洪湖市某地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評價

鄭雄偉，王俊鋒，鄭國權(quán)，宋長虹，譚園

(1.湖北省地質(zhì)局地球物理勘探大隊，湖北 武漢 430056；2.武漢侏羅紀(jì)技術(shù)開發(fā)有限公司, 湖北 武漢 430073)

洪湖市某地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評價

鄭雄偉1，王俊鋒1，鄭國權(quán)1，宋長虹1，譚園2

(1.湖北省地質(zhì)局地球物理勘探大隊，湖北 武漢 430056；2.武漢侏羅紀(jì)技術(shù)開發(fā)有限公司, 湖北 武漢 430073)

基于對洪湖市某地區(qū)土壤中的主要重金屬元素的分布、賦存狀態(tài)和含量的研究，依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)，確定八種主要重金屬元素(Hg、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni及 As)作為評價對象。根據(jù)國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用一票否決法，結(jié)果表明，該區(qū)土壤中重金屬有害元素Cd對土壤環(huán)境的影響最為明顯，該區(qū)Ⅰ級、Ⅱ級土壤面積227.71km2,占總面積的84.96%；Ⅲ級、Ⅳ級土壤面積40.31km2,占總面積的15.04%。上述研究對洪湖市的環(huán)境保護和城市土壤污染治理具有十分重要的意義。

土壤環(huán)境；地球化學(xué)特征；重金屬污染；洪湖市

土壤中重金屬物質(zhì)一般只發(fā)生形態(tài)的轉(zhuǎn)變和遷移，難以被微生物降解。這些物質(zhì)無論是污染水體，還是污染大氣，最終都會回歸土壤，造成嚴(yán)重的土壤污染[1-3]。洪湖是湖北省最大的淡水湖，也是全國第七大淡水湖。近年來，由于工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸使土壤中重金屬明顯高于原生含量，并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化，導(dǎo)致洪湖市區(qū)出現(xiàn)了由于土壤重金屬污染帶來的一系列生態(tài)問題[4-8]。

1 研究區(qū)基本概況

研究中所涉及的“洪湖市某地區(qū)”是指：洪湖市的2個鎮(zhèn)1個區(qū)，見圖1，總面積共308km2，包括黃家口鎮(zhèn)137km2、汊河鎮(zhèn)146km2、小港管理區(qū)25km2。汊河鎮(zhèn)地處洪湖岸邊，黃家口鎮(zhèn)位于洪湖市北邊，小港管理區(qū)位于洪湖市中南部。

洪湖市地貌類型為沖積平原，以第四紀(jì)沖積、湖積物為主。全市土壤環(huán)境質(zhì)量好，酸堿度適中，種類較齊全，適宜多種作物、林木、果樹生長[9-11]。研究區(qū)內(nèi)土壤類型基本分為四類：淹育型水稻土、潛育型水稻土、沼澤型水稻土和灰潮土。淹育型水稻土包括：淺潮土田(11b)、淺灰潮土田(11c)；潛育型水稻土包括：青泥田(13a)、灰青泥田(13b)；沼澤型水稻土包括：爛泥田(14a)；灰潮土包括：沙土型灰潮土(22a)、壤土型灰潮土(22b)、粘土型灰潮土(22c)。黃家口鎮(zhèn)土壤類型主要為潛育型水稻土和灰潮土，汊河鎮(zhèn)土壤類型主要為淹育型水稻土和潛育型水稻土，小港管理區(qū)淹育型水稻土、潛育型水稻土和灰潮土均有分布(圖2)。

圖1 交通位置圖Fig.1 Traffic location map of the study area

圖2 土壤類型分布圖Fig.2 Distribution diagram of soil type

2 樣品采集與分析測試

按照圖斑結(jié)合方里網(wǎng)格布樣，采樣密度平均5點·km-2，一般情況下樣點代表所在圖斑面積[12-15]，樣點盡量布置在圖斑有代表性的田塊之內(nèi)，水域內(nèi)的樣品可由底積物代替。為增加樣品的代表性，在每個采樣單元內(nèi)采集3～5個子樣組合為一個樣品，調(diào)查工作比例尺為1∶50 000，工作面積為308km2，共采集表層土壤樣1 540件、重復(fù)樣27件。樣品測試工作由武漢市巖礦測試中心完成，所有樣品的測試方法、分析質(zhì)量都達到中國地質(zhì)調(diào)查局土地質(zhì)量地球化學(xué)評估技術(shù)要求(試行)DD2008-06中“土壤地球化學(xué)樣品分析測試質(zhì)量要求及質(zhì)量控制”的有關(guān)規(guī)定。本次土壤樣共分析了29項指標(biāo)：As、B、Cd、Cl、Co、Cr、Cu、F、Ge、Hg、I、Mn、Mo、Ni、P、Pb、Se、Sr、Zn、N、S、Corg、SiO2、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、pH。各分析項目在進行報出率統(tǒng)計時，將低于分析方法檢出限的數(shù)據(jù)視為未報出，但將低于方法檢出限的儀器實測數(shù)據(jù)報出，29項指標(biāo)總報出率為100%。

3 土壤中主要重金屬元素地球化學(xué)特征

3.1 含量特征

全區(qū)Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn及As元素含量平均值分別為0.39、91.7、0.06、47.55、31.05、41.30、109.60和13.80 mg·kg-1(表1)?？傮w上，黃家口鎮(zhèn)As、Cr、Ni、Pb含量較高，小港管理區(qū)Cd、Hg、Cu、Zn含量較高，而汊河鎮(zhèn)重金屬元素相對不富集。

3.2 空間分布特征

Cd的高含量分布較少且集中，有幾個高值點位于南套村、大嶺村、鄒萬村、雙河村、小港西部，其中以雙河村東最高；低值區(qū)主要集中在形斗湖漁場、里湖漁場相連的大片區(qū)域(圖3)。

Cr的高含量主要分布在以新建村、沿湖村、里湖漁場、作才村為頂點的菱形區(qū)域內(nèi)，以及小港中南部、姚河村、平陽村、新穴村的部分位置；低含量主要分布在汊河界內(nèi)214省道兩側(cè)，和水晶村、曾臺村、新楊村等為中心的部分區(qū)域，最低點位于小港北部(圖4)。

Hg的高含量主要呈點狀分布在雙河村東、朝陽村、龍坑村北、里湖漁場、黃家口鎮(zhèn)東、南套村等；低含量分布范圍較廣，以汊河鎮(zhèn)界內(nèi)214省道兩側(cè)和黃家口鎮(zhèn)周圍的大部分區(qū)域為主，最低點位于小港北部(圖5)。

表1 表層土壤Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn及As元素含量統(tǒng)計表

Ni的高含量主要分布在黃家口鎮(zhèn)東南部的大部分區(qū)域，及大嶺村北、作才村的高值點呈點狀分布；低含量主要分布在岔河鎮(zhèn)界內(nèi)214省道兩側(cè)和從曾臺村、五豐村至新穴村、金灣村北西向的低值帶區(qū)域，黃家口鎮(zhèn)東西兩側(cè)部分區(qū)域呈點狀分布，最低點位于小港北部(圖6)。

Pb的高含量分布在工區(qū)東部，以形斗湖漁場、里湖漁場為主，最高點位于上河村西；低含量區(qū)覆蓋了工區(qū)的絕大部分區(qū)域，最低點位于鄒萬村北部(圖7)。

As的高含量主要分布在以汊河鎮(zhèn)、龍甲墩村、長河村、新建村為頂點組成的四邊形區(qū)域內(nèi)，最高點位于天潭村西北；低含量覆蓋了工區(qū)的大部分位置，最低點位于小港北部(圖8)。

Cu的高含量主要有兩個分布區(qū)：一個是以新建村、沿湖村、里湖漁場東南角、形斗湖漁場東北角為四個頂點的菱形相對富集區(qū)，一個是小港管理區(qū)中西部為主的高值富集區(qū)，另外姚河村、網(wǎng)柳村附近有兩個高值點；Cu的低含量主要有兩個分布區(qū)：一個是汊河鎮(zhèn)界內(nèi)214省道兩側(cè)的北西向狹長貧乏帶，一個是曾臺村東至金灣村北西向的低值帶，另外有兩個低值點新楊村、革單村(圖9)。

Zn的高含量分布在以崗塔村、宋墩村、形斗湖漁場為中心的富集區(qū)和小港管理區(qū)的中西部，最高點位于天潭村；其低含量與Mo相似主要分布在以金灣村、石楊村、曾臺村、水晶村為范圍的貧乏區(qū)和劉橋村、晏訪村、西池村、龍坑村、五愛村為北西西向的帶狀貧乏區(qū)，另外黃家口正西和正東有小范圍富集區(qū)，最低點位于新楊村(圖10)。

3.3 賦存形態(tài)

土壤重金屬元素對作物的影響程度不僅僅取決于其總量，更大程度上取決于其在土壤中的賦存形態(tài)。土壤元素的賦存形態(tài)可分為：水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、腐殖酸態(tài)、鐵-錳氧化態(tài)、強有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)。其中強有機結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)是非活動態(tài)；水溶態(tài)和離子交換態(tài)為活動態(tài)，決定重金屬元素遷移、轉(zhuǎn)化能力及富集量的主要是這兩個賦存形態(tài)[16-20]。土壤中重金屬元素各賦存形態(tài)分配量方面具有差異(表2)。Hg、Cd、As、Pb等有害物質(zhì)在區(qū)內(nèi)土壤中的非活動態(tài)量分別占總量的77.1%、13%、58.1%、63.5%，活動態(tài)量(占總量比)分別為Hg 0.001 mg·kg-1(1.6%)、As 0.07 mg·kg-1(0.5%)、Pb 0.06 mg·kg-1(0.2%)，相對較大的是Cd在土壤中的活動態(tài)量達0.16 mg·kg-1，占總量的43.6%。說明進入土壤中的各重金屬元素在元素的賦存形態(tài)的轉(zhuǎn)化及活化遷移能力等方面，Hg、As、Pb相對較穩(wěn)定，活化、遷移能力較低，主要以殘渣態(tài)形式賦存于土壤中；Cd則以具高可活動態(tài)，低殘渣態(tài)形式存在，具有較強的活性和遷移能力，對土壤環(huán)境質(zhì)量影響程度也相對較高。

圖3 Cd地球化學(xué)圖Fig.3 The geochemical map of Cd in soil

圖4 Cr地球化學(xué)圖Fig.4 The geochemical map of Cr in soil

圖5 Hg地球化學(xué)圖Fig.5 The geochemical map of Hg in soil

圖6 Ni地球化學(xué)圖Fig.6 The geochemical map of Ni in soil

圖7 Pb地球化學(xué)圖Fig.7 The geochemical map of Pb in soil

圖8 As地球化學(xué)圖Fig.8 The geochemical map of As in soil

圖9 Cu地球化學(xué)圖Fig.9 The geochemical map of Cu in soil

圖10 Zn地球化學(xué)圖Fig.10 The geochemical map of Zn in soil

表2 土壤中主要重金屬元素的賦存形態(tài)含量特征統(tǒng)計表(mg·kg-1)

4 生態(tài)效應(yīng)評價

圖11 土壤環(huán)境質(zhì)量綜合等級圖Fig.11 Soil environment quality comprehensive grade chart

4.1 評價指標(biāo)與模型

通過該區(qū)1∶50 000土壤地球化學(xué)調(diào)查，依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)[21]，筆者確定主要重金屬元素Hg、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni以及As八項指標(biāo)作為評價對象，采用一票否決法，評價單元的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級為這八項單指標(biāo)劃分出的環(huán)境等級最差的等級。對該區(qū)土壤質(zhì)量進行判別評估，統(tǒng)計結(jié)果可見該區(qū)土壤中重金屬有害元素Cd對土壤環(huán)境的影響最為明顯。

4.2 土壤環(huán)境質(zhì)量等級分區(qū)

該區(qū)土壤環(huán)境綜合等級見圖11，農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖分布區(qū)土壤總面積為268.02 km2,綜合評定區(qū)內(nèi)土壤中符合清潔Ⅰ級、清潔Ⅱ等級標(biāo)準(zhǔn)的累計分布區(qū)面積為227.71 km2,占總面積的84.96%。受Cd高含量分布的影響，區(qū)內(nèi)輕度、中度污染(Ⅲ級、Ⅳ級)分布區(qū)的面積為40.31 km2,占總面積的15.04%，主要分布于黃家口鎮(zhèn)平陽村-姚河村-新垸村-南岸湖村-萬嶺村-汊河鎮(zhèn)甘寺村-龍甲墩村-港洪村一線及其它局部地區(qū)，其分布區(qū)域與Cd的輕度、中度污染(Ⅲ級、Ⅳ級)分布區(qū)基本一致。

5 結(jié)論

(1)黃家口鎮(zhèn)As、Cr、Ni、Pb含量較高，小港管理區(qū)Cd、Hg、Cu、Zn含量較高，而汊河鎮(zhèn)重金屬元素相對不富集。

(2)土壤中重金屬有害元素Cd對土壤環(huán)境的影響最為明顯。

(3)評價區(qū)土壤質(zhì)量總體較好，符合清潔Ⅰ級、清潔Ⅱ等級標(biāo)準(zhǔn)的累計分布區(qū)面積為227.71 km2,占總面積的84.96%。受Cd高含量分布的影響，區(qū)內(nèi)輕度、中度污染(Ⅲ級、Ⅳ級)分布區(qū)的面積為40.31 km2,占總面積的15.04%，主要分布于黃家口鎮(zhèn)平陽村-姚河村-新垸村-南岸湖村-萬嶺村-汊河鎮(zhèn)甘寺村-龍甲墩村-港洪村一線及其它局部地區(qū)，其分布區(qū)域與Cd的輕度、中度污染(Ⅲ級、Ⅳ級)分布區(qū)基本一致。

致謝：對在工區(qū)工作的同仁表示由衷的敬意，感謝胡瑞春高工對文章的審閱。

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責(zé)任編輯 王菊平

An assessment of the soil environmental quality in a certain area of Honghu City

ZHENG Xiong-wei1,WANG Jun-feng1, ZHENG Guo-quan1,SONG Chang-hong1, Tan Yuan2

(1.Hubei Institute of Geophysical Exploration, Wuhan 430056,Hubei,China；2.Wuhan Jurassic technology development Co. Ltd, Wuhan 430073, Hubei,China)

Based on an analysis of the distribution, modes of occurrence and the content of major heavy metal elements in soil in the study area of Honghu City in this paper, the authors identified eight major heavy metal elements (Hg、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni、 As) as evaluation objects in the light of the soil environmental quality evaluation index. According to the National Environmental Quality Standards for Soil and through the method of one-vote veto, the results showed that the most significant influence on the soil environment is cadmium of the heavy metal elements in the soil. The area of Grade Ⅰ and Ⅱ in surface soil reaches 227.71 square kilometers, while the area of Grades Ⅲ and Ⅳ possesses 40.31 square kilometers. The area of Grade Ⅰ and Ⅱ accounts for 84.96% of the whole area, while the percentage for Grade Ⅲ and Ⅳ is 15.04%.The study is of great importance to the environmental protection and urban soil pollution control of Honghu City.

soil environment; geochemical characteristics; heavy metal pollution; Honghu City

S159.2

A

1003-8078(2016)06-0028-06

2016-06-14 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2016.06.09

鄭雄偉，男，湖北黃岡人，碩士，助理工程師，主要研究方向為礦產(chǎn)勘查及農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查。

王俊鋒，男，湖北黃岡人，助理工程師，主要研究方向為地質(zhì)勘察。

湖北省“金土地”工程——高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田地球化學(xué)調(diào)查項目(洪土資發(fā)[2014]13號) 。