鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中重金屬Ni和Hg污染狀況與空間分布

董 錚，王 琳，田 芳

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站技術(shù)室，江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

土壤是地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是人類賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一［1－3］。在地球演化的漫長歷史過程中，土壤與大氣、水、生物系統(tǒng)形成了宏觀的相對平衡的體系。土壤是人類衣食之源、生存之本，處于環(huán)境的中心位置，承接著環(huán)境中大約90%的來自各方面的污染物。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染物的排放量與日俱增，土壤污染狀況日益嚴重。土壤環(huán)境污染物主要來自污染的大氣沉降，廢水、污水灌溉，工業(yè)廢渣、城市垃圾，農(nóng)藥施用，等等［4－8］。這些污染造成土壤環(huán)境中重金屬、農(nóng)藥、石油等物質(zhì)含量超標，進而導致土壤酸化，營養(yǎng)元素流失，嚴重破壞了土壤的生態(tài)系統(tǒng)，也降低了作物產(chǎn)量［9－11］。因此，開展土壤污染狀況調(diào)查和防治是一項刻不容緩的任務。筆者擬通過對鎮(zhèn)江地區(qū)土壤采樣監(jiān)測，探討重金屬元素鎳(Ni)和汞(Hg)的含量、空間分布特征及可能的污染來源，為鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評價及生態(tài)修復治理提供基礎(chǔ)性指導。

1 樣品采集與分析

鎮(zhèn)江地區(qū)國土面積約為3 800 km2，按8 km×8 km尺度劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格中心點作為試點期間調(diào)查監(jiān)測布點，共69個。在確定的采樣區(qū)內(nèi)，采用蛇形、對角線、梅花形等方法采集地表0～25 cm的分點樣品，將樣品裝入聚乙烯袋中密封好，于4℃條件下保存帶回實驗室。在實驗室中，將樣品置于－20℃條件下冷凍保存，經(jīng)冷凍干燥機冷凍干燥處理，用球磨機研磨后過100目篩，用于測定重金屬含量。

重金屬Ni，Hg含量分析采用HNO3+HF微波消解，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP/MS，美國Thermo公司)測定。分析過程中所用聚四氟乙烯容器均在體積比1∶1(硝酸/純水)的溶液中浸泡48 h以上，玻璃容器浸泡24 h。高純水沖洗后晾干。分析所用酸均為優(yōu)級純，水為高純水。實驗過程中，每批樣品均做全程空白實驗;實驗分析過程中，同步分析國家標準土壤樣品，從而控制樣品分析的緊密度和準確度。

2 結(jié)果與討論

2.1 鎳(Ni)的污染監(jiān)測及其污染指數(shù)評價

鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni的污染監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計分析見表1和圖1。結(jié)果顯示，鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni含量的變異系數(shù)在0.10～0.47之間，說明其變異程度很小;Ni含量的平均值為35.2 mg/kg，其中，潤州區(qū)的平均值最高，為42.4 mg/kg;Ni含量的最高值為99.8 mg/kg，出現(xiàn)在句容市樣點中。從偏度系數(shù)看，鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni含量在一定顯著水平下不服從正態(tài)分布，正態(tài)分布適合度較差，表現(xiàn)為正偏，即大于平均含量比小于平均含量的個數(shù)少。丹徒區(qū)和丹陽市土壤環(huán)境中Ni含量的峰態(tài)系數(shù)為負值，表現(xiàn)為樣本頻率分布形態(tài)相對于正態(tài)分布概率密度曲線偏緩，句容市和揚中市則相反。

表1 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni污染監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計表

圖1 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni含量的頻率分布圖

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-1995)二級標準計算樣點表層土壤環(huán)境中Ni的單項污染指數(shù)。由表2可看出，各行政單元土壤環(huán)境中Ni的單項污染指數(shù)平均值都小于1.0，表明各行政單元土壤環(huán)境中Ni含量總體符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準。鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni含量的超標率為15.94%，全市共有10個樣點的污染指數(shù)在1～2之間，句容市還有1個污染指數(shù)在2～5之間。超標率最高的是潤州區(qū)，達到50%，其次是揚中市，達到40%。鎮(zhèn)江地區(qū)84.06%的樣點土壤環(huán)境中Ni含量符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準。

表2 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni污染評價結(jié)果統(tǒng)計表

鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni含量網(wǎng)格分級圖如圖2所示。鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni含量較高的區(qū)域大多集中在句容市茅山鎮(zhèn)、揚中市油坊鎮(zhèn)、京口區(qū)共青團農(nóng)場和丹徒開發(fā)區(qū)。Ni含量的這種空間分布與鎮(zhèn)江地區(qū)的工業(yè)結(jié)構(gòu)和布局存在著一定的相關(guān)性，基本反映出鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni污染的大致狀況。

圖2 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni含量網(wǎng)格分級圖

2.2 汞(Hg)的污染監(jiān)測及其污染指數(shù)評價

鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg的污染監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計分析見表3和圖3。結(jié)果顯示，Hg含量的變異系數(shù)在0.31～0.95之間，說明其變異程度小;Hg含量的平均值為0.16 mg/kg，其中，平均值最高的為潤州區(qū)，達到0.29 mg/kg;Hg 含量的最高值為0.82 mg/kg，出現(xiàn)在丹陽市。從偏度系數(shù)看，鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg含量在一定顯著水平下不服從正態(tài)分布，正態(tài)分布適合度較差，表現(xiàn)為正偏，即大于平均含量比小于平均含量的個數(shù)少。鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg含量的峰態(tài)系數(shù)為正值，表現(xiàn)為樣本頻率分布形態(tài)相對于正態(tài)分布概率密度曲線偏陡。

表3 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg污染監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計表

圖3 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg含量的頻率分布圖

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-1995)二級標準計算樣點表層土壤環(huán)境中Hg的單項污染指數(shù)。由表4可看出，各行政單元土壤環(huán)境中Hg的單項污染指數(shù)平均值都小于1.0，表明各行政單元土壤環(huán)境中Hg含量總體符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準。鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg含量的超標率為2.90%，只有丹陽市司徒鎮(zhèn)丁莊村和丹徒區(qū)榮炳鎮(zhèn)八福村2個樣點超標，其余樣點均未超標。鎮(zhèn)江地區(qū)97.10%的樣點土壤環(huán)境中Hg含量符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準。

表4 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg污染評價結(jié)果統(tǒng)計表

鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg含量網(wǎng)格分級圖如圖4所示。鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg含量較高的區(qū)域大都集中在句容市下蜀鎮(zhèn)、丹徒開發(fā)區(qū)等工業(yè)區(qū)。Hg含量的這種空間分布與鎮(zhèn)江地區(qū)的工業(yè)結(jié)構(gòu)和布局存在著一定的相關(guān)性，基本反映出鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg污染的大致狀況。

2.3 與背景值比較

如表5所示，與江蘇省土壤環(huán)境中Ni和Hg含量的背景值比較，鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni和Hg含量均大于背景值，呈上升趨勢。但和背景值差距不大，均在2倍以內(nèi)，說明 Ni和 Hg的污染疊加量較小。

圖4 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Hg含量網(wǎng)格分級圖

表5 鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ng，Ni含量變化趨勢表

3 結(jié)論

綜上所述，鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni和Hg的單項污染指數(shù)平均值都小于1.0，表明鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni和Hg含量總體上達到《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準。鎮(zhèn)江地區(qū)土壤環(huán)境中Ni和Hg含量均大于背景值，具有一定的積累效應，但效應并不明顯。從污染來源分析，土壤環(huán)境中重金屬含量變化受多種因素影響，一般而言，主要可分為自然源(如成土母質(zhì)等)和人類活動源［13］。由鎮(zhèn)江地區(qū)重金屬污染物的相關(guān)系數(shù)可以看出，由于Ni和Hg均為化石燃料燃燒后的主要產(chǎn)物，火力電廠和汽車化石燃料的燃燒產(chǎn)生的飛灰能使大氣中Ni含量高達到120～170 ng/Nm3，因此，鎮(zhèn)江地區(qū)的土壤主要受大氣降塵的污染。建議建立土壤環(huán)境污染長期動態(tài)監(jiān)測機制，加強土壤環(huán)境污染重點地區(qū)的長期跟蹤監(jiān)測，在有代表性的地區(qū)定期采樣或定點安置自動監(jiān)測儀器，測定土壤環(huán)境質(zhì)量，以觀察污染狀況的定期變化規(guī)律，從而確定區(qū)域污染物質(zhì)的排放總量及允許的種類和濃度，這樣可以杜絕土壤環(huán)境點源污染擴大化，從源頭治理土壤環(huán)境污染。

［1］王慎強，陳懷滿，司友斌.我國土壤環(huán)境保護研究的回顧與展望［J］.土壤，1999(5):255－260.

［2］朱蔭湄，周啟星.土壤污染與我國農(nóng)業(yè)環(huán)境保護的現(xiàn)狀、理論和展望［J］.土壤通報，1999，30(3):132 －135.

［3］陳懷滿.我國土壤污染現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及其對策建議［J］.土壤學進展，1990，12(1):18 －21.

［4］高拯民.我國土壤環(huán)境保護科學研究現(xiàn)狀與展望［J］.土壤學報，1989，26(3):72 －75.

［5］王慶仁，李繼云.論合理施肥與土壤環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展［J］.環(huán)境科學進展，1990，23(2):92 －94.

［6］陳國階.對環(huán)境預警的探討［J］.重慶環(huán)境科學，1996，18(5):1－4.

［7］張亞婕，王瑞玲，陳志強.農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量預警研究［J］.河南科技，2007，14(3):31 －35.

［8］趙其國，周炳中，楊浩.江蘇省環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)業(yè)安全問題研究［J］.土壤，2002(1):1－8.

［9］郭忠軍.污染土壤修復技術(shù)研究［J］.化工管理，2004，14(5):33－35.

［10］王軍，陳振樓，王初.上海崇明島蔬菜地土壤重金屬含量與生態(tài)風險預警評估［J］.環(huán)境科學，2008，11(3):106－111.

［11］郭平，謝忠雷，李軍，等.長春市土壤重金屬污染特征及其潛在生態(tài)風險評價［J］.地理科學，2005，25(1):108 －112.

［12］國家環(huán)境保護總局.中國環(huán)境統(tǒng)計年報［R］.北京:國家環(huán)境保護總局，2001:18－22.

［13］《中國環(huán)境年鑒》編委會.中國環(huán)境年鑒2001［M］.北京:中國環(huán)境年鑒社，2001:69－73.