南京城市土壤的特性與重金屬污染的研究(可編輯)

南京城市土壤的特性與重金屬污染的研究南京城市土壤的特性與重金屬污染的研究摘要：研究了南京市城市土壤母質(zhì)組成、剖面結(jié)構(gòu)、pH值、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)、重金屬元素全量及其不同形態(tài)含量等理化性質(zhì)和分布規(guī)律。結(jié)果表明，城市土壤母質(zhì)來(lái)源復(fù)雜，剖面層次混亂，土壤反應(yīng)石灰性、粗?；?、有機(jī)質(zhì)含量升高和表聚現(xiàn)象較明顯。城市土壤重金屬污染較為嚴(yán)重，不同功能區(qū)的污染元素和污染程度有顯著差異。綜合污染程度以老工業(yè)區(qū)含量最高，依次為老居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、風(fēng)景區(qū)、城市廣場(chǎng)、開(kāi)發(fā)區(qū)。但各功能區(qū)土壤重金屬的形態(tài)分異不明顯。城市土壤的隨機(jī)空間變異十分突出，無(wú)論是土壤性質(zhì)還是重金屬污染積累都如此。城市中可能存在一些高度污染的島狀區(qū)域，這在城市環(huán)境質(zhì)量上必須予以密切關(guān)注。關(guān)鍵詞：城市土壤；土壤特性；重金屬污染文章編號(hào)：文章編號(hào)：城市土壤在人居環(huán)境質(zhì)量、城市生態(tài)功能等方面有著重要的作用[1~3]。城市土壤的性質(zhì)與環(huán)境特點(diǎn)得到國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的廣泛關(guān)注。1989年德國(guó)土壤學(xué)會(huì)成立了城市土壤工作組，90年代初美國(guó)開(kāi)展了紐約的城市土壤調(diào)查和制圖并提出了幾個(gè)城市土壤土系[4]。1998年第16界國(guó)際土壤學(xué)大會(huì)上正式成立了“城市、工業(yè)、交通和礦區(qū)土自上世紀(jì)90年代開(kāi)始已有城市土壤研究報(bào)道[5~7]。南京是一個(gè)具有點(diǎn)，期望為城市土壤性質(zhì)的認(rèn)識(shí)和土壤環(huán)境質(zhì)量的認(rèn)識(shí)積累科學(xué)依1材料與方法1.1城市功能分區(qū)與土壤樣本采集次混亂，土壤物質(zhì)來(lái)源復(fù)雜等特征[7]。我們根據(jù)城市不同功能將南性地段，回避人工填充物(如沙層、磚瓦礫層、混凝土碎屑層、生活垃圾等)。為便于分析比較，我們按0~5cm、5~20cm和50cm以下等3種深度采集土壤剖面層次樣[8]。在城市廣場(chǎng)土壤來(lái)源復(fù)雜，園1.2土壤樣本植被與分析樣本運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，風(fēng)干磨碎，分別過(guò)10目、20目尼龍土篩。過(guò)100目塑料土篩。常規(guī)分析參照中國(guó)土壤學(xué)會(huì)推薦的方法[8]:顆值測(cè)定采用1:1水土比浸提-pH計(jì)法，有機(jī)碳測(cè)定采用K2Cr207-H2SO4外加熱法。所研究的重金屬元素選-HC104-HF三酸消化法[8],形態(tài)分析采用連續(xù)提取法[10~11]。重金屬元素樣本消化液和浸提液均在TAS-986原子吸收分光光譜儀上2結(jié)果與討論2.1城市土壤的理化性質(zhì)各剖面的主要理化性質(zhì)如表1所示。這些城市土壤具有與農(nóng)業(yè)和樣區(qū)剖面點(diǎn)深度/cm干土顏色顆粒組成/gkg-1侵入體有機(jī)質(zhì)0.002mm老工業(yè)區(qū)鋼鐵廠(chǎng)0~57.5YR6/8448.9254.4296.8瓦礫23.57.715~207.5YR7/8386.7317.2296.1瓦礫8.807.6163.8一4.308.10新開(kāi)發(fā)區(qū)南京高新區(qū)0~5297.7170.1建筑砂礫19.68.135~2010YR6/6509.9319.6170.5建筑砂礫10.88.06苜蓿園建筑砂礫32.68.035~202.5YR5/4408.4443.7147.9建筑砂礫33.28.19商業(yè)區(qū)新街口0~5169.8生活廢棄物53.07.895~2010YR6/3554.0233.6212.4生活廢棄物45.87.53夫子廟0~52.5YR5/4593.4256.8149.8279.1一17.37.78鼓樓0~52.5YR6/8366.5485.7147.8一19.28.045~202.5YR5/4318.3468.7213.0一19.67.92南京車(chē)站0~510YR4/2422.2363.8214.0砂礫29.4.7.625~2010YR6/2377.4343.5279.1砂礫13.37.75城市廣場(chǎng)礫19.17.94漢中門(mén)0~57.5YR6/6365.5486.4191.2一7.907.71中山門(mén)0~510YR4/6379.5342.4278.2瓦礫19.28.185~2010YR5/6359.6426.9213.5一9.908.145010YR6/62.5YR5/4322.0402.6275.5生活垃圾41.47.715~202.5YR6/6236.2509.2254.6生活垃圾18.67.89319.3生活垃圾36.56.085~202.5YR7/6227.3343.4429.3一21.85.33雨花臺(tái)0~57.5YR5/6245.6388.0366.4一31.35.225~207.5YR6/6242.1411.4346.5一21.45.25507.5YR7/6208.2449.4342.4一20.75.54清涼山0~5生活垃圾25.55.685~2010YR6/6342.0241.3416.8生活垃圾16.05.12老居民區(qū)鄧府巷0~510YR4/2640.2211.6148.1生活生活垃圾39.38.01總統(tǒng)府0~52.5Y4/3554.3233.4212.2生活垃圾45.27.875~202.5Y5/3509.4234.6256.0生活垃圾41.07.48東干長(zhǎng)巷0~510YR5/6359.6384.2256.2生活垃圾13.27.595~2010YR6/7297.5404.5298.0生活垃圾10.78.00梅園新村0~52.5YR6/3529.3235.4235.4生234.6生活垃圾41.27.96根據(jù)24個(gè)土壤剖面統(tǒng)計(jì)分析和多點(diǎn)觀察記錄，南京城市土壤母質(zhì)來(lái)源有5大類(lèi)型，其具體特性如表2?？梢?jiàn)，人為侵入體豐富是城土壤的構(gòu)造。例如，鄧府巷老居民區(qū)1m深剖面可分6層之多且重復(fù)母質(zhì)類(lèi)型棄土填充物人類(lèi)生活廢棄物客土填充物母巖和廢棄物煤渣、碎瓦礫和廢棄的生活用品第四紀(jì)風(fēng)積物、堆積物景區(qū)城市公園、風(fēng)景區(qū)、城鄉(xiāng)結(jié)合部層次性層次分化不明顯，土層含磚瓦礫層次復(fù)雜且混亂表土層均一，表下層復(fù)雜，多為建筑棄土風(fēng)化程度高，層次分化明顯層次分明，上壤土壤pH值較高，石灰性較明顯城市土壤pH質(zhì)明顯高于同地帶自然土壤，土壤趨向中性或堿性是城市土壤的顯著特征。圖1表明，在所測(cè)試的城區(qū)56個(gè)土壤樣本小于6.5的只有7個(gè)，占13%;介于6.5~7.5的5個(gè)，占9%;而大于7.5的有43個(gè)，占78%。土壤pH值變幅為5.13~8.22,中值為7.48。除風(fēng)景區(qū)自然土壤偏酸性外，城市人為土壤基本上顯中性或石灰性。這與盧瑛[6]等報(bào)道的南方城市土壤研究相吻合，而與北方城市的土壤pH變化有所不同[7]。不同層次土壤pH值變化也有所不同，0~5cm表層pH值為7.53±0.75,5~20cm亞表層pH值為7.53±0.89,50cm心土層以下pH值為7.02±1.28。說(shuō)明土壤表層明顯壤的顆粒組成變化幅度大(表1)。由于人為廢棄物、建筑垃圾等侵圖2分析可知，開(kāi)發(fā)區(qū)和城市市民廣場(chǎng)有機(jī)質(zhì)含量較低，但變異大，但顯著高于自然土壤(風(fēng)景區(qū)土壤)高，這一方面說(shuō)明人為在老多。它們通過(guò)遷移和污染的歷史，已在下層土壤中積累(圖3)。與差異。2.2城市土壤重金屬含量及形態(tài)分配表3可以看出，所分析的不同功能區(qū)土壤中Pb、Zn、Cu、Cd平發(fā)區(qū)土壤污染較輕。元素老工業(yè)區(qū)n8開(kāi)發(fā)區(qū)n7商業(yè)區(qū)n10城市廣場(chǎng)n13風(fēng)景區(qū)n10老居民區(qū)n8背景值Pb283.8±334.0±145.6b280.2±170.6c202.4±18.5a為了定量刻畫(huà)城市土壤污染程度，我們令城市功能區(qū)號(hào)為j,重能區(qū)的土壤重金屬污染指數(shù)，表明以老工業(yè)區(qū)最高，依次為老居民區(qū)商業(yè)區(qū)風(fēng)景區(qū)城市廣場(chǎng)開(kāi)發(fā)區(qū)。表4城市土元素水溶態(tài)交換態(tài)碳酸鹽結(jié)合態(tài)鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)有機(jī)結(jié)合態(tài)殘?jiān)鼞B(tài)Pb0.32±0.50.27*4.51±56.5Cd痕量0.048±0.0054.250.01±0.0050.9*括號(hào)內(nèi)為占總量的%值得特別指出的是，在城市的一些人流量和交通流量密集的區(qū)域，土壤重金屬污染十分突出。例如，新街口環(huán)島廣場(chǎng)內(nèi)表層土壤中和2.18mg/kg,為城區(qū)土壤中4個(gè)元素均嚴(yán)重污染的樣本。在一個(gè)汽車(chē)維修廠(chǎng)周?chē)耐寥辣韺泳箼z測(cè)到Pb高達(dá)900mg/kg。因此，在城市土壤中很可能存在一些重金屬?lài)?yán)重污染、出現(xiàn)重金屬含量異常高值的島狀區(qū)域。這在城市環(huán)境問(wèn)題上需要密切注意。重金屬元素與土壤結(jié)合的形態(tài)分配表4反映了不同重金屬元素在土壤中不同形態(tài)分配情況。各元素水溶態(tài)平均含量都很低，但個(gè)別剖面點(diǎn)濃度高，易產(chǎn)生點(diǎn)源污染。交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)這兩種組分重金屬與土壤結(jié)合較弱，在酸性條件下最易被釋放，有較大的可移動(dòng)性和生物有效性[5]。鐵錳氧化態(tài)重金屬在還原條件下易溶解釋放。有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬在氧化狀態(tài)下易分解釋放。以上幾種形態(tài)屬潛在性污染物?？梢?jiàn)，南京城市土壤的重金屬元素仍以殘?jiān)鼞B(tài)為主，依次為鐵錳氧化結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、交換態(tài)。不同元素之間，不同土壤之間、不同層次之間各種形態(tài)所占比例有很大差別，Pb、Zn、Cd鐵錳氧化結(jié)合態(tài)分別占20.6%,12.2%,15.9%,而Cu鐵錳氧化態(tài)比例高達(dá)30%以上。Pb、Zn、Cu有機(jī)結(jié)合態(tài)約占6%~9%。重金屬元素其它形態(tài)所占比例較少。因此，城市土壤中污染的重金屬較大的存在形態(tài)可能是顆粒態(tài)輸入。3結(jié)論(1)城市土壤母質(zhì)來(lái)源復(fù)雜，剖面層次混亂，與城郊土壤相比存在石灰性趨勢(shì)和粗粒化趨勢(shì)，并且有機(jī)質(zhì)含量有升高和表聚現(xiàn)象；(2)城市土壤重金屬污染較為嚴(yán)重，Pb、Cu、Zn、Cd四種重金屬元素在不同區(qū)域都超過(guò)土壤背景值，綜合污染指數(shù)以老工業(yè)區(qū)含量最高，依次為老居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、風(fēng)景區(qū)、城市廣場(chǎng)、開(kāi)發(fā)區(qū)。參考文獻(xiàn)：DEKIMPLECR,MORELJ-L.UrbansoMARKUSJA,MCBRATHEYAB.AnurbansoilinGlobe[J].Aust.J.SoilRes,1996,34:453-465.LOTTERMOSERBG.NaturalenrichmentoftopsoilswithYork,USA[J].Water,AirandSoilPollution,1991,578:797-807.環(huán)境科學(xué)，2001,5,223:44-48.盧瑛，龔子同，張甘霖.南京城市土壤Pb的含量及其化學(xué)形態(tài)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2002,222:156-160.究[J].土壤通報(bào)，1999,302:93-96.社，1999:147-211.techniques[J].EnvironmentalGeology,1993,22:276-285.蔣延惠.土壤鋅、銅、鐵、錳形態(tài)區(qū)分方法的選擇[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1990,103:280-286.speciationofparticulatetracemetals[J].AnalyticalChemistry,1979,53:844-851.ThebasicpropertiesandheavymetalpollutionofurbanWUXin-ming1,2,PANGen-xing1,JIANGHai-yang1,JUYu-fen1Agriculture,NanjingAgriculturalUniversity,NanjingfunctionalzonesfromNanjingcity.Analysisofphysico-chemicalpropertiesincludingsoil-formingparentmaterialconstituent,structureofprofile,pH,soiltexture,soilorganicmatter,thetotalandextractableheavymetalsofthesoilswereoftheparentmaterialoftheurbansoilsiscomplicatedandtheprofilesweredisincreasingsoilpH,coarseparticlematter.Thepollutionbyheavymetalsintheurbansoilswasdramaticwiththeindustrialzonebeingtheworst.Theoverallpollutiondegree,asindicatedcontentofheavymetalsseemethefunctionalzones.BoththesoilpropertofheavymetalsexhibitedaveryremarkableSome“islands”withextremelypollutedsoilwithheavymetKeywords:urbansoil;soilprofileproperty;heavy圖表2Pb平均數(shù)偏差方差A(yù)B功能區(qū)元素elemen全量碳酸鹽結(jié)合態(tài)boundtocarbonates鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)有機(jī)結(jié)合態(tài)boundtoorganicmat殘?jiān)鼞B(tài)AB重金屬類(lèi)別含量mg.kg-1土壤重金屬在剖面分布.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.000.00.00.00.000.00.00.000.00.00.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.000.000.00.00.000.00.000.000.00.00.000.00.00.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.00.000.000.000.00.00.000.00.000.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.000.00.00.00.00.00.00.00.00.00-.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00