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随着城镇化快速发展，我国城市垃圾的总量急剧增加，其中生活垃圾产生量从1979年的0.25亿吨[1 − 2]增长到2021年2.49亿吨[3]（以清运量计），年平均增长率为5.21%，“垃圾围城”已经成为制约城市发展，影响市民生活质量的重要因素之一[4]. 城市生活垃圾的生命周期为：居民区生活垃圾产生点（以垃圾桶为代表）经由垃圾车运输至垃圾收集点（垃圾中转站），待垃圾分拣中心对生活垃圾分类后，最后集中运到垃圾处理终端（垃圾焚烧厂、垃圾综合处理园区）统一对垃圾进行无害化处理[5]. 当前大部分研究主要针对垃圾处理终端（垃圾填埋场[6 − 8]、垃圾综合处理园区[9 − 10]、垃圾焚烧厂[11 − 14]等）周边土壤重金属的污染研究，城市中较为分散的垃圾中转站周围土壤重金属污染评估却鲜有研究. 垃圾在中转站处理的过程中，含有的重金属经垃圾渗滤液释放到土壤，易在土壤中积累，给人类健康和生态安全带来潜在危害[15]. 垃圾中转站周边土壤中重金属含量除可能受到生活垃圾自身渗滤液的影响外，还可能受到各种人类活动（农业活动、工业生产和交通运输等）的影响. 因此，开展垃圾中转站周围土壤重金属污染和生态风险评价，对开展区域性土壤污染防治具有重要意义.
合理、准确地评价土壤环境质量可为土地资源的有效利用和土壤污染风险管控提供重要依据. 以往的研究中，学者们多采用地累积指数[16]、内梅罗污染指数[17]、污染负荷指数[18]、潜在生态风险指数[19]等方法评估土壤重金属的污染风险程度. 然而在实际运用中，内梅罗指数注重指数最大值的重金属污染物的危害性，导致对土壤污染程度分级不精确，评价有所偏差[20]；潜在生态风险虽然考虑了毒性反应因素，但由于重金属种类和数量的增加，结果可能被夸大[21]，且该方法没有考虑重金属赋存形态的影响[22]. 基于此，有关学者对污染评价方法进行改进[23 − 24]，改进的内梅罗污染指数（INI）将污染因子（PI）替换为地累积指数（Igeo），可以评估所有重金属的总体生态风险. Men等[25]将内梅罗污染指数（NIPI）与潜在生态风险（RI）相结合，提出了改进后的生态风险评价（NIRI）. 已有学者[26 − 29]采用改进后的内梅罗污染指数和改进后的潜在生态风险进行重金属污染研究，但有关于INI、NIRI与NIPI、RI进行对比分析的研究相对较少.
此外，在进行土壤重金属污染评价时，一些学者所采用的参比值往往相对单一，难以准确反映土壤污染状况和风险. 姜冰等[30]认为选择相关标准为潜在生态风险评价的参比值时，高于标准值则污染风险大，低于标准值则污染风险小，评价结果直接反映了重金属的污染程度；而选择背景值为参比值时，除在一定程度上反映污染风险外，还可客观反映重金属在区域背景下的富集程度. 因此，本文选取中国潮土背景值[31]和农业用地风险筛选值[32]为参比值进行土壤重金属污染和风险的评估.
开封作为八朝古都，国务院首批公布的24座历史文化名城之一，面临着经济快速发展和环境保护的艰巨任务，土壤污染问题亟待解决. 本研究选取开封市区内11个垃圾中转站为研究对象，测定其周围土壤中重金属Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni的含量，以中国潮土背景值和风险筛选值为参比值，采用内梅罗污染指数（NIPI）和改进型内梅罗污染指数（INI）、潜在生态风险指数（RI）和改进型潜在生态风险（NIRI）分别评价重金属污染程度及生态风险，以期为城市土壤重金属生态风险防控和修复治理提供理论依据.
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开封位于河南省中东部的黄淮平原，经纬度为113°52′15"—115°15′42"E，34°11′45"—35°01′20"N，气候属于暖温带大陆性季风气候，年均降水量636 mm，年均气温14 ℃；成土母质为黄河冲积物，土壤类型主要为黄潮土，质地偏砂，多为粉壤土和砂壤土[33]； 土壤pH介于4.08—8.43之间，呈弱碱性[34]. 孙艳丽等[35]对开封市城市土壤性质进行研究，开封城区土壤呈碱性，pH平均值为8.58，开封市土壤有机质由东向西呈环状递减. 刘德新等[36]研究表明，开封市城市土壤中As、Cd、Hg含量逐年升高，Cd、Hg元素富集明显. 马建华等[37]对开封市城市土壤状况调查发现，Cd是主要的污染因子. 2022年开封市常住人口为478.30万人，人口密度为842人·km−2，截至2020年，开封市垃圾焚烧处理厂全年处置生活垃圾42.3×104 t，平均每人生活垃圾产量为每年0.087 t[38]. 研究区11个垃圾中转站分布情况如图1所示.
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样点布设主要依据城市土壤样品采集点布设规范《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166—2
004 ），在野外调查与室内分析的基础上，距离每个垃圾中转站0 m、15 m和50 m分别设置采样点（表1）. 每个采样点按梅花形布点法，经四分法充分混匀后，获得土样1 kg，带回实验室待测，并记录采样点和周边环境信息. 土壤样品在室内自然风干，除去石块和植物，用玛瑙研钵研磨后过0.149 mm筛. 土壤样品采用HNO3-HF-HCIO4消解体系，使用电感耦合等离子体质谱仪（美国热电，X series2）测定土壤中重金属Cr、Ni、Cd、Cu、Pb和Zn的含量，样品在测试过程中，每个样品设3个平行样，质量控制采用国家土壤标准参比物质（GSS-24）进行，误差保持在5%以内，回收率为81%—109%，测量结果均在允许的误差范围内. -
内梅罗污染指数（Nemerow integrated pollution index，NIPI）是环境污染评价中使用较为广泛的一种评价方法，该方法可以全面了解土壤环境质量的综合污染状况[39]，公式如下：
式中，Ci为重金属i的浓度，Si为重金属i的参考水平，PI是每种重金属的污染指数，PIave和PImax是所研究重金属PI的平均值和最大值. NIPI分级标准见表2.
改进型内梅罗指数法（Improved Nemerow index，INI）可以评估所有重金属造成的整体污染[40]. 由于地累积指数只能评估单个重金属的污染水平，而内梅罗污染指数可能会夸大或缩小一些污染物的影响，导致对污染程度等级的不准确，因此采用改进后的内梅罗污染指数. 计算公式为：
式中，Igeo（max）和Igeo（avg）分别为重金属中Igeo的最大值和平均值；Igeo为地累积指数；Cn为土壤重金属n实测值；Bn为土壤重金属n背景参比值；K为成岩作用可能对背景值的影响，修正值K取1.5. INI分级标准见表2.
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潜在生态风险指数法（Potential ecological risk index，RI）是瑞典科学家Hakanson（1980）提出的方法，这种评价方法和生态学、环境学以及生物毒理学密切相关，是通过定量法对重金属的潜在性危险程度进行准确划分[41]. 其公式如下：
式中，Eir为重金属i的潜在生态风险指数；Tir为重金属i的毒性响应系数，Cd、Pb、Cu、Ni、Cr 和Zn的毒性系数分别为30、5、5、5、2、1；Ci为土壤重金属实测值（mg·kg−1）；Bi为土壤重金属的背景值（mg·kg−1），本文分别以中国潮土背景值和风险筛选值为例. 由式（5）可知RI的大小与污染物的种类和数量有关，污染物的数目越多、毒性越强，则RI值越大. 因此，在实际应用中，应根据具体研究的污染物种类和毒性对Hakanson的Er和RI分级标准进行调整[42]，调整后的RI分级标准见表2.
改进型潜在生态风险（Nemerow integrated risk index，NIRI）可以更准确地评价多种重金属的综合效应[25]，该指数综合了潜在生态风险指数和内梅罗综合污染指数的优点，考虑了环境污染物对生物群的毒性及每种重金属的毒性反应因子. NIRI的计算公式如下：
式中，Eir(max)和Eir(ave)分别为Eir的最大值和平均值. NIPI、INI、RI和NIRI的分级标准见表2所示.
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距垃圾中转站不同距离处采样点土壤重金属含量见表3，土壤重金属（Zn、Cr、Cu、Pb、Ni、Cd）含量平均值依次为97.68、44.64、26.63、24.08、23.08、0.32 mg·kg−1，均低于农用地土壤污染风险筛选值（GB15618—2018），与建设用地土壤风险筛选值[43]相比，除Cr和Zn元素外，其他4种元素的含量平均值也均低于建设用地土壤风险筛选值，表明垃圾中转站周围土壤环境质量整体较好；与中国潮土背景值相比，除Ni和Cr低于中国潮土背景值外，其他重金属（Cu、Zn、Cd和Pb）平均值均高于中国潮土背景值，分别是背景值的1.10、1.37、3.20、1.10倍. 总体来看，距垃圾中转站15 m的土壤中重金属Pb的含量较高，平均含量为24.40 mg·kg−1，距垃圾中转站50 m的土壤中Ni、Cu、Cr、Zn和Cd的含量较高，平均含量分别为26.70、26.92、49.18、108.99、0.36 mg·kg−1. 垃圾中转站周边土壤重金属污染来源除了受垃圾站生活垃圾物质组成的影响，另一方面还受当地人类活动及大气沉降的影响.
依据变异系数（CV）评价标准[44]，所有采样点（n=24）各重金属的CV依次为：Zn>Cd>Pb>Cu>Ni>Cr，其中Zn和Cd的CV大于36%，属于强变异，表明其空间离散性大，受人类活动影响大，Ni、Cu、Pb和Cr的CV在16%—36%之间，属于中等变异，可能同时受到人类活动和成土母质的影响. 以上结果表明，Zn和Cd是研究区土壤的主要污染元素.
所有样点不同重金属含量分布箱线图见图2，在所有采样点中，Ni、Cu、Pb、Cr和Zn元素的重金属含量均低于农用地土壤污染风险筛选值，只有Cd元素有12.5%的样品超过土壤污染风险筛选值. 与中国潮土背景值相比，所有重金属均有部分样点高于中国潮土背景值，所有样点中除Cd元素的超标率为100%外，Ni、Cu、Pb、Cr和Zn元素的超标率分别为16.67%、41.67%、41.67%、4.17%和54.17%. 总的来说，研究区绝大部分样点的土壤重金属含量未超过农用地土壤风险筛选值，而只有少部分样点的重金属含量高于中国潮土背景值.
与开封市不同区域土壤重金属[45 − 46,21]污染对比发现（表4），研究区6种重金属含量均低于同城的城乡交错区、污灌区和生活垃圾填埋场附近土壤重金属含量. 与国内外其他城市垃圾焚烧厂和垃圾填埋场研究对比发现，研究区除Pb和Cr略高于老挝万象垃圾填埋场[47]外，所有重金属含量均低于国内[48 − 49,10]和伊朗法尔斯省卡泽润垃圾填埋场[50]. 整体来看，研究区周围土壤重金属含量偏低，这可能是因为垃圾中转站主要用于临时存放来自各小区的生活垃圾，其占地面积较小，专人负责管理维护，站内垃圾存放集中规范的原因. 相关研究表明，垃圾处理设施周围重金属含量可能与该设施修建投入使用时间长短、功能及地理位置有关[47]，因此，不同城市及地域对土壤重金属含量具有不同的影响特点.
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利用式（1）和式（2）计算内梅罗综合污染指数（NIPI），结果见图3（a），以中国潮土背景值为参比值时，各垃圾中转站受重金属污染程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z11>Z8>Z4>Z10>Z5>Z9>Z2，其中Z2、Z4、Z5、Z8、Z9、Z10、Z11处于轻度污染，Z3、Z6为中度污染水平，Z1和Z7为重度污染. 总体来看，11个垃圾中转站污染程度为轻度污染及以上等级，NIPI平均值为2.25，说明该区总体上为重金属中度污染区，重金属污染程度较为严重. 以农用地土壤污染风险筛选值为参比值时，各垃圾中转站污染程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z8>Z11>Z4>Z10>Z5>Z9>Z2，所有垃圾中转站的NIPI介于0.23—0.76，只有Z7为警戒级，其余10个垃圾中转站均处于安全无污染的水平，总体上不存在污染风险.
利用式（3）和式（4）计算改进型内梅罗综合污染指数（INI），结果见图3（b），以中国潮土背景值为参比值时，各垃圾中转站受重金属污染程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z4>Z2>Z5>Z11>Z10>Z9>Z8，研究区受到Ni、Cu、Pb、Cr、Zn、Cd不同程度的污染，其中，18.18%的垃圾中转站达到了中度污染水平（Z1、Z7），81.82%的垃圾中转站处于未污染至中等污染水平（Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z8、Z9、Z10、Z11），总体来看，11个垃圾中转站INI平均值为0.90，说明垃圾中转站周围土壤重金属的整体生态风险为未污染至中度污染，部分区域需要进行环境质量保护和污染修复. 以农用地土壤污染风险筛选值为参比值时，各垃圾中转站INI依次为：Z2>Z5>Z9>Z10>Z4>Z11>ZA>Z8>Z6>Z3>Z1>Z7，11个采样点的INI指数评价值介于1.89—2.89，平均值为2.37，说明11个垃圾中转站总体上为中度污染及以上水平，垃圾中转站周围土壤重金属的整体生态风险较为严重，超过一半均为中度至重度污染.
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从以上4种不同的土壤重金属污染评价结果可以看出，以中国潮土背景值为参比值的NIPI、RI和以中国潮土背景值为参比值的NIPI对Z7、Z1、Z3、Z6、ZA的受污程度排序相一致，均为Z7>Z1>Z3>Z6>ZA，而以风险筛选值为参比值的INI与前3种评价结果的受污程度排序完全相反，说明在使用改进型内梅罗污染指数评价土壤重金属污染时，不宜选择农用地土壤污染风险筛选值作为参比值.
4种评价结果不同污染等级占比如图4所示，以中国潮土背景值为参比值时，各垃圾中转站NIPI的污染程度占比依次为：轻度污染（63.6%）>中度污染（18.2%）=重度污染（18.2%），INI的污染程度占比依次为：未污染至中度污染（72.7%）>中度污染（18.2%）>未被污染（9.1%）. 两种方法中重度污染和未被污染的占比差异较大，其原因可能是内梅罗综合污染指数法虽然可以全面展现各重金属对土壤的危害程度，但当有某重金属元素出现异常值会对结果造成较大影响. 同时，因为没有扣除基准值的影响，不能有效区分外来因素的作用.
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利用式（5）计算各生活垃圾中转站潜在生态风险指数（RI），结果如图5（a）所示. 以中国潮土背景值为参比值时，各垃圾中转站生态风险程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z8>Z11>Z4>Z10>Z5>Z9>Z2，其中，Z7、Z1、Z3、Z6为强生态风险，其余7个垃圾中转站均为中度生态风险，整体来看，研究区综合潜在生态风险较高. 以农用地土壤污染风险筛选值为参比值时，潜在生态风险评价表明，各垃圾中转站生态风险程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z8>Z11>Z4>Z10>Z9>Z5>Z2，RI平均值为18.48，远远小于警告限值，表明11个垃圾中转站均为轻微生态风险.
利用式（6）和式（7）计算垃圾中转站周围土壤改进型潜在生态风险（NIRI），统计结果如图5（b）所示. 各垃圾中转站潜在生态风险依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z11>Z4>Z8>Z10>Z5>Z9>Z2，以中国潮土背景值为参比值时，所有样点的NIRI均大于30，表明研究区土壤重金属均存在不同程度的潜在生态风险，11个点位均为中度及以上生态风险，其中有4个垃圾中转站的NIRI大于60，处于强生态风险，Z7的NIRI高达127.56，为很强生态风险，整体来看，研究区各垃圾中转站生态风险程度严重. 以农用地土壤污染风险筛选值为评价标准时，各垃圾中转站生态风险依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z11>Z4>Z8>Z10>Z5>Z9>Z2，NIRI结果表明，所有样点的NIRI均低于30，表明研究区土壤重金属均为轻微生态风险，重金属污染程度较轻，潜在生态风险程度较低.
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在4种不同土壤重金属污染评价结果中（图6），各垃圾中转站生态风险排序基本一致，Z7、Z1、Z3生态风险最高，Z5、Z9、Z2生态风险最低，表明中国潮土背景值和风险筛选值均适用于RI和NIRI.
当使用NIRI评价土壤重金属风险时，以中国潮土背景值和农用地土壤污染筛选值对垃圾中转站的生态风险评估均为Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z11>Z4>Z8>Z10>Z5>Z9>Z2，不同的是，风险筛选值的评价结果均为轻微污染（100%），而中国潮土背景值的生态风险程度均为中度生态风险及以上等级. 造成这种结果可能是因为中国潮土背景值远低于风险筛选值，土壤背景值反映区域背景下元素在土壤中的正常含量，风险筛选值代表土壤污染的临界值，以土壤背景值为参比值时，展现的是重金属的局部小范围富集，即便未达到污染级别，但可能已存在潜在的生态危害；以风险筛选值为参比值时，更直观地展现土壤污染程度. 开封市土壤以潮土为主，因此，以中国潮土背景值为标准得出的结果反映的是开封市范围下土壤重金属污染状况.
对于同种参比值，以风险筛选值为参比值时，RI和NIRI的风险评价结果基本一致，11个垃圾中转站均为轻微生态风险，因此选择农用地土壤污染风险筛选值为参比值时，可以从两种方法中任选一个进行污染风险评估，建议使用RI，计算过程更便捷. 以中国潮土背景值为参比值时，RI的评价结果为中度生态风险占比63.6%，强生态风险占比为36.4%. NIRI评价结果为中度生态风险占比63.6%、强生态风险占比27.3%、很强生态风险占比9.1%，相比于RI，NIRI的污染分级突出了污染程度为重度污染的五福路生活垃圾中转站（Z7），有利于相关风险管控部门有针对性合理分配资源进行治理和修复.
综上所述，在实际应用中，各种土壤重金属评估方法各有优缺点，建立更实际、更科学的风险评估与管理体系，能够降低过度环境管理的可能性，同时也为从源头上更好控制土壤重金属污染提供建议，这将有助于我国生态文明建设以及社会的可持续发展.
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本文基于开封市11个生活垃圾中转站周围土壤中6种重金属元素的调查，对重金属污染状况、分布情况、生态风险进行分析. 结果表明：
（1）垃圾中转站附近所有采样点土壤重金属Zn、Cr、Cu、Pb、Ni、Cd的平均值依次为97.68、44.64、26.63、24.08、23.08、0.32 mg·kg−1，Zn的含量最高，Cd的含量最低；除Cd外，Ni、Cu、Pb、Cr和Zn的含量均低于农用地土壤污染风险筛选值，仅Cd有部分样点高于农用地土壤污染风险筛选值，其点位超标率为12.5%. 与中国潮土背景值相比，所有重金属均有部分样点高于中国潮土背景值，除Ni和Cr外，其余4种重金属的平均含量均高于中国潮土背景值.
（2）采用传统内梅罗综合污染指数和改进型内梅罗污染指数分别对垃圾中转站周围土壤进行污染评价得出的结果差异显著，整体来看，11个垃圾中转站均受到不同程度的污染，计算结果表明，改进后的内梅罗污染指数不适合以农用地土壤污染风险筛选值为参比值进行土壤重金属污染水平的评估.
（3）采用潜在生态风险指数和改进型潜在生态风险评价垃圾中转站周围土壤重金属生态风险，结果表明，两种方法得出的各垃圾中转站生态风险排序基本一致，五福路生活垃圾中转站、刘寺垃圾中转站和五顷四生活垃圾中转站生态风险最高，晋安路生活垃圾中转站、吹古台垃圾中转站和铁南新村生活垃圾中转站生态风险最低，表明中国潮土背景值和风险筛选值均适用于潜在生态风险评价和改进型潜在生态风险评价这两种方法.
基于多种评估方法的垃圾中转站周边土壤重金属污染及生态风险
Heavy metal pollution and ecological risk of soil around waste transfer station based on various assessment methods
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摘要: 选取我国北方某市内11个垃圾中转站周围土壤为研究对象，分析其Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni元素含量，基于中国潮土背景值和土壤污染风险筛选值，分别采用内梅罗综合污染指数（NIPI）和改进型内梅罗综合污染指数（INI）评价重金属污染程度，潜在生态风险指数（RI）和改进型潜在生态风险指数（NIRI）评价重金属生态风险. 结果表明，研究区Ni、Cu、Pb、Cr、Zn、Cd元素平均含量分别为23.08、26.63、24.08、44.64、97.68、0.32 mg·kg−1. NIPI评价结果显示，以中国潮土背景值为参比时，各垃圾中转站总体上为重金属中度污染区；以风险筛选值为参比时，研究区10个垃圾中转站均处于安全无污染的水平，总体上不存在污染风险. INI评价结果显示，以中国潮土背景值为参比时，73%占比的垃圾中转站污染程度为未污染至中度污染；以风险筛选值为参比时，不仅其评价污染等级远高于中国潮土背景值，且各垃圾站受污风险程度排序与NIPI评估结果完全相反. RI评价结果显示，以中国潮土背景值为参比时，7个垃圾站为中度生态风险，4个为强生态风险；以风险筛选值为参比时，11个垃圾站均为轻微生态风险. NIRI评价结果显示与RI相似，以中国潮土背景值为参比时，研究区各垃圾中转站生态风险程度严重，以风险筛选值为参比时，所有样点的NIRI均低于30，研究区土壤重金属均为轻微生态风险. 综合上述评价结果表明，INI不适合以风险筛选值为参比进行土壤重金属污染评估，RI和NIRI评估结果排序基本一致，五福路、刘寺、五顷四生活垃圾中转站生态风险最高，晋安路、吹古台、铁南新村垃圾中转站生态风险最低，表明中国潮土背景值和风险筛选值均适用于这两种评价方法. 研究结果可为土壤重金属污染评价方法的选择提供参考建议.
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关键词:
- 土壤重金属 /
- 垃圾中转站 /
- 改进型内梅罗综合污染指数 /
- 改进型潜在生态风险评价.
Abstract: This research focuses on the soil surrounding 11 waste transfer stations in a northern city of China. The study analyzes the levels of Cd, Pb, Cr, Cu, Zn, and Ni elements present in the soil. Based on the background values of Chinese coastal soil and soil screening values for pollution risks, the study uses the Nemerow Integrated Pollution Index (NIPI) and the improved Nemerow Integrated Pollution Index (INI) to assess the extent of heavy metal pollution. Additionally, the study evaluates the ecological risk of heavy metals using the Potential Ecological Risk Index (RI) and the improved Potential Ecological Risk Index (NIRI). The results indicate that the average concentrations of Ni, Cu, Pb, Cr, Zn, and Cd elements in the study area were 23.08, 26.63, 24.08, 44.64, 97.68, and 0.32 mg·kg−1, respectively. The assessment using the NIPI showed that, when compared to the background values of Chinese coastal soil, the waste transfer stations in the study area were generally classified as moderately contaminated with heavy metals. However, when compared to the screening values for risk, all 10 waste transfer stations in the study area were found to be at a safe and pollution-free level, indicating an overall absence of contamination risk. The evaluation based on the INI reveals that, when compared to the background values of Chinese coastal soil, 73% of the waste transfer stations in the study area were classified as ranging from non-polluted to moderately polluted. However, when compared to the screening values for risk, not only were the pollution levels evaluated significantly higher than the background values of Chinese coastal soil, but also the rankings of contamination risk for each waste station were completely opposite to the results obtained from the NIPI assessment. Furthermore, the evaluation results based on the RI indicate that, when compared to the background values of Chinese coastal soil, 7 waste stations were identified as having a moderate ecological risk, while 4 stations were classified as having a high ecological risk. On the other hand, when compared to the screening values for risk, all 11 waste stations were considered to have a minor ecological risk. The evaluation results based on the NIRI were similar to those of the RI. When compared to the background values of Chinese coastal soil, the waste transfer stations in the study area were found to have a significant ecological risk. However, when compared to the screening values for risk, the NIRI values for all sampling points were below 30, indicating that the soil heavy metals in the study area pose only a minor ecological risk. The comprehensive assessment results indicate that the INI is not suitable for assessing soil heavy metal pollution when compared to the screening values for risk. The assessment results of RI and NIRI were consistent in their rankings. The waste transfer stations on Wufu Road, Liusi, and Wuqingsi had the highest ecological risk, while the waste transfer stations on Jinfan Road, Chuigutai, and Tienan New Village had the lowest ecological risk. This suggests that both the background values of Chinese coastal soil and the screening values for risk are applicable to these two evaluation methods. The research findings can provide valuable recommendations for selecting soil heavy metal pollution assessment methods. -
随着城镇化快速发展，我国城市垃圾的总量急剧增加，其中生活垃圾产生量从1979年的0.25亿吨[1 − 2]增长到2021年2.49亿吨[3]（以清运量计），年平均增长率为5.21%，“垃圾围城”已经成为制约城市发展，影响市民生活质量的重要因素之一[4]. 城市生活垃圾的生命周期为：居民区生活垃圾产生点（以垃圾桶为代表）经由垃圾车运输至垃圾收集点（垃圾中转站），待垃圾分拣中心对生活垃圾分类后，最后集中运到垃圾处理终端（垃圾焚烧厂、垃圾综合处理园区）统一对垃圾进行无害化处理[5]. 当前大部分研究主要针对垃圾处理终端（垃圾填埋场[6 − 8]、垃圾综合处理园区[9 − 10]、垃圾焚烧厂[11 − 14]等）周边土壤重金属的污染研究，城市中较为分散的垃圾中转站周围土壤重金属污染评估却鲜有研究. 垃圾在中转站处理的过程中，含有的重金属经垃圾渗滤液释放到土壤，易在土壤中积累，给人类健康和生态安全带来潜在危害[15]. 垃圾中转站周边土壤中重金属含量除可能受到生活垃圾自身渗滤液的影响外，还可能受到各种人类活动（农业活动、工业生产和交通运输等）的影响. 因此，开展垃圾中转站周围土壤重金属污染和生态风险评价，对开展区域性土壤污染防治具有重要意义.
合理、准确地评价土壤环境质量可为土地资源的有效利用和土壤污染风险管控提供重要依据. 以往的研究中，学者们多采用地累积指数[16]、内梅罗污染指数[17]、污染负荷指数[18]、潜在生态风险指数[19]等方法评估土壤重金属的污染风险程度. 然而在实际运用中，内梅罗指数注重指数最大值的重金属污染物的危害性，导致对土壤污染程度分级不精确，评价有所偏差[20]；潜在生态风险虽然考虑了毒性反应因素，但由于重金属种类和数量的增加，结果可能被夸大[21]，且该方法没有考虑重金属赋存形态的影响[22]. 基于此，有关学者对污染评价方法进行改进[23 − 24]，改进的内梅罗污染指数（INI）将污染因子（PI）替换为地累积指数（Igeo），可以评估所有重金属的总体生态风险. Men等[25]将内梅罗污染指数（NIPI）与潜在生态风险（RI）相结合，提出了改进后的生态风险评价（NIRI）. 已有学者[26 − 29]采用改进后的内梅罗污染指数和改进后的潜在生态风险进行重金属污染研究，但有关于INI、NIRI与NIPI、RI进行对比分析的研究相对较少.
此外，在进行土壤重金属污染评价时，一些学者所采用的参比值往往相对单一，难以准确反映土壤污染状况和风险. 姜冰等[30]认为选择相关标准为潜在生态风险评价的参比值时，高于标准值则污染风险大，低于标准值则污染风险小，评价结果直接反映了重金属的污染程度；而选择背景值为参比值时，除在一定程度上反映污染风险外，还可客观反映重金属在区域背景下的富集程度. 因此，本文选取中国潮土背景值[31]和农业用地风险筛选值[32]为参比值进行土壤重金属污染和风险的评估.
开封作为八朝古都，国务院首批公布的24座历史文化名城之一，面临着经济快速发展和环境保护的艰巨任务，土壤污染问题亟待解决. 本研究选取开封市区内11个垃圾中转站为研究对象，测定其周围土壤中重金属Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni的含量，以中国潮土背景值和风险筛选值为参比值，采用内梅罗污染指数（NIPI）和改进型内梅罗污染指数（INI）、潜在生态风险指数（RI）和改进型潜在生态风险（NIRI）分别评价重金属污染程度及生态风险，以期为城市土壤重金属生态风险防控和修复治理提供理论依据.
1. 材料与方法（Materials and methods）
1.1 研究区概况
开封位于河南省中东部的黄淮平原，经纬度为113°52′15"—115°15′42"E，34°11′45"—35°01′20"N，气候属于暖温带大陆性季风气候，年均降水量636 mm，年均气温14 ℃；成土母质为黄河冲积物，土壤类型主要为黄潮土，质地偏砂，多为粉壤土和砂壤土[33]； 土壤pH介于4.08—8.43之间，呈弱碱性[34]. 孙艳丽等[35]对开封市城市土壤性质进行研究，开封城区土壤呈碱性，pH平均值为8.58，开封市土壤有机质由东向西呈环状递减. 刘德新等[36]研究表明，开封市城市土壤中As、Cd、Hg含量逐年升高，Cd、Hg元素富集明显. 马建华等[37]对开封市城市土壤状况调查发现，Cd是主要的污染因子. 2022年开封市常住人口为478.30万人，人口密度为842人·km−2，截至2020年，开封市垃圾焚烧处理厂全年处置生活垃圾42.3×104 t，平均每人生活垃圾产量为每年0.087 t[38]. 研究区11个垃圾中转站分布情况如图1所示.
1.2 样品采集与处理
样点布设主要依据城市土壤样品采集点布设规范《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166—2
004 ），在野外调查与室内分析的基础上，距离每个垃圾中转站0 m、15 m和50 m分别设置采样点（表1）. 每个采样点按梅花形布点法，经四分法充分混匀后，获得土样1 kg，带回实验室待测，并记录采样点和周边环境信息. 土壤样品在室内自然风干，除去石块和植物，用玛瑙研钵研磨后过0.149 mm筛. 土壤样品采用HNO3-HF-HCIO4消解体系，使用电感耦合等离子体质谱仪（美国热电，X series2）测定土壤中重金属Cr、Ni、Cd、Cu、Pb和Zn的含量，样品在测试过程中，每个样品设3个平行样，质量控制采用国家土壤标准参比物质（GSS-24）进行，误差保持在5%以内，回收率为81%—109%，测量结果均在允许的误差范围内.表 1 垃圾中转站采样点信息Table 1. Sampling point information of garbage transfer station编号No. 垃圾站名称Garbage station name 采样点与垃圾站中心距离Distance between sampling site and garbage station center 周边环境情况The surrounding environment Z1 刘寺垃圾中转站 15 m、50 m 住宅、国道、工业、河流 Z2 铁南新村生活垃圾中转站 0 m、15 m、50 m 铁路、工业、农田、住宅 Z3 五顷四生活垃圾中转站 15 m、50 m 住宅、商业设施 Z4 高屯生活垃圾中转站 15 m、50 m 铁路、工业、住宅 Z5 晋安路生活垃圾中转站 15 m 住宅、商业设施 Z6 开大生活垃圾中转站 15 m、50 m 商业、建筑工地、住宅 Z7 五福路生活垃圾中转站 0 m、15 m、50 m 住宅、商业设施、小学 Z8 文化宫垃圾中转站 0 m、15 m、50 m 工业、学校、住宅、商业 Z9 吹古台垃圾中转站 15 m 商业区、住宅 Z10 涧水河垃圾中转站 0 m、15 m、50 m 住宅、河流 Z11 东陈庄垃圾中转站 15 m、50 m 商业设施、小吃街 | Show Table
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1.3 重金属污染程度评价方法
内梅罗污染指数（Nemerow integrated pollution index，NIPI）是环境污染评价中使用较为广泛的一种评价方法，该方法可以全面了解土壤环境质量的综合污染状况[39]，公式如下：
stringUtils.convertMath(!{formula.content}) (1) stringUtils.convertMath(!{formula.content}) (2) 式中，Ci为重金属i的浓度，Si为重金属i的参考水平，PI是每种重金属的污染指数，PIave和PImax是所研究重金属PI的平均值和最大值. NIPI分级标准见表2.
表 2 污染指标分类Table 2. Classification of pollution indicators评价方法Evaluation method 分类Classification 污染等级Class of pollution 参考文献Reference 内梅罗污染指数Nemerow integrated pollution index （a） NIPI≤0.7 无污染 [39] （b） 0.7<NIPI≤1 警告限值 （c） 1<NIPI≤2 轻度污染 （d） 2<NIPI≤3 中度污染 （e） NIPI>3 重度污染 改进型内梅罗污染指数Improved Nemerow index （A） INI≤0.5 未被污染 [40] （B） 0.5<INI≤1 未污染至中度污染 （C） 1<INI≤2 中度污染 （D） 2<INI≤3 中度至重度污染 （E） 3<INI≤4 重度污染 （F） 4<INI≤5 重度至极度污染 （G） INI>5 极度污染 潜在生态风险Potential ecological risk index （Ⅰ）RI≤60 轻微生态风险 [41] （Ⅱ）60<RI≤120 中度生态风险 （Ⅲ）120<RI≤240 强生态风险 （Ⅳ）240<RI≤480 很强生态风险 （Ⅴ）RI>480 极强生态风险 改进型潜在生态风险Nemerow integrated risk index （1） NIRI ≤30 轻微生态风险 [25] （2） 30<NIRI≤60 中度生态风险 （3） 60<NIRI≤120 强生态风险 （4） 120<NIRI≤240 很强生态风险 （5） NIRI>240 极强生态风险 | Show TableDownLoad:
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改进型内梅罗指数法（Improved Nemerow index，INI）可以评估所有重金属造成的整体污染[40]. 由于地累积指数只能评估单个重金属的污染水平，而内梅罗污染指数可能会夸大或缩小一些污染物的影响，导致对污染程度等级的不准确，因此采用改进后的内梅罗污染指数. 计算公式为：
stringUtils.convertMath(!{formula.content}) (3) stringUtils.convertMath(!{formula.content}) (4) 式中，Igeo（max）和Igeo（avg）分别为重金属中Igeo的最大值和平均值；Igeo为地累积指数；Cn为土壤重金属n实测值；Bn为土壤重金属n背景参比值；K为成岩作用可能对背景值的影响，修正值K取1.5. INI分级标准见表2.
1.4 重金属潜在生态风险评价方法
潜在生态风险指数法（Potential ecological risk index，RI）是瑞典科学家Hakanson（1980）提出的方法，这种评价方法和生态学、环境学以及生物毒理学密切相关，是通过定量法对重金属的潜在性危险程度进行准确划分[41]. 其公式如下：
stringUtils.convertMath(!{formula.content}) (5) 式中，Eir为重金属i的潜在生态风险指数；Tir为重金属i的毒性响应系数，Cd、Pb、Cu、Ni、Cr 和Zn的毒性系数分别为30、5、5、5、2、1；Ci为土壤重金属实测值（mg·kg−1）；Bi为土壤重金属的背景值（mg·kg−1），本文分别以中国潮土背景值和风险筛选值为例. 由式（5）可知RI的大小与污染物的种类和数量有关，污染物的数目越多、毒性越强，则RI值越大. 因此，在实际应用中，应根据具体研究的污染物种类和毒性对Hakanson的Er和RI分级标准进行调整[42]，调整后的RI分级标准见表2.
改进型潜在生态风险（Nemerow integrated risk index，NIRI）可以更准确地评价多种重金属的综合效应[25]，该指数综合了潜在生态风险指数和内梅罗综合污染指数的优点，考虑了环境污染物对生物群的毒性及每种重金属的毒性反应因子. NIRI的计算公式如下：
stringUtils.convertMath(!{formula.content}) (6) stringUtils.convertMath(!{formula.content}) (7) 式中，Eir(max)和Eir(ave)分别为Eir的最大值和平均值. NIPI、INI、RI和NIRI的分级标准见表2所示.
2. 结果与讨论（Results and Discussion）
2.1 土壤重金属含量特征
距垃圾中转站不同距离处采样点土壤重金属含量见表3，土壤重金属（Zn、Cr、Cu、Pb、Ni、Cd）含量平均值依次为97.68、44.64、26.63、24.08、23.08、0.32 mg·kg−1，均低于农用地土壤污染风险筛选值（GB15618—2018），与建设用地土壤风险筛选值[43]相比，除Cr和Zn元素外，其他4种元素的含量平均值也均低于建设用地土壤风险筛选值，表明垃圾中转站周围土壤环境质量整体较好；与中国潮土背景值相比，除Ni和Cr低于中国潮土背景值外，其他重金属（Cu、Zn、Cd和Pb）平均值均高于中国潮土背景值，分别是背景值的1.10、1.37、3.20、1.10倍. 总体来看，距垃圾中转站15 m的土壤中重金属Pb的含量较高，平均含量为24.40 mg·kg−1，距垃圾中转站50 m的土壤中Ni、Cu、Cr、Zn和Cd的含量较高，平均含量分别为26.70、26.92、49.18、108.99、0.36 mg·kg−1. 垃圾中转站周边土壤重金属污染来源除了受垃圾站生活垃圾物质组成的影响，另一方面还受当地人类活动及大气沉降的影响.
表 3 垃圾中转站不同距离处土壤重金属含量（mg·kg−1）Table 3. Soil heavy metal content at different distances from garbage transfer station （mg·kg−1）不同距离处土壤Soil at different distances 统计量Statistic Ni Cu Pb Cr Zn Cd 15 m（n=11） 最小值 14.16 18.31 16.45 25.28 34.90 0.16 最大值 30.19 38.58 50.37 59.49 177.36 0.43 平均值 20.94 25.05 24.40 40.92 93.06 0.27 CV/% 24.50 26.54 41.71 23.31 51.74 33.36 50 m（n=9） 最小值 17.72 20.32 17.65 32.71 31.78 0.17 最大值 44.59 43.26 27.38 73.51 263.70 0.84 平均值 26.70 26.92 21.96 49.18 108.99 0.36 CV/% 33.31 29.96 16.19 30.39 67.06 67.56 全部（n=24） 最小值 13.44 16.35 16.36 25.28 31.78 0.16 最大值 44.59 43.73 50.37 73.51 263.70 0.84 平均值 23.08 26.63 24.08 44.64 97.68 0.32 CV/% 31.18 31.37 34.51 28.56 61.21 58.62 中国潮土背景值Background value of fluvo-aquic soil in China 29.60 24.10 21.90 66.60 71.10 0.10 农用地土壤污染风险筛选值Agricultural land soil pollution risk screening value 190 100 170 250 300 0.60 建设用地土壤污染风险筛选值（第二类用地）Construction land soil pollution risk screening value （ the second type of land ） 900 18000 800 5.7 — 65 注：“—”表示文献中没有相关数据. Note : “—” means there is no relevant data in the literature. | Show TableDownLoad:
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依据变异系数（CV）评价标准[44]，所有采样点（n=24）各重金属的CV依次为：Zn>Cd>Pb>Cu>Ni>Cr，其中Zn和Cd的CV大于36%，属于强变异，表明其空间离散性大，受人类活动影响大，Ni、Cu、Pb和Cr的CV在16%—36%之间，属于中等变异，可能同时受到人类活动和成土母质的影响. 以上结果表明，Zn和Cd是研究区土壤的主要污染元素.
所有样点不同重金属含量分布箱线图见图2，在所有采样点中，Ni、Cu、Pb、Cr和Zn元素的重金属含量均低于农用地土壤污染风险筛选值，只有Cd元素有12.5%的样品超过土壤污染风险筛选值. 与中国潮土背景值相比，所有重金属均有部分样点高于中国潮土背景值，所有样点中除Cd元素的超标率为100%外，Ni、Cu、Pb、Cr和Zn元素的超标率分别为16.67%、41.67%、41.67%、4.17%和54.17%. 总的来说，研究区绝大部分样点的土壤重金属含量未超过农用地土壤风险筛选值，而只有少部分样点的重金属含量高于中国潮土背景值.
图 2 重金属含量分布箱线图Figure 2. Heavy metal content distribution box plot背景值：中国潮土背景值；筛选值：农用地土壤污染风险筛选值（GB 15618—2018）Background value : Chinese fluvo-aquic soil background value ; screening value : Risk screening value of soil pollution in agricultural land （GB 15618—2018）与开封市不同区域土壤重金属[45 − 46,21]污染对比发现（表4），研究区6种重金属含量均低于同城的城乡交错区、污灌区和生活垃圾填埋场附近土壤重金属含量. 与国内外其他城市垃圾焚烧厂和垃圾填埋场研究对比发现，研究区除Pb和Cr略高于老挝万象垃圾填埋场[47]外，所有重金属含量均低于国内[48 − 49,10]和伊朗法尔斯省卡泽润垃圾填埋场[50]. 整体来看，研究区周围土壤重金属含量偏低，这可能是因为垃圾中转站主要用于临时存放来自各小区的生活垃圾，其占地面积较小，专人负责管理维护，站内垃圾存放集中规范的原因. 相关研究表明，垃圾处理设施周围重金属含量可能与该设施修建投入使用时间长短、功能及地理位置有关[47]，因此，不同城市及地域对土壤重金属含量具有不同的影响特点.
表 4 不同城市垃圾处理设施周边土壤重金属含量（mg·kg−1）Table 4. Heavy metal content in soil around different municipal waste treatment facilities （mg·kg−1）研究区Study area Ni Cu Pb Cr Zn Cd 文献来源Literature resource 开封市生活垃圾中转站 23.08 26.63 24.08 44.64 97.68 0.32 本研究 开封市城乡交错区农田 25.28 33.92 40.77 49.00 180.23 1.43 [45] 开封市污灌区 27.20 62.90 82.60 53.20 127.00 0.62 [46] 开封市生活垃圾填埋场附近 200.41 52.30 33.72 51.32 258.07 1.27 [14] 青岛市城阳区生活垃圾综合处理园区 30.56 23.49 23.23 69.97 60.13 0.07 [9] 成都市城乡结合部垃圾焚烧厂周边 41.21 38.12 30.24 82.84 129.00 0.37 [11] 拉萨市生活垃圾填埋场 20.90 — 30.92 60.44 67.00 0.11 [49] 伊朗法尔斯省卡泽润垃圾填埋场 69.97 61.69 — 125.41 125.99 1.50 [50] 老挝万象垃圾填埋场 9.61 11.70 21.47 19.33 4.79 1.06 [47] 注：“—”表示文献中没有相关数据. Note : “—” means there is no relevant data in the literature. | Show TableDownLoad:
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2.2 基于不同参比值的土壤重金属污染评价
利用式（1）和式（2）计算内梅罗综合污染指数（NIPI），结果见图3（a），以中国潮土背景值为参比值时，各垃圾中转站受重金属污染程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z11>Z8>Z4>Z10>Z5>Z9>Z2，其中Z2、Z4、Z5、Z8、Z9、Z10、Z11处于轻度污染，Z3、Z6为中度污染水平，Z1和Z7为重度污染. 总体来看，11个垃圾中转站污染程度为轻度污染及以上等级，NIPI平均值为2.25，说明该区总体上为重金属中度污染区，重金属污染程度较为严重. 以农用地土壤污染风险筛选值为参比值时，各垃圾中转站污染程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z8>Z11>Z4>Z10>Z5>Z9>Z2，所有垃圾中转站的NIPI介于0.23—0.76，只有Z7为警戒级，其余10个垃圾中转站均处于安全无污染的水平，总体上不存在污染风险.
利用式（3）和式（4）计算改进型内梅罗综合污染指数（INI），结果见图3（b），以中国潮土背景值为参比值时，各垃圾中转站受重金属污染程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z4>Z2>Z5>Z11>Z10>Z9>Z8，研究区受到Ni、Cu、Pb、Cr、Zn、Cd不同程度的污染，其中，18.18%的垃圾中转站达到了中度污染水平（Z1、Z7），81.82%的垃圾中转站处于未污染至中等污染水平（Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z8、Z9、Z10、Z11），总体来看，11个垃圾中转站INI平均值为0.90，说明垃圾中转站周围土壤重金属的整体生态风险为未污染至中度污染，部分区域需要进行环境质量保护和污染修复. 以农用地土壤污染风险筛选值为参比值时，各垃圾中转站INI依次为：Z2>Z5>Z9>Z10>Z4>Z11>ZA>Z8>Z6>Z3>Z1>Z7，11个采样点的INI指数评价值介于1.89—2.89，平均值为2.37，说明11个垃圾中转站总体上为中度污染及以上水平，垃圾中转站周围土壤重金属的整体生态风险较为严重，超过一半均为中度至重度污染.
2.3 改进型内梅罗污染指数（INI）和内梅罗污染指数（NIPI）结果对比分析
从以上4种不同的土壤重金属污染评价结果可以看出，以中国潮土背景值为参比值的NIPI、RI和以中国潮土背景值为参比值的NIPI对Z7、Z1、Z3、Z6、ZA的受污程度排序相一致，均为Z7>Z1>Z3>Z6>ZA，而以风险筛选值为参比值的INI与前3种评价结果的受污程度排序完全相反，说明在使用改进型内梅罗污染指数评价土壤重金属污染时，不宜选择农用地土壤污染风险筛选值作为参比值.
4种评价结果不同污染等级占比如图4所示，以中国潮土背景值为参比值时，各垃圾中转站NIPI的污染程度占比依次为：轻度污染（63.6%）>中度污染（18.2%）=重度污染（18.2%），INI的污染程度占比依次为：未污染至中度污染（72.7%）>中度污染（18.2%）>未被污染（9.1%）. 两种方法中重度污染和未被污染的占比差异较大，其原因可能是内梅罗综合污染指数法虽然可以全面展现各重金属对土壤的危害程度，但当有某重金属元素出现异常值会对结果造成较大影响. 同时，因为没有扣除基准值的影响，不能有效区分外来因素的作用.
图 4 内梅罗综合污染与改进型内梅罗污染等级占比Figure 4. The proportion of Nemerow comprehensive pollution and improved Nemerow pollution grade外圆：以背景值为参比；内圆：以筛选值为参比；NIPI:内梅罗污染指数；INI：改进型内梅罗污染指数Excircle:With the background value as reference ; Internal circle: With the screening value as the reference NIPI: Nemerow pollution index ; INI: Improved nemerow pollution index2.4 基于不同参比值的土壤重金属潜在生态风险评价
利用式（5）计算各生活垃圾中转站潜在生态风险指数（RI），结果如图5（a）所示. 以中国潮土背景值为参比值时，各垃圾中转站生态风险程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z8>Z11>Z4>Z10>Z5>Z9>Z2，其中，Z7、Z1、Z3、Z6为强生态风险，其余7个垃圾中转站均为中度生态风险，整体来看，研究区综合潜在生态风险较高. 以农用地土壤污染风险筛选值为参比值时，潜在生态风险评价表明，各垃圾中转站生态风险程度依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z8>Z11>Z4>Z10>Z9>Z5>Z2，RI平均值为18.48，远远小于警告限值，表明11个垃圾中转站均为轻微生态风险.
图 5 土壤重金属潜在生态风险评价Figure 5. Potential ecological risk assessment of heavy metals in soilZ1—Z11为各垃圾中转站，详细名称见表1所示，ZA为平均值. RI：潜在生态风险；NIRI：改进型潜在生态风险Z1—Z11 is the waste transfer station, the detailed name is shown in table 1, ZA is the average. RI : potential ecological risks ; NIRI : Improved Potential Ecological Risks利用式（6）和式（7）计算垃圾中转站周围土壤改进型潜在生态风险（NIRI），统计结果如图5（b）所示. 各垃圾中转站潜在生态风险依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z11>Z4>Z8>Z10>Z5>Z9>Z2，以中国潮土背景值为参比值时，所有样点的NIRI均大于30，表明研究区土壤重金属均存在不同程度的潜在生态风险，11个点位均为中度及以上生态风险，其中有4个垃圾中转站的NIRI大于60，处于强生态风险，Z7的NIRI高达127.56，为很强生态风险，整体来看，研究区各垃圾中转站生态风险程度严重. 以农用地土壤污染风险筛选值为评价标准时，各垃圾中转站生态风险依次为：Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z11>Z4>Z8>Z10>Z5>Z9>Z2，NIRI结果表明，所有样点的NIRI均低于30，表明研究区土壤重金属均为轻微生态风险，重金属污染程度较轻，潜在生态风险程度较低.
2.5 改进型潜在生态风险指数（NIRI）和潜在生态风险指数（RI）结果对比分析
在4种不同土壤重金属污染评价结果中（图6），各垃圾中转站生态风险排序基本一致，Z7、Z1、Z3生态风险最高，Z5、Z9、Z2生态风险最低，表明中国潮土背景值和风险筛选值均适用于RI和NIRI.
图 6 潜在生态风险与改进型潜在生态风险等级占比图Figure 6. The proportion of potential ecological risk and improved potential ecological risk level外圆：以背景值为参比；内圆：以筛选值为参比值；RI：潜在生态风险；NIRI：改进型潜在生态风险Excircle:With the background value as reference; Internal circle: With the screening value as the reference RI: potential ecological risks ; NIRI: Improved Potential Ecological Risks当使用NIRI评价土壤重金属风险时，以中国潮土背景值和农用地土壤污染筛选值对垃圾中转站的生态风险评估均为Z7>Z1>Z3>Z6>ZA>Z11>Z4>Z8>Z10>Z5>Z9>Z2，不同的是，风险筛选值的评价结果均为轻微污染（100%），而中国潮土背景值的生态风险程度均为中度生态风险及以上等级. 造成这种结果可能是因为中国潮土背景值远低于风险筛选值，土壤背景值反映区域背景下元素在土壤中的正常含量，风险筛选值代表土壤污染的临界值，以土壤背景值为参比值时，展现的是重金属的局部小范围富集，即便未达到污染级别，但可能已存在潜在的生态危害；以风险筛选值为参比值时，更直观地展现土壤污染程度. 开封市土壤以潮土为主，因此，以中国潮土背景值为标准得出的结果反映的是开封市范围下土壤重金属污染状况.
对于同种参比值，以风险筛选值为参比值时，RI和NIRI的风险评价结果基本一致，11个垃圾中转站均为轻微生态风险，因此选择农用地土壤污染风险筛选值为参比值时，可以从两种方法中任选一个进行污染风险评估，建议使用RI，计算过程更便捷. 以中国潮土背景值为参比值时，RI的评价结果为中度生态风险占比63.6%，强生态风险占比为36.4%. NIRI评价结果为中度生态风险占比63.6%、强生态风险占比27.3%、很强生态风险占比9.1%，相比于RI，NIRI的污染分级突出了污染程度为重度污染的五福路生活垃圾中转站（Z7），有利于相关风险管控部门有针对性合理分配资源进行治理和修复.
综上所述，在实际应用中，各种土壤重金属评估方法各有优缺点，建立更实际、更科学的风险评估与管理体系，能够降低过度环境管理的可能性，同时也为从源头上更好控制土壤重金属污染提供建议，这将有助于我国生态文明建设以及社会的可持续发展.
3. 结论（Conclusions）
本文基于开封市11个生活垃圾中转站周围土壤中6种重金属元素的调查，对重金属污染状况、分布情况、生态风险进行分析. 结果表明：
（1）垃圾中转站附近所有采样点土壤重金属Zn、Cr、Cu、Pb、Ni、Cd的平均值依次为97.68、44.64、26.63、24.08、23.08、0.32 mg·kg−1，Zn的含量最高，Cd的含量最低；除Cd外，Ni、Cu、Pb、Cr和Zn的含量均低于农用地土壤污染风险筛选值，仅Cd有部分样点高于农用地土壤污染风险筛选值，其点位超标率为12.5%. 与中国潮土背景值相比，所有重金属均有部分样点高于中国潮土背景值，除Ni和Cr外，其余4种重金属的平均含量均高于中国潮土背景值.
（2）采用传统内梅罗综合污染指数和改进型内梅罗污染指数分别对垃圾中转站周围土壤进行污染评价得出的结果差异显著，整体来看，11个垃圾中转站均受到不同程度的污染，计算结果表明，改进后的内梅罗污染指数不适合以农用地土壤污染风险筛选值为参比值进行土壤重金属污染水平的评估.
（3）采用潜在生态风险指数和改进型潜在生态风险评价垃圾中转站周围土壤重金属生态风险，结果表明，两种方法得出的各垃圾中转站生态风险排序基本一致，五福路生活垃圾中转站、刘寺垃圾中转站和五顷四生活垃圾中转站生态风险最高，晋安路生活垃圾中转站、吹古台垃圾中转站和铁南新村生活垃圾中转站生态风险最低，表明中国潮土背景值和风险筛选值均适用于潜在生态风险评价和改进型潜在生态风险评价这两种方法.
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图 4 内梅罗综合污染与改进型内梅罗污染等级占比
Figure 4. The proportion of Nemerow comprehensive pollution and improved Nemerow pollution grade
图 5 土壤重金属潜在生态风险评价
Figure 5. Potential ecological risk assessment of heavy metals in soil
图 6 潜在生态风险与改进型潜在生态风险等级占比图
Figure 6. The proportion of potential ecological risk and improved potential ecological risk level
表 1 垃圾中转站采样点信息
Table 1. Sampling point information of garbage transfer station
编号No. 垃圾站名称Garbage station name 采样点与垃圾站中心距离Distance between sampling site and garbage station center 周边环境情况The surrounding environment Z1 刘寺垃圾中转站 15 m、50 m 住宅、国道、工业、河流 Z2 铁南新村生活垃圾中转站 0 m、15 m、50 m 铁路、工业、农田、住宅 Z3 五顷四生活垃圾中转站 15 m、50 m 住宅、商业设施 Z4 高屯生活垃圾中转站 15 m、50 m 铁路、工业、住宅 Z5 晋安路生活垃圾中转站 15 m 住宅、商业设施 Z6 开大生活垃圾中转站 15 m、50 m 商业、建筑工地、住宅 Z7 五福路生活垃圾中转站 0 m、15 m、50 m 住宅、商业设施、小学 Z8 文化宫垃圾中转站 0 m、15 m、50 m 工业、学校、住宅、商业 Z9 吹古台垃圾中转站 15 m 商业区、住宅 Z10 涧水河垃圾中转站 0 m、15 m、50 m 住宅、河流 Z11 东陈庄垃圾中转站 15 m、50 m 商业设施、小吃街
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表 2 污染指标分类
Table 2. Classification of pollution indicators
评价方法Evaluation method 分类Classification 污染等级Class of pollution 参考文献Reference 内梅罗污染指数Nemerow integrated pollution index （a） NIPI≤0.7 无污染 [39] （b） 0.7<NIPI≤1 警告限值 （c） 1<NIPI≤2 轻度污染 （d） 2<NIPI≤3 中度污染 （e） NIPI>3 重度污染 改进型内梅罗污染指数Improved Nemerow index （A） INI≤0.5 未被污染 [40] （B） 0.5<INI≤1 未污染至中度污染 （C） 1<INI≤2 中度污染 （D） 2<INI≤3 中度至重度污染 （E） 3<INI≤4 重度污染 （F） 4<INI≤5 重度至极度污染 （G） INI>5 极度污染 潜在生态风险Potential ecological risk index （Ⅰ）RI≤60 轻微生态风险 [41] （Ⅱ）60<RI≤120 中度生态风险 （Ⅲ）120<RI≤240 强生态风险 （Ⅳ）240<RI≤480 很强生态风险 （Ⅴ）RI>480 极强生态风险 改进型潜在生态风险Nemerow integrated risk index （1） NIRI ≤30 轻微生态风险 [25] （2） 30<NIRI≤60 中度生态风险 （3） 60<NIRI≤120 强生态风险 （4） 120<NIRI≤240 很强生态风险 （5） NIRI>240 极强生态风险
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表 3 垃圾中转站不同距离处土壤重金属含量（mg·kg−1）
Table 3. Soil heavy metal content at different distances from garbage transfer station （mg·kg−1）
不同距离处土壤Soil at different distances 统计量Statistic Ni Cu Pb Cr Zn Cd 15 m（n=11） 最小值 14.16 18.31 16.45 25.28 34.90 0.16 最大值 30.19 38.58 50.37 59.49 177.36 0.43 平均值 20.94 25.05 24.40 40.92 93.06 0.27 CV/% 24.50 26.54 41.71 23.31 51.74 33.36 50 m（n=9） 最小值 17.72 20.32 17.65 32.71 31.78 0.17 最大值 44.59 43.26 27.38 73.51 263.70 0.84 平均值 26.70 26.92 21.96 49.18 108.99 0.36 CV/% 33.31 29.96 16.19 30.39 67.06 67.56 全部（n=24） 最小值 13.44 16.35 16.36 25.28 31.78 0.16 最大值 44.59 43.73 50.37 73.51 263.70 0.84 平均值 23.08 26.63 24.08 44.64 97.68 0.32 CV/% 31.18 31.37 34.51 28.56 61.21 58.62 中国潮土背景值Background value of fluvo-aquic soil in China 29.60 24.10 21.90 66.60 71.10 0.10 农用地土壤污染风险筛选值Agricultural land soil pollution risk screening value 190 100 170 250 300 0.60 建设用地土壤污染风险筛选值（第二类用地）Construction land soil pollution risk screening value （ the second type of land ） 900 18000 800 5.7 — 65 注：“—”表示文献中没有相关数据. Note : “—” means there is no relevant data in the literature.
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表 4 不同城市垃圾处理设施周边土壤重金属含量（mg·kg−1）
Table 4. Heavy metal content in soil around different municipal waste treatment facilities （mg·kg−1）
研究区Study area Ni Cu Pb Cr Zn Cd 文献来源Literature resource 开封市生活垃圾中转站 23.08 26.63 24.08 44.64 97.68 0.32 本研究 开封市城乡交错区农田 25.28 33.92 40.77 49.00 180.23 1.43 [45] 开封市污灌区 27.20 62.90 82.60 53.20 127.00 0.62 [46] 开封市生活垃圾填埋场附近 200.41 52.30 33.72 51.32 258.07 1.27 [14] 青岛市城阳区生活垃圾综合处理园区 30.56 23.49 23.23 69.97 60.13 0.07 [9] 成都市城乡结合部垃圾焚烧厂周边 41.21 38.12 30.24 82.84 129.00 0.37 [11] 拉萨市生活垃圾填埋场 20.90 — 30.92 60.44 67.00 0.11 [49] 伊朗法尔斯省卡泽润垃圾填埋场 69.97 61.69 — 125.41 125.99 1.50 [50] 老挝万象垃圾填埋场 9.61 11.70 21.47 19.33 4.79 1.06 [47] 注：“—”表示文献中没有相关数据. Note : “—” means there is no relevant data in the literature.
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