侯佳渝，楊耀棟，程緒江

(1．天津市地質事務中心，天津 300040； 2．天津市地質礦產測試中心, 天津 300191； 3．天津市地質調查研究院，天津 300191)

0 引言

隨著城市化的不斷發(fā)展，城市土壤大部分被各類人工建筑物覆蓋，綠地是城市暴露土壤的主要存在形式[1]，綠地在城市中是重要的生態(tài)資源，具有涵養(yǎng)水源、緩沖污染、防風固沙、調節(jié)小氣候、保持生物多樣性的功能，也是城市生態(tài)系統(tǒng)元素儲存、遷移、轉化的重要介質。重金屬元素在人類生產、生活中使用廣泛，工業(yè)“三廢”、機動車尾氣、生活垃圾、生活污水等都可能造成土壤重金屬污染，對城市居民健康和城市的可持續(xù)發(fā)展帶來了隱憂。

近年來，城市土壤重金屬累積的問題受到廣泛關注，國內外針對城市土壤重金屬開展了一系列研究，但針對城市不同功能區(qū)綠地的研究還比較少。徐福銀等[2]認為重慶不同功能區(qū)綠地土壤重金屬含量整體較低，商業(yè)區(qū)和交通區(qū)受到污染的程度大于居住區(qū)和休閑區(qū)。陳為峰等[1]在山東某城市開展了研究，發(fā)現(xiàn)工業(yè)區(qū)、風景名勝區(qū)、商業(yè)區(qū)和居民區(qū)綠地土壤污染程度較高。趙靚等[3]針對北方某城市的綠地土壤重金屬開展了空間分析、污染評價，并通過多元統(tǒng)計的方式對重金屬來源進行了分析。

本研究對天津市中心城區(qū)內的居住文教區(qū)、交通綠化帶、工業(yè)區(qū)、公園、河岸等5類不同功能區(qū)的綠地土壤開展了調查和采樣工作，在此基礎上對重金屬的分布規(guī)律和來源進行了分析和研究，旨在進一步了解城市生態(tài)系統(tǒng)中污染物質的遷移、轉化、賦存規(guī)律，為城市生態(tài)文明建設提供依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

將綠地分為公園綠地、交通綠化帶、工業(yè)區(qū)綠地、居住文教區(qū)綠地、河岸綠地5大類。為了兼顧均勻性和代表性，采樣點網格化布置，1 km2網格一個點，采樣點布置在網格內比較典型的綠地上。共布置采樣點267個，其中居住文教區(qū)102個，交通綠化帶92個，工業(yè)區(qū)53個，公園11個，河岸9個。土壤樣品視采樣點具體情況選取棋盤法、梅花點法、對角線法或蛇形法進行多點取樣并混合，采樣深度為0～20 cm。

為了研究大氣沉降物質對綠地土壤的影響，在城區(qū)共布置13個大氣沉降接收裝置，接收裝置盡量均勻分布，保證每個區(qū)至少一個裝置。接收裝置安放于15 m高以上的屋頂平臺上，周圍25 m內無遮擋物，100 m內沒有供熱站、工廠等污染源，放置時長一年。

1.2 樣品分析

土壤樣品在實驗室用無污染球磨機研磨至200目，大氣沉降樣品不需研磨。稱取0.5 g樣品，用王水溶解樣品，采用原子熒光法測定As、Hg；稱取0.1 g樣品，用硝酸、鹽酸、氫氟酸、高氯酸四酸溶樣，采用等石墨爐原子吸收法測定Cd，采用等離子體發(fā)射光譜法測定Ni、Cu；稱取3.0 g樣品，粉末壓餅法處理，采用X射線熒光光譜法測定Cr、Pb、Zn。樣品分析中的準確度和精密度、報出率、重復性檢驗等各項質量指標均滿足要求。

2 結果與分析

2.1 綠地土壤重金屬含量總體特征

天津市中心城區(qū)綠地土壤重金屬元素含量統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1。累積系數(shù)為綠地土壤元素平均含量與土壤背景值的比值，反映土壤重金屬元素的累積程度。土壤背景值采用天津市1∶25萬地球化學調查數(shù)據(jù)[4]?？傮w來看，天津市綠地土壤中Hg、Cd累積程度最高，累積系數(shù)分別為7.66和3.15；其次是Pb、Zn、Cu，累積系數(shù)分別為1.85、1.81、1.61；As、Cr、Ni累積系數(shù)都接近1，平均含量接近背景值。

表1 天津市綠地土壤重金屬含量統(tǒng)計值

變異系數(shù)可以反映樣品中重金屬元素含量的離散程度。Cd的變異系數(shù)為3.39，遠高于其他元素，分析數(shù)據(jù)顯示多個采樣點Cd含量大幅度高于其他點位，其中最大為20 664×10-6，是天津市土壤背景值的168倍。Hg、Pb、Zn、Cu的變異系數(shù)分別為1.34、1.23、1.05、1.01；Cr、As、Ni元素變異系數(shù)較低，分別為0.27、0.25、0.17。

將天津綠地土壤重金屬含量與國內外其他城市對比，由表2可見，與國內城市比較，北京公園綠地土壤Hg含量是天津綠地的4.97倍；香港公園綠地土壤Cd含量是天津綠地的5.63倍；其他元素的差異不突出。與國外城市都柏林、雅典比較，除Cr高于都柏林外，天津綠地土壤各重金屬含量都相對更低。

表2 天津市與其他城市土壤重金屬的對比

相對于北京、雅典這樣歷史悠久的城市，以及香港、都柏林這類早期工商業(yè)較發(fā)達的城市，天津受到人類活動的影響更小，因此綠地土壤重金屬累積程度更低。隨著天津城市的進一步擴張和發(fā)展，我們需要提高污染防治的意識，避免或者減緩土壤重金屬的持續(xù)累積。

依據(jù)《土壤環(huán)境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600—2018)對綠地土壤進行評價，只有一個點的Pb含量略微超過篩選值，其他各點各元素含量都在篩選值以下，總體上可以認為天津市綠地土壤中的重金屬對人體健康風險非常小。

2.2 不同功能區(qū)綠地土壤重金屬含量特征

不同功能區(qū)綠地土壤重金屬含量統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3。在5種功能區(qū)中，工業(yè)區(qū)綠地Pb、Zn、Cu、As平均含量最高，Hg排第2位。重金屬元素在工業(yè)上被廣泛使用，工業(yè)生產的各個環(huán)節(jié)都有可能釋放出重金屬并進入到城市生態(tài)系統(tǒng)。

表3 不同功能區(qū)綠地土壤重金屬含量統(tǒng)計參數(shù)

河岸綠地中Hg、Cd平均含量顯著高于其他功能區(qū)，Pb、Zn含量也僅次于工業(yè)區(qū)。本研究認為這是因為河岸綠地相對其他區(qū)域還額外受到了河道污水灌溉和河道底泥的影響。

居民區(qū)機關文教單位綠地、交通綠化帶和公園綠地中的重金屬富集程度整體上相對工業(yè)區(qū)和河岸綠地更低。交通綠化帶中的Cd平均含量排第2位，原因是受到最高值點的影響，如將該點剔除平均值將下降48%，位于末位。

從變異系數(shù)來看，Cu、Ni、Pb、Zn變異系數(shù)在工業(yè)區(qū)中最高，這4種元素在工業(yè)生產中廣泛應用，區(qū)內不同類型工業(yè)的布局和排放特征導致了綠地土壤中元素的不均勻累積。Cd、Hg在居住文教區(qū)的變異系數(shù)最高，居住文教區(qū)人口密度最大，受到人類活動的影響最頻繁，不規(guī)范的垃圾處置、廢水排放等帶來的局部污染導致了較高的變異系數(shù)。

2.3 綠地土壤重金屬來源分析

經過調查認為，從區(qū)域上來看重金屬進入綠地土壤的途徑與農業(yè)區(qū)相似，主要包括：大氣沉降、灌溉水和肥料3種途徑。依據(jù)已有的研究成果，天津市郊區(qū)農用地土壤中的重金屬主要來自于大氣沉降物質[10]。本研究開展的調查顯示單位面積綠地土壤使用的肥料量低于郊區(qū)農用地；灌溉水除了河岸綠地較多使用河水灌溉外，其他各種綠地主要使用自來水灌溉[11]，而自來水重金屬含量整體低于農業(yè)灌溉水；同時，城市大氣沉降物質重金屬的年沉降量高于農業(yè)區(qū)[12-13]。從上述比較可以判斷：相對于農業(yè)區(qū)，進入城市綠地土壤中的重金屬有更高比例來自于大氣沉降物質。因此認為大氣沉降物質是天津市城市綠地重金屬的主要輸入途徑。

表4列出了大氣沉降物質重金屬含量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中平均值與天津市土壤背景值的比值可以反映大氣沉降物質重金屬的累積程度以及大氣沉降物質落地后對土壤重金屬含量影響的大小。大氣沉降物質Cd、Hg分別達到土壤背景值的22.74和22.46倍；其次是Zn、Pb、Cu，分別是土壤背景值的13.57、8.94和4.66倍；As、Cr、Ni都在3倍以下。大氣沉降物質重金屬含量顯著高于綠地土壤，但不同元素的累積特征和綠地土壤非常相似。表4中大氣沉降物質重金屬平均值與土壤背景值的比值與表1中綠地土壤重金屬累積系數(shù)呈現(xiàn)出極強的相關性，二者相關系數(shù)達到0.80，這也從側面證實大氣沉降物質是天津市城市綠地累積重金屬的主要來源。

表4 城區(qū)大氣沉降物質重金屬濃度統(tǒng)計值

大氣沉降物質中的重金屬含量與人類活動密切相關，不同區(qū)域的大氣沉降物質重金屬含量有明顯差異，工業(yè)區(qū)重金屬的年沉降量一般高于居住和文教區(qū)[12]，這是造成不同類型綠地重金屬累積程度不一的主要原因。

河岸綠地因為大量使用河道污水灌溉，Hg、Cd、Pb、Zn的富集程度明顯高于綠地均值。天津市河道內的污水來自于上游工業(yè)和生活污染源，重金屬元素含量偏高，根據(jù)已有的調查成果，在城區(qū)周邊長期使用污水灌溉的農用地土壤Hg、Cd、Pb、Zn等也有不同程度的累積[14]。

相對于農業(yè)用地和生態(tài)用地，城市綠地土壤受到人類活動的影響更大，出現(xiàn)重金屬含量異常高值的概率更高。這些出現(xiàn)異常高值的點位往往受到了局部的污染。河岸綠地在河道清淤的時候堆積的河道底泥，居民區(qū)綠地上丟棄的溫度計、電池、燈泡，工業(yè)區(qū)內丟棄的半導體零件、蓄電池等都可能造成重金屬在局部地區(qū)高水平累積。

3 結論

1) 天津市綠地土壤重金屬累積程度Hg>Cd>Pb>Zn>Cu，其中Hg、Cd累積系數(shù)高達7.66和5.95；As、Cr、Ni平均含量接近背景值。

2) Pb、Zn、Cu、As在工業(yè)區(qū)綠地土壤中含量最高，Cd、Hg、Ni、Cr在河岸綠地土壤中含量最高。居住文教區(qū)綠地、交通綠化帶、公園綠地土壤重金屬累積程度相對更低。

3) 大氣沉降是重金屬進入綠地土壤的主要途徑；大氣沉降物質重金屬平均含量和土壤背景值的比值與綠地土壤重金屬累積系數(shù)顯著相關。

4) 大氣重金屬沉降量的差異是造成不同功能區(qū)綠地土壤重金屬差異的主要原因；河岸綠地還受到河道污水灌溉和河道底泥的影響；生產和生活垃圾也可能造成綠地土壤重金屬的局部累積。