華東師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院（200062） 張倩冬 程思思 王 捷 李 揚(yáng)

指導(dǎo)教師：畢春娟

重金屬是指密度大于5g/cm3的金屬。土壤重金屬污染是指人類活動導(dǎo)致土壤中重金屬含量明顯高于背景值的現(xiàn)象。土壤重金屬污染物主要有汞Hg、鉛Pb、銅Cu、鋅Zn、鉻Cr、鎳Ni及類金屬砷As等，它們在土壤中不能被生物降解，卻能通過食物鏈和直接接觸等途徑進(jìn)入人體，在人體內(nèi)與蛋白質(zhì)及酶等發(fā)生相互作用，使其失去活性，從而危害人體健康。[1]經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)土壤重金屬污染較為嚴(yán)重，土壤中重金屬含量要比自然本底值超出幾倍。[2]本文以上海市閔行區(qū)為例，研究不同土地類型功能區(qū)土壤中的重金屬含量情況，并進(jìn)行污染評價(jià)，以期為改善閔行區(qū)土壤環(huán)境提供參考依據(jù)。

一、研究區(qū)域與研究方法

1.研究區(qū)域和采樣地點(diǎn)

以上海市閔行區(qū)范圍內(nèi)的土壤環(huán)境為研究對象，10份樣本分別來自于公園（閔行體育公園、閔行公園、吳涇公園）、居民區(qū)（吳涇小區(qū)、華東師范大學(xué)生活區(qū)、華唐苑小區(qū)）、工業(yè)區(qū)（吳涇焦化廠、吳涇化工廠、吳涇熱電廠）、農(nóng)用地（東海學(xué)院對面的西瓜田）等四類土地類型功能區(qū)。采樣區(qū)域分布見圖1。樣本選擇盡量考慮其在各類土地類型功能區(qū)中的代表性。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖

2.樣本采集與處理

在預(yù)先確定的10個樣本區(qū)內(nèi)，用鏟子分別采集了6～8個0～5cm表層土混合樣，樣本均勻混合后，放入自備的保鮮袋中，并置入相應(yīng)標(biāo)簽。土壤樣本于烘箱內(nèi)烘干，剔除樣本中植物根系、有機(jī)殘?jiān)约翱梢娗秩塍w，用研缽研磨后，過120目尼龍篩，放入干燥器備用。

3.實(shí)驗(yàn)儀器及測定方法

將土樣消解后，使用AFS-9230原子熒光光度儀測定土樣中重金屬Hg、As的含量；將土樣壓樣后，使用島津XPF-1800X熒光光譜儀測定土樣中重金屬Cu、Pb、Zn、Ni、Cr的含量。并利用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土樣中的有機(jī)質(zhì)含量。

4.土壤重金屬污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

土壤污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別以《國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618－1995）中的二級標(biāo)準(zhǔn)（即“為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)人體健康的土壤限制值”）（具體標(biāo)準(zhǔn)略）以及上海市土壤重金環(huán)境背景值為參照標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

表1 上海市土壤重金屬環(huán)境背景值（ppm）

采用單因子指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)，該法是目前土壤重金屬污染評價(jià)普遍采用的方法，其表達(dá)式為：

式中：Pi為土壤中i類污染物的污染指數(shù)；Ci為土壤中i類污染物實(shí)測濃度；Si為土壤中i類污染物的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。計(jì)算所得的污染指數(shù)按表2進(jìn)行土壤質(zhì)量分級：

表2 基于污染指數(shù)的土壤質(zhì)量分級

二、測定結(jié)果與污染評價(jià)

1.土壤重金屬含量測定結(jié)果

由于實(shí)驗(yàn)中測汞、砷的機(jī)器所測得的標(biāo)樣值與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)樣值相差甚遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)不具有可信度，所以重金屬汞、砷在此不做分析。10個采樣點(diǎn)所測得的Cu、Pb、Zn、Ni、Cr含量如表3所示：

表3 各采樣點(diǎn)重金屬含量（ppm）

2.土壤重金屬污染評價(jià)

運(yùn)用單因子評價(jià)法所得的評價(jià)結(jié)果如下：

從表4和表5可以看出，以不同的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)，土壤重金屬的污染程度差異很大。若以國家二級標(biāo)準(zhǔn)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，則只有各功能區(qū)內(nèi)的Cr元素均屬于輕度污染級別，還有工業(yè)區(qū)的Zn、Cu含量屬輕度污染，其余皆屬于非污染范疇。

表4 以國家二級標(biāo)準(zhǔn)為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的單因子污染指數(shù)

表5 以上海土壤背景值為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的單因子污染指數(shù)

而相對國家二級標(biāo)準(zhǔn)來說，上海市背景值中的Cr含量更高一些，所以若以上海市土壤背景值作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所測得的四個功能區(qū)中的Cr含量均未超過其值，不構(gòu)成污染。另外，居民區(qū)和工業(yè)區(qū)土壤的Pb元素含量分別達(dá)到了背景值的5.5倍和6.6倍，均屬重度污染，公園和農(nóng)用地土壤的Pb含量也超過了背景值，構(gòu)成了輕度污染。而Zn和Cu元素在工業(yè)區(qū)土壤中的含量分別達(dá)到了背景值的4.7倍和4.6倍，屬重度污染，在其他三個功能區(qū)中也均略超過上海背景值，達(dá)到輕度污染。Ni元素在各功能區(qū)土壤中的分布形態(tài)與其它金屬元素略有不同，表5顯示工業(yè)區(qū)內(nèi)的土壤Ni含量未達(dá)上海背景值，尚未構(gòu)成污染，而公園、居民區(qū)、農(nóng)用地內(nèi)的土壤Ni含量都略高于背景值，屬輕度污染。

由于研究對象均為上海的土壤環(huán)境，所以選取上海土壤背景值作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更具有參考價(jià)值?？傮w上來說，從研究數(shù)據(jù)結(jié)果（圖2）看，上海閔行區(qū)內(nèi)的居民區(qū)受到了嚴(yán)重的Pb污染，工業(yè)區(qū)受到了嚴(yán)重的Pb、Zn、Cu污染。公園區(qū)域內(nèi)的土壤重金屬污染指數(shù)從大到小排列順序?yàn)椋篫n>Pb>Cu>Ni>Cr，居民區(qū)、工業(yè)區(qū)、農(nóng)用地重金屬污染指數(shù)大小順序均為Pb>Zn>Cu>Ni>Cr。

圖2 以上海市土壤重金屬含量背景值為參照標(biāo)準(zhǔn)的閔行區(qū)土壤重金屬污染指數(shù)圖

三、污染原因試析

1.不同功能區(qū)土壤重金屬含量差異及原因分析

圖3為閔行區(qū)不同土地類型功能區(qū)內(nèi)土壤重金屬含量。工業(yè)區(qū)內(nèi)土壤中Pb、Zn、Cu含量遠(yuǎn)高于其他功能區(qū)，分析原因可能一方面是由于工業(yè)區(qū)內(nèi)頻繁的工業(yè)生產(chǎn)活動和工業(yè)排放直接對周邊地區(qū)的土壤產(chǎn)生了污染，另一方面可能是采樣時(shí)所采集的土壤樣本皆來源于工廠周邊馬路兩側(cè)，大型工業(yè)運(yùn)輸車輛的尾氣排放可能也是造成這三種元素含量較高的原因。Pb、Zn、Cu元素含量在三個工業(yè)區(qū)采樣點(diǎn)的含量均明顯偏高，其中尤以吳涇化工廠周邊土壤較為突出，推測化工行業(yè)可能更易造成Pb、Zn、Cu重金屬污染。另外，Pb元素的含量在居民區(qū)也較為顯著，現(xiàn)代社會的日常生活方式可能與Pb的富集和污染有關(guān)。而Ni、Cr元素含量在各功能區(qū)土壤內(nèi)的差異并不明顯。

圖3 閔行區(qū)不同土地功能區(qū)土壤重金屬含量

2.土壤重金屬之間的影響分析和有機(jī)質(zhì)對土壤重金屬污染的影響分析

重金屬與重金屬之間、重金屬與有機(jī)質(zhì)之間的相關(guān)性，可反映它們之間的關(guān)聯(lián)情況或污染來源，[3]據(jù)此可推測重金屬來源是否相同。表6所示為10個采樣區(qū)樣本數(shù)據(jù)相關(guān)分析結(jié)果。

除了Pb與Cr之間的相關(guān)性沒有達(dá)到顯著水平，其余重金屬與重金屬之間、重金屬與有機(jī)質(zhì)之間均呈顯著或極其顯著的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中，Zn、Cu、Cr元素與有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.949、0.849、0.854，相關(guān)極其顯著，說明有機(jī)質(zhì)可能是Zn、Cu、Cr元素在土壤中的重要載體。而元素Zn與Cu、Cu與Cr、Cr與Zn之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.862、0.893、0.821，相關(guān)也極其顯著，說明了閔行區(qū)土壤中的Zn、Cu、Cr元素可能有相同的來源。另外，前述分析中一直呈現(xiàn)的與其它元素在各個功能區(qū)內(nèi)呈不同分布形態(tài)的Ni元素與其它各金屬元素、有機(jī)質(zhì)含量之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，尤其是與重金屬元素Zn、Cu以及有機(jī)質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù)分別為-0.828、-0.788、-0.839，相關(guān)極其顯著，說明或許土壤中重金屬元素Zn、Cu及有機(jī)質(zhì)的存在，對Ni元素在土壤中的累積有抑制作用。這有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

四、結(jié)論與建議

1.結(jié)論

（1）上海市閔行區(qū)各土地類型功能區(qū)內(nèi)土壤中各重金屬元素均有不同程度的積累，10個樣本土壤中Pb、Zn、Cu、Ni、Cr的平均值分別為106.49、215.35、64.97、33.73和53.38 mg/kg。

（2）用單因子污染指數(shù)法評價(jià)土壤重金屬污染程度，以國家二級標(biāo)準(zhǔn)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，則各功能區(qū)內(nèi)的Cr元素均屬于輕度污染級別，此外工業(yè)區(qū)的Zn、Cu含量屬輕度污染，其余皆屬于非污染范疇；而以上海市土壤背景值作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，除Cr元素外，各功能區(qū)均不同程度受到Pb、Zn、Cu、Ni等重金屬元素的污染，尤其是居民區(qū)和工業(yè)區(qū)土壤的Pb元素，工業(yè)區(qū)土壤中的Zn和Cu元素含量分別超過了背景值的4-6倍，均屬重度污染，其余為輕度污染。

（3）重金屬與重金屬之間、重金屬與有機(jī)質(zhì)之間的相關(guān)性分析表明，有機(jī)質(zhì)可能是Zn、Cu、Cr元素在土壤中的重要載體，重金屬元素Zn、Cu、Cr可能有相同的來源，土壤中重金屬元素Zn、Cu及有機(jī)質(zhì)的存在，可能對Ni元素的累積有抑制作用。

（4）通過分析表明，人類活動的影響，包括工業(yè)活動、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)活動對上海市閔行區(qū)表層土壤重金屬污染都有一定程度貢獻(xiàn)，其中尤以工業(yè)活動造成的污染最為顯著。

2.建議

社會應(yīng)高度重視土壤重金屬污染現(xiàn)象，潛在的重金屬污染必將對人體健康和社會進(jìn)步帶來影響。政府和職能部門應(yīng)樹立污染整治的前瞻意識，對土壤重金屬污染現(xiàn)象及時(shí)加以治理，并積極采取措施預(yù)防其危害的發(fā)生。部分區(qū)域嚴(yán)重的重金屬污染狀況尤其迫切地需要解決，如以樣本點(diǎn)吳涇小區(qū)為代表的居民小區(qū)超高Pb污染即在此列?？傊?，希望閔行區(qū)的土壤環(huán)境能在政府的重視和人們的共同努力下逐步向優(yōu)質(zhì)環(huán)境方向發(fā)展。

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