張志棟+付亞星+郭中領(lǐng)+王仁德+趙宙+郝勇崗+常春平

摘要：以石家莊市城區(qū)土壤為例，闡述了廣場、居住區(qū)、公園、開發(fā)區(qū)、農(nóng)田5種土地利用類型不同土壤剖面中重金屬As、Cd、Co、Cu、Ni、Pb含量的分布特征，并對土壤所呈現(xiàn)特征的原因進(jìn)行了分析，以期為城市重金屬污染防治提供依據(jù)。結(jié)果表明，各重金屬含量總體上都是隨土層深度加深而減小，在地表有富集現(xiàn)象，說明人類活動對重金屬含量有影響；Cd、Pb在開發(fā)區(qū)富集最為明顯，Co和Ni富集于15～30 cm土層，廣場土地利用類型各重金屬元素都是在30～45 cm的土層含量高。Pb、Cd 2種元素垂向遷移距離較大；而As、Ni、Co 3種元素的土壤剖面的的垂向遷移不是很明顯，其含量均低于土壤背景值，Cu元素遷移距離較大在公園剖面中表現(xiàn)最為突出，表明灌溉作用是重金屬元素Cu遷移的主要原因，說明不同土地利用方式對土壤重金屬含量有著明顯的作用。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬；分布特征；土地利用方式

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）17-3234-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.17.011

Distribution Characteristics of Heavy Metals in Urban Topsoil in Shijiazhuang City

ZHANG Zhi-dong1，F(xiàn)U Ya-xing1，GUO Zhong-ling1，WANG Ren-de2，ZHAO Zhou3，HAO Yong-gang3，CHANG Chun-ping1

（1.College of Resources and Environment Sciences， Hebei Normal University/Hebei Key Laboratory of Environmental Change and Ecological Construction， Shijiazhuang 050024， China； 2.Institute of Geographical Science， Hebei Academy of Sciences， Shijiazhuang 050011， China；

3. Jingxing County Environmental Protection Agency， Jingxing 050100， Hebei， China）

Abstract： In order to provide the foundation for urban pollution control， soil examples were collected from places with different land use tape in Shijiazhuang city， i.e square， resident land， park， development zone and agriculture land， heavy metals （As，Cd，Co，Cu，Ni，Pd） content in soils of these places was investigated， and the reasons for the characteristic of heavy metals content were analyzed. The results showed that the content of each element decreased with the increase of soil depth， and heavy metals presented the enrichment phenomenon in the surface， which indicated human activity influenced the content of heavy metal. The enrichment phenomenon of Cd and Pd was obvious in development zone； the enrichment phenomenon of Co and Ni element presented on 15 to 30 cm soil profile； the maximum cotent of each elements in the square presented on 30 to 45 cm soil profile. The element of Pb，Cd showed large distance of vertical migration； the vertical migration of As， Ni， Co in the soil profile was not obvious and the content of each soil profile was lower than the background values； the migration distance of Cu in the park was relatively large， which indicated that irrigation was the main reason of migration of Cu element and the different use type of land had different influence on the content of heavy metal.

Key words： heavy metal； distribution characteristics； land use type

城市生態(tài)系統(tǒng)中土壤是其重要的組成部分，目前對于城市土壤的研究已經(jīng)成為一個(gè)新的熱點(diǎn)，引起業(yè)界的特別關(guān)注[1]。重金屬在土壤中呈現(xiàn)隱蔽性、滯后性、不可逆轉(zhuǎn)性及治理難度大和周期長等特點(diǎn)[2]。國內(nèi)外學(xué)者對此開展過較多的研究，并發(fā)現(xiàn)人工灌溉、采礦施工、施肥和施農(nóng)藥是導(dǎo)致土壤重金屬污染的主要原因[3]。土壤中的重金屬隨時(shí)間和環(huán)境變化在地表富集而且發(fā)生縱向遷移，隨食物鏈的傳播從而影響人體健康[4]，并且污染后進(jìn)行修復(fù)治理的難度也非常大，所以重金屬污染的研究有著舉足輕重的位置。石家莊發(fā)展迅速，交通便捷，人流量大，各種人類活動使大量的重金屬元素進(jìn)入環(huán)境[5]。本研究通過對石家莊市5大類土壤剖面重金屬的分析，得到各種重金屬在5類土地利用類型中的含量，并以實(shí)際情況分析其原因，從而為城區(qū)土壤重金屬污染提供切實(shí)可靠的依據(jù)，對城市的良好發(fā)展與市民身體健康有著重要意義。endprint

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省西南部的石家莊市境內(nèi)，東經(jīng)113°09′-114°58′，北緯37°42′-38°02′，地跨太行山地和華北平原，地勢起伏大，西北高東南低，地貌類型復(fù)雜，區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，氣溫和降水季節(jié)變化較大，冬季和夏季時(shí)間長，春季和秋季時(shí)間短，風(fēng)向主要以偏北風(fēng)和偏南風(fēng)為主。石家莊市是河北省省會，是全省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技中心，由于城市發(fā)展需要，城市土地利用方式呈多樣化。對石家莊市廣場、居住區(qū)、公園、開發(fā)區(qū)、農(nóng)田5種城市土地利用方式的土壤進(jìn)行布點(diǎn)和采樣，由于城市土壤受人為因素影響較大[6-8]，很多被人類活動改變其原有的成分，所以取樣點(diǎn)盡量定在被人類活動影響較少的區(qū)域。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地確定及采樣 樣品采集時(shí)間為2013年6月，布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)，分別為廣場區(qū)（和平公園）、居住區(qū)（金馬小區(qū)）、公園區(qū)（世紀(jì)公園）、開發(fā)區(qū)（華北制藥）、農(nóng)田區(qū)（河北益海糧油有限公司），進(jìn)行考察，剖面深度是0～60 cm，每15 cm為一層，分為4層，每層土壤均勻選取0.5 kg，采集樣品20個(gè)，采集后用塑封袋保存，試驗(yàn)在北京師范大學(xué)分析測試中心完成。

1.2.2 樣品處理與分析 待樣品風(fēng)干后，將樣品平鋪在干凈的白紙上，去除其中的礫石、植物須根等雜質(zhì)，之后用木棒碾壓，過100目尼龍篩，密閉分存待測。

經(jīng)過簡單處理后的樣品，分層稱量0.1 g，放入試管，加5 mL硝酸、2 mL氫氟酸，之后放入全自動消解儀（ST-60型）控溫140 ℃加熱1 h，添加1 mL高氯酸后升溫至160 ℃加熱1 h，再升溫至180 ℃后加熱45 min，摘取回流漏斗，趕酸至近干，待其冷卻至室溫，用去離子水定容到25 mL待測，元素測定采用ICP-AES電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬元素垂直剖面的水平分布

對選擇的5個(gè)不同土地利用方式的6種不同重金屬元素分析研究，結(jié)果表明，在不同地類，相同深度土壤剖面深度中土壤重金屬元素分布的含量有較大差異。以《中國土壤元素背景值》中河北省背景值（表1）作為依據(jù)，對比不同土壤利用類型間土壤剖面重金屬的分布特征。

2.1.1 As元素的水平分布 As元素是一種生物需要的微量元素，容易被植物吸收，但超過一定的含量后會對生物健康造成巨大影響。由表2可知，與河北省背景值相比，石家莊市區(qū)5類土地利用類型中As元素平均含量均未超過背景值，所分析的4個(gè)剖面上，開發(fā)區(qū)除了在45～60 cm土層的含量低于廣場和公園，其余均高于其他地類，尤其在表層0～15 cm處遠(yuǎn)高于背景值，說明As元素在開發(fā)區(qū)地區(qū)富集嚴(yán)重，說明開發(fā)區(qū)這種土地利用方式對As元素含量影響較大，結(jié)合開發(fā)區(qū)有眾多工業(yè)企業(yè)的實(shí)際情況可以得出，工業(yè)生產(chǎn)對土壤中的As元素的影響較為嚴(yán)重。

2.1.2 Ni元素的水平分布 在土壤體系中，Ni元素是一種較為活潑的元素，易遷移。由表3可知，在不同用地類型不同地層中Ni元素的含量都比背景值要小，但在15～30 cm剖面有富集現(xiàn)象。相對而言，居住區(qū)的Ni含量在各土層中相對較高，根據(jù)居住區(qū)現(xiàn)實(shí)情況分析不具有污染源的存在，可能由于雨水或者灌溉的淋溶作用引起的[2]，不同土地利用方式對Ni元素的分布影響較小。

2.1.3 Cd元素的水平分布 Cd元素是一種毒性較大的元素，人體中Cd元素含量過多會導(dǎo)致Cd中毒。由表4可知，石家莊市5種不同土地利用方式中開發(fā)區(qū)Cd元素平均含量居首位，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地類，并且0～30 cm土層中開發(fā)區(qū)的Cd元素含量富集最為集中，遠(yuǎn)超過背景值，表明不同的土地利用方式對Cd元素有著巨大的影響，工業(yè)區(qū)內(nèi)Cd元素嚴(yán)重超標(biāo)與其工業(yè)生產(chǎn)有著密不可分的聯(lián)系。

2.1.4 Cu元素的水平分布 適量的Cu元素有利于植物的生長，但是過量的Cu元素會影響植物生長，并且可能通過食物鏈影響到人類健康。由表5可知，廣場、公園和開發(fā)區(qū)土壤中Cu元素含量的平均值均高于背景值，而且所有用地類型表層0～15 cm均高于背景值，但是差距并不大。其中開發(fā)區(qū)在表層0～15 cm的土壤中Cu含量遠(yuǎn)高于其他用地類型的含量和背景值，與Cu元素遷移特征有明顯關(guān)聯(lián)[1]；廣場和公園兩地在45～60 cm深度的含量仍高于背景值，但其他用地類型已經(jīng)低于背景值，說明對深層土壤的危害不強(qiáng)，開發(fā)區(qū)表層土壤Cu元素聚集也與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)有著密切的聯(lián)系。

2.1.5 Pb元素的水平分布 Pb元素通過食物鏈進(jìn)入人體，對人體身體健康有著嚴(yán)重的危害，尤其對兒童，過量的Pb會導(dǎo)致鉛中毒。由表6可知，農(nóng)田、公園和開發(fā)區(qū)0～15 cm地表土壤的重金屬Pb含量均超過土壤背景值，尤其開發(fā)區(qū)的地表Pb含量遠(yuǎn)超過背景值，積累比較嚴(yán)重，結(jié)合實(shí)際情況分析可知，開發(fā)區(qū)蓄電池有關(guān)企業(yè)較多，對土壤中重金屬元素Pb的貢獻(xiàn)較大。

2.1.6 Co元素的水平分布 Co元素在土壤系統(tǒng)中是一種易被吸附的元素，相對比較穩(wěn)定，不同土地利用方式的土層中Co平均含量相差不大，且均未超過背景值，也沒有地表富集的現(xiàn)象，但在15～30 cm有積累，可能與其降水淋溶作用有關(guān)[3]?？傮w來看，不同土地利用方式對土壤重金屬Co的分布影響較小。

2.2 土壤重金屬元素的垂直分布

根據(jù)不同土地利用方式下人類活動類型不同和土壤重金屬元素本身遷移難易度不同，上述6種土壤重金屬元素在不同剖面的垂直分布上有著明顯的差異，總體而言，土壤重金屬含量按照剖面深度的加深呈現(xiàn)遞減的趨勢，在地表都有富集現(xiàn)象，45 cm以上土層中重金屬含量起伏較大，但是45 cm向下的土層變化較小，基本持平，表現(xiàn)出重金屬元素在土壤表層有聚集現(xiàn)象（圖1）。重金屬元素含量的剖面分布特征曲線基本趨勢相似，都是在0～30 cm的土層剖面內(nèi)有著較為明顯的距離遷移，剖面深度加深重金屬含量降低，但Ni元素和Co元素都呈現(xiàn)出上升的趨勢，這和其被雨水或人工灌溉淋溶有著密切的關(guān)系。雖然重金屬元素含量的剖面分布特征曲線基本趨勢相似，但是不同土地利用類型對Ni、Cu、Pb、Cd、As元素的影響較大，Co元素的剖面曲線變化較不明顯，說明不同用地類型對重金屬Co元素垂直遷移的影響較小。endprint

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)所研究的5類土壤利用類型中6種土壤重金屬元素的含量總體上都是隨土壤深度加深而減小，在地表有富集現(xiàn)象。

通過不同剖面深度重金屬元素含量分布的分析得出，在開發(fā)區(qū)Cd、Pb這兩種元素在地表都有明顯的積累，Cd元素地表含量是背景值的9.6倍，Pb元素地表含量是背景值的1.4倍，這是因?yàn)殚_發(fā)區(qū)有較多的工業(yè)企業(yè)對土壤重金屬含量增長貢獻(xiàn)較大，Co元素和Ni元素在剖面中含量較大而且集中于15～30 cm的剖面而不是土壤表層，這兩種元素都沒有地表富集的現(xiàn)象，沒有受到外界人類活動的影響，沒有外部來源，呈現(xiàn)這樣的規(guī)律是由于雨水或者灌溉的淋溶作用引起的，而在廣場各重金屬元素都是在30～45 cm的土層含量高，這是由于廣場中的地表土壤類型大部分為礫石或裸露的土地，這種地表類型有利于土壤重金屬元素的吸收和遷移。

通過對各重金屬元素的遷移距離的分析可以得出，Cu遷移距離較大的土壤類型是公園，采樣深度在45～60 cm的Cu元素含量仍然高于土壤背景值，這是由于公園中植被較為茂盛，長期需要人工灌溉的原因?qū)е?，說明公園以及灌溉較好的地區(qū)對土壤重金屬Cu含量的分布與遷移有著重要的影響。

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