珠三角地區(qū)土壤重金屬元素異常來源淺析及其環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)*

李婷婷，劉子寧，朱鑫，張高強(qiáng)

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080）

珠三角地區(qū)土壤重金屬元素異常來源淺析及其環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)*

李婷婷*，劉子寧，朱鑫，張高強(qiáng)

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080）

通過對廣東省珠江三角洲地區(qū)土壤地球化學(xué)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)一系列的重金屬等土壤微量元素異常，各元素異常套合性較好。異常主要分布于珠江三角洲沖積平原區(qū)第四紀(jì)海陸交互沉積物，其次是高明三洲盆地、潭江沖積平原、廣花盆地、博羅公莊及蓮花山斷裂帶。通過對表層土壤與不同母質(zhì)土壤中重金屬含量進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)（1）Cr、Cd異常在不同土壤中分布相似，異常主要受水動(dòng)力影響沉積形成；（2）Cu、Zn的分布格局主體受成土母質(zhì)控制，但高含量區(qū)也疊加了人為因素的影響；（3）As高含量區(qū)分布主要受地質(zhì)背景控制；（4）Pb異常分布較為零星，異常成因與礦床分布關(guān)系密切；（5）Hg異常主要分布于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、城市化水平較高的城市及其周邊地區(qū)，說明異常受人為影響較大，其次為典型礦致異常。綜合以上分析，對珠江三角洲地區(qū)土壤綜合環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量總體情況較好，一、二級(jí)土壤占總面積的77.2%。其中，適合種植綠色農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域占珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)土地面積的52.4%，滿足無公害農(nóng)產(chǎn)品土壤環(huán)境質(zhì)量要求的區(qū)域占珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)土地面積的82.5%。

重金屬；異常來源；環(huán)境質(zhì)量

珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)是廣東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的龍頭和主體，是我國沿海地帶經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、發(fā)展最快的三大經(jīng)濟(jì)圈之一，也是廣東省重要的農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)和水產(chǎn)品養(yǎng)殖區(qū)。隨著工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，由人類活動(dòng)造成的鎘、鉛、汞、等重金屬元素在環(huán)境中不斷積累，引發(fā)一系列生態(tài)事件［1～3］，嚴(yán)重影響了食品安全生產(chǎn)和人類身體健康。因此查明珠江三角洲地區(qū)的土壤污染情況，有益于人類健康和生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)?；诖耍皬V東省珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”項(xiàng)目，對珠三角地區(qū)土壤環(huán)境開展了詳細(xì)的調(diào)查分析。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，部分地區(qū)存在一系列的重金屬等微量元素異常，其成因主要受地質(zhì)作用和人為污染影響，異常來源極其復(fù)雜。盡管前人在珠三角地區(qū)做過大量有關(guān)土壤重金屬污染方面的研究，并取得了一系列重要的研究成果［4～7］，但這些研究主要關(guān)注該地區(qū)區(qū)域環(huán)境污染特點(diǎn)，對其重金屬來源機(jī)制的研究則相對較少。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析珠三角地區(qū)土壤重金屬的污染特征，初步探討土壤中重金屬的來源，并對其環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行總體評(píng)價(jià)，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略性調(diào)整和工農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 樣品采集與分析

樣品采集按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)規(guī)范（1∶250000）》要求，每1 km2采集一件表層土壤樣品，每4 km2組合成一件分析樣，分析樣品中常見重金屬元素。

元素測試方法采用X—射線熒光光譜法（XRF）為主，等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）、原子熒光法（AFS）為輔的分析方法配套方案（表1）。分析結(jié)果檢出限、報(bào)出率、合格率等均滿足此次研究工作的需要。

表1 元素（項(xiàng)目）分析配套方法Table 1 Element（item）analysis method

2 區(qū)域地球化學(xué)特征及其成因淺析

珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)成土母質(zhì)主要為第四紀(jì)松散沉積物、沉積巖類風(fēng)化物、中酸性火山巖類風(fēng)化物、中酸性侵入巖類風(fēng)化物、變質(zhì)巖類風(fēng)化物等五大成土母質(zhì)單元。由于地表環(huán)境受人為、自然等多種因素影響，不同類型的土壤元素含量分布特征既有一定規(guī)律，又復(fù)雜多變［8］，但不同巖石類型風(fēng)化物發(fā)育的土壤，其地球化學(xué)組份可以保留部分成土母質(zhì)特有元素（最高值或最低值）的含量特征［9］。這些特征性指標(biāo)有利于判斷元素異常的主要來源。因此，本文通過對表層土壤重金屬含量與不同母質(zhì)土壤重金屬含量進(jìn)行對比，可以初步判斷調(diào)查區(qū)異常來源是否為自然源。

將元素背景值加2倍離差值定為異常下線，圈定異常范圍。研究發(fā)現(xiàn)，Cd、Hg、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni異常主要分布于珠江三角洲沖積平原區(qū)第四紀(jì)海陸交互沉積物，其次是高明三洲盆地、潭江沖積平原、廣花盆地和博羅公莊及蓮花山斷裂帶。

（1）鎘鎳元素組包含Cr、Cd、Ni、Cu、Zn 共5個(gè)元素（圖1）。總體上，異常主要分布于西、北江第四紀(jì)三角洲沉積區(qū)，各元素空間套合程度高，東江和潭江三角洲沉積區(qū)基本上是背景區(qū)。北江的三水、四會(huì)段，西江的肇慶端州區(qū)和鼎湖區(qū)沿岸有零星Cd、Zn異常分布。早石炭世測水組分布的龍崗區(qū)、中寒武世高灘組分布的宅梧鎮(zhèn)等地有小面積的Cr異常分布。

由圖1可知，Cd異常面積最大，強(qiáng)富集區(qū)主要分布在北江、西江沖積平原區(qū)（廣州、佛山、江門、中山等地），受流域控制明顯。三角洲平原邊緣呈弱富集狀態(tài)，調(diào)查區(qū)東西兩翼未發(fā)現(xiàn)Cd異常。各類成土母質(zhì)表層土壤Cd平均含量比較（詳見圖2），大體分三個(gè)含量級(jí)：高含量母質(zhì)包括西北江—東江海陸交互相沉積物和沿海海相沉積物兩類，Cd平均含量分別為為359.5 ng/g和171.7 ng/g，背景含量母質(zhì)包括河流沖洪積物和陸源沉積巖類，平均含量分別為111.8ng/g和85.32 ng/g，其他幾類成土母質(zhì)含量較低，含量范圍40.0～69.1 ng/g。從區(qū)域分布來看，區(qū)內(nèi)Cd的高含量主要沿西、北江流域分布，呈現(xiàn)出區(qū)域性高含量分布特點(diǎn)，分布范圍與第四紀(jì)海陸交互沉積的桂洲組、禮樂組一致，具有地質(zhì)背景控制的顯著特征。為珠江三角洲形成過程，由西江、北江從上游攜帶大量的富含鎘等物質(zhì)，在三角洲地區(qū)受水動(dòng)力影響而沉積形成。Cr的總體分布與Cd相似（詳見圖1），也以西北江海陸交互相沉積物、沿海海陸交互相沉積物、沉積巖（灰?guī)r）為高含量，具有地質(zhì)背景控制的顯著特征，在三角洲地區(qū)受水動(dòng)力影響而沉積形成。

圖1 珠三角地區(qū)鎘鎳元素組異常分布圖Fig.1 The distribution of element anomalies of Cd and Ni in the Pearl River Delta

圖2 不同母質(zhì)土壤Cd含量分布圖Fig.2 The distribution of Cd content in different parent materials

Cu高含量區(qū)主要分布在廣州、佛山、江門、中山等地。從區(qū)域分布來看，Cu的分布格局主體受成土母質(zhì)控制，但高含量區(qū)也疊加了人為因素的影響。Cu高含量母質(zhì)為西北江—東江海陸交互相和沿海海陸交互相沉積物，尤其在西北江—東江海陸交互相分布區(qū)的廣佛地區(qū)含量最高。其它幾類母質(zhì)土壤Cu含量較低，尤以中酸性火山巖和花崗巖類風(fēng)化物含量最低，平均含量僅為5.61 mg/kg和7.30 mg/kg。與深層土壤Cu含量分布相對比發(fā)現(xiàn)，表層土壤Cu高含量的分布范圍與深層土壤大體一致，但表層土壤的含量遠(yuǎn)大于深層土壤。表明調(diào)查區(qū)內(nèi)土壤Cu高的含量區(qū)分布除受地質(zhì)背景控制外，還與人類活動(dòng)也有密切關(guān)系。

土壤Zn的分布、分配特征與Cu具有相似性，從區(qū)域分布來看，Zn的含量分布主體也是受成土母質(zhì)的控制，在高含量區(qū)疊加了人為活動(dòng)的影響，但其影響程度遠(yuǎn)低于Cu。Zn高含量母質(zhì)為西北江—東江海陸交互相和沿海海陸交互相沉積物，尤其在西北江—東江海陸交互相分布區(qū)的廣佛地區(qū)含量最高，其它幾類母質(zhì)土壤Zn低含量較低，且含量差異不大，介于36.17～57.57 mg/kg之間，其中以碳酸鹽巖、陸源碎屑、火山碎屑巖等沉積巖母質(zhì)含量最低。

Ni與Cr分布非常相似，主要分布在番禺（大崗、橫瀝），中山（三角、港口、中山市區(qū)），新會(huì)（大鰲、會(huì)城），珠海（斗門）等地區(qū)；高濃度區(qū)主要分布在番禺大崗—橫瀝—萬頃沙一帶。

（2）由圖3可知，As在區(qū)內(nèi)分布極不均勻，變異系數(shù)高達(dá)1.77，其最高含量達(dá)848.6 mg/kg，是最低含量的2926倍之多。As異常高值點(diǎn)主要沿北東向恩平—新豐及蓮花山深大斷裂帶展布，主要分布在花都赤坭、高明富灣、深圳龍崗、惠東梁化等地區(qū)。其高含量區(qū)的分布主要受地質(zhì)背景控制。異常區(qū)內(nèi)存在與斷裂帶分布密切相關(guān)的毒砂礦物，這些區(qū)域的As異常屬于地質(zhì)作用所引起。其次是第四紀(jì)松散沉積物、變質(zhì)巖、陸源碎屑巖和河流沖洪積物，平均含量在16.49～10.79 mg/kg之間。

（3）鉛異常分布較為零星（圖3），高值點(diǎn)主要分布在廣州黃埔區(qū)、高明市、博羅利山、惠陽淡水、深圳龍崗一帶，異常與礦床分布關(guān)系密切，如高明三洲盆地的銀銅鉛鋅金多金屬礦、博羅利山的鐵鎢錫多金屬礦等。

圖3 珠三角地區(qū)砷、鉛、汞元素組異常分布圖Fig.3 The distribution map of element anomalies of As，Pb and Hg in the Pearl River Delta

（4）汞異常主要分布珠江三角洲平原區(qū)（圖3），高含量區(qū)區(qū)域分布特征明顯，高值點(diǎn)主要分布于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、城市化水平較高的城市（廣州—佛山—高明、新會(huì)—開平）及其周邊地區(qū)，最高含量達(dá)8750μg/kg。農(nóng)業(yè)種植（養(yǎng)殖）區(qū)的土壤Hg高含量區(qū)（如順德市龍山、廣州市白云區(qū)鐘落潭等）與地質(zhì)背景關(guān)系密切。另外，在博羅利山鐵鎢錫多金屬礦、河臺(tái)金礦等礦區(qū)有小面積汞異常，為典型礦致異常。

3 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

按照《中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB-1995）》中As、Hg、Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Cr等8項(xiàng)指標(biāo)限值對土壤綜合環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明（表2），區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量總體情況較好，一、二級(jí)土壤占總面積的77.2%，其中一級(jí)土壤8297.9 km2，占調(diào)查區(qū)總面積的19.9%，主要分布于四會(huì)地豆鎮(zhèn)、高要馬安鎮(zhèn)、恩平儒底鎮(zhèn)—那吉鎮(zhèn)以東、臺(tái)山橫陂鎮(zhèn)、惠州（慧環(huán)鎮(zhèn)、大嶺鎮(zhèn)、坪山鎮(zhèn)、馬山鎮(zhèn)）等局部地區(qū)；二級(jí)土壤占總面積的57.3%，主要分布在東莞、增城、博羅、惠州、臺(tái)山、新會(huì)、肇慶等地區(qū)；三級(jí)土壤主要分布于廣州—佛山及其周邊地區(qū)，反映局部土壤環(huán)境質(zhì)量較差。影響土壤環(huán)境質(zhì)量的主要元素是Cd、As、Hg，局部地區(qū)伴有Cu、Pb、Zn、Ni等有害重金屬元素。

分別依據(jù)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（NY/T391-2000）和無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)（包括《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量 無公害蔬菜產(chǎn)地環(huán)境要求》（GB/T 18407.1-2001）、《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量 無公害水果產(chǎn)地環(huán)境要求》（GB/T18407.2-2001）和《無公害食品 水稻產(chǎn)地環(huán)境要求》（NY5116-2002））中Hg、As、Pb、Cd、Cr、Cu等指標(biāo)的限量標(biāo)準(zhǔn)，其中無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值按照取嚴(yán)不取寬的原則在系列標(biāo)準(zhǔn)中取值作為無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對全區(qū)土壤進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，適合種植綠色農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域21847 km2，占珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)土地面積52.4%；滿足無公害農(nóng)產(chǎn)品土壤環(huán)境質(zhì)量要求的區(qū)域34418 km2，占珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)土地面積82.5%。

表2 珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Graduation statistics table of soil environmental quality in the Pearl River Delta economic zone

4 結(jié)果與討論

（1）研究發(fā)現(xiàn)，Cr、Cd、Ni、Cu、Zn異常主要分布于西、北江第四紀(jì)三角洲沉積區(qū)，各元素空間套合程度高，東江和潭江三角洲沉積區(qū)基本上為背景區(qū)。Cr與Cd分布相似，異常具有地質(zhì)背景控制的顯著特征，在三角洲地區(qū)受水動(dòng)力影響而沉積形成。Cu和Zn高含量區(qū)主要分布在廣州、佛山、江門、中山等地。從區(qū)域分布來看，Cu、Zn的分布格局主體受成土母質(zhì)控制，但高含量區(qū)也疊加了人為因素的影響。As在區(qū)內(nèi)分布極不均勻，變異系數(shù)高達(dá)1.77，主要分布在花都赤坭、高明富灣、深圳龍崗、惠東梁化等地區(qū)。其高含量區(qū)的分布主要受地質(zhì)背景控制。異常區(qū)內(nèi)存在與斷裂帶分布密切相關(guān)的毒砂礦物，這些區(qū)域的As異常屬于地質(zhì)作用所引起。Pb異常分布較為零星，異常成因與礦床分布關(guān)系密切。Hg異常主要分布于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、城市化水平較高的城市（廣州—佛山—高明、新會(huì)—開平）及其周邊地區(qū)，說明異常受人為影響較大，其次，還發(fā)現(xiàn)博羅利山鐵鎢錫多金屬礦、河臺(tái)金礦等礦區(qū)有小面積汞異常，為典型礦致異常。

（2）通過環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)調(diào)查區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量總體情況較好，一、二級(jí)土壤占總面積的77.2%。其中，適合種植綠色農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域21847 km2，占珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)土地面積52.4%；滿足無公害農(nóng)產(chǎn)品土壤環(huán)境質(zhì)量要求的區(qū)域34418 km2，占珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)土地面積82.5%。

/reference

［1］孫彬彬、周國華、劉占元，等.山東黃河下游區(qū)土壤微量元素地質(zhì)背景與人為疊加影響的識(shí)別方法［J］.地質(zhì)通報(bào)，2010，29（2-3）：476-482.

［2］孫彬彬、周國華、劉占元，等.黃河下游山東段沿岸土壤中重金屬元素異常的成因［J］.地質(zhì)通報(bào)，2008，27（2）：265-270.

［3］代杰瑞、龐緒貴、王紅晉，等.山東省濟(jì)陽縣土壤重金屬元素異常成因研究［J］.巖礦測試，2010，29（4）：406-410.

［4］陳俊堅(jiān)、張會(huì)化、劉鑒明，等.廣東省區(qū)域地質(zhì)背景下土壤表層重金屬元素空間分布特征及其影響因子分析［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20（4）：646-651.

［5］馬玉、李團(tuán)結(jié)、高全洲，等.珠江口沉積物重金屬背景值及其污染研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（3）：712-719.

［6］李勇、于天虹、趙志忠，等.珠三角土壤鎘含量時(shí)空分布及風(fēng)險(xiǎn)管理［J］.地理科學(xué)，2015，35（3）：373-379.

［7］朱立新、馬生明、王之峰，等.沿海沖積平原區(qū)土壤中元素含量特征及其影響因素研究［J］.地質(zhì)與勘探，2003，39（1）：45-49.

［8］代杰瑞、龐緒貴、喻超，等.山東省東部地區(qū)土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值與背景值及元素富集特征研究［J］.地球化學(xué)，2011，40（6）：577-587.

［9］劉勇、王成軍、馮濤.土壤中鉛污染源解析研究［J］.西北大學(xué)報(bào)，2015，45（1）：147-151.

Origin of Heavy Metal Element Anomalies in Soils of the Pearl River Delta and its Environmental Quality Assessment

Li Tingting，Liu Zining，Zhu Xin，Zhang Gaoqiang
（Guangdong Geological Survey Institute，Guangzhou Guangdong 510080）

Based on the soil geochemical survey in the Pearl River Delta region of Guangdong Province，a serious of soil trace element anomalies，such as the heavy metals，can be found.These anomalous element have a good properties and mainly distributed in the quaternary sea-land interaction sediments of alluvial plains.They also exist in Sanzhou basin of Gaoming，alluvial plain of Tanjiang，Guanghua basin，Boluo Gongzhuang and Lianhuashan fault zone.Furthermore，heavy metal content in the surface soil and soils of different materials has been also compared in this study，which leads us to get several conclusions，including（1）Cr and Cd anomaly is similar in different soils.It is mainly impacted by the hydrodynamic depositional process；（2）the distribution of Cu and Zn was controlled by soil parent material，and may be also overlay the infuence of human factors in some high content areas；（3）the geological background is the dominant factor to induce the high content of As metal element；（4）the distribution of Pb anomalies is sporadic and the origin of this anomaly is closely related to the distribution of ore deposits；（5）Hg anomaliesmainly distributes in cities of economically developed or higher level of urbanization and its surrounding areas，this anomalies is associated with human activities and related ore deposit.These data can give an evaluation of soil environmental quality in the Pearl River Delta region.The results show that the overall situation of soil environmental quality is good，areas of one and two level soils can account 77.2% of the total area.Among them，52.4% areas are suitable for the cultivation of green agricultural products， 82.5% areas can satisfy for the requirement of non pollution agricultural products.

heavy metal； abnormal source； environmental quality

F290

A

1672-5603（2016）02-030-6

*第一作者簡介 李婷婷，女，1987 年生，助理工程師，主要從事地球化學(xué)勘查、農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查與研究工作。E-mail: xiaomaomiltt@126.com

2016-4-21；改回日期：2016-5-10。