上海市楊浦區(qū)表土重金屬污染的磁學(xué)響應(yīng)

陳裕穎, 王 冠, 陳 姣, 余詩怡, 任非凡

(1.上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院, 上海200093; 2.同濟(jì)大學(xué) 巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200092)

上海市楊浦區(qū)表土重金屬污染的磁學(xué)響應(yīng)

陳裕穎1, 王 冠1, 陳 姣1, 余詩怡1, 任非凡2

(1.上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院, 上海200093; 2.同濟(jì)大學(xué) 巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200092)

[目的] 揭示上海市楊浦區(qū)土壤重金屬污染情況，為環(huán)境磁學(xué)在城市表土重金屬污染的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。[方法] 結(jié)合磁學(xué)方法與傳統(tǒng)化學(xué)方法，對楊浦區(qū)5個功能區(qū)內(nèi)的17個表土樣品進(jìn)行磁學(xué)特征和重金屬濃度的分析。[結(jié)果] 楊浦區(qū)表土磁化率值平均值為2.42×10-6m3/kg，磁性特征以低矯頑力的亞鐵磁性礦物為主導(dǎo)，顆粒較粗。除頻率磁化率外，磁學(xué)參數(shù)整體呈現(xiàn)工業(yè)區(qū)與交通區(qū)值較高的特點(diǎn)；重金屬Zn，Pb，Cu，Cr濃度值高于背景值，且高值集中在工業(yè)區(qū)、交通區(qū)、居住區(qū)，污染負(fù)荷指數(shù)(PLI)的值為1.962，屬于輕度污染。除工業(yè)區(qū)外，各功能區(qū)之間重金屬含量與磁學(xué)參數(shù)的相關(guān)性較好(p<0.05)，磁化率(χlf)、飽和等溫剩磁(SIRM)、硬剩磁(HIRM)對楊浦區(qū)表土重金屬含量有良好的指示作用。[結(jié)論] 環(huán)境磁學(xué)方法可以快速簡便地提供城市污染信息。

環(huán)境磁學(xué)； 重金屬； 表土； 污染負(fù)荷指數(shù)； 楊浦區(qū)

文獻(xiàn)參數(shù)： 陳裕穎, 王冠, 陳姣, 等.上海市楊浦區(qū)表土重金屬污染的磁學(xué)響應(yīng)[J].水土保持通報，2017,37(3)：28-34.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.005； Chen Yuying, Wang Guan, Chen Jiao, et al. Magnetic response of heavy metals pollution in urban topsoil of Yangpu District, Shanghai City[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：28-34.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.005

由交通運(yùn)輸、化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)等人為活動產(chǎn)生的污染物通常含有大量的重金屬、揮發(fā)性有機(jī)物等有害物質(zhì)，它們可通過各種途徑進(jìn)入城市土壤系統(tǒng)，最終嚴(yán)重破壞土壤質(zhì)量，同時這些有害物質(zhì)極易被農(nóng)作物吸收，被人體皮膚接觸、吸收、攝入后，將對人體造成不可估計的傷害。其中，重金屬污染具有難降解性，并且可通過食物鏈被生物富集，產(chǎn)生生物放大作用，危害較大。因此重金屬污染的監(jiān)測防治已成為研究的熱點(diǎn)問題[1]。

環(huán)境磁學(xué)具有快速簡便、經(jīng)濟(jì)、對樣品無破壞性的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市的土壤監(jiān)測研究中[2-13]。目前磁學(xué)方法已陸續(xù)成功應(yīng)用于東歐[2]、土耳其[3]、日本[4]等國家，在土壤重金屬污染研究的空間變化特征、來源分析、污染范圍確定等方面，取得了較多成果。大量研究結(jié)果[5-8]表明，受污染的土壤磁性礦物與自然成土作用下產(chǎn)生的磁性礦物的種類、含量、粒度大小均存在一定差異，并且土壤的重金屬(Cd，Cr，As，Cu，Pb，Zn，F(xiàn)e)含量與磁化率、飽和等溫剩磁等磁學(xué)參數(shù)之間存在良好的相關(guān)性。與國外研究相比，國內(nèi)關(guān)于城市土壤磁性特征的研究較少，主要集中在表土磁學(xué)參數(shù)的空間分布，討論磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量的關(guān)系，嘗試建立關(guān)于磁參數(shù)指示污染的半定量化數(shù)學(xué)模型[5-6]。Lu等[7]發(fā)現(xiàn)洛陽市工業(yè)區(qū)、公路附近的表土磁化率較高，公園、綠地等磁化率值較低，說明工業(yè)生產(chǎn)、交通尾氣排放磁性顆粒物，導(dǎo)致土壤磁性增強(qiáng)；王博等[8]研究表明蘭州市表土的主要磁礦物為低矯頑力磁鐵礦，磁參數(shù)高低值的空間分布與污染負(fù)荷指數(shù)(pollution loading index, PLI)的分布相吻合，同時通過進(jìn)一步分析，獲得重金屬污染的磁學(xué)半定量模型；楊涵等[9]發(fā)現(xiàn)飽和等溫剩磁和軟剩磁對石河子市工業(yè)區(qū)具有良好的指示作用，而在化工區(qū)則需要結(jié)合頻率磁化率判斷。上述研究均揭示磁學(xué)方法研究城市污染的可行性，但由于土壤磁性受成土作用、土壤母質(zhì)發(fā)育影響，地區(qū)差異性大，磁學(xué)參數(shù)對污染的敏感性存在不同程度的差異[9]。目前有關(guān)上海市的磁學(xué)研究相對較少。

上海市作為中國的經(jīng)濟(jì)與金融中心，人口規(guī)模和密度居中國第一，因此對上海市環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測具有重要意義。目前，關(guān)于上海市土壤重金屬污染的磁學(xué)研究多集中于嘉定，青浦，寶山等郊區(qū)[10-11]，以上研究主要針對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等用地方式較單一的郊區(qū)，未對人為干擾較大的居住、商業(yè)用地進(jìn)行調(diào)查。相對于郊區(qū)，中心城區(qū)土地利用方式比較復(fù)雜，土地更新翻耕比較快，監(jiān)測干擾大。關(guān)于上海市中心城區(qū)的研究鮮見報道。楊浦區(qū)屬于上海市的中心城區(qū)，教育業(yè)發(fā)達(dá)，也是老工業(yè)區(qū)。本研究嘗試結(jié)合磁學(xué)手段與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法探討上海市楊浦區(qū)不同用地類型背景下的表土的磁性特征及重金屬含量，以期能為日后環(huán)境磁學(xué)在城市土壤重金屬研究中的應(yīng)用提供一定的參考作用。

1 研究區(qū)概況

楊浦區(qū)位于上海市中心城區(qū)東北部，地處黃浦江下游西北岸。與浦東新區(qū)相鄰，西臨虹口區(qū)，北接寶山。區(qū)內(nèi)南部年均降雨量為1 060 mm，北部為1 040～1 060 mm。楊浦區(qū)地處北亞熱帶南緣，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。楊浦區(qū)是上海的老工業(yè)區(qū)，也是近代工業(yè)的搖籃。楊浦區(qū)內(nèi)曾分布大量的工廠，包括紡織、機(jī)械、電力、造船、輕工業(yè)等，這些企業(yè)設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。如今，楊浦區(qū)仍保留部分工業(yè)倉儲與機(jī)械生產(chǎn)用地，同時商貿(mào)業(yè)、教育業(yè)發(fā)展迅速，交通道路不斷完善，集商業(yè)、生活、教育、工業(yè)為一體，用地類型十分復(fù)雜。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

本研究采取均勻布點(diǎn)與實(shí)際情況相結(jié)合的原則，根據(jù)土壤主要利用類型，將楊浦區(qū)分為工業(yè)區(qū)(GY)、交通區(qū)(JT)、商業(yè)區(qū)(SY)、居住區(qū)(JZ)、清潔區(qū)(QJ)5種不同功能區(qū)，于2015年3月連續(xù)3 d干燥無雨的天氣下，采用塑料鏟子收集表土樣品，放入自封袋密封保存。共采集17個表土樣品(0—2 cm)，考慮到樣品的代表性和受人為擾動的影響，每個采樣點(diǎn)選自典型功能區(qū)，遠(yuǎn)離施工、修路等其他因素影響，均在土地耕新較慢的草地，喬木群落下，由多點(diǎn)混合而成。

2.2 試驗(yàn)分析

樣品在40℃左右烘箱內(nèi)烘干，去除碎石、枯枝雜草等雜質(zhì)后，稱取4 g左右樣品，裝入磁學(xué)專用樣品盒并壓實(shí)，測量樣品的高頻磁化率χhf(4 700 Hz)、低頻磁化率χlf(470 Hz)、非磁滯剩磁(ARM)、飽和等溫剩磁(SIRM)，及等溫剩磁(IRM-100，IRM100，IRM-300)等參數(shù)。高低頻磁化率使用Bartington MS2磁化率儀測量，非磁滯剩磁、飽和等溫剩磁(SIRM)、等溫剩磁(IRM-100，IRM-300)使用交變退磁儀對樣品退磁，退磁后的樣品采用脈沖磁化儀與Argico JR6旋轉(zhuǎn)磁力儀完成測量。計算百分頻率磁化率χfd%{χfd%=〔(χ1f-χhf)/χ1f〕×100%}，硬剩磁HIRM{HIRM=(SIRM+IRM-300)/2}，S-ratio (S-ratio=IRM-300/SIRM)，χARM/χlf，χARM/SIRM等。磁學(xué)試驗(yàn)在華東師范大學(xué)環(huán)境磁學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

樣品經(jīng)瑪瑙研缽研磨后，稱取0.2 g樣品，加入約20 ml氫氟酸—硝酸—高氯酸混合液，在電熱板上經(jīng)180 ℃高溫加熱消解處理后，采用等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)測定Co，Ni，Cu，Pb，Zn，Mn，F(xiàn)e，Cr等8種重金屬元素濃度的全量。為保證試驗(yàn)結(jié)果的精確性和可靠性，隨機(jī)抽取20%樣品作平行樣測定，測量誤差小于±10%，并采用水系沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GSD-9)進(jìn)行質(zhì)量控制。重金屬含量的測定在上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院實(shí)驗(yàn)室完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 表土磁性特征

χlf作為最常用的磁學(xué)參數(shù)之一，通常反映在外加磁場作用下物質(zhì)的磁化能力，主要指示亞鐵磁性礦物的含量。楊浦區(qū)表土樣品的基本磁學(xué)參數(shù)如表1所示，可知楊浦區(qū)表土的磁化率變化范圍在2.223×10-7～9.984×10-6m3/kg，平均值達(dá)到2.415×10-6m3/kg。與寶山區(qū)、青浦區(qū)等地的表土磁化率(分別是1.801×10-6，3.27×10-7m3/kg[10]相比，可見楊浦區(qū)表土的磁化率較高，說明楊浦區(qū)亞鐵磁性礦物含量較高。圖1反映不同功能區(qū)磁學(xué)參數(shù)的空間分布變化，磁性礦物的含量工業(yè)區(qū)、交通區(qū)較高，居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、清潔區(qū)較低。相關(guān)研究表明工業(yè)區(qū)[12]與公路周邊[13]的表土磁性明顯增強(qiáng)，磁化率值增加。而商業(yè)區(qū)的值偏低可能是由于采樣點(diǎn)位于商業(yè)區(qū)的綠化帶上，綠化土均為外來土，經(jīng)常翻新，受人為擾動影響，因而值出現(xiàn)異常。清潔區(qū)的車流量相對較小，遠(yuǎn)離工業(yè)區(qū)，因而磁化率值偏低。

χARM主要反映細(xì)粒級假單疇(PSD)和穩(wěn)定單疇(SSD)亞鐵磁性礦物的含量。SIRM可反映亞鐵磁性礦物和不完整反鐵磁性礦物的含量。楊浦區(qū)表土的χARM的平均值為1.556×10-5m3/kg，變化范圍在6.518×10-7～1.044×10-4m3/kg，而SIRM的平均值為3.535×10-2Am2/kg，變化范圍在3.286×10-3～1.512×10-1Am2/kg(表1)。χARM與SIRM也呈現(xiàn)出高值分布在工業(yè)區(qū)與交通區(qū)，其他3個區(qū)值較低的趨勢，與磁化率的分布情況十分相似(圖1)。HIRM的值主要由反鐵磁性礦物貢獻(xiàn)，其平均值為3.433×10-2Am2/kg，變化范圍在3.182×10-2～1.488×10-1Am2/kg(表1)。工業(yè)區(qū)、交通區(qū)的HIRM值高，表明工業(yè)區(qū)、交通區(qū)的反鐵磁性礦物較多，居住區(qū)次之，商業(yè)區(qū)、清潔區(qū)的值最小(圖1)。

表1 上海市楊浦區(qū)表土樣品的基本磁學(xué)參數(shù)

S-ratio值指示亞鐵磁性礦物和不完整的反鐵磁性礦物的相對含量，S值越接近1，說明亞鐵磁性礦物含量越高。表1反映楊浦區(qū)表土的S-ratio平均值為0.946，在0.854～0.990波動，說明楊浦區(qū)表土樣品由亞鐵磁性礦物主導(dǎo)，并有不完全反鐵磁性礦物的貢獻(xiàn)。

χfd%與2個比值參數(shù)χARM/χlf,χARM/SIRM主要用來指示磁性礦物顆粒的粒度大小。有研究[14]表明，若χfd%<2%，樣品中基本無超順磁顆粒SP的存在，χfd%在2%～10%，SP與粗顆?；旌洗嬖凇钇謪^(qū)表土的χfd%在0.253%～5.551%，平均值為2.398%，說明楊浦區(qū)表土中超順磁性顆粒的百分含量較低。自然發(fā)育的土壤中超順磁性顆粒含量較高，而人為活動會造成土壤中假單疇和多疇磁性物質(zhì)含量高，受污染的土壤往往具有磁化率較大，頻率磁化值較低的特點(diǎn)[15]。

χARM/χlf,χARM/SIRM也可指示磁鐵礦粒度大小，對于大于SP顆粒而言，值越小，反映樣品中顆粒越粗。整體上，楊浦區(qū)表土的χARM/SIRM的平均值為0.271×10-3m/A，變化范圍在0.067～0.954×10-3m/A，χARM/χlf的平均值為3.927，變化范圍在1.11～12.50，說明楊浦區(qū)的表土顆粒相對較粗。

注：樣點(diǎn)1—4位于工業(yè)區(qū)； 樣點(diǎn)5—7位于交通區(qū)； 樣點(diǎn)8—10位于商業(yè)區(qū)； 樣點(diǎn)11—14位于居住區(qū)； 樣點(diǎn)15—17位于清潔區(qū)。下同。 圖1 楊浦區(qū)各功能區(qū)表土樣品磁學(xué)參數(shù)變化

3.2 土壤重金屬含量與評價

從表2可以看出，表土中的Zn，Pb，Cu，Cr，Ni，Co，Mn， Fe的平均值濃度分別為202.25，60.15，69.79，65.54，27.97，11.47，505.62 mg/kg,和2.00%。其中Zn，Pb，Cu，Cr的濃度超標(biāo)，分別是上海市土壤背景值[16]的2.49，2.41，2.57，1.04倍。由此可見上海市楊浦區(qū)表土的重金屬含量存在一定程度的富集。

表2 上海市楊浦區(qū)表土樣品的重金屬元素含量

圖2顯示土壤重金屬濃度在不同功能區(qū)的變化情況。總體上，重金屬在工業(yè)區(qū)、交通區(qū)、居住區(qū)的濃度較大，在清潔區(qū)、商業(yè)區(qū)的濃度較小。與工業(yè)排放有關(guān)的重金屬Zn，Cr[17]的高值出現(xiàn)在楊樹浦發(fā)電廠(GY1)和景昶工業(yè)園(GY4)。

Pb，Cu的濃度與工業(yè)生產(chǎn)、交通污染有關(guān)[17-19]，在工業(yè)區(qū)的值較高，在居住區(qū)的JZ2，JZ3采樣點(diǎn)達(dá)到最大。JZ2，JZ3小區(qū)位于主干道附近，人口居住密集，車流來往較多，交通污染是造成居住區(qū)Pb，Cu富集的主要原因。而交通區(qū)的Pb，Cu含量低于居住區(qū)的濃度，這可能是由于受采樣條件限制，采樣點(diǎn)位于公路兩側(cè)綠化帶離馬路較遠(yuǎn)的一側(cè)，且馬路車流量不大，綠化帶上長有喬木，對污染起到一定的凈化吸收作用，導(dǎo)致測得的Pb，Cu的含量不高。Fe，Co，Mn，Ni的濃度均小于背景值，波動較大，在各功能區(qū)的變化特征不明顯。

圖2 楊浦區(qū)各功能區(qū)表土樣品重金屬含量變化

常見的重金屬污染評價方法包括富集因子法和污染負(fù)荷指數(shù)法,富集因子(EF)法用來判斷和評價元素的來源(自然來源和人為來源)，計算公式為

式中：Ci——元素i的濃度(mg/kg)； Cn——被選定的參考元素的濃度(mg/kg)； (Ci/Cn)重金屬——土壤中Ci元素的相對濃度； (Ci/Cn)背景——地殼中Ci元素的參考濃度。當(dāng)EF>10時,樣品中該元素的富集是由人為活動造成的，當(dāng)EF<1時，則該元素主要來源于地殼或土壤，EF在1～10，則受人為來源和自然來源共同控制[20]。本文選取Fe作為參考元素，計算結(jié)果表明，Zn，Pb，Cu，Cr，Ni，Co，Cr的富集因子在1～10，部分采樣點(diǎn)的EF大于10，說明它們受人為來源和自然來源共同作用。結(jié)合上述分析結(jié)果得出重金屬的人為來源包括交通污染和工業(yè)活動。進(jìn)一步列出各功能區(qū)富集因子的平均值比較，結(jié)果如表3所示，楊浦區(qū)的重金屬都受到人為活動的影響，清潔區(qū)、商業(yè)區(qū)的EF值相對較低，但EF值均大于1，說明重金屬含量受到人為活動的作用。居住區(qū)、交通區(qū)、工業(yè)區(qū)較高，其中居住區(qū)、交通區(qū)Cu，Pb，Zn的EF值偏高，說明表土受交通污染影響嚴(yán)重，工業(yè)區(qū)內(nèi)，整體EF值都偏高，受工業(yè)活動影響較大。污染負(fù)荷指數(shù)(PLI)可以綜合各元素的污染情況，全面地評判地區(qū)的污染情況[21]。當(dāng)PLI<1時，表示該地區(qū)無污染；1≤PLI<2，表示該地區(qū)污染等級為I，屬于輕度污染；2≤PLI<3，表示該地區(qū)污染等級為Ⅱ，屬于中度污染，當(dāng)PLI≥3時，表示該地區(qū)污染等級為Ⅲ，屬于重度污染。計算結(jié)果表明，楊浦區(qū)樣品的PLI值為1.962，在1～2之間，屬于污染等級Ⅰ，輕度污染。

表3 不同功能區(qū)表土重金屬的富集因子的比較

3.3 表土土壤磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量的相關(guān)關(guān)系

經(jīng)SPSS軟件分析，不同功能區(qū)的重金屬含量與磁學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果表明，清潔區(qū)表土的χlf，SIRM，HIRM與PLI，Cr，Cu，Ni，F(xiàn)e，Zn的含量相關(guān)性顯著(p>0.05)，χARM/χlf與Cr，Mn的相關(guān)性較好(P>0.05)，χARM/SIRM與PLI，Cr，Cu，Mn，Zn的含量相關(guān)性較好(p>0.05)；居住區(qū)表土的χlf，SIRM，HIRM與PLI，所有重金屬的含量相關(guān)性顯著(p>0.05)，χARM/χlf，χARM/SIRM僅與Zn的含量相關(guān)性顯著(p>0.05)；商業(yè)區(qū)χlf，SIRM，HIRM與所有重金屬的含量相關(guān)性顯著(p>0.05)；交通區(qū)內(nèi)，χlf，SIRM，HIRM與PIL及所有重金屬的濃度相關(guān)性較好(p>0.05)；工業(yè)區(qū)磁學(xué)參數(shù)與重金屬的相關(guān)性較差，主要原因可能是工業(yè)區(qū)采樣點(diǎn)均位于工業(yè)園區(qū)內(nèi)，園區(qū)的工業(yè)企業(yè)類型復(fù)雜，污染來源受多種因素作用，干擾人為活動產(chǎn)生的磁性物質(zhì)，使得重金屬含量與磁學(xué)參數(shù)的相關(guān)性變差。由上述分析可知，楊浦區(qū)磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量間的關(guān)系受用地類型影響，不同功能區(qū)內(nèi)相關(guān)性不一致，其中χlf，SIRM，HIRM與大部分重金屬的相關(guān)性較好，可以指示楊浦區(qū)污染情況，粒度指示參數(shù)僅與個別重金屬相關(guān)性較好，對楊浦區(qū)表土的重金屬含量并不敏感。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

本文主要探討楊浦區(qū)內(nèi)5種不同土地利用方式下的土壤磁性和重金屬濃度，結(jié)果顯示χlf，SIRM，HIRM,χARM等磁學(xué)參數(shù)和重金屬濃度的高值都出現(xiàn)在工業(yè)區(qū)、交通區(qū)、居住區(qū)，具有較好的空間一致性。研究[22]表明，土壤的磁性受3種因素作用：土壤母質(zhì)，風(fēng)化成土作用，人為活動輸入。與上海市土壤磁化率背景值〔(2.91±0.98)×10-7m3/kg〕相比[23]，楊浦區(qū)磁化率值高，磁性較強(qiáng)，說明楊浦區(qū)磁性顆粒來源以人為活動輸入為主。有研究[24]表明化石燃料產(chǎn)生鐵磁性顆粒，這些磁性顆粒粒徑小，對重金屬有很強(qiáng)的吸附能力。部分重金屬也可以通過同晶替換進(jìn)入磁性礦物的晶格[25]，因此重金屬常與磁性顆粒共存，重金屬濃度與磁學(xué)參數(shù)存在密切聯(lián)系。本研究表明，高磁化率，低頻率磁化率的采樣點(diǎn)，其重金屬濃度相對較高。相關(guān)性分析進(jìn)一步表明，清潔區(qū)、商業(yè)區(qū)、交通區(qū)、居住區(qū)的磁學(xué)參數(shù)χlf，SIRM，HIRM與Cr，Cu，F(xiàn)e，Mn，Pb等重金屬元素呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，該結(jié)論與上海市嘉定區(qū)、寶山區(qū)、青浦區(qū)[10-11]的結(jié)果一致，說明磁學(xué)方法對上海市表土重金屬污染有一定的指示作用。

本研究只討論磁學(xué)參數(shù)與Mn，Co，Cr，Cu，Ni，F(xiàn)e，Pb，Zn的相關(guān)性，這種相關(guān)性是否對更多重金屬仍成立？工業(yè)區(qū)重金屬與磁學(xué)參數(shù)的相關(guān)性差，污染來源多樣化會對結(jié)果產(chǎn)生什么樣的影響？哪些因素共同作用會削弱磁學(xué)參數(shù)與重金屬濃度的相關(guān)性？這些都值得進(jìn)一步探討。

4.2 結(jié) 論

(1) 楊浦區(qū)表土磁化率值平均值為2.415×10-6m3/kg，磁性特征以低矯頑力的亞鐵磁性礦物為主導(dǎo)，并有不完全反鐵磁性礦物的貢獻(xiàn)，顆粒較粗。除χfd%外，其他磁學(xué)參數(shù)的高值分布在工業(yè)區(qū)、交通區(qū)，低值分布在居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、清潔區(qū)。

(2) 重金屬Zn，Pb，Cu，Cr 濃度值高于背景值，高值集中在工業(yè)區(qū)、交通區(qū)、居住區(qū)。富集因子的結(jié)果顯示，絕大多數(shù)EF的值在1～10，表土中的重金屬受自然來源和人為來源共同作用。PLI的值為1.962，屬于污染等級Ⅰ，輕度污染。

(3) 不同功能區(qū)內(nèi)，重金屬的含量與磁學(xué)參數(shù)間的相關(guān)性不同。由于工業(yè)區(qū)重金屬的來源比較復(fù)雜，磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量的相關(guān)性不太好。其他功能區(qū)內(nèi)，表土的重金屬的含量與χlf，SIRM，HIRM有著良好的相關(guān)性(p>0.05)。因此，χlf，SIRM，HIRM對楊浦區(qū)的表土重金屬含量具有很好的指示作用。

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Magnetic Response of Heavy Metals Pollution in Urban Topsoil of Yangpu District, Shanghai City

CHEN Yuying1, WANG Guan1, CHEN Jiao1, YU Shiyi1, REN Feifan2

(1.SchoolofEnvironmentandArchitecture,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China;2.KeyLaboratoryofGeotechnicalandUndergroundEngineering,MinistryofEducation,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

[Objective] The heavy metal pollution of topsoil from Yangpu District of Shanghai City was illustrated to provide scientific basis for the application of environmental magnetism in heavy metal pollution. [Methods] A systematic analysis of 17 topsoil samples collected from 5 functional areas in Yangpu District was conducted. The analysis involved magnetic characteristics and heavy metal concentration using magnetic method and traditional chemical method. [Results] The average magnetic susceptibility of the topsoil in Yangpu District was 2.42×10-6m3/kg, and the soil was characterized by low-coercivity magnetite and coarse grain size particles. The values of magnetic parameters, including magnetic susceptibility(χlf) saturation isothermal remanent magnetization(SIRM), the susceptibility of anhysteretic remanent magnetization(χARM),χARM/χlf,χARM/SIRM, S-ratio(IRM-300/SIRM) and magnetically hard isothermal remanent magnetization(HIRM)), were high in industrial and traffic area. The concentrations of Zn, Pb, Cu, and Cr were much higher than the background values. The relatively high heavy metal values were found concentrated in industrial, traffic and residential areas. Generally, the pollution loading index(PLI) value was 1.962, belonging to mild contamination. Except in industrial area, the contents of heavy metal in other areas were significantly correlated with magnetic parameters.χlf, SIRM and HIRM can be generally regarded as good indicators of heavy metal concentration of topsoil in Yangpu District. [Conclusion] Environmental magnetism is capable of indicating heavy metal pollution in topsoil.

environmental magnetism; heavy metal; topsoil; pollution loading index; Yangpu District

2016-09-19

2016-11-23

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“城市軌道交通顆粒物污染的磁學(xué)診斷及機(jī)理研究”(41001331); 上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目“城市不同功能區(qū)地表灰塵重金屬及其磁學(xué)特征的季節(jié)變化響應(yīng)特性研究：以上海市為例”(15ZR1428700)

陳裕穎(1994—),女(漢族),江西省南昌市人,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境磁學(xué)與城市污染。E-mail:zxc1317798@sina.com。

王冠(1981—),女(漢族),陜西省咸陽市人,博士,副教授,主要從事城市污染研究。E-mail:wangguan@usst.edu.cn。

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1000-288X(2017)03-0028-07

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