土壤重金屬潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)及其同源相關(guān)性研究

邱海源（福建省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，福州福建361005）

土壤重金屬潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)及其同源相關(guān)性研究

邱海源（福建省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，福州福建361005）

本文首次以廈門市翔安區(qū)324國道兩側(cè)福建省農(nóng)業(yè)保護(hù)區(qū)土壤重金屬的分布、潛在生態(tài)危害、同源相關(guān)性為研究目標(biāo)，采用（Agilent 7500型）ICP-MS精確分析表層耕作土壤中重金屬（Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn）含量，運(yùn)用經(jīng)典Lars Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對(duì)廈門市翔安區(qū)土壤中重金屬潛在生態(tài)危害性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)土壤中重金屬相關(guān)性進(jìn)行了深一步研究，得出八種重金屬潛在生態(tài)危害程度（危害指數(shù)）順序?yàn)镃d（94.4）>Hg（54.3）>As（46.7）>Pb（10.5）>Cu（4.3）>Ni（3.1）>Cr（2.3）>Zn（1.9），重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）為216.8，屬于潛在生態(tài)危害中等程度。

重金屬潛在生態(tài)危害相關(guān)性

0 引言

土壤重金屬污染在一定時(shí)期內(nèi)并不表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境的危害性，但當(dāng)其存儲(chǔ)量超過土壤承受能力或限度，或當(dāng)土壤環(huán)境條件變化時(shí)，其就可能被活化，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)危害，因此被稱為“化學(xué)定時(shí)炸彈”。因此研究城市土壤重金屬污染特征,評(píng)價(jià)其潛在的生態(tài)危害是十分必要的。

本文通過對(duì)翔安區(qū)土壤重金屬空間分異性的研究，采用瑞典學(xué)者Hakanson[1]的潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)翔安區(qū)土壤重金屬的潛在生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。應(yīng)用潛在生態(tài)危害指數(shù)法將污染物與生物毒性、生態(tài)危害有機(jī)地結(jié)合,兼有現(xiàn)時(shí)與潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究層次[2，3]，并且考慮到不同重金屬的毒性差異及環(huán)境對(duì)重金屬污染的敏感程度,能夠更準(zhǔn)確地表示重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[4]。

1.樣品的采集及測定

1.1 樣品的采集

第一步是用幾何網(wǎng)格法在1：24000的地形圖上布點(diǎn)，采用的布點(diǎn)密度為500m×500m。野外定點(diǎn)以地形圖為主，尋找有利于土壤特征發(fā)育的環(huán)境進(jìn)行采樣。野外定點(diǎn)時(shí)采用GPS定位。共采集了50多份土壤樣品，并現(xiàn)場測定了其基本的理化性質(zhì)（pH、氧化還原點(diǎn)位等）。

1.2 樣品的預(yù)處理

根據(jù)《土壤元素的近代分析方法》和有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)[5-6]，對(duì)采集來的樣品進(jìn)行預(yù)處理，使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)室分析的要求。樣品消解采用“全分解”法。采用Agilent 7500電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定元素。索坤SK-2003型原子熒光光度計(jì)（AFS），測定汞、砷元素。MARS 240/50微波消解儀（美國CEM公司）、電熱板（VIP-4000），土壤樣品消解?，F(xiàn)場采樣采用GPS精確定位。

2.數(shù)據(jù)分析及評(píng)價(jià)方法

采用Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法,潛在生態(tài)危害指數(shù)涉及單項(xiàng)污染系數(shù)、重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)以及潛在生態(tài)危害單項(xiàng)系數(shù),其公式為：

表1 和RI的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表1 和RI的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

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3.結(jié)果與討論

3.1 廈門市翔安區(qū)重金屬含量

廈門市翔安區(qū)重金屬含量的測定結(jié)果(見表2)。調(diào)查區(qū)土壤類型以324公路為界，公路以北為紅壤，土壤成熟度較高。公路以南為圍墾灘涂所得的濱海鹽土。公路以北,種植農(nóng)作物歷史較長，土壤成分以粘性土為主，成熟度較高，有機(jī)質(zhì)豐富，因此有利于元素的吸附富集，加之施肥量大，使耕作層富集大多數(shù)營養(yǎng)元素和部分重金屬，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn在東部及西部含量明顯偏高。新圍墾地區(qū)屬近代河海相沉積物。土壤成熟度低，未完成脫鈣過程，Ca含量過高。

表2 翔安表層土壤重金屬潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

從表2中，值可以比較明顯的觀察出Cd值屬于強(qiáng)生態(tài)危害程度，Hg、As屬于中等生態(tài)危害，Pb屬于輕微生態(tài)危害程度，其他的重金屬基本上處于一種無生態(tài)危害的狀態(tài)，總的考慮基本上整個(gè)地域基本處于一種中等生態(tài)危害的情況下，需要引起一定的關(guān)注。

3.2 廈門市翔安區(qū)重金屬相關(guān)性分析

土壤重金屬來源于成土母質(zhì)和人類活動(dòng)，同來源的重金屬之間存在著相關(guān)性[8]。土壤中重金屬含量與土壤性質(zhì)的相關(guān)性除受元素本身性質(zhì)影響外，與元素所處的環(huán)境及其元素的來源有很大的關(guān)系[8-10]。

表3.土壤中重金屬含量的統(tǒng)計(jì)值(μg/g)

由表3，表4，圖1可知Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As之間的相關(guān)性很高，表明它們同源性高。Mn-Cr,Ni-Cr,Mn-Cu,Ni-Cu,As-Cr,As-Mn,As-Zn,Cd-Cr,Cd-Zn之間也有一定的同源性。特別需要指出的是Hg

表4.翔安土壤重金屬含量相關(guān)系數(shù)

和Pb與所有元素的相關(guān)性不高。其中As和較多元素呈現(xiàn)較高的相關(guān)性，說明主要來源為地球化學(xué)來源，其中與Cu和Cd的相關(guān)性特別高。

圖1 翔安土壤重金屬含量相關(guān)系數(shù)

翔安區(qū)土壤元素相關(guān)性與沉積物元素間的相關(guān)性相比[11]，相關(guān)性趨勢存在著一定的差異，如Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As等在土壤中相關(guān)性很好[10]。土壤中Hg與其它元素的相關(guān)系數(shù)大于它們在沉積物中的相關(guān)系數(shù)，這是河流受Hg污染所致，外源污染物汞的排放，削弱了Hg與其他元素之間的相關(guān)程度。土壤和沉積物中元素Mn與其他元素的相關(guān)性發(fā)生了較明顯的變化。土壤中Mn與Ni呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系；而在河流沉積物中Mn與Ni具有顯著負(fù)相關(guān)性，這種截然相反的結(jié)果，可能是由沉積物與土壤的外部環(huán)境因子(pH、Eh)差異而引起它們存在形態(tài)的差別，有待于進(jìn)一步研究。

3.3 廈門市翔安區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及潛在的生態(tài)危害

Adriano[10]和Alloway[11]指出，Pb,Cu,Zn是評(píng)價(jià)城市土壤污染程度的理想指標(biāo)。采用Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究.結(jié)果表明：翔安區(qū)土壤受到Cd的強(qiáng)污染和Hg，As的中等污染，其它重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)均較低。經(jīng)比較，八種重金屬的潛在生態(tài)危害Cd>Hg>As>Pb>Cu>Ni>Cr>Zn。重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為216.8，潛在生態(tài)危害中等。

4 結(jié)論

翔安區(qū)土壤重金屬含量Cd、Cr、Cu、Pb、Zn在東部及西部含量明顯偏高。Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As之間的相關(guān)性很高。Mn-Cr,Ni-Cr,Mn-Cu,Ni-Cu,As-Cr,As-Mn,As-Zn,Cd-Cr,Cd-Zn之間也有一定的同源性。另外翔安區(qū)土壤受到Cd的強(qiáng)污染和Hg，As的中等污染，其它重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)均較低。重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為216.8，整體評(píng)價(jià)為潛在生態(tài)危害中等。

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