土壤重金属 [长春市朝阳区绿地土壤重金属污染分析]

　　摘要：对长春市朝阳区一些重点功能区的绿地土壤重金属污染状况进行调查研究，在小区、学校、广场、公园、街路设计１５个土壤样区。对各样点土壤的ｐＨ值、有机质含量、速效Ｎ、速效Ｐ、速效Ｋ以及重金属元素Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ的含量进行了测定。采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法来评价土壤重金属污染程度。结果表明，样区Ｃ１（南湖广场）、Ｅ１（解放大路）、Ｅ２（开运街）的土壤重金属Ｃｕ单项污染指数已受到轻污染，最大值已达到２．０３；其他样区的各项污染因子为潜在污染；内梅罗综合污染指数样区土壤均受到轻度污染，说明重金属污染主要来源大规模的企业，同时也说明非重大企业的重金属污染也不可忽视。
　　关键词：绿地土壤；重金属；环境质量评价；长春市
　　中图分类号：Ｘ８２５文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）12－2421-03
　　
　　Heavy Metal Pollution in Green Space Soil of Chaoyang District, Changchun City
　　
　　ＬＩＵ Ｇａｎｇ，ＪＩＮ Ｙａｎ－ｍｉｎｇ，ＨＵ Ｈａｏ
　　（Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３０１１８，Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｚｏｎｅｓ ｉｎ Ｃｈａｏｙａｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ ｃｉｔｙ， １５ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ， ｓｃｈｏｏｌｓ， ｓｑｕａｒｅｓ， ｐａｒｋｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｅｔ． Ａｎａｌｙｓｅｓ ｏn ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐＨ， ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ， ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｎ， ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｋ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ（Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｃｄ） ｉｎ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｗas ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ａｔｏｍｉｃ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ． Ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ Ｎｅｍｅｒｏｗ ｍｕｌｔｉ－ｆａｃｔｏｒ ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃｅｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｔ． Ｃｕ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ａｒｅａ Ｃ１ （Ｎａｎｈｕ ｓｑｕａｒｅ）， Ｅ１ （Ｊｉｅｆａｎｇ ｒｏａｄ） ａｎｄ Ｅ２ （Ｋａｉｙｕｎ ｓｔｒｅｅｔ） ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｏｆ ｔｈｅｍ ｗｅｒｅ ２．０３， ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｓｅ ａｒｅａｓ ｗｅｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ Ｃｕ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ． Ａｌｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ａｒｅａｓ ｗｅｒｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ． Ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ of Ｎｅｍｅｒｏｗ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ａｌｌ ｓｏｉｌ ｉｎ ｓａｍｐｌｅ ａｒｅａｓ ｗａｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｐｏｌｌｕｔｅｄ． Ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ， ｔｈｅｎ ｓｏｍｅ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： green land ｓｏｉｌ； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ；Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ ｃｉｔｙ
　　
　　长春市是我国重要老工业基地之一，目前基本形成以交通运输设备制造业为主体、门类比较齐全的工业体系。随着社会的不断进步，工业的发展和人口的增加，长春市土壤已受到一定程度的重金属污染［１］。相关研究表明，交通运输、工业排放、市政建设和大气沉降等造成城市绿地土壤重金属的污染越来越严重［２，３］。土壤中的重金属不仅影响和改变城市土壤的生态功能，危害人体健康，而且制约了城市的可持续发展。
　　由于城市绿地土壤的研究报道较少，且多数是以较大范围的城市和农村土壤相结合进行调查研究，而对城市中单独一个区域还很少有人进行过系统的分类调查。为此，以长春市朝阳区绿地土壤按不同功能区特点进行分区，在功能分区典型的地点进行采样，通过相关的试验和分析，试图了解不同的功能区土壤重金属污染情况、污染特征、污染的空间分异性，为长春市的城市园林绿化和养护提供科学依据。
　　１材料与方法
　　１．１样区的选择
　　样区设置在长春市朝阳区，按功能区划分选择有代表性的土壤，分别为Ａ．小区、Ｂ．学校、Ｃ．广场、Ｄ．公园、Ｅ．街路，共采集了１５０个混合土样，具体位置见图１。
　　１．２土样的采集、处理与分析
　　根据城市土壤特点，选择代表性功能区进行采样，在选定区域上以“Ｓ”形选择９个点，在各点取０～２０ ｃｍ土层土样，在塑料薄膜上将各点土壤均匀混合，用四分法逐次弃去多余部分，最后将剩余的１ ｋｇ左右的平均样品装入样袋，带回实验室。土壤样品经风干、磨细过筛（１.00 ｍｍ、０．２５ ｍｍ土壤筛），用于测定土壤ｐＨ值（电位法）、有机质（重铬酸钾容量法――稀释热法：Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７－Ｈ２ＳＯ４）、土壤速效磷（Ｏｌｓｅｎ法：０．５ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＨＣＯ３，ｐＨ值８．５）、速效钾（１ ｍｏｌ／Ｌ ＮＨ４ＯＡｃ，ｐＨ 值７．０）、土壤重金属元素Ｃｕ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｚｎ的浓度（ＨＦ－ＨＣｌＯ４消煮法）［４］。
　　２结果与分析
　　２．１土样理化性质和重金属浓度
　　城市绿地土壤多为搅动的深层土、建筑垃圾土、回填土等，其土层变异性大，呈现岩性不连续特性，导致不同土层的有机质含量、ｐＨ值、容重及与其有关的孔隙度、含水量有显著差异。城市土壤土层排列凌乱，许多土层之间没有发生学上的联系，多为沙石、垃圾和土所组成，有机质含量少［５］。土样理化性质测定结果见表1，重金属浓度比较见图２。
　　从各土样采集地点的功能区划分来看，Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３号街路绿地土壤的ｐＨ值、容重较高；Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３号公园绿地土壤的孔隙度、含水量、有机质、速效氮、速效磷、速效钾相对较高，这与公园土壤所处的生态环境有一定的关系。
　　从各土样采集地点的功能区划分来看，Ｅ１、Ｅ２号街路的Ｃｕ、Ｃｄ重金属含量都较高，Ａ１、Ａ２号居住小区的土壤含Ｚｎ量较高，Ｃ１、Ｃ２号交通要塞的土壤含Ｐｂ量较高。
　　2.2评价方法
　　土壤污染评价是土壤环境质量现状评价的核心部分，主要包括单项（单因子）污染评价和多项（多因子）污染综合评价［６］。
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　　污染分级指数是指某一污染物影响下的环境污染指数，可以反映出各污染物的污染程度。根据公式（１）计算出的单项污染分级指数，对单项污染程度进行分级。
　　Ｃｉ≤Ｘａ时，Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｘａ
　　Ｘａ＜Ｃｉ≤Ｘｃ时，Ｐｉ＝１＋（Ｃｉ－Ｘａ）／（Ｘｃ－Ｘａ）
　　Ｘｃ＜Ｃｉ≤Ｘｐ时，Ｐｉ＝２＋（Ｃｉ－Ｘｃ）／（Ｘｐ－Ｘｃ）（１）
　　Ｃｉ≥Ｘｐ时，Ｐｉ＝３＋（Ｃｉ－Ｘｐ）／（Ｘｐ－Ｘｃ）
　　式中，Ｐｉ为污染分级指数，Ｃｉ为土壤中污染物ｉ的实测浓度值，Ｘａ为累积起始值，Ｘｃ为污染起始值，Ｘｐ为重污染起始值。土壤单项污染指数评价标准见表3。
　　２．２．２内梅罗综合污染指数法单项污染分级指数法评价长春市土壤重金属污染状况，只能分别了解每种重金属在长春市表层土壤的污染状况。内梅罗综合指数法评价长春市土壤重金属污染状况则可以了解这4种重金属在长春市表层土壤的综合污染状况。
　　为了突出环境要素中浓度最大的污染物对环境质量的影响，采用内梅罗综合污染指数法对研究区土壤重金属污染进行综合评价［6，7］，计算公式为：
　　Ｐ综＝［（Ｐｉｍａｘ２＋Ｐｉａｖｅ２）／２］１／２ （２）
　　式中，Ｐ综为内梅罗综合污染指数，Ｐｉ为单项污染分级指数，计算公式见公式（１），Ｐｉｍａｘ为所有元素污染指数最大值，Ｐｉａｖｅ为所有元素污染指数平均值。内梅罗综合污染指数反映了各种污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，可按内梅罗综合污染指数划定污染等级，其中土壤污染评价标准见表4。
　　２．３土壤重金属污染评价
　　评价方法采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法。内梅罗综合污染指数全面反映了各污染物对土壤污染的不同程度，同时又突出高浓度对土壤环境质量的影响，因此用来评定和划分土壤质量等级更为客观。评价结果见表5。从表5中的单项污染分级指数可以看出，样区Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３的土壤Ｃｄ质量等级为清洁，样区Ｃ１、Ｅ１、Ｅ２的土壤已受到Ｃｕ的轻污染；其他样点的各项污染因子为潜在污染。从各样区综合污染指数可知，土壤均受到轻度污染，这是由于样区周围没有较大规模的重金属污染企业，而其他污染源的污染也应得到足够重视，如汽车尾气中的Ｐｂ、居民生活垃圾中的Ｚｎ等。Ｅ１、Ｅ２的绿地土壤如果不进行适当的养护管理，慢慢也会变成重度污染。
　　对各功能区重金属单项污染平均值进行比较，Ｃｕ单项污染的大小顺序为小区＜学校＜公园＜广场＜街路；Ｚｎ单项污染的大小顺序为学校＜广场＜街路＜公园＜小区；Ｐｂ单项污染的大小顺序为小区＜学校＜公园＜广场＜街路；Ｃｄ单项污染的大小顺序为学校＜小区＜公园＜广场＜街路；各功能区重金属平均值综合污染进行比较，其大小为学校＜小区＜公园＜广场＜街路。
　　３结论与讨论
　　１）长春市朝阳区表层土壤中各重金属元素含量变化范围较大，表明城市表层土壤中重金属元素已在一定程度上受到人为源输入的影响，但与其他开发历史较长的城市相比，长春市城区表层土壤中重金属元素含量总体上较低。
　　２）分析结果表明，长春市城区表层土壤中不同重金属来源存在着差异，其中Ｃｕ、Ｐｂ和Ｚｎ主要来自交通污染；而工业污染和居民生活污染也不容忽视，Ｃｄ主要来源于工业源及化肥施用。
　　３）试验选取具有代表性样区，其结果反映朝阳区目前总体的重金属污染的现状，但还需对多种样品（如土壤样品、大气干湿沉降样品、水样品、植物样品、有机样品等）进行综合分析研究，想要更加准确地反映该区的土壤质量，需要更进一步的详细调查。因此，在进行重金属源解析时应该结合各元素含量的空间分布特征及其周围环境状况进行更加详细的研究。
　　参考文献：
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　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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