上海市閔行區(qū)不同土地功能區(qū)土壤重金屬含量測試與分析

華東師范大學資源與環(huán)境科學學院（200062） 張倩冬 程思思 王 捷 李 揚

指導教師：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)濟發(fā)達地區(qū)土壤重金屬污染較為嚴重，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，并進行污染評價，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

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 采樣點分布圖

2.樣本采集與處理

在預先確定的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，并置入相應標簽。土壤樣本于烘箱內(nèi)烘干，剔除樣本中植物根系、有機殘渣以及可見侵入體，用研缽研磨后，過120目尼龍篩，放入干燥器備用。

3.實驗儀器及測定方法

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質(zhì)含量。

4.土壤重金屬污染評價標準與方法

土壤污染評價標準分別以《國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618－1995）中的二級標準（即“為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護人體健康的土壤限制值”）（具體標準略）以及上海市土壤重金環(huán)境背景值為參照標準（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)法進行評價，該法是目前土壤重金屬污染評價普遍采用的方法，其表達式為：

式中：Pi為土壤中i類污染物的污染指數(shù)；Ci為土壤中i類污染物實測濃度；Si為土壤中i類污染物的評價標準值。計算所得的污染指數(shù)按表2進行土壤質(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

1.土壤重金屬含量測定結(jié)果

由于實驗中測汞、砷的機器所測得的標樣值與標準標樣值相差甚遠，數(shù)據(jù)不具有可信度，所以重金屬汞、砷在此不做分析。10個采樣點所測得的Cu、Pb、Zn、Ni、Cr含量如表3所示：

表3 各采樣點重金屬含量（ppm）

2.土壤重金屬污染評價

運用單因子評價法所得的評價結(jié)果如下：

從表4和表5可以看出，以不同的評價標準評價，土壤重金屬的污染程度差異很大。若以國家二級標準作為評價標準，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 以國家二級標準為評價標準的單因子污染指數(shù)

表5 以上海土壤背景值為評價標準的單因子污染指數(shù)

而相對國家二級標準來說，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標準，所測得的四個功能區(qū)中的Cr含量均未超過其值，不構成污染。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含量未達上海背景值，尚未構成污染，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標準更具有參考價值?？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)受到了嚴重的Pb污染，工業(yè)區(qū)受到了嚴重的Pb、Zn、Cu污染。公園區(qū)域內(nèi)的土壤重金屬污染指數(shù)從大到小排列順序為：Zn>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準的閔行區(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。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、重金屬與有機質(zhì)之間的相關性，可反映它們之間的關聯(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)相關分析結(jié)果。

除了Pb與Cr之間的相關性沒有達到顯著水平，其余重金屬與重金屬之間、重金屬與有機質(zhì)之間均呈顯著或極其顯著的正相關或負相關關系。其中，Zn、Cu、Cr元素與有機質(zhì)含量的相關系數(shù)分別達到0.949、0.849、0.854，相關極其顯著，說明有機質(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之間的相關系數(shù)分別為0.862、0.893、0.821，相關也極其顯著，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、有機質(zhì)含量之間呈顯著的負相關關系，尤其是與重金屬元素Zn、Cu以及有機質(zhì)之間的相關系數(shù)分別為-0.828、-0.788、-0.839，相關極其顯著，說明或許土壤中重金屬元素Zn、Cu及有機質(zhì)的存在，對Ni元素在土壤中的累積有抑制作用。這有待進一步驗證。

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)法評價土壤重金屬污染程度，以國家二級標準作為評價標準，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標準，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、重金屬與有機質(zhì)之間的相關性分析表明，有機質(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，其中尤以工業(yè)活動造成的污染最為顯著。

2.建議

社會應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步帶來影響。政府和職能部門應樹立污染整治的前瞻意識，對土壤重金屬污染現(xiàn)象及時加以治理，并積極采取措施預防其危害的發(fā)生。部分區(qū)域嚴重的重金屬污染狀況尤其迫切地需要解決，如以樣本點吳涇小區(qū)為代表的居民小區(qū)超高Pb污染即在此列。總之，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。

[1]Lanphear B P，Roshmann K J.Pathways of lead exposure in urban children [J].Environmental Research，1997，74：67—73.

[2]Krzysztof Loska, Danuta Wiechulab, Irena Korusa.Metal contamination of farming soils affected by industry[J].Environment International,2004, 30: 159-165.

[3]蔡立梅，馬瑾，周永章等.東莞市農(nóng)田土壤和蔬菜重金屬的含量特征分析[J].地理學報,2008,63(9):994-1003.