西藏土壤汞的分布特征及污染評價

祝玉杰，張毅強，劉 明，陳來國，何秋生，葉芝祥，孫家仁

1. 成都信息工程學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610225；2. 環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所城市生態(tài)環(huán)境研究中心，廣東 廣州 510655；3. 太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院，山西 太原 030024

西藏土壤汞的分布特征及污染評價

祝玉杰1,2，張毅強2*，劉 明2，陳來國2，何秋生3，葉芝祥1，孫家仁2

1. 成都信息工程學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610225；2. 環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所城市生態(tài)環(huán)境研究中心，廣東 廣州 510655；3. 太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院，山西 太原 030024

為了解西藏地區(qū)土壤汞的污染水平與現(xiàn)狀，采集西藏四區(qū)一市(拉薩、林芝、那曲、阿里、日喀則)耕地、沖積土、草地、荒地4種類型的土壤，其中表層土壤54個，剖面樣品18個。利用直接加熱-金管富集-原子吸收法對土壤中汞含量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，西藏地區(qū)土壤中汞含量平均含量為0.026 mg·kg-1，低于我國土壤中汞的背景值，與先前西藏土壤中汞的含量相近。部分樣品中汞的含量較高,其中最大值為0.563 mg·kg-1，可能與人為源點狀污染有關(guān)。西藏土壤汞的分布具有顯著的地勢分布特征，土壤中汞含量從東南到西北逐漸降低。這與西藏的地勢條件和人為活動有關(guān)。由于土壤中有機質(zhì)與人為影響的差異，不同類型土壤中耕地土壤汞含量最高(0.051 mg·kg-1)，沖積土最低（0.015 mg·kg-1），偏遠(yuǎn)地區(qū)荒地汞含量最穩(wěn)定。西藏東南和西北地區(qū)土壤汞的垂直分布特征有明顯的差異，西北低汞含量地區(qū)垂直分布特征主要表現(xiàn)為表層＞中層＞底層,而東南地區(qū)分布規(guī)律并不明顯，人為翻動頻繁和較復(fù)雜汞來源與遷移是造成都東南部耕地土壤和河灘土汞含量垂直分布的主要原因。以西藏土壤背景含量水平為單因子污染評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果顯示西藏27.4%的土壤處于中度或重度污染，31.5%處于無污染狀態(tài)，人為活動對西藏地區(qū)土壤中汞含量的升高有較大的貢獻(xiàn)。

西藏；土壤；汞；分布特征；污染評價

汞（Hg）是一種非生物體必需的有毒有害重金屬元素。自20世紀(jì)50年代日本發(fā)生水俁病事件后，汞污染在全世界引起了廣泛關(guān)注。2013年包括中國在內(nèi)的92個國家正式簽署了《關(guān)于汞的水俁公約》，由于我國是汞排放大國，這對于我國控汞提出了新的挑戰(zhàn)。土壤是汞的匯與源，它在汞的生物地球化學(xué)循環(huán)中起重要作用。西藏由于地理條件獨特加之人為污染較少，上個世紀(jì)其土壤中汞含量處于較低水平（張曉平和朱延明，1994；Zhang，2002），并作為土壤中汞背景值的參比數(shù)據(jù)（張曉平，1994）。汞能隨大氣長距離遷移并通過干濕沉降進(jìn)入土壤（Loewen等，2007；Yang等，2010；Huang等，2012；Huang等，2013）。研究表明，青藏高原背景地區(qū)大氣汞在西南季風(fēng)和東北季風(fēng)的作用下，明顯受到了印度和我國西北地區(qū)汞的長距離遷移的影響（Fu等，2012），另外，隨著西藏當(dāng)?shù)睾椭苓叺貐^(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展和人為活動的加強，含汞污染物的排放呈增加趨勢，這勢必對其土壤汞含量產(chǎn)生一定的影響（Zhang等，2002），但是目前缺乏現(xiàn)階段西藏土壤汞含量數(shù)據(jù)。本研究采集西藏4區(qū)1市大區(qū)域的土壤樣品，目的在于獲得西藏地區(qū)當(dāng)前土壤汞的含量數(shù)據(jù)，這有助于進(jìn)一步研究西藏高原表生環(huán)境中汞的地球化學(xué)過程。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西藏位于我國青藏高原西南部，是世界平均海拔最高的地區(qū)，被譽為“世界屋脊”和“第三級”。西藏下轄2個地級市和5個地區(qū)，西藏氣候總體上具有西北嚴(yán)寒干燥，東南溫暖濕潤的特點。氣候類型自東南向西北跨熱帶、亞熱帶、高原溫帶、高原亞寒帶，高原寒帶等各種類型。在藏東南和喜馬拉雅山南坡高山峽谷地區(qū)，由于地勢迭次升高，氣溫逐漸下降，氣候發(fā)生從熱帶或亞熱帶氣候到溫帶、寒溫帶和寒帶氣候的垂直變化。在冬季西風(fēng)和夏季西南季風(fēng)的交替控制下，西藏干季和雨季的分別非常明顯，一般每年10月至翌年4月為干季，5月至9月為雨季，雨量一般占全年降水量的90%左右。不同地區(qū)年降水量差異巨大，自東南低地的5000 mm，逐漸向西北遞減到50 mm。

1.2 樣品采集與前處理

于2010年10月13日─2010年10月25日在西藏共采集土壤樣品72個（圖1），其中表層樣品54個，剖面樣18個，采樣范圍覆蓋了西藏阿里、那曲、日喀則、林芝和拉薩4區(qū)1市，土壤類型涵蓋耕地、沖積土、草地、荒地（人為活動較少地帶，包括莎嘎土、寒漠土、無植被凍土等）（表1）。土壤樣品經(jīng)過冷凍干燥、研磨、過100目篩后冷藏待用。

表1 土壤樣品基本信息表Table 1 Information of soil samples

1.3 樣品分析

稱取0.2～0.3 g土壤樣品于鎳舟中（預(yù)先用馬弗爐500 ℃烘烤1 h），利用全自動總汞分析儀（Hydra-C，Leeman）進(jìn)行分析，該儀器檢出限為0.5 ng·g-1。

1.4 質(zhì)量控制與保證

土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07405（黃紅土壤，總汞含量0.29±0.04 mg·kg-1）和GBW07404（石灰?guī)r土壤，總汞含量0.59±0.06 mg·kg-1）被用來測試分析的準(zhǔn)確度，2種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的實測值分別為0.30±0.01 mg·kg-1（n=10）和0.56±0.02 mg·kg-1（n=8），回收率為95%～107%?？瞻讟悠返陀跈z出限。每個樣品分析2次取平均值，平行樣分析結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差＜10%。

1.5 單因子評價方法

各樣點土壤汞污染程度的分析采用單因子指數(shù)法（國家環(huán)境保護(hù)總局，2004），以人為劃定的土壤污染起始值為參考值，反映土壤中重金屬較污染起始值的累積程度（張銘杰等，2010）。計算公式如下：

式中：Pi為污染指數(shù)；Ci為污染物實測值；Si為污染物評價標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)Pi＜0.7時，為清潔；當(dāng)0.7＜Pi≤1為尚清潔；1＜Pi≤2時，為輕度污染；當(dāng)2＜Pi≤3時，為中度污染；當(dāng)Pi＞3時，為重度污染。

圖1 采樣分布圖Fig. 1 Sampling sites of soils in Tibet

2 結(jié)果與討論

2.1 表層土壤中汞的含量水平

西藏土壤中汞含量（表層，下同）不符合正態(tài)分布，但符合對數(shù)正態(tài)分布（圖2），故用幾何均值評價西藏的汞污染水平。西藏地區(qū)表層土壤汞的平均濃度為0.026 mg·kg-1，與Zhang（2002）的研究一致（0.026 mg·kg-1），低于我國背景土壤的平均汞含量（0.04 mg·kg-1）（中國環(huán)境監(jiān)測總站，1990），遠(yuǎn)低于廣州（0.614 mg·kg-1）（尹偉等，2009）、深圳（0.07 mg·kg-1)（張銘杰等，2010）、桂林（0.288 mg·kg-1）（錢建平等，2000）、長春（0.118 mg·kg-1）（楊忠平，2008）等土壤中汞的含量。但在我們的結(jié)果中也發(fā)現(xiàn)有較高值，其中最大值（0.563 mg·kg-1）位于色林錯周邊，遠(yuǎn)大于之前研究的最高值（0.188 mg·kg-1），由于附近并沒有污染源也非耕地，且在色林錯周邊其他采樣點相同類型土壤汞的含量也遠(yuǎn)低于此含量，考慮可能為人為源的點狀污染。

2.2 表層土壤汞的空間分布

從空間分布來看，總體上西藏土壤汞濃度呈東（南）高西（北）低的趨勢（圖3），這與張曉平和朱延明（1994）的研究一致（張曉平和朱延明，1994），一方面這與西藏的地勢傾向、水熱變化走向及其土壤水平地帶性分布密切相關(guān)，因為西藏的地勢是由東(南)-西(北)逐漸升高，西藏土壤類型也是主要沿著東(南)-西(北)方向演替，而不同土壤類型中汞的本底含量不同（張曉平和朱延明，1994）。銅、氟等元素也具有同樣的分布特征（張曉平，1998；張曉平等，2001），另一方面，西藏東南部人口分布較為密集，更多的人為活動也是導(dǎo)致東南部土壤汞濃度較高的原因。

圖2 Hg和-ln(Hg)的頻率直方圖Fig. 2 The frequency histogram of Hg and -ln(Hg) in soils of Tibet

圖3 采樣點土壤總汞含量分布圖Fig. 3 The distribution diagram of mercury level in soils of Tibet

圖4 西藏不同土地類型中汞的含量分布Fig.4 Distribution of mercury concentration in different types of soils in Tibet

2.3 不同土壤類型中汞的含量分布

西藏地區(qū)海拔差異大，土壤類型多樣，按土地利用類型、生態(tài)環(huán)境功能，本研究將采集的土壤分成耕地、草地、河谷沖積土、荒地（包括莎嘎土、寒漠土、凍土等）4類。如圖4所示，耕地土壤汞含量（0.051 mg·kg-1）要明顯高于其他幾種土壤類型。因為耕地土壤經(jīng)常施肥導(dǎo)致土壤有機質(zhì)（OM）含量較高，而汞含量與土壤OM之間具有極顯著的相關(guān)性（張曉平，1994；尹偉等，2009）。另外含有微量汞的肥料也可能導(dǎo)致耕地土壤中汞含量增高（錢建平等，2000）。沖積土平均汞含量最低（0.015 mg·kg-1），但是波動范圍較大(SD=0.03 mg·kg-1)，這可能與由于沖積土受到河流和地形的影響，汞的來源和遷移較復(fù)雜（何文鳴等，2011），另外荒地汞波動范圍較小（SD=0.027 mg·kg-1），這與荒地采集地點偏僻，人為活動少以及OM含量較低有關(guān)。同時，本研究荒地中汞含量（0.024 mg·kg-1）也處于較高水平，表明可能與大氣汞的遷移沉降有關(guān)，已有研究表明，西藏偏遠(yuǎn)地帶森林土壤是大氣汞的“匯”（Gong等，2014）。

2.4 土壤剖面層汞的垂直分布特征

西藏因其特殊的地貌及土壤發(fā)生環(huán)境，汞在土壤中的含量分布明顯地表現(xiàn)出垂直變化的特點（張曉平和朱延明，1994）。一般而言表層土壤汞含量高，因為其最容易受到外來汞的污染，另外富OM土壤對汞具有強有力的吸附和累積作用（陳靜生等，1990）。目前許多研究也表明表層土壤汞的濃度要大于中層和底層土壤（錢建平等，2000；邢登華等，2011）。本研究中人為活動較少的西北阿里地區(qū)多數(shù)采樣點符合此規(guī)律，但是東南部拉薩和林芝地區(qū)部分耕地和河灘土壤剖面中汞含量垂直分布規(guī)律并不明顯，其中部分樣品為耕地型土壤（S47、S48）和河灘土（S40），如圖5所示。耕地土壤由于人為翻動頻繁導(dǎo)致汞含量垂直分布發(fā)生變化，而河灘土由于處于近裸露狀態(tài)，土壤和汞的來源和遷移都較復(fù)雜（何文鳴等，2011）。

圖5 土壤剖面汞含量水平Fig. 5 The mercury level in soil profile of Tibet

2.5 土壤汞的污染等級

利用單因子評價法評價西藏地區(qū)表層土汞的污染程度，以西藏土壤汞的背景值0.02 mg·kg-1為評價標(biāo)準(zhǔn)（中國環(huán)境監(jiān)測總站，1990），31.5%的土壤處于清潔狀態(tài)，輕度污染的土壤所占比例為40.7%，中度以及重度污染土壤占27.4%（表2）。這說明西藏地區(qū)近70%的土壤汞含量都有一定程度的積累，且采集的四區(qū)一市中都有中度以及重度污染的土壤，表明部分土壤明顯受到當(dāng)?shù)氐娜藶榛顒佑绊憽?/p>

表2 采樣點汞濃度分級統(tǒng)計Table 2 The pollution levels of Hg in soils of Tibet

3 結(jié)論

西藏地區(qū)土壤汞含量均值為0.026 mg·kg-1，低于我國土壤的背景值，處于較低水平。

西藏土壤中汞含量具有明顯的空間分布特征，東南至西北方向逐漸遞減。西藏的地理特征和人口分布是影響汞空間分布主要原因。

西藏西北底汞含量地區(qū)大部分土壤剖面汞的含量由表層到底層逐漸遞減，東南部分耕地和河灘土汞的垂直分布不符合這一規(guī)律。

西藏27.4%的土壤處于重度或中度污染。當(dāng)?shù)厝藶榛顒訉ξ鞑赝寥拦可哂幸欢ǖ呢暙I(xiàn)。

FU X W, FENG X B, LIANG P, et al. 2012. Temporal trend and sources of speciated atmospheric mercury at Waliguan GAW station, Northwestern China [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 12: 1951-1964.

GONG P, WANG X P, XUE Y G, et al. 2014. Mercury distribution in the foliage and soil profiles of the Tibetan forest: Processes and implications for regional cycling[J]. Environmental Pollution, 188: 94-101.

HUANG J, KANG S C, WANG S X, et al. 2013. Wet deposition of mercury at Lhasa, the capital city of Tibet [J]. Science of the Total Environment, 447: 123-132.

HUANG J, KANG S C, ZHANG Q G, et al. 2012. Wet deposition of mercury at a remote site in the Tibetan Plateau: Concentrations, speciation, and fluxes [J]. Atmospheric Environment, 62: 540-550.

LOEWEN M, KANG S, ARMSTRONG D, et al. 2007. Atmospheric transport of mercury to the Tibetan Plateau. Environment Science and Technology, 41: 7632-7638

YANG H D, BATTARBEE R W, TURNER S D, et al. 2010. Historical reconstruction of mercury pollution across the Tibetan Plateau using lake sediments [J]. Environment Science and Technol. 44: 2918-2924.

ZHANG X P, DENG W, YANG X M. 2002. The background concentrations of 13 soil trace elements and their relationships to parent materials and vegetation in Xizang (Tibet), China [J]. Journal of Asian Earth Sciences, 21: 167-174

陳靜生, 等. 1990. 環(huán)境地球化學(xué)[M]. 北京: 海洋出版社.

國家環(huán)境保護(hù)總局. 2004.HJ/T 166-2004. 土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]. 北京: 中國環(huán)境出版社.

何文鳴, 吳峰, 張昌盛, 等. 2011.河岸帶土壤重金屬元素的污染及危害評價[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 30(9): 1993-2001.

錢建平, 張力, 劉輝利, 等. 2000. 桂林市及近郊土壤汞的分布和污染研究[J]. 地球化學(xué). 29(1): 94-99.

邢登華, 梁成華, 王少鋒, 等. 2011. 長白山北坡森林土壤汞的含量和形態(tài)分布[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 30(1): 106-111.

楊忠平. 2008. 長春市城市重金屬污染的生態(tài)地球化學(xué)特征及其來源解析[D]. 吉林大學(xué).

尹偉, 盧瑛, 李軍輝, 等. 2009. 廣州城市土壤汞的分布特征及污染評價

[J]. 土壤通報, 40(5): 1185-1188.張銘杰, 張璇, 秦佩恒, 等. 2010. 深圳市土壤表層汞污染等級結(jié)構(gòu)與空間特征分析[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 30(12): 1645-1649.

張曉平, 張玉霞, 王晶. 2001. 西藏土壤中銅含量及分布[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 12(6): 958-960.

張曉平, 朱延明. 1994. 西藏土壤中汞的含量及其地理分布[J]. 環(huán)境科學(xué), 15(4): 27-30.

張曉平. 1994. 西藏土壤環(huán)境背景值的研究[J]. 地理科學(xué), 14(1): 49-54.

張曉平. 1998. 西藏土壤中氟的含量及其分布[J]. 環(huán)境科學(xué), 19(1): 67-68.

中國環(huán)境監(jiān)測總站. 1990. 中國土壤元素背景值[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社.

Distribution and Pollution Assessment of the Mercury in Soils of Tibet

ZHU Yujie1,2, ZHANG Yiqiang2*, LIU Ming2, CHEN Laiguo2, HE Qiusheng3, YE Zhixiang1, SUN Jiaren2
1. College of Resource & Environment, Chengdu university of Information Technology, Chengdu 610225, China; 2. Center for Research on Urban Environment Ecology, South China Institute of Environmental Sciences (SCIES), Ministry of Environmental Protection (MEP), Guangzhou 510655, China; 3. College of Environment and Safety, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China

To investigate mercury pollution level in soils of Tibet, four types of soils (farmland, atteration, grassland and uncultivated land), including 54 surface and 18 profile soil samples, were taken from five different sites in Tibet (Lasa, Linzhi, Naqu, Ali and Rikaze) during October, 2010. Mercury content in soils was analyzed using the Direct Heating-Gold Cartridge Preconcentration-Atomic Adsorption Spectrometric Method. The results show that the geometric mean mercury level was 0.026 mg·kg-1, which was similar to former studies and lower than background mercury value of soils in China. Mercury in some samples was high, with the highest content of 0.563 mg·kg-1, which may be related to anthropogenic point-source pollution. The distribution of the level of mercury showed a notable topography characteristic with a trend of descending from the Southeast to the Northwest, which was related to the topography and human activities of Tibet. Due to the differences of organic matter in soils and human influence, the mercury concentration was the highest in farmland (0.051 mg·kg-1) among all types of soils, the lowest in atteration (0.015 mg·kg-1), and the most stable in uncultivated land. The vertical distribution of mercury content in soils of Southeast Tibet differed obviously from that of Northwest Tibet. In Northwest Tibet, the mercury content was low and decreased from the surface to bottom layer soils. In Southeast Tibet, the vertical distribution didn’t show a distinctive feature, resulting from frequent digging by human and complex sources and transport of mercury. By the Single-factor Pollution Assessment Method, 27.4% of soils in Tibet were moderately or severely polluted and 31.5% unpolluted. Human activities played an important role in increased mercury content in soils of Tibet.

Tibet; soil; mercury; distribution; pollution assessment

X53

A

1674-5906（2014）09-1487-05

祝玉杰，張毅強，劉明，陳來國，何秋生，葉芝祥，孫家仁. 西藏土壤汞的分布特征及污染評價[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2014, 23(9): 1487-1491.

ZHU Yujie, ZHANG Yiqiang, LIU Ming, CHEN Laiguo, HE Qiusheng, YE Zhixiang, SUN Jiaren. Distribution and Pollution Assessment of the Mercury in Soils of Tibet [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(9): 1487-1491.

中央級事業(yè)單位公益性科研院所業(yè)務(wù)專項；國家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項（200809011）；國家自然科學(xué)基金項目(41105082)

祝玉杰（1989年生），男，碩士研究生，研究方向為環(huán)境污染物的監(jiān)測，Email: zhuyujie90@126.com*

2014-08-05