東洞庭湖湖濱帶土壤酸堿度的分布及對重金屬含量的影響

歐芙容，呂殿青，趙丹丹

（湖南師范大學資源與環(huán)境科學學院，湖南 長沙410081）

東洞庭湖湖濱帶土壤酸堿度的分布及對重金屬含量的影響

歐芙容，呂殿青，趙丹丹

（湖南師范大學資源與環(huán)境科學學院，湖南 長沙410081）

用統(tǒng)計學方法研究了東洞庭湖湖濱帶土壤 pH值的分布特征及與重金屬污染特征關系。研究表明：在東洞庭湖湖濱帶67個采樣點中，7.46%的土樣為酸性土壤，多分布在居民地和旅游區(qū)；13.43%的土樣為中性土壤，多分布在濕地保護區(qū)；79.10%的土壤為堿性土壤，主要分布在農業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)；無強酸性和強堿性樣品。不同土壤 pH范圍的重金屬平均含量不同，隨著土壤 pH值由酸性、中性到堿性的升高，Hg、Cd、Pb、Zn含量先降低后增加；As、Cu、Ni、Cr含量先增加后降低。

土壤；pH；空間分布；重金屬；關系；東洞庭湖

土壤pH值是影響土壤環(huán)境質量的一個重要化學指標，不僅控制著植物和微生物所需養(yǎng)分的有效性，而且還影響土壤重金屬元素的存在形態(tài)、吸附解吸和遷移轉化［1～2］。當 pH值 ＜3時，有金屬硫化物存在；當pH值＜5～5.5時，鋁和錳的溶解度提高，對許多生物產生毒害；當 pH值 ＞7時，一些元素特別是微量金屬陽離子如 Zn2＋等溶解性降低，導致植物和微生物中這些元素的缺乏［3］。土壤酸堿度的影響因素主要與成土母質、土地施肥方式、鹽基飽和度、土地利用方式及工業(yè)發(fā)展等密切相關［4～5］。

洞庭湖作為湖南省重要的農業(yè)生產區(qū)，也是重要的濕地保護區(qū)。近年來，經工農業(yè)生產、生活排放進入湖區(qū)的有機毒類和重金屬污染物增加。受土壤pH值影響，重金屬的賦存形態(tài)隨 pH值不同而變化，進而導致湖區(qū)重金屬污染程度有所差異。本研究以東洞庭湖為例，分析東洞庭湖湖濱帶土壤中pH值的空間分布特征，并系統(tǒng)地研究土壤 pH與重金屬污染特征的關系，以期為該地區(qū)進行多金屬復合污染土壤修復提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究在東洞庭湖湖濱帶進行。東洞庭湖位于長江中游荊江段南側，承納湘、資、沅、澧四水，吞吐長江水量，位于112°43′E～113°15′E，28°59′N～29°38′N。湖區(qū)總面積1328km2，是洞庭湖湖泊群落中最大、保存最完好的天然季節(jié)性湖泊。該湖周圍是寬闊的沼澤和平原，海拔30～35m，土壤為湖沼土和河沼土，氣候屬亞熱帶濕潤季風氣候，多年平均氣溫 17C°，多年平均總降水量 1200～1300mm，平均無霜期285d。湖區(qū)土地利用情況主要為農業(yè)生產、自然保護活動、旅游活動、城鎮(zhèn)居民生活，除此之外，周圍部分地區(qū)有一些工業(yè)活動。湖區(qū)濕地環(huán)境多樣，被 “國際濕地公約”收錄，且成為中國政府指定的 21個國際重要濕地自然保護區(qū)之一。

1.2 土樣采集

于2009年12月—2010年1月枯水期，在岳陽市區(qū)、城陵磯、君山公園、團州、麻塘鎮(zhèn)、采桑湖、漉湖蘆葦場等地采集土層樣品 67個，采集深度為0～20cm。為保證土壤樣品的代表性，每個采樣點取5個重復作為 1個混合土樣，置室內風干，研磨過60目和 100目篩以供pH值和土壤重金屬的測定。采樣時利用 GPS定位，現場記錄采樣點的經緯度，在 ArcGIS9.2軟件中生成采樣點示意圖（圖1）。

1.3 測定方法與數據處理

土壤pH值采用酸度計法 （賽多利斯UB－7酸度計）測定，土水比為 1∶2.5；土壤重金屬 Pb、Cu、Zn、Cr、Ni采用 X－射線熒光光譜法測定，Cd采用原子吸收分光光度法測定，As、Hg采用氫化物法測定。數據處理采用 SPSS統(tǒng)計分析軟件。

2 結果與分析

2.1 土壤 pH值統(tǒng)計分析

國內一般將土壤的pH值分成 5個級別［6］：pH ≤5.0為強酸性，pH 5.0～6.5為酸性，pH 6.5～7.5為中性，pH 7.5～8.5為堿性，pH≥8.5為強堿性。對研究區(qū)土壤樣品 pH值進行數理統(tǒng)計分析，結果見表1、表2。

不同土壤研究項目的變異情況各不相同，按照反映離散程度的變異系數大小可以將土壤變異性進行粗略的分級［7］（C.V.＜10%為弱變異，C.V.＝10%～100%為中等變異，C.V.＞100%為強變異）。由表1可知，在東洞庭湖湖濱帶0～20cm土壤67個采樣點中，土壤pH平均值為7.8，變異系數為9%，屬于弱變異，表明土壤 pH受人類活動的影響較小。從表2可以看出，pH 5.0～6.5的酸性樣品有5個，占總樣品數的7.46%；pH 6.5～7.5的中性樣品有9個，占總樣品數的13.43%；pH 7.5～8.5的堿性樣品有53個，占79.10%；無強酸性和強堿性土壤樣品。表明整個東洞庭湖湖濱帶土壤多堿性土壤。

表1 土壤pH值描述統(tǒng)計量

表2 土壤酸堿性比率統(tǒng)計表

2.2 土壤 pH值空間分布特征

土壤pH值在某種程度上包含了地形條件、土地利用和土壤類型等環(huán)境因素對其影響的相關信息［8］。對湖濱帶采樣點土壤 pH值作統(tǒng)計分布圖（圖2），可以查明湖區(qū)土壤 pH值的空間分布規(guī)律。

從圖2可看出，酸性土壤主要分布在麻塘鎮(zhèn)和君山公園，這些地方主要是居民地和旅游區(qū)，受工業(yè)污染較少，再加上土壤類型主要為湖沼土，土壤鹽基淋溶作用較強，因此土壤呈酸性［9］；中性土壤主要分布在采桑湖濕地保護區(qū)內的土壤；堿性土壤主要分布在城陵磯港口、岳陽市區(qū)、團州農場、漉湖蘆葦場，這些地方多為工業(yè)區(qū)和農業(yè)區(qū)，說明人類的活動影響致使土壤 pH升高 ［10］。

2.3 土壤 pH值對重金屬含量分布的影響

對土壤中8種重金屬元素 （Hg、As、Cd、Zn、Cu、Ni、Cr、Pb）進行了測試分析，各 pH范圍內土壤樣品中重金屬元素含量見圖3。本研究的土壤污染評價選取洞庭湖土壤背景值［11］。

從圖3可知，8種重金屬含量在酸性土壤中高于當地背景值。除 Pb元素外，其余7種重金屬含量在中性土壤中絕大部分高于當地背景值。在堿性條件下，只有Cd元素含量全部高于當地背景值，Hg、As、Zn、Cu、Cr含量大部分高于當地背景值。不同pH范圍土壤中重金屬含量總體變化為：隨著pH值升高，Hg、Cd、Pb、Zn含量呈現先降低后增加的規(guī)律，在土壤 pH為 6.5～7.5的中性狀態(tài)時，它們的含量最低；As、Cu、Ni、Cr含量隨土壤 pH的升高呈現先增加后降低的變化規(guī)律，在土壤為中性條件時它們的含量最高。依據專性吸附的機制解釋，主要可能是因為隨著土壤 pH升高，土壤中水合氧化物和有機質表面的負電荷增加，對重金屬離子的吸附力增強。但是，當土壤pH過高，重金屬沉淀物與羥基絡合而溶出，從而導致土壤金屬含量降低［6］。

從單元素分析，As在堿性土壤中雖然有最高含量和最低含量，但 As含量主要賦存在中性土壤中；Hg、Cd含量在堿性土壤中遠高于酸性和中性土壤中；Cu在中性條件下含量最大，但絕大部分富集在堿性土壤中；Pb、Zn在酸性土壤中含量最大，絕大部分元素主要富集在堿性土壤中；Ni、Cr在中性土壤中含量明顯高于酸性和堿性土壤中。大量研究證明，土壤溶液pH越高，則土壤中各種重金屬元素在固相上的吸附量和吸附能力越強［12～13］。但是從本研究中發(fā)現，并非pH越高，重金屬濃度越大。由此說明，土壤中重金屬受土壤 pH值影響，同時，還受其他環(huán)境因子的控制。

3 結論

（1）東洞庭湖湖濱帶土壤 pH平均值為 7.8，土壤偏堿性，其中 pH 5.0～6.5的酸性樣品有 5個，占總樣品數7.46%；pH 6.5～7.5的中性樣品有9個，占總樣品數13.43%；pH 7.5～8.5的堿性樣品有53個，占79.10%；無強酸性和強堿性土壤樣品。

（2）從土壤酸堿性的空間分布來看，酸性土壤主要分布在居民地和旅游區(qū)，中性土壤主要分布在濕地保護區(qū)，堿性土壤主要分布在農業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)。

（3）不同土壤 pH值范圍內的重金屬含量不同。隨著土壤pH值升高，Hg、Cd、Pb、Zn含量呈現先降低后增加的規(guī)律，在土壤為中性條件時，它們的含量最低；As、Cu、Ni、Cr含量隨土壤 pH的升高呈現先增加后降低的變化規(guī)律，在土壤為中性條件時，它們的含量最高。

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Effects of the Distribution of pH Value on the Content of Heavy Metal in soil of the EasternDongting Lakeside Belt

OU Fu－rong，LV Dian－qing；ZHAO Dan－dan
（College of Resources and Environment Science，Hunan Normal University，Changsha Hunan 410081 China）

The relationship between the distribution of pH and the content of heavy metal in the soil of the eastern-Dongting Lakeside belt was studied using statistical methods.Sixty－seven samples were monitored.Around 7 percentages of samples were acid distributing in residential area and tourism area.About 13 percentages of samples were neutral locating in wetland reserves.Nearly 80 percentages of samples were alkaline scattering in agricultural and industrial area.The average content of heavy metals was various in different categories of soils with different pH value. The content of Hg，Cd，Pb，Zn reduced first and increased when the pH value became higher and higher from the acidity to alkaline.However，the content of As，Cu，Ni，and Cr showed an opposite change from high to low.

Soil；pH；spatial distribution；heavy metal；relationship；EasternDongting Lake

X131.3

A

1673－9655（2014）05－0010－04

2014－04－15

湖南省自然科學基金重點項目 （11JJ2012）；湖南省“十二五”重點學科建設項目 （地理學）；湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金項目 （12K035）。

歐芙容 （1990－），女，湖南衡陽人，碩士研究生，主要研究方向為土壤污染與環(huán)境。

呂殿青 （1975－），女，山西晉中人，教授，主要研究方向為土壤生態(tài)與環(huán)境。