺＲ１４００４００典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属赋存形态分布特征及生物有效性评价郭彦海１ ꎬ ２ ꎬ 高国龙１ ꎬ 王庆１ ꎬ 王殿二１ ꎬ 张士兵２ ꎬ 高品２ ∗ １ . 光大环境修复江苏有限公司 ꎬ 江苏南京２１１１００２ . 东华大学环境科学与工程学院 ꎬ 上海２０１６２０摘要为考察并掌握典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤中重金属Ｃｄ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｎｉ和Ｚｎ的污染现状 ꎬ 以上海市某生活垃圾焚烧厂为例 ꎬ 研究其周边土壤中重金属赋存形态分布特征及生物有效性 ꎬ 采用Ｔｅｓｓｉｅｒ连续提取法结合电感耦合等离子体发射光谱检测分析表层土壤中目标重金属总量及形态分布 ꎬ 并利用风险评估编码法ＲＡＣ评价其生态风险水平 . 结果表明研究区域土壤中Ｐｂ和Ｚｎ主要以Ｆｅ￣Ｍｎ氧化物结合态和残渣态为主８０％ ꎻ Ｃｒ、Ｃｕ和Ｎｉ则以残渣态为主６０％ ꎻ Ｃｄ虽以残渣态为主５０％ ꎬ 但与其他重金属相比 ꎬ 其碳酸盐结合态占比相对较高 . 生物有效性分析结果显示 ꎬ Ｃｒ、Ｃｕ和Ｎｉ以惰性态为主 ꎬ 生物有效性低 ꎬ 而潜在可利用态Ｃｄ、Ｐｂ和Ｚｎ占比较高 ꎬ 存在较高的释放风险 . 土壤中各重金属潜在生态风险水平由高到低依次为ＣｄＺｎＰｂＣｕＮｉＣｒ ꎬ 其中 ꎬ Ｃｕ、Ｐｂ和Ｚｎ处于低风险水平 ꎬ Ｃｒ和Ｎｉ处于无风险水平 ꎬ 而Ｃｄ处于中等风险水平 . 研究显示 ꎬ 该垃圾焚烧厂周边土壤中重金属已存在不同程度的污染累积 ꎬ 其中 ꎬ 潜在可利用态Ｃｄ的占比较高 ꎬ 已达中等风险水平 ꎬ 应引起重视 . 关键词生活垃圾焚烧厂 ꎻ 重金属 ꎻ 生物有效性 ꎻ 生态风险水平 ꎻ 表层土壤中图分类号Ｘ５３ ꎻ Ｘ８２０ . ４文章编号１００１￣６９２９２０１９０９￣１６１３￣０８文献标志码ＡＤＯＩ１０ 􀆰 １３１９８ ∕ ｊ 􀆰 ｉｓｓｎ 􀆰 １００１￣６９２９ 􀆰 ２０１８ 􀆰 １０ 􀆰 １４ＨｅａｖｙＭｅｔａｌＳｐｅｃｉａｔｉｏｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄＢｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎＳｏｉｌｓＳｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇａＭｕｎｉｃｉｐａｌＳｏｌｉｄＷａｓｔｅＩｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎＰｌａｎｔｉｎｔｈｅＴｙｐｉｃａｌＰｌａｉｎＡｒｅａｉｎＣｈｉｎａＧＵＯＹａｎｈａｉ１ ꎬ ２ ꎬ ＧＡＯＧｕｏｌｏｎｇ１ ꎬ ＷＡＮＧＱｉｎｇ１ ꎬ ＷＡＮＧＤｉａｎ ′ ｅｒ１ ꎬ ＺＨＡＮＧＳｈｉｂｉｎｇ２ ꎬ ＧＡＯＰｉｎ２ ∗ １ . ＥｖｅｒｂｒｉｇｈｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎＪｉａｎｇｓｕＬｉｍｉｔｅｄ ꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１００ ꎬ Ｃｈｉｎａ２ . ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ꎬ ＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ꎬ Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０ ꎬ ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓｔａｔｕｓ ꎬ ｃｈｅｍｉｃａｌｓｐｅｃｉｅｓａｎｄｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆＣｄ ꎬ Ｃｒ ꎬ Ｃｕ ꎬ Ｐｂ ꎬ ＮｉａｎｄＺｎｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｉｌｓｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｍｕｎｉｃｉｐａｌｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎＭＳＷＩｐｌａｎｔｓｉｎｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｐｌａｉｎａｒｅａ ꎬ ａＭＳＷＩｌｏｃａｔｅｄｉｎＳｈａｎｇｈａｉｗａｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅａｎｄｔｈｅＴｅｓｓｉｅｒｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙｃｏｕｐｌｅｄｐｌａｓｍａ￣ｏｐｔｉｃａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｔｏｔａｌａｍｏｕｎｔａｎｄｓｐｅｃｉｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ . ＴｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｉｓｋｓｏｆｔｈｅｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｗｅｒｅａｓｓｅｓｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｃｏｄｅＲＡＣｍｅｔｈｏｄ . ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＰｂａｎｄＺｎｗｅｒｅｍｏｓｔｌｙｂｏｕｎｄｔｏｔｈｅＦｅ￣Ｍｎｏｘｉｄｅｓａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌｆｒａｃｔｉｏｎｓ８０％ ꎬ ｗｈｉｌｅＣｒ ꎬ ＣｕａｎｄＮｉｐｒｉｍａｒｉｌｙｅｘｉｓｔｅｄｉｎｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｆｒａｃｔｉｏｎｓ６０％ . Ｂｙｃｏｎｔｒａｓｔ ꎬ Ｃｄｗａｓｍａｉｎｌｙｉｎｒｅｓｉｄｕａｌｆｒａｃｔｉｏｎｓ５０％ ꎬ ｂｕｔａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｐｏｒｔｉｏｎｗａｓｂｏｕｎｄｔｏｔｈｅｃａｒｂｏｎａｔｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ . ＴｈｅｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔＣｒ ꎬ ＣｕａｎｄＮｉｒｅｍａｉｎｅｄｉｎｉｎｅｒｔｓｔａｔｅｗｉｔｈｌｏｗｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ꎬ ｗｈｅｒｅａｓＣｄ ꎬ ＰｂａｎｄＺｎｈａｄａｈｉｇｈｌｅｖｅｌｏｆｐｏｔｅｎｔｉａｌｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈａｈｉｇｈｒｅｌｅａｓｅｒｉｓｋ . ＴｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｉｓｋｓｏｆｔｈｅｓｅｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｗｅｒｅｒａｎｋｅｄｉｎｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆＣｄＺｎＰｂＣｕＮｉＣｒ ꎬ ｉｎｗｈｉｃｈＣｒａｎｄＮｉｐｒｅｓｅｎｔｅｄｎｏａｎｙｒｉｓｋ ꎬ ｗｈｉｌｅＣｕ ꎬ ＰｂａｎｄＺｎｈａｄａｌｏｗｒｉｓｋ . Ｈｏｗｅｖｅｒ ꎬ Ｃｄｗａｓｆｏｕｎｄｔｏｈａｖｅａｍｏｄｅｒａｔｅ￣ｌｅｖｅｌｏｆｒｉｓｋ . ＴｈｉｓｓｔｕｄｙｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｇｒｅｅｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｈｅｖｉｃｉｎｉｔｙｏｆｔｈｉｓＭＳＷＩｐｌａｎｔ . Ｃｄｈａｄａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｌｅｖｅｌｏｆｐｏｔｅｎｔｉａｌｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅａｃｈｅｄａｍｅｄｉｕｍｒｉｓｋ ꎬ ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏ . Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｕｎｉｃｉｐａｌｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎｐｌａｎｔ ꎻ ｈｅａｖｙｍｅｔａｌ ꎻ ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ꎻ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｉｓｋｌｅｖｅｌ ꎻ ｓｕｒｆａｃｅｓｏｉｌ环境科学研究第３２卷随着城镇化进程的加快 ꎬ 城市生活垃圾焚烧厂对周边环境可能产生的潜在影响已受到广泛关注 [ １￣３ ] . 垃圾焚烧过程除产生常规污染物外 ꎬ 还排放出毒性更强的污染物如多溴联苯醚 [ ４ ] 、二英 [ ５ ] 等 . 我国生活垃圾主要以混合收集为主 ꎬ 不可避免地含有一定量的重金属 [ ６ ] ꎬ 这些含重金属的生活垃圾经焚烧厂焚烧处理后 ꎬ 排放的焚烧烟气中会带有重金属 ꎬ 并通过干湿沉降等方式进入周边土壤中形成累积 . 此外 ꎬ 重金属在不同氧化还原环境下能够发生形态转化 ꎬ 可能会形成一些毒性更强的化合物 ꎬ 从而对土壤生态环境造成严重的污染影响 . 通常认为 ꎬ 重金属总量是评价土壤污染程度的一个重要指标 [ ７ ] ꎬ 但实际多数情况下 ꎬ 重金属总量往往无法确切表征其生物有效性 ꎬ 因此仅采用总量指标难以对重金属的生态风险行为进行精确评价 [ ８￣９ ] . 有研究 [ １０￣１１ ] 表明 ꎬ 重金属在土壤中的赋存形态分布才是决定其生态风险的关键因素 . 重金属的反应活性和生物毒性 ꎬ 及其在生物体内和生态环境中的迁移转化过程与其存在形态密切相关 . 目前 ꎬ 相关研究主要针对燃煤电厂 [ １２￣１４ ] 、矿区 [ １５￣１６ ] 、冶炼厂 [ １６￣１７ ] 等污染源周边土壤中重金属赋存形态分布进行调查和分析 ꎬ 而对生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属的研究主要集中于对其总量分布和污染来源的分析 ꎬ 而对其赋存形态分布特征及生物有效性方面的研究较少 . 因此 ꎬ 该文以典型平原地区上海市某生活垃圾焚烧厂周边表层土壤作为研究对象 ꎬ 通过实地采样检测分析 ꎬ 确定不同重金属含量及其赋存形态分布 ꎬ 并评价其生物有效性 ꎬ 以期为相关地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属污染控制及修复提供参考 . １材料与方法１􀆰 １生活垃圾焚烧厂概况该生活垃圾焚烧厂位于上海市 ꎬ 地处长江三角洲前缘 ꎬ 所在区域为典型平原地区 ꎬ 属亚热带季风性气候 . 焚烧炉设计处理规模为１５００ｔ ∕ ｄ ꎬ 使用往复顺推式机械移动炉排 ꎬ 焚烧烟气经半干法、喷活性炭和布袋除尘净化处理后通过烟囱高空排放 . １􀆰 ２样品采集与预处理该生活垃圾焚烧厂所在区域风场特征主要表现为夏季多东南风、冬季多西北风 . 结合区域地形特点 ꎬ 以生活垃圾焚烧厂作为中心点 ꎬ 采用辐射形布点法 ꎬ 共布设３个同心圆 ꎬ 设定西Ｗ、西北ＮＷ、北Ｎ、东北ＮＥ、东Ｅ、东南ＳＥ、南Ｓ、西南ＳＷ８个采样方向 ꎬ 每个方向分别在同心圆半径６００、１６００和３６００ｍ处各布设１个采样点 ꎬ 共采集２４个表层土壤样品 ꎬ 采样时间为２０１７年３月 ꎬ 各采样点分布如图１所示 . 具体采样方法和预处理方法等见文献 [ １８ ] . 图１采样点分布 [ １８ ] Ｆｉｇ . １Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｍａｐｏｆｓａｍｐｌｉｎｇｓｉｔｅｓ [ １８ ] １ 􀆰 ３土壤ｐＨ、重金属总量及赋存形态测定测定土壤ｐＨ时 ꎬ 先将土样与去离子水按质量比１ ∶ ２􀆰 ５进行混合 ꎬ 然后使用ｐＨ计Ｓ２２０ ꎬ 梅特勒￣托利多国际有限公司 ꎬ 瑞士进行测定 . 所有土壤样品经ＨＮＯ３￣ＨＣｌ￣ＨＦ￣Ｈ２Ｏ２消解处理 ꎬ 步骤如下称取０ 􀆰 ２ｇ土壤样品于消解罐中 ꎬ 依次加入ＨＮＯ３、ＨＣｌ、ＨＦ和Ｈ２Ｏ２后置于微波消解仪Ｅｘｃｅｌ ꎬ 上海屹尧仪器科技发展有限公司 ꎬ 升温至２００ ℃ ꎬ 反应３０ｍｉｎ ꎬ 待冷却后取出进行赶酸 ꎬ 直至白烟冒尽 ꎬ 消解液成黏稠状 ꎬ 然后过滤定容 . 为了避免样品处理过程中发生交叉污染 ꎬ 消解罐及所有玻璃器皿在使用之前均使用浓度为５％的硝酸浸泡２４ｈ ꎬ 然后使用超纯水冲洗多次后烘干待用 . 采用电感耦合等离子体发射光谱ＩＣＰ￣ＯＥＳ ꎬ 珀金埃尔默公司 ꎬ 美国检测分析ｗＣｕ、ｗＣｄ、ｗＣｒ、ｗＰｂ、ｗＮｉ和ｗＺｎ . 每个样品重复测定３次 ꎬ 并使用标准参考样品进行检验 ꎬ 回收率为８７􀆰 ２％１１３􀆰 ５％ . 土壤中重金属赋存形态采用Ｔｅｓｓｉｅｒ连续提取法进行提取 ꎬ 该方法将重金属划分为可交换态、碳酸盐结合态、Ｆｅ￣Ｍｎ氧化物结合态、有机结合态和残渣态５种赋存形态 [ １９￣２０ ] . 将所有样品中各重金属５种赋存形态含量总和与其总量进行对比分析 ꎬ 可得Ｃｕ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｎｉ和Ｚｎ的平均回收率分别约为１０１ 􀆰 ３％、８９􀆰 ６％、１００􀆰 １％、１０１ 􀆰 ４％、１０７􀆰 ３％、９９􀆰 ８％ . １ 􀆰 ４数据处理与分析４１６１第９期郭彦海等典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属赋存形态分布特征及生物有效性评价１􀆰 ４􀆰 １多元统计和空间插值分析采用ＳＰＳＳ１８􀆰 ０对土壤样品中重金属不同形态含量进行描述性统计分析 . 采用ＡｒｃＧＩＳ１０ 􀆰 ２空间分析模块的反距离加权ｉｎｖｅｒｓｅｄｉｓｔａｎｃｅｗｅｉｇｈｔｅｄ ꎬ ＩＤＷ方法进行空间插值分析 ꎬ 其中 ꎬ 权重幂数对反距离加权插值结果影响较大 ꎬ 样本数据点密度越大 ꎬ 相应权重的幂数越小 ꎬ 所得结果整体插值误差越小 . 该研究所布设的采样点空间分布均匀 ꎬ 根据实际样本密度 ꎬ 同时考虑保证风险指数空间分布的准确性 ꎬ 反距离加权插值幂数设定为２ . １􀆰 ４􀆰 ２风险评估编码法可交换态与碳酸盐结合态重金属的迁移性强 ꎬ 在土壤￣水界面上易发生转移 ꎬ 易被微生物所利用 ꎬ 因此生物有效性较高 [ ２１ ] . 风险评估编码法ｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｃｏｄｅ ꎬ ＲＡＣ是一种基于重金属不同赋存形态的评价方法 [ ２２ ] ꎬ 其将重金属可交换态和碳酸盐结合态视为有效部分 ꎬ 通过计算其与重金属总量之比来评价其风险水平 . 根据ＲＡＣ值将重金属风险水平划分为５个等级５０为极高风险 . ２结果与讨论２ 􀆰 １重金属含量水平分布特征研究区域土壤样品的ｐＨ为７􀆰 ０６８ 􀆰 ３２ ꎬ 平均值为７􀆰 ９０ ꎬ 整体呈偏碱性 . 对土壤中ｗＣｄ、ｗＣｒ、ｗＣｕ、ｗＮｉ、ｗＰｂ和ｗＺｎ等进行描述性统计分析 ꎬ 结果见表１ . 由表１可见 ꎬ 土壤中ｗＣｄ、ｗＣｒ、ｗＣｕ、ｗＮｉ、ｗＰｂ和ｗＺｎ的平均值分别为０􀆰 ４、８６􀆰 ７、３５ 􀆰 ４、３４􀆰 ４、２７􀆰 ９和１０５􀆰 ６ｍｇ ∕ ｋｇ ꎬ 均高于上海市土壤背景值 [ ２３ ] ꎬ 同时与前期检测结果 [ １８ ] 相比 ꎬ ｗＣｒ、ｗＣｕ、ｗＮｉ、ｗＰｂ和ｗＺｎ均有所上升 ꎬ 表明这些重金属在垃圾焚烧厂周边土壤中存在不同程度的累积 ꎬ 这可能与其潜在污染源的持续排放及环境条件有关 . 尽管如此 ꎬ 这些重金属元素的平均质量分数均未超过ＧＢ１５６１８１９９５ « 土壤环境质量标准 » [ ２４ ] 二级标准限值 . 其中 ꎬ ｗＣｄ在不同采样点之间差异较大 ꎬ 最大值和最小值之间相差达７􀆰 ９倍 ꎬ 这可能与该生活垃圾焚烧厂周围工厂分布密度和区域主导风向有关 ꎬ 除焚烧烟气排放影响外 ꎬ 研究区域内电光源制造、金属加工、交通运输等人类活动均会向周边环境排放一定量的Ｃｄ [ ２５ ] ꎬ 从而造成其在土壤中的累积 . 表１研究区域土壤重金属描述性统计结果Ｔａｂｌｅ１Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｖｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｓｏｉｌｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ重金属ｗ ∕ ｍｇ ∕ ｋｇ范围平均值标准差上海市土壤背景值 [ ２３ ] ＧＢ１５６１８１９９５二级标准限值 [ ２４ ] 变异系数 ∕ ％Ｃｄ０ 􀆰 １０ 􀆰 ９０ 􀆰 ４０ 􀆰 ２０ 􀆰 １３８０ 􀆰 ６５８ 􀆰 ３Ｃｒ６２ 􀆰 ８１７２ 􀆰 ０８６ 􀆰 ７２７ 􀆰 ６６８ 􀆰 ５２５０３１ 􀆰 ８Ｃｕ１７ 􀆰 ６７１ 􀆰 ２３５ 􀆰 ４１４ 􀆰 ０２７ 􀆰 ２１００３９ 􀆰 ７Ｎｉ２６ 􀆰 ２４３ 􀆰 ９３４ 􀆰 ４５ 􀆰 ０２９ 􀆰 ９６０１４ 􀆰 ６Ｐｂ１４ 􀆰 ３５２ 􀆰 ７２７ 􀆰 ９９ 􀆰 ０２５ 􀆰 ０３５０３２ 􀆰 ２Ｚｎ５９ 􀆰 ８１９７ 􀆰 ５１０５ 􀆰 ６３３ 􀆰 １８１ 􀆰 ３３００３１ 􀆰 ３与国内外其他垃圾焚烧厂周边土壤重金属含量水平相比 ꎬ 该研究区域土壤中ｗＣｄ和ｗＰｂ平均值高于深圳清水河地区０􀆰 １２和２７􀆰 ６ｍｇ ∕ ｋｇ [ ２６ ] 和西班牙Ｔａｒｒａｇｏｎａ地区０􀆰 １５和２５ 􀆰 ７ｍｇ ∕ ｋｇ [ ２７ ] ꎬ ｗＣｒ平均值高于英国Ｎｅｗｃａｓｔｌｅ地区５５ 􀆰 ０ｍｇ ∕ ｋｇ [ ２８ ] ꎬ ｗＣｕ和ｗＺｎ平均值高于重庆北碚地区３１􀆰 ７６和７０ 􀆰 ９８ｍｇ ∕ ｋｇ [ ２９ ] . 在统计分析中 ꎬ 变异系数ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎ ꎬ ＣＶ是标准差的无量纲化表达 ꎬ 能较好地反映数据的波动情况 [ ３０ ] . 根据Ｗｉｌｄｉｎｇ [ ３１ ] 的分类准则 ꎬ 变异系数水平可分为低度变异ＣＶｗＣｕｗＰｂｗＣｒｗＺｎｗＮｉ ꎬ 其中ｗＣｄ的变异系数５８􀆰 ３％最大 ꎬ 已达高度变异水平 ꎬ 表明其受人为因素影响最为显著 ꎻ ｗＮｉ的变异系数１４􀆰 ６％最小 ꎬ 处于低度变异水平 ꎬ 这与笔者所在课题组前期的研究结果 [ １８ ] 相一致 . ２ 􀆰 ２重金属赋存形态分布特征研究区域土壤中不同重金属赋存形态分布如图２所示 . 由图２可见 ꎬ Ｐｂ和Ｚｎ均以Ｆｅ￣Ｍｎ氧化物结５１６１环境科学研究第３２卷图２研究区域土壤中不同重金属赋存形态分布特征Ｆｉｇ . ２Ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｓｏｉｌｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ合态和残渣态为主 ꎬ 占比均在８０％以上 ꎻ Ｃｕ、Ｎｉ和Ｃｒ均以残渣态为主 ꎬ 占比均在６０％以上 ꎻ Ｃｄ以残渣态为主 ꎬ 与其他重金属相比 ꎬ 其碳酸盐结合态占比相对较高 . 通常情况下 ꎬ 重金属可交换态在５种赋存形态中的生物有效性最高 ꎬ 对生态环境危害较大 . 由图２可见 ꎬ 可交换态Ｃｄ在１３个土壤样品中均被检出 ꎬ 相应的占比变化范围为０ 􀆰 ３％８ 􀆰 ３％ . 可交换态Ｚｎ在２２个土壤样品中均被检出 ꎬ 相应的占比变化范围为０􀆰 １％１ 􀆰 ０％ . 相比之下 ꎬ 可交换态Ｐｂ和Ｃｕ的检出率略低 ꎬ 均为３３􀆰 ３％ ꎬ 而可交换态Ｃｒ和Ｎｉ在所有土壤样品中均未被检出 . 碳酸盐结合态Ｃｄ的占比较高 ꎬ 为５􀆰 ７％３３ 􀆰 ４％ ꎬ 由于碳酸盐结合态易受环境介质ｐＨ的影响而发生形态转变 [ ３２ ] ꎬ 因此当环境介质ｐＨ降低时 ꎬ 碳酸盐结合态Ｃｄ面临被重新释放出来的风险 . Ｐｂ以Ｆｅ￣Ｍｎ氧化物结合态为主 ꎬ 相应的占比变化范围为３９􀆰 ２％７８􀆰 ７％ ꎬ 这可能是由于Ｆｅ￣Ｍｎ氧化物与Ｐｂ２＋之间结合能力较强所致 . Ｃｄ以Ｆｅ￣Ｍｎ氧化物结合态为主 ꎬ 占比为４􀆰 ５％６２􀆰 ２％ . Ｃｕ在土壤中主要以有机结合态存在 ꎬ 平均占比为１３􀆰 ２％ . 重金属残渣态主要体现地球化学背景原生状况 ꎬ 性质稳定 ꎬ 难以被生物所利用 ꎬ 一般认为其对生态环境没有毒害作用 . 笔者分析结果表明 ꎬ 该生活垃圾焚烧厂土壤中残渣态Ｃｒ占比８９ 􀆰 １％最高 ꎬ 而残渣态Ｐｂ占比６１６１第９期郭彦海等典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属赋存形态分布特征及生物有效性评价３３􀆰 ８％最低 . ２􀆰 ３重金属生物有效性分析将重金属不同赋存形态测定结果划分为可利用态可交换态、潜在可利用态碳酸盐结合态、Ｆｅ￣Ｍｎ氧化物结合态和有机结合态和惰性态残渣态进行评价 ꎬ 结果见表２ . 由表２可见 ꎬ 土壤中惰性态Ｃｒ占比最高 ꎬ 达８９ 􀆰 ０６％ ꎬ 而潜在可利用态占比１０􀆰 ９４％最低 ꎻ 潜在可利用态与惰性态Ｃｕ和Ｎｉ占比相当 ꎬ 可利用态Ｃｕ占比约为０ 􀆰 ０４％ ꎬ 而Ｎｉ未检出可利用态 ꎻ 潜在可利用态Ｐｂ和Ｚｎ占比分别高达６６ 􀆰 １３％和５１􀆰 １６％ ꎬ 但可利用态占比分别仅为０􀆰 １０％和０ 􀆰 ３９％ ꎻ 可利用态和潜在可利用态Ｃｄ占比之和为４３ 􀆰 ２４％ ꎬ 其中 ꎬ 可利用态占比为１􀆰 ８０％ ꎬ 这可能与该生活垃圾焚烧厂周边土壤中Ｃｄ污染程度较高有关 ꎬ 因为重金属可交换态、碳酸盐结合态和Ｆｅ￣Ｍｎ氧化物结合态的质量分数会随其污染程度的增加而升高 [ ３３ ] . 综上 ꎬ 研究区域土壤中潜在可利用态Ｃｄ、Ｐｂ和Ｚｎ占比４１􀆰 ４４％６６􀆰 １３％较高 ꎬ 这部分可能会因为土壤ｐＨ和氧化还原条件的变化而发生溶解释放 ꎬ 从生物有效性角度进行评价 ꎬ 这３种重金属的潜在