王繼文

(陜西師范大學(xué)，陜西 西安 710119)

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西安市城墻內(nèi)城市土壤鉛污染元素研究

王繼文

(陜西師范大學(xué)，陜西 西安 710119)

摘要：采用Tessier 連續(xù)提取法，研究了西安市城墻內(nèi)城市土壤中Pb的化學(xué)形態(tài)分布。結(jié)果表明：西安市城市土壤中Pb的地球化學(xué)形態(tài)分布以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主，各形態(tài)所占比例順序?yàn)殍F錳氧化物結(jié)合態(tài)>殘?jiān)Ц駪B(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)。西安市城市土壤活性態(tài)Pb的比例70.4%大于殘?jiān)Ц駪B(tài)Pb所占的比例29.6%，土壤Pb的活性很大，具有較高的生物有效性和較大的環(huán)境潛在危害性。

關(guān)鍵詞：城市土壤；Pb；化學(xué)形態(tài)；生物有效性

鉛(Pb)是元素周期表中的第82號(hào)元素，質(zhì)柔軟，延性弱，展性強(qiáng)，是一種銀灰色的有毒重金屬。鉛在環(huán)境中分布廣泛，并且可以長(zhǎng)期蓄積，鉛在人體內(nèi)毫無(wú)生理作用,理想血鉛值應(yīng)為0,人體內(nèi)的鉛均來(lái)自外界環(huán)境,主要通過(guò)土壤、食物、水和空氣等途徑進(jìn)入人體[1]。重金屬鉛污染嚴(yán)重危害人體健康[2,3]，對(duì)兒童的危害尤為顯著，會(huì)降低兒童的認(rèn)知能力和智力發(fā)育，發(fā)育中的胎兒和嬰幼兒是鉛危害的最易感人群[4]。我國(guó)從2000 年7 月1 日起在全國(guó)范圍內(nèi)停止銷售和使用車用含鉛汽油，已經(jīng)收到了顯著效果除含鉛汽油外，含鉛錫罐造成的食品鉛污染、油漆鉛和灰塵及土壤鉛也是鉛暴露的重要來(lái)源。(王冰，2013)隨著城市化的不斷推進(jìn)，城市土壤直接緊密地接觸密集的城市人群,城市土壤中重金屬Pb通過(guò)食物鏈影響食品安全,還通過(guò)對(duì)水體、大氣的影響進(jìn)而降低城市環(huán)境的質(zhì)量，對(duì)人的生命健康和安全影響越來(lái)越大。土壤中重金屬不同的地球化學(xué)形態(tài)產(chǎn)生不同的環(huán)境效應(yīng)，重金屬的生物毒性以及重金屬在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移很大程度上是由其地球化學(xué)形態(tài)分布決定的[5]。因此，對(duì)人類和高等生物最具危害的有毒金屬之一的Pb進(jìn)行形態(tài)分析進(jìn)行研究有重要的意義。以往我國(guó)許多城市如北京、南京、杭州等對(duì)土壤中鉛的化學(xué)形態(tài)研究較多[7,8,9]，西安城市土壤鉛的研究多集中在總量與污染程度，而對(duì)于鉛的地球化學(xué)形態(tài)分布的研究甚少。因此，本論文通過(guò)Tessier 連續(xù)提取法[10],對(duì)西安市城市土壤重金屬鉛的地球化學(xué)形態(tài)進(jìn)行研究，研究結(jié)果將為西安市環(huán)境污染的治理和人群健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供科學(xué)理論依據(jù)。

1研究區(qū)域與方法

1.1研究區(qū)域概況和樣品采集

西安市城墻以內(nèi)城區(qū)的城市土壤為研究對(duì)象，該區(qū)域面積約11.3平方公里，位于西安市中心區(qū)域，是西安市人類活動(dòng)時(shí)間最久，內(nèi)有西安市主要商圈——鐘樓商圈，以及碑林博物館、革命公園、蓮湖公園等風(fēng)景區(qū)，是西安市重要的旅游目的地和商業(yè)區(qū)，人口密集，建筑面積大，服務(wù)業(yè)發(fā)達(dá)。沿著城區(qū)道路綠化帶以及深入小區(qū)內(nèi)綠化景觀兼顧城區(qū)內(nèi)公園，均勻隨機(jī)采樣，用不銹鋼鏟采集深度為0-15cm表層土壤,城墻內(nèi)共散落分布67個(gè)采樣點(diǎn)，于2011年7～9月間采集。土樣避光自然風(fēng)干后，對(duì)每一份樣品采用四分法取樣進(jìn)行磨碎處理，過(guò)100 目(0.149mm)土壤篩，保存待壓片測(cè)定。

1.2形態(tài)分析方法和測(cè)定

選擇了21個(gè)代表性樣品，采用Tessier5步連續(xù)提取法[10],進(jìn)行了Pb可交換態(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)Ц駪B(tài)分析，具體提取步驟見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。提取液Pb各形態(tài)的含量采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP-OES測(cè)定。樣品測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差(RSD)控制在5%內(nèi)，形態(tài)分析回收率均在80%～120%以內(nèi)。

2結(jié)果與討論

2.1西安城市土壤Pb地球化學(xué)形態(tài)分布

西安市城市土壤中21個(gè)采樣點(diǎn)土壤樣品Pb的五種化學(xué)形態(tài)的分析結(jié)果如圖2所示。由圖可以看出，總體而言，西安市城市土壤Pb的地球化學(xué)形態(tài)以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主(平均比例為41.15%)，其余四種形態(tài)的Pb所占比例的平均值均較低(可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)Ц駪B(tài)所占的平均比例分別為4.35%、9.60%、15.25%和29.65%)，且分布不穩(wěn)定。西安市城市土壤Pb地球化學(xué)形態(tài)分布為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>殘?jiān)Ц駪B(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)。Pb的鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)含量最大，可能是由于Pb在土壤中容易與鐵錳氧化物結(jié)合形成穩(wěn)定的螯合物，在氧化條件下不易釋放[11]。另外，研究表明空氣降塵和街道灰塵中Pb含量高，以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主[8]，據(jù)報(bào)道西安機(jī)動(dòng)車數(shù)量自2000年至今增長(zhǎng)了6倍，達(dá)到200萬(wàn)輛，游客人數(shù)也不斷增長(zhǎng)。鄧碧云等研究表明,交通量和人口密度與表層土壤Pb 含量呈正相關(guān)。采集土壤的區(qū)域位于城墻以內(nèi)是交通密集區(qū)，其Pb主要來(lái)源于汽車尾氣和輪胎磨損釋放的粉塵，對(duì)空氣降塵中Pb含量貢獻(xiàn)大，進(jìn)入土壤中改變了土壤中Pb的形態(tài)分布，增加了鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)所占的比例。值得注意的是，13、14號(hào)城市土壤樣品的有機(jī)結(jié)合態(tài)Pb占五種化學(xué)形態(tài)Pb總和的比例有顯著增加，大部分研究認(rèn)為Pb的有效態(tài)以有機(jī)態(tài)為主[5]，研究表明有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬的釋放與有機(jī)質(zhì)的分解有關(guān)[12]，該兩個(gè)采樣點(diǎn)土壤的有機(jī)結(jié)合態(tài)Pb的比例明顯增加可能是因?yàn)檫@2個(gè)采樣地土壤中所含的有機(jī)質(zhì)較為豐富。

這一研究結(jié)果與其他城市土壤Pb地球化學(xué)形態(tài)分布存在差異。本研究結(jié)果和王亞宇等的研究結(jié)果烏魯木齊市中工業(yè)區(qū)和交通密集區(qū)的Pb的化學(xué)形態(tài)分布趨勢(shì)相同是鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>殘?jiān)Ц駪B(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)，表明城墻內(nèi)的土壤鉛的污染源來(lái)自汽車尾氣和工業(yè)排放。[13]白世強(qiáng)等的研究表明[14]，洛陽(yáng)城市表土中Pb的化學(xué)形態(tài)以殘余態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主,其分布為殘余態(tài)>鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)。馮琦麗等報(bào)道[15]，沈陽(yáng)城市表層土壤Pb的形態(tài)分布為殘?jiān)鼞B(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)。盧瑛等的研究表明[8]，南京城市表層土壤Pb以殘?jiān)鼞B(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主,各形態(tài)所占比例為殘?jiān)鼞B(tài)>鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)。而韓東昱等對(duì)北京市公園土壤的研究發(fā)現(xiàn)[7]，公園表層、深層土壤中 Pb 形態(tài)分布的總體規(guī)律均為殘?jiān)Ц駪B(tài)>鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)。

2.2西安市城市土壤Pb的生物有效性

由于土壤中的重金屬以不同的形態(tài)存在,它們對(duì)生物的有效性也不同.根據(jù)不同形態(tài)重金屬對(duì)生物的有效性,可以分為3 類: 易利用態(tài)、中等可利用態(tài)和惰性態(tài)。[16]易利用態(tài)主要包括水溶態(tài)和陽(yáng)離子可交換態(tài); 中等可利用態(tài)主要包括碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài)及有機(jī)/ 硫化物結(jié)合態(tài),它們要在比較強(qiáng)的酸性介質(zhì)及適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下才能釋放出來(lái),成為生物可利用態(tài); 惰性態(tài)主要是殘?jiān)鼞B(tài)的金屬,不能被生物利用.[何孟常]研究表明，在五種不同的化學(xué)形態(tài)中，可交換態(tài)(包括水溶態(tài))和碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬與土壤的結(jié)合較弱，最容易被釋放出來(lái)，對(duì)人類和環(huán)境的危害較大；鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)較為穩(wěn)定，但在外界條件變化時(shí)也可釋放出來(lái)。殘?jiān)Ц駪B(tài)一般稱為非有效態(tài)，因?yàn)檫@部分重金屬在自然條件下不易釋放出來(lái)[11]?？山粨Q態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)的總量可以作為活性態(tài)重金屬的一種指標(biāo)[17]，西安城市土壤中重金屬活性態(tài)(可交換態(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))的比例見(jiàn)圖2。土壤中生物可利用態(tài)Pb占0.51%-23.5%，平均值是4.4%，中等可利用Pb占38.5%-86.2%，；平均值是66%，惰性態(tài)Pb占12.3%-59%,均值是29.6%.由圖2可以看出，Pb的非殘?jiān)Ц駪B(tài)所占比例之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于殘?jiān)Ц駪B(tài)所占的比例，活性態(tài)的鉛占70.4%。因此，西安市城市土壤Pb的活性很大，具有較高的生物有效性，對(duì)環(huán)境的潛在危害性大。

將此研究結(jié)果與其他文獻(xiàn)的研究結(jié)果進(jìn)行比較。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，與西安市城市土壤Pb情況類似，洛陽(yáng)、南京城市土壤以及北京市公園土壤中Pb不僅含量高，而且活性大，具有一定的釋放潛力和生物有效性，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的危害性大[17、7、8]。因此,對(duì)環(huán)境的危險(xiǎn)性不容忽視[14]。

3結(jié)論

(1)西安市城市土壤Pb地球化學(xué)形態(tài)分布以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主，各形態(tài)所占比例為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)>殘?jiān)Ц駪B(tài)。

(2)西安市城市土壤活性態(tài)Pb比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于殘?jiān)Ц駪B(tài)所占的比例，土壤Pb的活性很大，因此，西安市城市土壤Pb具有較高的生物有效性和較大的環(huán)境潛在危害性。

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The chemical speciation of Pb in Xi’an urban soils

Cheng Shanshan

(College of Tourism and Environment Sciences，Shaanxi Normal University，Xi’an 710119)

Abstract:This paper studied the chemical speciation of Pb in urban soils collected from green belt within Xi’an City Wall in Xi’an City used Tessier.The results indicated that the Pb was dominated by Fe-Mn oxides fractions,and followed by the order of Fe-Mn oxides > carbonate > organic > exchangeable > residual.The proportion of active fractions of Pb in Xi’an urban soils are far higher than the residual fractions.Pb in Xi’an urban soils had not only high activity,but also high bioavailability and serious potential threat to the environment.

Key Words:urban soils; Pb; chemical speciation; bioavailability

作者簡(jiǎn)介：王繼文(1989-)，男，漢族，山西渾源縣人，本科，陜西師范大學(xué)，專業(yè)環(huán)境工程，研究方向：環(huán)境污染控制。

中圖分類號(hào):X53

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-1602(2016)10-0026-03