0 引言

绿地土壤是城市生态系统的重要组成部分，是植物生长重要介质，不仅为其上植被提供养料和水分（李晓英等，2021），而且在土壤净化，环境美化、调节气候、城市生态维护等方面起着不可替代的作用（张甘霖等，2003；陈佳林等，2021）。与农田、草地、自然林地土壤不同，城市绿地土壤具有成分复杂、面积较小、受人类活动影响大等特点（滕吉艳， 2021），随着人口增加和城市化进程的加快，绿地中的重金属污染问题日益突出，污染的土壤一旦通过扬尘或手口接触等方式进入人体，就会对人体健康产生不可逆的伤害（陈秀端和卢新卫，2017），如 Cu 超标会损坏细胞膜（纪小凤等，2016）；Ni 含量超标可能会引起鼻咽癌等呼吸道癌症（李广云等， 2011）；Cd 超标会引起骨痛病（崔玉静等，2003）；血液中Pb超标会对人体肝、肾、细胞系统、免疫系统等造成危害（白洁等，2008）。近年来该问题已日益引起相关学者的重视，如汪进等（2021）对成都市工业区绿地土壤研究发现重金属主要污染因子为Cd，其生态风险远高于其他重金属；乔雪等（2019）对齐齐哈尔主城区绿地分析认为居住绿地中的As、公园绿地中的As和Cr、防护绿地中Hg已产生污染，部分元素对儿童存有潜在的非致癌健康风险；杨杉等 （2018）通过对重庆市三种典型绿地研究发现 Cd 和 Pb 均出现富集现象，以道路绿地的富集最为严重； 李一蒙等（2015）发现开封市绿地土壤大部分样点发生了 Cd 重度污染，Zn 中度污染，Pb 和 Cu 轻度污染，总体上属于很严重生态风险；侯佳渝等（2021） 通过对天津市中心城区绿地研究认为大气重金属沉降量的差异是造成不同功能区绿地土壤重金属差异的主要原因。

天津市作为老牌工业城市，中国北方的航运中心、物流中心和现代制造业基地，守住土壤安全对城市可持续发展有着重要意义。目前针对天津市绿地土壤重金属污染研究多聚焦于中心城区，环城四区报道研究较少，随着天津市城区外扩，居住人口增加，无论从城市规划还是健康角度，开展环城四区绿地土壤调查研究都十分必要，本文通过对天津市环城四区不同类型的绿地土壤进行取样分析，查明绿地土壤中重金属元素含量特征、空间变异特征，运用Hankanson潜在生态风险指数法，对绿地土壤中的重金属污染物进行潜在生态风险评价，以期为天津市绿地开发利用，污染管控及合理规划提供一定的依据。

1 研究区概况

研究区主要位于天津市环城四区，具体为北辰区、西青区、东丽区及津南区，属暖温带半湿润季风型大陆性气候，年平均日照时数2323 h，平均降水量 425 mm，主要的河流有海河、北运河、新开河、永定河、金钟河和洪泥河。地貌形态主要为海积冲积低平原，全区地形平缓，海拔较低。研究区内绿地土壤均为客土，来源主要为天津市四郊五县的潮土，土壤在垂向剖面上分两层：上层为种植层深度在0~30 cm，土壤质地多为中壤土和重壤土；下层为 30 cm以下，土壤成分复杂，多充填有碎砖、砾石等。影响绿地土壤重金属含量的因素主要有土壤母质、气候因素、灌溉因素及人类活动等。

2 样品采集与分析测试

结合天津市环城四区绿地现状，对绿地土壤样品采取控制性取样，取样深度为 0~30 cm，共采集样品 200 件，点位分布图如图1 所示，样品采集按照 《天津市园林绿化土壤质量标准》（DB/T29-226-2014）中方法进行混合取样，根据绿地面积大小，垂直采集5~15个分样点，混合均匀后装入干净布袋中 （大于 1500 g），自然风干后用 10 目尼龙筛过筛，取 200 g装入纸袋作为分析备用。

土壤重金属控制指标主要参照建设部《绿化种植土壤标准》（CJ/T340-2016），对 Cr（总铬）、Ni、Cu、 Zn、Pb、As、Hg、Cd 进行测试，测试单位为天津市地质矿产测试中心，测试方法及检出限如表1所示，样品测试中标准样，准确度和精密度控制在标准要求范围内，各项技术指标的分析合格率均为 100%，样品质量能够满足要求。

3 绿地土壤重金属含量特征

3.1 土壤重金属参数统计特征

运用 SPSS19. 0 软件对 200 件绿地土壤重金属元素含量进行数据分析，为消除极端值对参数的影响，采用平均值±3 倍方差的方法，对数据进行迭代剔除，结果如表2所示，环城四区绿地土壤中Cr、Ni、 Cu、Zn、Pb、As、Hg、Cd平均含量分别为71.68 mg/kg、 32.43 mg/kg、33.76 mg/kg、101.73 mg/kg、28.12 mg/ kg、11.47 mg/kg、0. 07 mg/kg和0.19 mg/kg。

变异系数由大到小依次为：Hg>Cd>Cu>Zn>As>Pb>Ni>Cr。指标Hg和Cd的变异系数最高为57%和 28%，在绿地土壤中分布不均，具有很强的空间变异性，受人类活动关系密切；Cu、Zn、As变异系数20%~25%，这三种指标在绿地土壤中具有较大的变异性； Pb、Ni、Cr指标变异系数均小于 20%，说明这几种指标在土壤中分布均匀，受外界影响小，元素富集及贫化现象不明显。

参照建设部《绿化种植土壤标准》（CJ/T340-2016），环城四区绿地平均含量均小于绿化种植土壤标准中二级筛选值，土壤整体较好，Ni、Pb、As、Hg 元素均未超标，Cr、Cu、Zn、Cd 元素超标率分别为 1.5%、0.5%、3.5% 和 4.5%，超标样品点呈零星散状分布，Cd超标率相对较高。为研究环城四区绿地 8 项重金属富集贫化规律，本文采用与天津市土壤背景值对比的方法，土壤背景值是一个相对的概念，指在自然作用和人类长期活动共同作用下，相对稳定的含量特征值，是衡量一个地质单元或一定区域土壤元素含量的重要参考值（成杭新等，2014； 刘阳，2019；王乔林等，2021；朱鑫等，2021）。表1中比值K为绿地土壤指标平均值与天津市表层土壤背景值之比，研究发现K值自高至低依次是Hg>Cd>Zn >Cu>Pb>As>Ni>Cr。Hg、Cd和Zn这3种元素在绿地土壤中明显富集，K 值为 1.23~2.33，变异系数也相对较高，反映出这些绿地土壤元素与人类的改造活动有一定的影响；K 值为 0.93~1.13 的元素有 Cu、 Pb、As、Ni，这些元素与土壤背景值相差不大，表明其基本保留了成土母质状况；比值K小于0.93的元素有Cr，主要受到土壤淋滤作用的影响。

3.2 不同绿地类型土壤重金属含量特征

天津市环城四区绿地类型主要有防护绿地、工业绿地、公共绿地、公园绿地、街旁绿地、居住绿地6 类。由统计计算所得不同类型的绿地土壤均值可以看出（表3），6类绿地中 Cu、Zn、Pb、Hg、Cd元素含量均高于天津市土壤背景值；Cr、Ni 等含量均低于天津市土壤背景值；As元素含量除在居住绿地中略高于天津市土壤背景值外，其余 5 种绿地均低于天津市土壤背景值；居住绿地中的 Hg含量均值最高，为0.12 mg/kg，远高于其他几种类型的绿地；绿地土壤中 Cd 含量表现为防护绿地>居住绿地>工业绿地=公共绿地>街旁绿地>公园绿地；Cr、Ni、Cu、Pb、 As在不同绿地类型中含量相差并不显著；居住绿地中Zn含量远高于防护绿地、工业绿地、公共绿地、公园绿地和街旁绿地。总体而言，居住绿地中重金属含量略高于其余5种绿地。

4 重金属潜在生态风险评价

土壤重金属污染是土地调查中重点关注的问题，土壤重金属具有容易积累、隐蔽性高、毒害性强、污染难以恢复等特点，又因城市绿地与人类活动密切相关，自然得到人们的重视（Szolnoki et al.， 2018；Islam et al.，2018；江山等，2019；张杰等， 2019），本文采用Hankanson提出的潜在生态风险指数法（韩平等，2015；张倩等，2015；李春芳等，2018； 陈为峰等，2019；代静等，2020；任晓辉等，2020；姚万程等，2021）对环城四区绿地进行生态风险评价，具体算法如下所示：

$\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{r}}^i=T_r^i{C}_s^i/C_n^i\\ RI=\sum _1^{\mathrm{n}}{E}_{\mathrm{r}}^i=\sum _1^n{T}_r^i{C}_s^i/C_n^i\end{array}$

式中，E_rⁱ 表示的是单一重金属潜在生态风险因子；C_sⁱ 为单项重金属i在土壤中的实测值；C_nⁱ 为重金属 i 的参比值（本文采用的是天津市表层土壤背景值与《绿化种植土壤标准》二级筛选值两者间的最低值）；T_rⁱ 为重金属 i 的生物毒性响应系数，反映的是重金属 i 的毒性水平和生物对其敏感程度；RI 为多金属潜在的生态危险系数。T_rⁱ 系数的确定依据徐争启等（2008）研究成果，Pb、Cu、As、Cd、Cr、Hg、Zn、 Ni的毒性系数分别为：5、5、10、30、2、40、1、5。假设土壤中重金属无超标，即C_sⁱ / C_nⁱ =1时，所有重金属中最大的毒性系数为 Hg=40，故 E_rⁱ一级限值定为 40，其他风险等级界限值依次加倍。关于多金属潜在生态风险分级标准，考虑到与其他地区横向可对比性，本文采用一级限值为150，其他风险等级界限值依次加倍的分级办法，E_rⁱ 单一重金属潜在生态风险与RI多金属潜在的生态危险分级标准见表4。

单一重金属的潜在生态风险因子结果显示，由大到小依次为 E_rⁱ（Hg）=158.84>E_rⁱ（Cd）=52.34>E_rⁱ（As）=9.56>E_rⁱ（Pb）=6.42>E_rⁱ（Cu）=6.29>E_rⁱ（Ni）= 4.67>E_rⁱ（Cr）=1.91>E_rⁱ（Zn）=1.41，除 Hg、Cd 外，其余金属潜在生态风险因子均小于40，属轻度生态危害。Hg 与 Cd 的风险因子较高，分别为强烈生态风险和中度生态风险，其主要原因一是两者本身在绿地土壤中含量高于天津市表层土壤背景值数倍；二是两者毒性系数本身就较高（Hg为40，Cd为30），两种因素叠加造成Hg、Cd潜在生态风险因子较高。

不同绿地类型土壤对比分析发现（表5），第一影响因子均为 Hg，其次是 Cd，居住绿地相对风险较大，经实地调查发现居住绿地样品中 Hg 和 Cd 的污染主要来源于污水乱排和垃圾乱堆，对此应引起足够重视，防止污染进一步恶化。

潜在生态风险指数统计结果表明，环城四区绿地土壤 RI=241.42 为中等生态风险，Hg、Cd 两种元素贡献率分别为 65.79% 和 21.68%，为主要的影响因素。不同类型绿地 RI 自大到小依次是居住绿地 （RI=349. 05）>防护绿地（RI=276.41）>公园绿地 （RI=224.49）>公共绿地（RI=210.98）>工业绿地 （RI=199.94）>街旁绿地（RI=185. 014）。居住绿地潜在生态危害最高，中等风险以上级别占比达 27.27%；工业绿地和街旁绿地生态危害较低，轻度生态风险等级占比分别为 60.71% 和 53.49%；街旁绿地生态危害最低，中度生态风险程度及以下占比 88.37%（表5）。

重金属生态危害较高的样品多呈零星点状分布，结合野外实地调查与访问情况，推测居住绿地生态危害高的原因是部分居住小区绿地存在管理不善、垃圾乱堆、污水乱泼的问题；防护绿地生态危害相对较高原因是防护绿地样品多位于城市主干道，如快速路和外环路周边，车辆密集，尾气较多，此外还存在废渣和废水排放现象。为保障居民生命健康安全，必须对污水乱排，垃圾乱堆现象严加治理，进一步加强污染管控和生态保护力度。

5 结论

（1）天津市环城四区绿地土壤中 Hg 和 Cd 的变异程度最高，可能与人类活动关系密切；Cu、Zn、As 具有较大的变异性；Pb、Ni、Cr在土壤中分布均匀。

（2）与绿化种植土壤二级筛选值相比，环城四区绿地土壤整体较好，重金属含量平均值均未超标；与天津市表层土壤背景值相比，6类绿地中 Hg、 Cd 和 Zn 明显富集，Cu、Pb、As、Ni 接近其土壤背景值，Cr 低于天津市表层土壤背景值。6 类绿地类型中Cu、Zn、Pb、Hg、Cd元素含量均高于天津市土壤背景值，居住绿地中重金属含量略高于其余5种绿地。

（3）潜在生态风险评价结果表明，Hg 为强烈生态风险，Cd为中等生态风险，其余属轻度生态危害； 环城四区绿地潜在生态指数统计RI=241.42为中等生态风险，Hg和Cd为主要的影响因素，贡献率分别为为 65.79% 和 21.68%，居住绿地的土壤重金属生态风险相对较高。

致谢 本文得到“天津市中心城区周边环境地球化学调查评价”项目董路阳、赵玉园、侯建涛、张亚娜、胡志明、王卫星、李攻科等人支持，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所杨帆博士对该论文提出了大量宝贵的修改意见，在此一并致以诚挚的感谢!

参考文献