開縣宏源大橋綠化用地污染調(diào)查與評價(jià)

李章安，唐　冬

(開縣環(huán)境監(jiān)測站，重慶 開縣 405400)

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開縣宏源大橋綠化用地污染調(diào)查與評價(jià)

李章安，唐冬

(開縣環(huán)境監(jiān)測站，重慶 開縣 405400)

摘要：針對開縣宏源大橋綠化植物生長發(fā)育不良的情況，對該地區(qū)土壤污染現(xiàn)狀進(jìn)行了監(jiān)測和分析評價(jià)。結(jié)果表明，該地區(qū)不同土層發(fā)生極端土壤酸堿化的情況，且有機(jī)質(zhì)含量極低，表層和中層土壤的有機(jī)質(zhì)平均含量分別為1.08g/ kg和3.2g/ kg；根據(jù)綜合污染評價(jià)，◇T1的表層土為重度污染，◇T1的中層土、◇T2的所有土層、◇T3的表層土以及◇T5的中層土為輕度污染；主要污染重金屬是Zn、Cu、Ni和Fe，其中，Zn為重度污染，Cu、Ni和Fe為輕度污染；根據(jù)相關(guān)分析，pH與Zn、Cu和Fe的綜合污染指數(shù)有一定關(guān)系，而Zn、Cu和Ni極可能為來自堆積鋼材的同源污染物。

關(guān)鍵詞：綠化用地；重金屬污染；污染調(diào)查；污染評價(jià)；開縣

城市綠化是栽種植物以改善城市環(huán)境的活動。在城市中植樹造林、種草種花，把一定的地面(空間)覆蓋或者是裝點(diǎn)起來，就是城市綠化。城市綠化能起到穩(wěn)固路基、保護(hù)路面、美化市容、誘導(dǎo)交通、舒適行旅的作用。此外，公路綠化還對保護(hù)環(huán)境、防治污染、減塵降噪、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義[1]。土壤作為綠化植物的生長介質(zhì)，其質(zhì)量的高低直接關(guān)系到綠地景觀生態(tài)效益的好壞。隨著城市綠化速度的加快和規(guī)模不斷擴(kuò)大，在進(jìn)行面積較大的園林綠化工程施工時(shí)常常遇到復(fù)雜的施工環(huán)境。尤其在城市環(huán)境條件下，土壤類型復(fù)雜，土壤性狀除了受氣候、地理?xiàng)l件等自然因素的影響，還受人為因素的影響[2]。

開縣位于重慶市東北部，在三峽庫區(qū)小江支流回水末端。作為園林式縣城，城市綠化意義重大。開縣宏源大橋南橋頭立交橋工程綠化用地土壤由于受人為因素的影響，目前已經(jīng)出現(xiàn)綠化植物生長發(fā)育不良的狀況。因此，有必要對該地區(qū)的土壤污染現(xiàn)狀進(jìn)行全面監(jiān)測和分析評價(jià)，以找出主要污染物，為今后的修復(fù)工作提供指導(dǎo)和依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣品采集

2015年8月28日對開縣宏源大橋南橋頭立交橋工程綠化用地土壤進(jìn)行了采樣(E：108°22′28 "，N：31°10′12")。監(jiān)測土壤面積約為1.7×104m2，依據(jù)現(xiàn)場情況，選取綠化植被生長障礙或者死亡的典型代表性地塊，分別采集◇T1、◇T2、◇T3、◇T4、◇T5(◇T 4、◇T 5植株生長良好)共5個(gè)點(diǎn)位的表層沙土(0～10cm)、中層壤土(10～50cm)，每個(gè)點(diǎn)位區(qū)域采用梅花點(diǎn)法布點(diǎn)，并按土層混合為10個(gè)樣品。采樣點(diǎn)位圖如圖1所示，土樣的基本信息如表1所示。所有土樣分成兩批，一批自然風(fēng)干，一批冷藏保存。

1.2監(jiān)測內(nèi)容和方法

監(jiān)測內(nèi)容主要包括土壤養(yǎng)分指標(biāo)2項(xiàng)、土壤重金屬污染物9項(xiàng)，共11項(xiàng)。

土壤養(yǎng)分指標(biāo)：土壤pH、有機(jī)質(zhì)。

土壤重金屬污染物：總鐵、鎘、鉛、銅、鋅、鎳、總鉻、總砷、總汞。

測定土壤樣品的監(jiān)測方法和使用儀器如表2所示。

1.3數(shù)據(jù)分析及評價(jià)方法

利用Excel、Origin 8.0和SPSS 19.0處理和分析數(shù)據(jù)。土壤養(yǎng)分主要根據(jù)全國第二次普查分級結(jié)果進(jìn)行評價(jià)[3]；土壤中Fe主要根據(jù)全國土壤Fe含量的平均值進(jìn)行評價(jià)[4]；土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Cr、As、Hg等重金屬主要按照《GB15618-1995 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)以及《HJ/T 166-2004 土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》等進(jìn)行評價(jià)[5]，相關(guān)計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

其中：Pi為土壤中i污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為土壤中i污染物的實(shí)測含量；Coi為i污染的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)最高允許含量；PN為i污染物的內(nèi)梅羅污染指數(shù)；Pi平均為i污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值；Pimax為i污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表1　開縣宏源大橋綠化用地土樣基本信息表

表2　土壤樣品的監(jiān)測方法和使用儀器

表3　內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)

2監(jiān)測結(jié)果與評價(jià)

2.1土壤養(yǎng)分的監(jiān)測結(jié)果與評價(jià)

土壤pH和有機(jī)質(zhì)的箱線圖如圖2所示，從中可以看出，表層土樣的pH變化較大，最低值僅為3.05(◇T1)，最大值為8.99(◇T5)，平均值為6.62；中層土樣的pH變化較小，平均值為8.41。表層土樣和中層土樣的有機(jī)質(zhì)變化均較小，且中層土樣的有機(jī)質(zhì)含量總體比表層土樣的含量高，但兩者有機(jī)質(zhì)含量均較低。其中表層土樣有機(jī)質(zhì)平均含量僅為1.08g/kg；中層土樣的有機(jī)質(zhì)平均含量僅為3.2g/kg。

土壤養(yǎng)分是衡量土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的重要指標(biāo)之一，其為植物生長發(fā)育提供了必須的環(huán)境條件和營養(yǎng)元素。根據(jù)全國第二次土壤普查的結(jié)果，該地區(qū)◇T1表層土(pH 3.05)和◇T2表層土(pH 3.20)為極強(qiáng)酸性土壤，其他土層則表現(xiàn)出不同程度的土壤堿化。土壤出現(xiàn)極低pH可能是由于該地之前用于堆放鋼材，鋼材中的Al進(jìn)入土壤，土壤吸收性復(fù)合體接受了一定數(shù)量交換性鋁離子，使土壤中堿性(鹽基)離子淋失。不同區(qū)域、不同土層間出現(xiàn)了極端酸堿性土壤，嚴(yán)重阻礙了植物的生長發(fā)育，植物由于細(xì)胞受到破壞而死亡[7]，同時(shí)土壤堿化導(dǎo)致土壤板結(jié)[8]，而土壤發(fā)生酸化后，增加了土壤中部分重金屬的溶解量，從而加重了重金屬污染程度。另外，土壤酸化或者堿化還會減弱土壤中微生物的活性，引起土壤肥力下降。該地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量也說明了這點(diǎn)。表層砂土孔隙度較大，不利于固持土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)，而該地區(qū)地勢有坡度，當(dāng)有降雨等天氣時(shí)，土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)大量流失，造成表層土壤有機(jī)質(zhì)含量過低；而中層土壤板結(jié)嚴(yán)重，引起土壤供氧不足，加上pH較高，不利于土壤中微生物的活動，從而造成中層土壤有機(jī)質(zhì)含量過低。不同區(qū)域、不同土層的有機(jī)質(zhì)均屬于土壤養(yǎng)分6級含量(≤ 6g/kg)，有機(jī)質(zhì)含量較低，不僅不利于植物的正常生長，同時(shí)不利于改善土壤的理化性質(zhì)，導(dǎo)致土壤環(huán)境惡化。另外，土壤有機(jī)質(zhì)具有與難溶性的磷反應(yīng)的特性，土壤中有機(jī)質(zhì)含量過低，從而降低了土壤中磷的有效性[9]。

2.2土壤重金屬的監(jiān)測結(jié)果與評價(jià)

土壤重金屬污染是全球主要環(huán)境危害之一，并可能通過農(nóng)作物進(jìn)入人類食物鏈，嚴(yán)重影響食品安全并危及人類健康[10]。一直以來，土壤中鎘、鉻、汞、砷、鉛、銅、鋅、鎳等重金屬都是土壤環(huán)境監(jiān)測中的重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目，對預(yù)防和修復(fù)土壤重金屬污染具有重要意義。

根據(jù)各土層的PN值，不同土層土壤的綜合污染評價(jià)結(jié)果如表4所示：◇T1表層土的綜合評價(jià)等級為重度污染；◇T1中層土、◇T2所有土層、◇T3表層土以及◇T5中層土均出現(xiàn)輕度污染；◇T3中層土以及◇T4所有土層均為尚清潔，屬于警戒級別；僅T5表層土壤為清潔，屬于安全級別。所采土樣污染率達(dá)60%，因此，該區(qū)域應(yīng)盡快采取有效的污染治理措施，降低污染程度。

表4　不同土層土壤的綜合污染評價(jià)

表5　不同重金屬元素的綜合污染評價(jià)

綜上所述，監(jiān)測的土壤中，以◇T1的表層土受到污染最為嚴(yán)重，為重度污染，◇T1的中層土、◇T2的所有土層、◇T3的表層土以及◇T5的中層土次之，為輕度污染。主要污染物重金屬是Zn、Cu、Ni和Fe，其中，Zn的綜合污染等級為重度，Cu、Ni和Fe的綜合污染等級為輕度。

2.3監(jiān)測指標(biāo)的相關(guān)分析

各監(jiān)測指標(biāo)的相關(guān)分析如表6所示。

表6　pH及重金屬綜合污染指數(shù)的相關(guān)矩陣

注：* 相關(guān)(P< 0.05); ** 顯著相關(guān)(P< 0.01)。

從表6可以看出，pH與總Fe呈顯著正相關(guān)，這是由于表層土壤的pH較低，使得該層土壤中被吸附或者固持的Fe更容易活化，被釋放到土壤中，而表層土壤土質(zhì)為砂土，導(dǎo)致Fe的遷移性增強(qiáng)，且微生物和植物更易吸收，使得pH較低的土層總Fe含量較低。但是，中層土壤的pH較高，導(dǎo)致該層土壤中的Fe被固定，另外，中層土壤是板結(jié)程度較高的壤土，進(jìn)而導(dǎo)致Fe的遷移性降低，微生物和植物也難以利用，使得pH較高的土層總Fe含量較高。pH與Zn和Cu呈負(fù)相關(guān)，與Ni無相關(guān)性，這說明該地區(qū)土壤在一般情況下，pH較低的土層，Zn和Cu的綜合污染指數(shù)較高；反之，則Zn和Cu的綜合污染指數(shù)較低。Ni綜合污染指數(shù)與pH無一定關(guān)系。除此以外，Zn、Cu和Ni的綜合污染指數(shù)相互之間均呈顯著正相關(guān)，但與Fe無相關(guān)性。這說明Zn、Cu和Ni極可能為同源污染物，F(xiàn)e主要來源于鋼材和土壤本身。Zn、Cu和Ni是常用的鍍鋼金屬，鍍于鋼材的表面，由于開縣地處中國西南酸雨區(qū)[6], 加上該地區(qū)土壤長期用于堆積建設(shè)所用鋼材，鋼材露天放置，當(dāng)發(fā)生降雨等天氣情況時(shí)，導(dǎo)致鋼材中的重金屬元素進(jìn)入土壤；另一方面由于該地區(qū)中層土壤板結(jié)，使得雨水難以滲入而長期滯留在表層砂土中，不僅使得上層和中層土壤表現(xiàn)出極端酸堿性，又阻礙了Zn、Cu、Ni等重金屬污染物在土壤中的上下遷移，造成了重金屬在土壤中積累，最終引起重金屬污染。

3結(jié)論

(1) 該地區(qū)不同土層發(fā)生極端土壤酸堿化的情況，且有機(jī)質(zhì)含量極低，表層和中層土壤的有機(jī)質(zhì)平均含量分別為1.08g/kg和3.2g/kg。

(2) 根據(jù)綜合污染評價(jià)，◇T1的表層土為重度污染，◇T1的中層土、◇T2的所有土層、◇T3的表層土以及◇T5的中層土為輕度污染；主要污染物重金屬是Zn、Cu、Ni和Fe，其中，Zn為重度污染，Cu、Ni和Fe為輕度污染。

(3) 根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果，pH與Zn、Cu和Fe的綜合污染指數(shù)有一定關(guān)系，而Zn、Cu和Ni極可能為同源污染物。

4建議

(1) 合理使用土壤改良劑和肥料，以調(diào)節(jié)土壤pH，改善土壤物理性質(zhì)，提高土壤肥力，達(dá)到改善極端酸堿性土壤和有機(jī)質(zhì)含量較低的現(xiàn)狀。

(2) 因地制宜，針對Zn、Cu和Ni等重金屬污染，選取合適的超積累植物(如蜈蚣草、東南景天)等本土植物改種。一方面，達(dá)到降低土壤中重金屬含量的目的，另一方面，起到城市公路綠化的作用。

(3) 對現(xiàn)有地塊邊坡采取隔擋措施，確保沙、土層和有機(jī)質(zhì)等不被雨水淋溶沖刷而帶走。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢華松. 上海景觀公路土壤現(xiàn)狀與改良關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 上海：華東理工大學(xué), 2011: 1-67.

[2]尹淑蓮, 馬英. 園林用地土壤調(diào)查技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 河北林業(yè)科技, 2009(3): 44-45.

[3]中國科學(xué)院南京土壤所. 中國土壤數(shù)據(jù)庫[DB].

[4]董旭輝, 孫文舜. 中國土壤Fe、Al的環(huán)境背景值及其分布趨勢的研究[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 1991, 7 (3): 1-3.

[5]韓凌. 營口市基本農(nóng)田土壤質(zhì)量現(xiàn)狀分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2013,33(11):54-56.

[6]陳曦, 王旭, 馬麗雅, 王斌. 川渝兩地酸雨的空間分布特征研究[J]. 三峽環(huán)境與生態(tài), 2008,1(2): 1-3,36.

[7]唐琨, 朱偉文, 周文新, 等. 土壤pH對植物生長發(fā)育影響的研究進(jìn)展[J]. 作物研究,2013, 27(2): 207-211.

[8]唐冬, 毛亮, 支月娥, 等. 上海市郊設(shè)施大棚次生鹽漬化土壤鹽分含量調(diào)查及典型對應(yīng)分析[J]. 環(huán)境科學(xué), 2014, 35(12): 291-296.

[9]陶士鋒, 徐曉峰, 寇太記. 土壤有機(jī)質(zhì)對有效磷及水提取磷含量的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 20(8):1054-1058.

[10]Liang Mao, Dong Tang, Haiwei Feng, et al. Determining soil enzyme activities for the assessment of fungi and citric acid-assisted phytoextraction under cadmium and lead contamination[J]. Environmental Science and Pollution Research,Doi:10.1007/s11356-015-5220-1.

Pollution Survey and Evaluation of the Landscaping Soil near Hongyuan Bridge in Kaixian

LI Zhang-an, TANG Dong

(Kaixian Environmental Monitoring Station, Kaixian Chongqing 405400, China)

Abstract：A pollution survey and evaluation of the landscaping soil near Hongyuan Bridge was conducted due to the slow growing plants.The results suggested that extreme soil acidification or alkalization occurred in different soil layers. The organic matter of the soil was also low. The average amounts of organic matter in the surface layer and the middle layer were 1.08 g/kg and 3.2 g/kg respectively. According to comprehensive pollution index, the top layer of ◇T1 was in high level of pollution. The middle layer of ◇T1, all layers of ◇T2, the top layer of ◇T3 and the middle layer of ◇T5 were in light level of pollution. The main heavy metals were Zn, Cu, Ni and Fe. Zn was in high level of pollution, Cu, Ni and Fe were in light level of pollution. The pH had close correlation with the pollution indexes of Zn, Cu, Ni and Fe and Zn. Cu and Ni were most likely from storing steels on the landscaping soil.

Key words：green land; heavy metals pollution;pollutionsurwey; pollution evaluation; Kaixian

中圖分類號：X82

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-9655(2016)03-0085-06

作者簡介：李章安(1973-)，男，重慶開縣人，高級工程師/環(huán)境影響評價(jià)工程師，開縣環(huán)境監(jiān)測站站長，主要從事環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境影響評價(jià)及環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究。通信作者：唐冬(1988-)，男，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測工作。

收稿日期：2015-10-31