佛山市陶瓷工业区土壤氟化物含量特征及污染评价
来源:用户上传
作者:张学平 王冰清 丁岳炼 陈杰 万利鑫
摘要：為了解佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物污染情况，本研究通过实地调查取样、实验室测定，利用地质累积指数法、单项污染指数法、潜在生态危害指数法等评价方法对佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物污染进行了综合评价。结果表明：佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物平均含量为902.02 mg·kg-1，其中三水区、南海区、禅城区、高明区平均含量分别为1 399.11mg·kg-1、935.17mg·kg-1、875.35mg·kg-1、580.93mg·kg-1。以广东省土壤氟化物背景值作为评价标准，地质累积指数评价结果显示，佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物属轻度-中度污染等级;以我国地氟病发生区土壤总氟平均含量作为评价标准，单项污染指数评价和潜在生态危害指数评价结果显示，佛山陶瓷工业周边土壤氟化物属轻微污染等级，潜在生态风险为中等风险;以我国居住用地土壤氟化物标准作为评价标准，单项污染和潜在生态危害指数评价结果表明佛山陶瓷工业区土壤未受氟化物污染，潜在生态风险为低风险。总体上看佛山市陶瓷工业区周边土壤受氟化物污染程度较低，潜在生态风险较低。
关键词：陶瓷工业;氟化物;污染评价;土壤
中图分类号：X825 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）06-000-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.001
Content characteristics and pollution assessment of soil fluoride in Foshan ceramic industry area
Zhang Xueping，Wang Bingqing，Ding Yuelian，Chen Jie，Wan Lixin
（Forestry Science Research Institute of Foshan，Foshan Guangdong 528222，China）
Abstract：In order to understand the situation of fluoride pollution in Foshan ceramic industry area， the study comprehensively evaluated the soil fluoride pollution by field investigation， sampling， laboratory measurement，and use geological accumulation index method， single pollution index method， potential ecological hazard index method.The results showed that the average content of fluoride in the soil around Foshan ceramic industrial zone was 902.02 mg·kg-1，the average contents of Sanshui District，Nanhai District， Chancheng District and Gaoming District are 1 399.11mg·kg-1， 935.17mg · kg-1， 875.35mg · kg-1 and 580.93mg · kg-1， respectively.Taking the background value of soil fluoride in Guangdong Province as the evaluation standard，the evaluation results of geological accumulation index show that the soil fluoride around the ceramic industrial zone in Foshan City belongs to light medium pollution level.Based on the average content of total fluorine in the soil of endemic fluorosis areas in China，the results of single pollution index evaluation and potential ecological hazard index evaluation show that the soil fluoride around Foshan ceramic industry belongs to slight pollution level，and the potential ecological risk is medium.The results of single pollution and potential ecological hazard index showed that the soil in Foshan ceramic industrial zone was not polluted by fluoride，and the potential ecological risk was low.On the whole， the soil around Foshan ceramic industrial zone is less polluted by fluoride， and the potential ecological risk is low.
Key words：Ceramic industry;Fluoride;Pollution assessment;Soil 陶瓷工业是我国传统的制造工业，在我国的发展具有悠久的历史，近年来陶瓷工业的迅猛发展，为社会发展创造了大量的经济效益，但同时陶瓷工业又是一个高耗能、高污染的产业。在生产陶瓷的过程中需要用燃料煅烧陶土及胚料、釉料等，高温下会产生大量的有害物质，如CO、SO2、NOX、氟化物和粉尘等[1]，若在生产末端不进行有效的清洁处理，所排放的废气、废水、废渣会对周边环境造成较大的污染与破坏，尤其是氟及其化合物引起的污染对人类健康影响较大。氟是积累性毒物，在自然界中一般以氟的化合态形式存在[2]。陶瓷工业中，氟化氢等气态氟化物若直接排放于空气中，将会造成严重的大气污染。气态氟化物经雨水淋洗沉降地面，将会污染土壤和水源，甚至影响农作物的生长发育，并在农作物内富集，最终通过食物链进入人体[3]。人体摄入过量氟会引起氟中毒，造成人体内酶活性降低，破坏代谢平衡，表现为影响牙齿和骨骼的发育[4]。因此，对土壤中氟化物含量的监测至关重要。
佛山是我国著名的历史文化名城，也是我国重要的陶瓷生产基地，有陶艺之乡、南国陶都的美称[5]，市辖禅城区、顺德区、南海区、三水区和高明区5个行政区，陶瓷工业区在各行政区均有分布。近年来，属地政府对陶瓷工业进行了转型升级，大部分陶瓷生产企业已搬迁或进行设备改造升级。现存的及已搬迁的陶瓷工业区周边土壤受氟化物污染状况如何，目前针对这一状况的研究还未见报道。因此，了解佛山陶瓷工业区周边土壤氟化物含量情况对佛山陶瓷工业的健康可持续发展以及产业的转型升级意义重大。本文对佛山陶瓷工业区周边土壤氟化物含量情况进行了系统的调查研究，并对氟污染程度做出系统评价，拟为陶瓷工业的产业升级与污染防治提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 土壤的采集与处理
根据佛山市各行政区陶瓷工业周边土壤的整治和改造情况，最终确定了禅城区、南海区、高明区及三水区4个行政区中仍在生产或已搬迁的陶瓷工业大型工厂或连片工厂周边土壤为研究对象，兼顾当地地形特征、主导风向以及充分考虑样地的代表性等因素进行布点，在陶瓷工业区周边区域共布设65个采样地，每个样地面积20×20 m，采用对角线布点法，每个样地选取3个样点，分别采集深度为0～20 cm的表层土壤，并将其拌均匀，采用四分法[6]取弃，装入样品袋，贴上标签，注明采集时间、地点、编号。将采集的土壤样本带回实验室，在通风避光的室内自然风干，并剔除石粒及植物残体等杂物，磨碎后过100目筛，最终称取约500g于密封袋中保存备用。
1.2 土壤中氟的测定
主要测定土壤中总氟化物的含量。参考GB/T 22104-2008[6]，采用离子选择电极法测定土壤中氟化物的含量。根据此标准测定土壤氟化物，其相对误差的绝对值不得超过10%，在重复条件下，获得的两次独立测定结果的相对偏差不得超过10%。
1.3 土壤氟化物污染评价方法
1.3.1 地质累积指数法
地质累积指数法[7]是德国科学家Muller提出的用于研究沉积物中某一类污染物污染程度的定量指标，该指数能判别自然地质背景形成或人为活动对环境的影响。地质累积指数计算公式如下：
Igeo=log2[Cn/1.5Bn]
式中，Cn为土壤中氟化物的实测值;Bn为广东省土壤氟背景值429 mg·kg-1 [8];1.5为修正指数，通常用来表征沉积特征、岩石地质及其他影响[9]。Igeo的分级标准参见表1。
1.3.2 单项污染指数法
单项污染指数法[10]是通过评价标准，对某一项污染物进行分析评价的方法，通过指数计算，能够直接明了地看出评价样本的污染状况。单项污染指数计算公式如下：
Pi=Ci / Si
式中，Pi为土壤中氟化物的单项污染指数，Pi越大，污染越严重;Ci为土壤中氟化物的实测值/mg·kg-1;Si为土壤中氟化物的评价标准值/mg·kg-1，此处Si采用我国地氟病发生区土壤总氟的平均值800mg·kg-1[11]和土壤环境质量标准中居住用地土壤氟化物标准 1 000mg·kg-1[12]作为评价标准。Pi的分级标准详见表2。
1.3.3 潜在生态危害指数法
潜在生态危害指数法[13]是由瑞典科学家Hakanson从沉积学的角度提出的，对环境中某一类特定污染物进行生态危害评价的方法。它综合考虑了污染物的含量、毒性水平以及环境对它的敏感程度等多方面协同作用的效果，使评价结果更全面。单一污染物潜在生态危害指数法计算方法如下：
Cf=Cs /Cn （1）
Er=Tr×Cf （2）
式中：Cf为氟化物相对参比值的污染系数;Cs为氟化物的实测含量;Cn为氟化物的评价参比值，本文选取我国地氟病发生区土壤总氟的平均值800mg·kg-1和土壤环境质量二级标准中居住用地土壤氟化物标准1 000mg·kg-1作为参比值;Er为土壤中氟化物的潜在生态危害指数;Tr为氟化物的毒性响应系数，本文参考薛粟尹[14]的研究，氟化物毒性响应系数为1。Er的分级标准详见表2。
2 结果与分析
2.1 佛山市陶瓷工业区土壤氟化物基本含量特征
通过对佛山市各行政区陶瓷工业分布区周边土壤氟化物含量进行分析得知，佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物含量介于209～3 324 mg·kg-1之间，平均含量为902.02 mg·kg-1，高于全国地氟病地区土壤氟化物平均值800 mg·kg-1，但符合我国环境质量标准中居住用地土壤氟化物标准1 000 mg·kg-1。4个区中最高为三水区，平均含量为1 399.11 mg·kg-1，高于我国居住用地土壤氟化物标准，但低于我国工业用地土壤氟化物含量标准2 000 mg·kg-1[14];其次为南海区、禅城区，平均含量分别为935.17 mg·kg-1、875.35 mg·kg-1，高于全国地氟病地区土壤氟化物平均值，但符合我国环境质量标准中居住用地土壤氟化物含量標准;高明区最低，平均含量为580.93 mg·kg-1，高于广东省土壤氟化物背景值429 mg·kg-1，低于全国地氟病地区土壤氟化物平均值。 2.2 佛山市陶瓷工业区土壤氟化物污染评价
2.2.1 地质累积指数评价
通过地质累积指数法对佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物污染程度进行评价，评价结果见表4。佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物地质累积指数为0.28，属于轻度-中度污染，4个区的土壤氟化物污染程度依次为高明区（-0.35）<禅城区（0.36）<南海区（0.40）<三水区（0.83），高明区土壤未受氟化物污染，禅城区、南海区、三水区则为轻度-中度污染等级。
2.2.2 单项污染指数评价
通过单项污染指数法对佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物污染程度进行评价，评价结果见表5。以我国地氟病发生区土壤总氟平均含量作为评价标准，佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物单项污染指数为1.13，污染等级为轻微污染，4个区的土壤氟化物污染程度依次为高明区（0.73）<禅城区（1.09）<南海区（1.17）<三水区（1.76），高明区陶瓷工业区土壤未受氟化物污染，禅城区和南海区为轻微污染，三水区为轻度污染;以居住用地土壤氟化物标准作为评价标准，佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物单项污染指数为0.91，土壤未受氟化物污染，4个区的土壤氟化物污染程度依次为高明区（0.58）<禅城区（0.88） <南海区（0.94）<三水区（1.43），禅城区、高明区、南海区陶瓷工业区土壤未受氟化物污染，三水区为轻微污染。
2.2.3 潜在生态危害指数评价
通过潜在生态危害指数法对佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物潜在生态风险进行评价，评价结果见表6。以我国地氟病发生区土壤总氟的平均值作为参比值，佛山市陶瓷工业区土壤氟化物生态风险指数介于0.26～4.16，平均生态风险指数为1.13，潜在生态风险等级为中等风险。各行政区土壤氟化物平均生态风险指数依次为高明区0.73 <禅城区1.09 <南海区1.17 <三水区1.75，高明区土壤氟化物潜在生态风险为低风险，禅城区、南海区、三水区为中等风险。以居住用地土壤氟化物质量标准作为参比值，佛山陶瓷工业区土壤氟化物生态风险指数介于0.21～3.32，平均生态风险指数0.90，潜在生态风险为低风险，其中高明区、禅城区、南海区为低风险等级，三水区为中等风险等级。
3 结论与讨论
（1）佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物含量平均值高于广东省土壤氟化物背景值，略高于我国地氟病地区土壤氟化物平均值，低于我国居住用地土壤氟化物标准，各区之间土壤氟化物含量平均值有较大的差异，受氟化物污染程度由高到低分别为：三水区> 南海区> 禅城区> 高明区，但均符合工业用地土壤氟化物控制标准。（2）通过地质累积指数法评价发现：佛山市陶瓷工业区周边土壤氟化物地质累积指数为0.28，属于轻度-中度污染，从各区评价结果来看，高明区土壤未受氟化物污染，禅城区、南海区、三水区则为轻度-中度污染等级。（3）通过单项污染指数评价法可知：以我国地氟病发生区土壤总氟平均含量作为评价标准，佛山市陶瓷工业区周边土壤受氟化物污染等级为轻微污染;以居住用地土壤氟化物标准作为评价标准，污染等级为未污染。（4）经过潜在生态危害指数法评价，以我国地氟病发生区土壤总氟的平均值作为参比值，佛山市陶瓷工业区土壤氟化物潜在生态风险等级为中等风险;以居住用地土壤氟化物质量标准作为参比值，潜在生态风险为低风险。（5）综合三种评价方法结果，佛山市陶瓷工业区周边土壤大部分区域受氟化物污染程度较低，但由于氟化物具有累积性的特征，土壤中的氟化物容易被植物吸收在植物中富集，最终随食物链进入人体[3，15]。因此佛山市陶瓷工业周边土壤在尚未治理前应避免直接用作农用地，减少通过农作物被人体摄入的风险。针对今后佛山市陶瓷工业发展，在发展工业的同时要兼顾环境保护，企业应严格遵守陶瓷工业国家行业标准进行设备改造、生产建设，对陶瓷工业产生的污染物应尽可能进行清洁处理，使之达到环境排放标准，减轻对环境造成的影响。
参考文献
[1] 张萍，陈霞.陶瓷工业污染及防治对策探讨[J].科技信息，2009（31）：711-712.
[2] 姚远，王清，孙娟.连云港市土壤中氟化物分析调查研究[J].污染防治技术，2016，29（06）：70-72.
[3]崔俊学，刘丽.土壤中氟的形态与危害[J].广州化工，2009，37（09）：16-17+28.
[4]汤顺林，刘巧利，尚群，等.焦作市某排氟企业周边土壤氟污染研究[J].河南理工大学学报（自然科学版），2009，28（06）：796-800.
[5]周丽华.佛山陶瓷产业可持续发展研究[D].长春：吉林大学，2008.
[6]GB/T 22104-2008，土壤质量 氟化物的测定 离子选择电极法[S].北京：中国标准出版社.
[7]Forstner U，Muller G. Concentrations of heavy metals and polycyclic aromatic hycarbons in river sediments：geochemical background， man’s influence and environmental impact[J]. Geojouranl，1981，417（5）：417-432.
[8]刘凤枝，马锦秋.土壤监测分析实用手册[M].北京：化学工业出版社， 2010.
[9]李绍生.地质累积指数法在义马矿区土壤重金属及氟污染评价中的应用[J].河南科学，2011，29（05）：614-618.
[10]Gallardo K，Job C，Groot S P， et al. Proteomic analysis of Arabidopsis seed germination and priming [J].Plant Physiology，2001，126（2），835-848.
[11]李靜，谢正苗，徐建明，等.我国氟的土壤健康质量指标及评价方法的初步探讨[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2005（05）：593-597.
[12]GB 15618-2008，土壤环境质量标准（修订）[S].北京：中国标准出版社.
[13]Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control.A sedimentological approach [J].Water research，1980，14（8）：975-1001.
[14]薛粟尹，李萍，王胜利，等.干旱区绿洲土壤氟污染生态风险评估研究[J].环境科学，2014，35（03）：1075-1080.
[15]吴代赦，吴铁，董瑞斌，等.植物对土壤中氟吸收、富集的研究进展[J].南昌大学学报（工科版），2008（02）：103-111.
收稿日期：2020-03-18
基金项目：广东省林业科技创新项目（2017KJCX061）;佛山市自筹经费类科技计划项目（2017AB003911）
作者简介：张学平（1981-），男，汉族，高级工程师，研究方向为城市林业。
通讯作者：王冰清（1994-），女，汉族。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15276008.htm
