京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤重金屬含量與空間分布特征

李 健， 汪傳勝， 吳桂松， 倪 俊， 梁 超， 李程飛， 李夢(mèng)穎

(1. 江蘇華東地質(zhì)工程有限公司，江蘇 南京 210007；2. 江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一隊(duì)，江蘇 南京 210007；3. 江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八五隊(duì)，江蘇 南京 211599)

0 引 言

土壤污染物的來源較為廣泛，主要來自工業(yè)及城市廢水和固體廢棄物、農(nóng)藥和化肥以及大氣沉降物等(王慶仁等，1999；趙其國等，2002；張亞婕等，2007)，這些污染物極易導(dǎo)致土壤重金屬類和有機(jī)污染物類污染，破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)，影響人體健康(郭平等，2005；黃順生等，2007；王軍等，2007；郭炳躍等，2019)。目前，土壤污染研究已成為全球熱點(diǎn)(鄭喜坤等,2002；李廣云等, 2011；張亞光等，2019)，重點(diǎn)關(guān)注的是具有毒性的重金屬元素Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cr，以及致敏性重金屬元素Ni等(于瑞蓮等，2008)。

京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段北通長江，南接太湖，為南北運(yùn)河的重要交通樞紐。鎮(zhèn)江地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查工作始于20世紀(jì)50年代，從區(qū)域性小比例尺普查到重點(diǎn)礦區(qū)和異常詳查，積累了豐富的地質(zhì)資料，但以往的工作比例尺較小，采樣密度稀，導(dǎo)致重金屬元素的具體分布和詳細(xì)界線不明。通過對(duì)京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸表層土壤進(jìn)行系統(tǒng)的采樣和測(cè)試分析，研究土壤中重金屬元素的含量特征、空間分布和污染來源，為運(yùn)河流域土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和修復(fù)治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況與采樣分析

1.1 研究區(qū)概況

京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段全長約42.6 km，流經(jīng)區(qū)域包括鎮(zhèn)江京口區(qū)諫壁鎮(zhèn)、丹徒區(qū)辛豐鎮(zhèn)、丹陽市區(qū)、丹陽陵口鎮(zhèn)及呂城鎮(zhèn)，主要支流有中心河、九曲河、丹金溧漕河、竇莊新河和永豐河等(圖1)。京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段作為蘇南運(yùn)河的起點(diǎn)，連通長江水系和太湖水系，承擔(dān)著交通運(yùn)輸、文化、生態(tài)環(huán)境功能，并對(duì)我國南北地區(qū)間的經(jīng)濟(jì)、文化交流和運(yùn)河流域工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著巨大的推進(jìn)作用。

圖1 工作區(qū)位置及采樣點(diǎn)位圖(紅色虛線內(nèi))Fig. 1 Bitmap of workspace location and sampling points (inside the red dotted lines)

1.2 土壤樣品的采集

參照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250 000)》，在京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段兩岸1 km范圍內(nèi)采樣，采樣網(wǎng)格為自由網(wǎng)。在布設(shè)的采樣點(diǎn)上，以GPS定位點(diǎn)為中心，距離20 m范圍內(nèi)向四周輻射確定4個(gè)分樣點(diǎn)，采集地表0～20 cm樣品，等分組合成1個(gè)混合樣，共采集302件表層土壤樣品，采樣時(shí)間為2019年。

1.3 樣品分析方法

每個(gè)樣品混合后分取約250 g，使用棕色瓶子裝填后送實(shí)驗(yàn)室分析。首先將樣品進(jìn)行干燥，然后使用球磨機(jī)研磨后過0.15 mm篩(100目)，充分混勻后裝入樣品瓶備用。樣品分析項(xiàng)目有Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cr、Ni，其中Cu、Zn、Cr、Ni采用火焰原子吸收分光光度法，Pb和Cd采用石墨爐原子吸收分光光度法，As和Hg采用原子熒光法。每批樣品分析按5%比例插入1組標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或1組空白加標(biāo)試樣，準(zhǔn)確度合格率為100%，滿足實(shí)驗(yàn)要求；每個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目均抽取5%的樣品進(jìn)行平行雙樣分析，精密度合格率為100%，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，MapGIS軟件繪制圖件。

2 分析結(jié)果與污染評(píng)價(jià)

2.1 土壤重金屬元素含量特征

京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中的重金屬含量特征(表1)顯示：Cu元素含量最大值為4 540 mg/kg，最小值為5.00 mg/kg，平均含量顯著高于江蘇土壤背景值(鐘曉蘭等,2007)和全國土壤平均值(Teng et al.，2014)，略高于江蘇表層土壤平均值(廖啟林等,2009)；Pb元素含量最大值為141 mg/kg，最小值為5.80 mg/kg，平均含量低于江蘇土壤背景值，顯著低于江蘇表層土壤平均值和全國土壤平均值；Zn元素含量最大值為3 240 mg/kg，最小值為29.7 mg/kg，平均含量分別為江蘇表層土壤平均值、江蘇土壤平均值和全國土壤平均值的1.35、1.35、1.33倍；As元素含量最大值為35.2 mg/kg，最小值為1.62 mg/kg，平均含量略低于江蘇土壤背景值，低于江蘇表層土壤平均值，顯著低于全國土壤平均值；Hg元素含量最大值為3.53 mg/kg，最小值為0.041 mg/kg，平均含量分別為全國土壤平均值、江蘇表層土壤平均值和江蘇土壤背景值的3.54、2.80、1.41倍；Cd元素含量最大值為25.5 mg/kg，最小值為0.020 mg/kg，平均含量分別為全國土壤平均值、江蘇土壤背景值和江蘇表層土壤平均值的1.96、1.64、1.26倍；Cr元素含量最大值為232 mg/kg，最小值為12.0 mg/kg，平均含量低于全國土壤平均值和江蘇土壤背景值，顯著低于江蘇表層土壤平均值；Ni元素含量最大值為100 mg/kg，最小值為5.00 mg/kg，平均含量高于全國土壤平均值和江蘇土壤背景值，略低于江蘇表層土壤平均值。

2.2 污染評(píng)價(jià)

選用單項(xiàng)污染指數(shù)法對(duì)Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cr、Ni的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，對(duì)研究區(qū)內(nèi)8種重金屬元素測(cè)試數(shù)據(jù)與農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值(不同pH值下)進(jìn)行比值(Pi)計(jì)算。比值1.0作為污染下限，Pi>1.0表明測(cè)試樣品的重金屬含量超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，Pi>5.0表明測(cè)試樣品的重金屬含量超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值。

京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤樣品中重金屬污染評(píng)價(jià)分析結(jié)果(表2)顯示下列特征。

表2 京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段流域土壤重金屬元素污染評(píng)價(jià)結(jié)果

(1) 4個(gè)樣品的Cu元素實(shí)測(cè)值與篩選值的比值Pi>1，超標(biāo)率為1.32%。其中，3個(gè)15，超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值。98.68%的樣品中Cu元素含量沒有超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中Cu元素含量總體達(dá)標(biāo)，僅局部地區(qū)存在Cu污染情況。

(2) 2個(gè)樣品Pb元素實(shí)測(cè)值與篩選值的比值Pi>1，超標(biāo)率為0.66%；無Pi>5樣品。99.34%的樣品的Pb元素含量未超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中Pb含量總體達(dá)標(biāo)，僅局部地區(qū)存在Pb污染情況。

(3) 4個(gè)樣品Zn實(shí)測(cè)值與篩選值的比值Pi>1，超標(biāo)率為1.32%。其中，3個(gè)15，超過了土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值。98.68%的樣品的Zn元素含量未超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中Zn元素含量總體達(dá)標(biāo)，僅局部地區(qū)存在Zn污染情況。

(4) 1個(gè)樣品As實(shí)測(cè)值與篩選值的比值Pi>1，超標(biāo)率為0.33%，超標(biāo)的比值Pi=1.173，數(shù)值較??；無Pi>5樣品。99.67%的樣品的As元素含量未超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中As含量達(dá)標(biāo)。

(5) 9個(gè)樣品Hg實(shí)測(cè)值與篩選值的比值Pi>1，超標(biāo)率為2.98%。其中，7個(gè)15，超過了土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值。97.02%的樣品的Hg元素含量沒有超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中Hg含量總體達(dá)標(biāo)，僅局部地區(qū)存在Hg污染情況。

(6) 7個(gè)樣品Cd實(shí)測(cè)值與篩選值的比值Pi>1，超標(biāo)率為2.32%。其中，6個(gè)15，超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值。97.68%的樣品的Cd元素含量沒有超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中Cd含量總體達(dá)標(biāo)，僅局部地區(qū)存在Cd污染情況。

(7) 1個(gè)樣品Cr實(shí)測(cè)值與篩選值的比值Pi>1，超標(biāo)率為0.33%，超標(biāo)的比值Pi=1.16，數(shù)值較?。粺oPi>5樣品。99.67%的采樣點(diǎn)Cr含量未超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中Cr含量達(dá)標(biāo)。

(8) 3個(gè)樣品Ni實(shí)測(cè)值與篩選值的比值Pi>1，超標(biāo)率為0.99%，3個(gè)超標(biāo)的比值Pi分別為1.01、1.05、1.09，比值較小，均接近1；無Pi>5樣品。99.01%的樣品的Ni元素含量未超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中Ni含量達(dá)標(biāo)。

Cr、Ni、As元素具有相對(duì)較小的變異系數(shù)(表1)，變化范圍分別為0.30、0.40、0.53，反映了Cr、Ni、As元素在區(qū)域上分布的相對(duì)均一性；Cu、Pb、Zn、Hg、Cd元素具有較大的變異系數(shù)，均在0.6以上，Cd高達(dá)7.87，反映這些元素在京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段區(qū)域分布上具有較大波動(dòng)性。上述表明，京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中的重金屬含量總體達(dá)標(biāo)，僅局部地區(qū)存在重金屬污染情況，其中Cr、Ni、As未見污染，而Cu、Pb、Zn、Hg、Cd在局部地區(qū)存在不同程度的污染情況，尤其是Cd污染最嚴(yán)重。

2.3 土壤重金屬異常分布特征

京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段流域近岸土壤中重金屬元素的異常分布特征(圖 2)表明，區(qū)內(nèi)重金屬異常主要有3個(gè)區(qū)域。

圖2 京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤中重金屬元素組合異常圖(1∶5萬)Fig. 2 Anomaly combination map of heavy metal elements in near-shore soil of the Zhenjiang Section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal (scale 1∶50 000)

(1)位于辛豐鎮(zhèn)民治溝以東某電器公司附近，面積約0.75 km2，污染元素以Cu為主，伴有Hg、Cd污染，呈面狀，規(guī)模較小。該區(qū)污染主要來自某電器公司，排污口附近可見明顯的孔雀綠色的堿式碳酸銅，該處東側(cè)還有兩家金屬制品公司，也是該處重金屬污染的重要污染源(董錚等，2014a、b)。

(2)辛豐鎮(zhèn)塔崗河附近前湖田和麻村之間，主要為Zn元素污染，呈點(diǎn)狀，強(qiáng)度小。該處為單點(diǎn)污染，該區(qū)域周邊的軸承廠、電子設(shè)備廠、汽車零配件制造廠等金屬制品廠為該處重金屬污染的主要污染源(羅后巧等，2018)。

(3)王家橋城北分洪道至丹陽九曲河之間，面積約4.6 km2，呈條帶狀，南北走向。以Cu、Cd、Pb 3種元素污染為主，Zn、Hg元素污染輕微。該區(qū)域北側(cè)某鋼鐵廠在產(chǎn)，區(qū)內(nèi)同時(shí)存在一已經(jīng)停產(chǎn)的鋼鐵廠，推測(cè)重金屬污染由2家鋼鐵廠引起(耿婷婷等，2011)。由于該區(qū)位于丹陽市區(qū)附近，城市汽車尾氣以及居民生活對(duì)該處重金屬污染也有一定的影響(黃順生等,2007；華明等，2008；郝社鋒等，2012；董錚等，2014a)。

3 結(jié) 論

(1)京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段流域近岸土壤中的重金屬含量總體達(dá)標(biāo)，僅局部地區(qū)存在重金屬污染情況，其中Cr、Ni、As未見明顯污染，Cu、Pb、Zn、Hg、Cd在局部地區(qū)呈現(xiàn)不同程度的污染，尤其是Cd污染最嚴(yán)重。

(2)京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段流域近岸土壤的污染區(qū)域主要位于辛豐鎮(zhèn)和丹陽城區(qū)附近。辛豐鎮(zhèn)所在區(qū)域內(nèi)有較多的電鍍行業(yè)，在20世紀(jì)七八十年代，環(huán)保防治不嚴(yán)，大量含重金屬的廢水滲入土壤，導(dǎo)致該地區(qū)土壤中的重金屬含量較高。丹陽城區(qū)內(nèi)的鋼鐵廠是重金屬污染的主要來源，汽車尾氣排放也是該區(qū)土壤重金屬含量高的原因之一。