徐州城市表层土壤中重金属的富积、分布特征与环境风险

第22卷 第1期 中 国 环 境 监 测 Vol. 22 2006年2月 Environmental Monitoring in China No. l 2006 徐州城市表层土壤中重金属的富积、分布特征与环境风险 王学松，，秦 勇2 (1.淮海工学院化学工程系，江苏连云港 222005; 2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221008) 摘 要:研究了徐州城市表层土壤的21个样品中30种元素的富集与分布特征。结果表明，与我国土壤元素的背景值 (算术平均值)相比，表层土壤中Zn,Cd,As,Hg, Sb,Sn,纯等元素富集大;Fe, Se, Sc, Ba, Bi, Ph, Cu, Ni, Cr, Mn, Mo, Be, Ti, Al, Ga, Li, Co等元素的富集较小。污染元素的空间分布特征显示了Zn,Cu,Pb,Cd等元素主要与交通运输等扩散污染源相 关，而元素As,Sb的空间分布主要与工业污染源(点源)有关。环境风险指数的计算结果表明，表层土壤中重金属污染具 有较大的环境风险，其中属于中等环境风险级别以上的样品占近40%，而且高风险区域主要集中在钢铁厂和化机厂等工 业区范围内。 关键词:城市表层土壤;富积;扩散污染源;重金属;环境风险 中图分类号:X825 文献标识码:A 文章编号:1002-6002(2006)01-0070-06 Accumulation, Distribution and Environmental Risk of Heavy Metals in Xuzhou Urban Topsoil WANG Xue-song'，et al(1.Department of Chemical Engineering, Huaihai Institute of Technology, Uanyungang 222005，China) Abstract: Twenty-one urban topsoils were sampled from the city of Xuzhou and concentrations of thirty elements (Zn, Cd, As, Hg, Sb, Sri , Ag, Fe, Se, Sc, Ba, Bi, Ph, Cu, Ni, Cr, Mn, Mo, Be, Ti, Al, Ga, Li, Co, etc.)were analyzed. Compared to the arithmetic means of natural soils of China, Zn, Cd, Hg, Sb, Sri, Ag, etc.have higher accumulation in the Xuzhou urban topsoils than that of the others (e.g. Fe, Se, Sc, Ba, Bi, Ph, Cu, Ni, Cr, Mn, Mo, Be, Ti, Al, Ga, Li, Co).’Spatial distributions of metals contaminated were constructed for the whole urban area pointing to vehicle traffic as the main source of diffuse pollution (e.g. Pb, Cu, Zn, Cd) and also showing the contribution of point sources of pollution to urban surface soils. Environmental risk index also indicate higher risk as result of heavy metal pollution in urban surface soils. The frequency of samples that belong to or surpass the grade of medium environmental risk is almost 40% and the area that has high environmental risk is mainly confined to industrial zone (e. g. iron-steel plant and chemical mechanical factory). Key words: Urban topsoil; Accumulation; Source of diffuse pollution; Heavy metals; Environmental risk 重金属污染问题是当今环境科学研究的重要 内容，特别是城市土壤重金属污染问题受到越来 越多的重视〔’〕。城市人口集中、工业发达、交通拥 挤、人类活动影响强烈等因素导致城市土壤中重 金属不仅含量高而且种类较多。一旦城市土壤被 重金属污染，对城市居民的健康产生较大的危害， 因此，欧、美等一些发达国家十分关注城市土壤重 金属的污染问题，并且广泛开展了城市土壤重金 属的污染状况的调查与制图[2l。我国二十世纪 80一90年代开始重视城市土壤重金属的污染问 题，并对香港、南京、杭州、连云港等城市土壤中的 重金属开展了相关研究并取得一定的成果{’小’」。 与国外研究相比，我国对城市土壤中重金属的污 染效应的研究内容相对单一，主要局限在土壤中 重金属的含量与赋存形态等方面。 徐州位于江苏省西北部，地处苏、鲁、豫、皖四 省交界。徐州具有交通便捷、煤炭资源丰富和发 达重型工业，这些条件为徐州经济的快速发展提 供便利;但同时也可能给徐州城市环境造成一定 污染(特别是重金属)压力，导致了徐州城市土壤 中重金属有多种外源。因此，本文选择徐州市城 市土壤中重金属为研究对象，在分析了城市土壤 中30种元素(含两种非金属元素S, Br)含量和富 积特征的基础上，构建了富积程度较大重金属元 素的空间分布特征及其来源解析，并定量地测度 了多种重金属元素复合污染的环境风险，并利用 收稿日期:2005-03-30 作者简介:王学松(1969一)，男，江苏连云港人，博士. 王学松等:徐州城市表层土壤中重金属的富积、分布特征与环境风险 插值的方法构建了徐州城市表层土壤中某些重金 属复合污染的环境风险指数的区域分布图，为徐 州城市土壤重金属的管理和治理提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 供试土壤的采集 根据徐州市城市表层土壤的主要分布区域和 利用类型，将该市划分为工业区、商贸区和生活区 (包括住宅区和文化教育区)。按照重点地区(如 主要污染区)和面上均匀分布相结合的原则，系统 采集具有代表性的表层土壤(0一20cm)样品21 个。每个采样点的土壤分析试样均由多点采集混 合而成。 1.2 样品预处理与分析 将土壤样品风干，过2mm尼龙筛，然后进一 步用玛瑙研钵研磨并过100目尼龙筛后，用HN几 一HC10,-HF三酸消解。其中，Hg元素含量利用 冷原子吸收法测定，Cd利用石墨炉原子吸收法测 定，其余元素含量采用ICP-AES方法测定，元素测 试均在湖北地质科学研究所完成。 土壤标准样品是在规定精度条件下准确地标 定了元素含量和物理特征的样品，其所测数值经 国家质量技术监督局认证。本文利用湖北地质科 学研究所提供的ESS一1和ESS一2两种标准土壤 样品来保证样品测定的精度，即在进行上述元素 分析时，每10个测定样品用标准土壤样品校验以 确保实验结果的准确度，采用10%一20%的平行 样分析用于控制实验的精密度，平行样的误差控 制在5%以内。 1.3 环境风险表征方法 环境风险采用Rapant et al. (2003)提出环境 风险指数(Index of environmental risk, IER)进行表 征[6]。计算公式为: 标准，用以定量地测度重金属复合污染的土壤或 沉积物中样品的环境风险程度大小。环境风险指 数的分级标准见表to 表1 环境风险指数的分级 环境风险指数IRR 分级 3 ~ 5 环境风险程度 无环境风险 低环境风险 中等环境风险 高环境风险 极高环境风险 2 结果 2.1 贡金属(含非金属元素Br, S )元素含， 研究区土壤样品元素测试数据的基本统计特 征及有关背景条件[[7, 8〕见表2。研究区21个表层 土壤样品中Zn含量为53一380 mg/kg，平均144.1 mg/kg，是全国土壤元素背景值的2倍;Cd含量为 0.11一2. 9 mg/kg，平均0.54 mg/kg，是背景值的 5.56倍;As含量在8.7一577 mg/kg之间，平均为 39.8 mg/kg，约为背景值的4倍;Sb的变化范围为 0.79一53 mg/kg，平均3.46 mg/kg，约是背景值的3 倍;Pt,Pd,Au的含量变化范围分别为1.0一4 . 7tcg/ kg,l.1一3 . 7Pg/kg和0.8一2.4 pg/kg，高于意大利 Palermo市表层土壤中Pt, Pd, Au的含量191a 其它元素的含量统计特征见表20 2.2 重金属元素以及Br, S的富集特征 富集因子(Enrichment Factor, EF)是反映人类 活动对自然环境扰动程度的重要指标。它是通过 将样品中元素的浓度与基线中元素的浓度进行对 比，以此来判别表生环境介质中元素的人为污染 状况。为了减小环境介质、样品采集以及制样等 过程中对元素浓度的影响，富集因子的计算引人 了参比元素进行标准化〔’〕。计算公式为: (3) ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ?? ? 、? ? 、， ? ?? ? ? ? ? 、 、 ?? ?、 ? ? ??? ? ?? ? I-IR二rI EM (Ci l Cn)sample (Cil Cn)、、， 式中IER:表示超过临界限量的第i种元素的 环境风险指数，AC‘表示第i种元素的分析含量 (mg/kg), RC。表示第 i种元素的临界限量 (mg/kg),编表示待测样品的环境风险指数。需要 说明的是，如果AC; 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 控制污染物的进一步释放，并对高风险区域 进行环境的健康风险评价和修复治理，确保城市 居民的身心健康安全。 A1 Ti Ga Ba 粘粒 0.635 0.631 0.452 0.563 Li V Co Mn 粘粒 0.6016` " 0.714" ` 0.589" " 0.756" . 注:‘表示相关性在0.05水平显著相关;“表示相关性在001水平 显著相关 而像Pb, Cu,Zn,Mo,Br,Ba,Cd等的空间分布 特征可能指示了表层土壤中这些元素主要来自交 通运输过程的输入。Pb, Br常被作为机动车污染 源的标识元素[[71，此外，Zn, Ba, Cu等也可作为交 通污染源的标识元素。Ba被广泛用于柴油机及 其他内燃机的清洁剂、氧化腐蚀抑制剂、抑制黑烟 添加剂(约含20%的Ba化合物)。Zn被广泛用作 抗氧剂(即Zn的磺酸盐和梭酸盐络合物)和清洁 剂。轮胎与地面的磨损可以产生含 Zn较高的颗 粒物。润滑油在高温条件下与空气发生氧化反应 生成的有机酸、醇、酮、醛及其他有机化合物，能够 腐蚀与其接触的含Zn,Cu,Cd等合金的金属部件 以及含Ni, Cu, Mo油泵，导致其向环境中释放金 属元素〔1410 而高含量的As, Sb,Hg,Bi等元素则主要分布 在钢铁厂和徐州化学工业机械厂等工业密集区范 围之内，指示这些元素可能主要与工业过程释放 有关。 环境风险指数的大小可以定量地指示这些有 害元素对人类健康潜在危害程度的强弱。由图2 可见，21个城市表层土壤样品中属于无风险、低 风险、中等风险、高风险和极高风险级别的比例分 别是23.8%,38.15%,14.3%,4.7%和19.1%，其 中属于中等以及中等风险以上级别占近40%，说 明徐州城市土壤中重金属污染产生的环境风险比 4 结论 (1)与我国土壤元素的背景值(算术平均值) 相比，徐州城市表层土壤中Zn, Cd, As, Hg, Sb, Sn,Ag等元素富集程度大;Fe, Se, Sc, Ba, Bi, Pb, Cu,Ni,Cr,Mn,Mo,Be,Ti,A1,Ga,Li,C。等元素的富 集程度较小。 (2)徐州城市表层土壤中重金属污染具有较 高的环境风险，其中高风险区域主要集中在工业 区附近，中等环境风险区域主要集中在商业区，而 公共绿地和城市公园的环境风险较小。 (3)一些污染元素的空间分布特征显示:Ag, Se,Sc,Pb,Cu,Zn,Cd,Br,S,Mo,Au等元素分布与 交通等线状扩散污染源相关;而高浓度的As,Sb, Hg, Bi,Pd等元素主要集中在工业区范围，指示主 要是来自点源扩散污染。 参考文献: [1]Wang X S, Qin Y. 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An environmental risk assessment map of the Slovak Republic: application of data from geochemical atlases[J7.Environmental Geology. 2003， 科:400一407. 第22卷 第1期 2006年2月 中 国 环 境 监 测 Environmental Monitoring in China Vol. 22 No. 1 Feb. 2006 长江口南槽水域营养盐分布特征 刘启贞，李九发，李为华，李道季，付 桂 (华东师范大学河口海岸国家重点实验室，上海 200062) 摘 要:通过对长江口南槽水域营养盐时空变化的研究表明，南槽水域营养盐主要以稍酸盐为主，分布比较稳定;垂向 分布特征明显，其中NH,-N和NO, -N由表层到底层呈下降趋势;无机氮盐在小潮时含量较高，并且受涨落潮影响较小， 总磷大潮时含量较高，受涨落潮影响较大;一个潮周期内营养盐的波动范围较小;营养盐的含量与水样中含沙量以及盐 度的相关系数较低。 关键词:营养盐;潮周期;相关系数;长江口 中图分类号:X832 文献标识码:A 文章编号:1002-6002(2006)01-0076-05 The Distributive Character of Nutrients in the South Passage of the Changjiang Estuary LIU Qi-zhen, et al (State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, Shanghai 200062, China) Abstract:The temporal and spatial distribution of nutrients in the South Passage of the Changjiang estuary is studied in this paper. Results showed that N03 -一N is the mainly important nutrients in this district. The characteristic of upright distribution is obvious and the concentrations of NH3一N, N03 -N go down from surface to bottom. The concentration of nitrogen is higher in neap tidal and has little effect by ebb and flood tidal, while the concentration of phosphate is higher in spring tidal and has large effect by ebb and flood tidal. The concentration of nutrients has little relativity with suspended sediment concentration and salt concentration. Key words: Nutrient; Tidal period; Relativity; Changjiang estuary 由于人类活动的影响，东海海域富营养化程 度和范围逐年加重和扩大，尤其是长江口邻近海 域，已经成为我国有害赤潮高发区之一川，而赤潮 无论发生的时间、地点和规模在很大程度上都与 营养盐时空分布特征密切相关[21。在长江口区低 盐、高营养盐的长江冲淡水与高盐低营养盐的外 海水混合过程中，一方面营养盐稀释降低，且由于 理化条件发生突变，颗粒有机物质迅速沉降到海 底，营养盐被转移而降低，另一方面底层水搅动， 沉淀出现再悬浮，营养盐又得到补充，还有矿物质 的风化，有机质的降解，浮游生物及微生物的繁殖 等因素，所以河口区营养盐的转移过程比较复 收稿日期:2005-05-26 基金项目:973国家重点基础研究发展 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 项目(2002CB412405) 作者简介:刘启贞(1979一)，男，山东德州人，博士研究生. 心卜 月卜 月卜川卜月.讲卜司卜 月卜旧门，川一叫. [7〕中国环境监测总站编.中国土壤元素背景值【M].北 京:中国环境科学出版社，1990. 【8〕Maiz 1, Arambarri I , Garcia R, et al. Evaluation of heavy metal availability in polluted soils by two sequential extraction procedures using factor analysis[J〕. Environmental Pollution. 2000，110: 3一9. 仁9〕戴树桂.环境化学【M].北京:高等教育出版社， 2001. [101 Kaminski M D, Iandsberger S. Heavy metals in urban soils of East St. Louis, IL, part 1:total concentration of heavy metals in soils [J].Journal of the Air and Waste Management Association. 2000, 50:1667一1679 [11]Navas A, Mach? n J. Spatial distribution of heavy metals and arsenic in soils of Aragon(northest Spain): controlling factors and environmental [J〕 Appli Varri edGeochemisty.2002, 17:961一 implications 973. 仁12] D, Dongarra G, Sabatino G, et al. Inorganic geochemistry of roadway dust from the metropolitan area of Palermo, Italy仁J].Environmental Geology. 2003，44: 222一230. [13」 Wilcke W, Muller S, Kanchanakool N, et al. 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