长江三角洲地区土壤重金属污染特征及潜在生态风险评价_以江苏太仓市为例
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
土壤重金属污染作为土壤环境健康质量恶化 重要标志之一 ,受到国内外学者的普遍关注 [ 13～15 ] 。 已有研究者对中国长三角地区土壤重金属污染进 行了研究 ,但多数研究是基于采样点的点过程研
究 ,即从微观的界面迁移转化过程切入 ,研究区域 污染的形成机理 ,最终评价区域环境污染的生态效 应 ,直接从宏观角度利用空间采样研究较大尺度重 金属污染的面过程很少 。据城市主要污染行业特 征划分功能区研究土壤重金属污染报道甚少 。
收稿日期 : 2006 - 01 - 06; 修订日期 : 2006 - 08 - 23 基金项目 :国家重点基础研究发展规划项目 (2002CB410810) 、江苏省国土生态地球化学调查项目 (20031230008) 资助 。 作者简介 :钟晓兰 (1978 - ) ,女 ,江西吉安人 ,博士 ,主要从事土壤资源和土壤环境质量方向的研究 。E2mail: zxlnju@163. com 通讯联系人 :周生路 , E2mail: zhousl@ nju. edu. cn
样点超过背景值的比例均大于 50% ,其中 Hg和 A s分别高达 87. 0%和 98%。
测定样点中土壤重金属的复合污染严重 ,有 92. 6%的样点两种以上重金属超过背景值 , 74. 1% 的样点三种以上重金属超过背景值 , 64. 8%的样点 4种以上重金属超过背景值 , 57. 4%的样点 5种以 上重金属超过背景值 , 50%的样点 6种以上重金属 超标 , 33. 3%的样点 7 种以上重金属超标 , 16. 7% 的样点 8种重金属均超标 。以上结果说明 ,太仓土 壤重金属正以复合污染的形式出现显著累积 。相 关分析表明 (表 3) , Cd、C r、Cu、N i、Pb和 Zn相互间 均有极显著的相关性 ,这进一步说明以上 6种元素 间为复合污染或具有同源性 [ 23 ] 。Hg、A s与上述 6 种元素相关不明显 ,可能由于 Hg、A s地球化学特 性与其它元素不同 ,也可能说明 Hg、A s与其它重 金属元素有不同来源 。
合理取样数 超背景值比例 ( % )
1
-
8
50
11
42. 9
36
64. 81
7
57. 41
6
87. 04
21
31. 48
41
59. 26
5
98. 15
3期 钟晓兰等 :长江三角洲地区土壤重金属污染特征及潜在生态风险评价 3 97
分布状况 。由表 2可知 , Zn、Cu变异系数最大 ,达 0. 60以上 ,样点含量呈对数正态分布 ,说明土壤中 Zn、Cu受外界干扰较显著 ,具有较大的空间分异 , 这种空间分异很大程度上归结于耕作 、管理措施 、 种植制度 、污染等强烈人为活动的影响 ; Cd、N i、 Hg、A s变异系数较小 ,均为 0. 25左右 ,样点含量呈 正态分布 ,说明这 4种元素受外界状况影响比较一 致 ,空间分异不显著 ,反映这几种元素在该区的来 源可能具有同源性 。
表 2 太仓市土壤重金属含量 Table 2 The descrip tive statistics of soil heavy metal concentrations in Taicang city
项目 背景值 (mg / kg) 测定值 (mg / kg) 范围 (mg/ kg) 标准差 变异系数 分布类型
以太仓市为研究区 ,选取代表城市不同类型土 壤重金属污染源的典型污染行业对土壤重金属污 染状况调查分析 ,用潜在生态危害指数法评价对太 仓重金属的潜在生态风险 ,旨在对太仓典型污染行 业周边的土壤综合污染防治措施提供依据 ,并为快 速工业化 、城市化和高度农业集约化土壤资源的持 续利用和合理管理提供科学依据 。
0. 75 0. 03 20. 05 19. 58 7. 47 0. 05 8. 14 58. 99 2. 86
0. 1 0. 27 0. 32 0. 60 0. 25 0. 24 0. 45 0. 64 0. 22
正态 正态 正态 对数正态 正态 正态 正态 对数正态 正态
3 、3 3 : 表示重金属含量与当地元素背景值的差异显著性水平 (分别为 p < 0. 05、p < 0. 01)
3 96 地 理 科 学 27卷
5个 0～20 cm 耕层土样制成混合样 ,共采集土样 54个 ,其中化工区 26 个 、印染区 9 个 、电镀区 7 个 ,养殖区 7个 、菜地区 5个 ,同时按土壤的自然发 生层采集 4个剖面样 (图 1) 。
式中 , Cfi 为单个重金属污染系数 ; C表i 层 表示土壤某 重金属浓度实测值 ; Cni 为参比值 , 此处参比值采 用太仓当地背景值 [17 ] 。 Tri 为某重金属的毒性响 应系数 ,反映重金属毒性水平及土壤对重金属污染 的敏感程度 ,据 Hankanson的元素丰度原则与元素 释放度原则标准化重金属毒性系数 ,取 Hg = 40,
1 材料与方法
1. 1 土壤样品的采集与分析 1) 样品采集 。用 GPS定位 ,在太仓主要土壤
类型 (黄泥土和沙夹垅 ) 上选取 5 个反映太仓城 市化 、工业化和农业集约化过程主要行业污染特征 和土壤潜在污染可能性较大的功能区 (化工区 ,印 染区 ,电镀区 ,养殖区和菜地区 )采样 ,其中对化工 区 、印染区 、电镀区和养殖区在距厂约 50 m 采样 , 菜地区在原位取样 。每个样点按梅花状形式采集
表 3 太仓市土壤 8种重金属元素的相关分析 Table 3 The correlation coefficients of the 8 kinds of soil heavy metals
图 1 太仓市土壤重金属取样点分布图 Fig. 1 D istribution of samp ling sites of soil
heavy metals in Taicang City
2) 样品分析 。pH 采用电位法 ,汞 、砷采用还 原气化 2原子荧光光谱法 ,铬 、铜 、镍 、铅 、锌采用三 酸 (HF - HNO3 - HClO4 )消化 ,电感耦合高频等离 子体发射光谱法 (即 ICP法 )测定 ,全镉采用三酸 消化 ,石墨炉原子吸收法测定 [ 16 ] 。
表 2表明 ,太仓市土壤重金属 Cu、Hg、Zn、A s 显著高于当地背景值 ,以 Cu和 A s最高 ,其平均含 量超过背景值的 1. 42倍和 1. 46倍 ,而 Pb含量在 土壤背景值范围之内 。测定样本中各元素的最大 值一般为背景值的两倍左右 ,而 Cu和 Zn分别达 到了背景值的 4 倍和 5 倍 。以当地元素背景值为 评价标准 ,各重金属元素除 Pb和 Cr外 ,其余元素
钟晓兰 1, 2 ,周生路 1 ,赵其国 3
(1. 南京大学地理与海洋科学学院 , 江苏 南京 210093; 2. 华南农业大学 信息学院 , 广东 广州 510640; 3. 中国科学院南京土壤研究所 , 江苏 南京 210008)
摘要 :太仓市表层土壤 Zn、Cu属强变异强度 ,呈对数正态分布 ; Cd、N i、Hg、A s、Cr和 Pb属中等变异强度 ,呈正态分 布 。Cu、Hg、Zn、A s显著高于当地背景值 ,以 A s累积指数和超背景值率最高 ; 8种重金属除 A s自表层向下递增外 , 其余元素均为表层向下递减 。土壤复合污染严重 ,土壤潜在生态风险达中等水平 ,黄泥土生态风险高于沙夹垅 ;重 金属生态风险以印染厂最大 ,其次为电镀厂和养殖场 ,产生潜在生态风险为 Hg、Cd,而 A s、Cu、Zn、Cr、N i、Pb等多属 轻微水平 。 关 键 词 :长江三角洲 ;土壤重金属 ;潜在生态风险 ;复合污染 中图分类号 : X53 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 0690 (2007) 03 - 0395 - 06
长江三角洲是中国经济最发达的区域之 一 [ 1 ] 。城市化 、工业化和农业现代化的快速推进 是该地区经济发展的重要标志 [ 2, 3 ] 。然而 ,伴随着 经济的快速发展 ,土壤环境健康质量恶化和生态系 统功能弱化等一系列问题相继出现并日趋严 峻 [ 4～10 ] 。这不仅威胁当地人居环境 、生态安全 ,也 严重影响经济的快速 、持续 、健康发展 [ 11 ] 。因此 , 在长江三角洲进行土壤环境健康质量研究和生态 风险评价具有重要的现实意义 。
pH
7. 7
Cd
0. 116
Cr
65. 72
Cu
22. 78
Ni
29. 12
Hg
0. 163
Pb
20. 39
Zn
73. 02
As
8. 80
7. 3
0. 11
63. 61 32. 373 3
29. 95 0. 213 3 17. 983 92. 013 12. 843 3
4. 36～8. 31 0. 05～0. 17 27. 84～104. 82 9. 13～91. 19 13. 76～44. 69 0. 14～0. 37 4. 23～46. 65 33. 46～362. 63 7. 19～20. 70
n
Cfi = C表i 层 /Cni ; Eir = Tri ×Cfi; R I = 6 Eir i=1
表
1
E
i r
和
R I的分级标准
Tab le
1 Grade
standard
of
E
i r
and
RI
Eri
RI 生态危害ห้องสมุดไป่ตู้度
< 30 30～60 60～120 120～240 ≥240
< 110 110～220 220～440 ≥440
轻微 中等
强
很强 极强
2 结果与分析
2. 1 太仓市土壤重金属含量及空间分布特征 1) 太仓市土壤重金属含量的总体特征 。参
照国家环保总局颁布的《中华人民共和国环境保 护行 业 标 准 》( HJ / T 166 - 2004 ) , 取 置 信 水 平 95% ,精度为均值的 20% ,得到各重金属元素的合 理取样数 [22 ] (表 2) ,其中合理取样数目 Zn要求最 多 ,需 41个 ;其次是 Cu和 Pb,分别为 36个和 21个 ; 其余重金属元素的合理取样数目均在 20个以下 ,说 明在太仓市取 54个样点基本上能代表太仓市城市 主要污染行业的土壤重金属的含量分布状况 。 变异系数反映了采样总体中各样点间的平均 变异程度 ,分布类型反映了样本数据在总体中频率
太仓是长江经济带和沿海开放带交汇点上的 港口城市 ,也是长江三角洲外资企业和乡镇企业最 发达 、城市化水平最高和人口密度最大的地区之 一 ,经济实力多年位居全国百强县 (市 )十强之内 。 据太仓统计年鉴表明 , 2004年工业总产值达 542. 6 亿元 ,城市化率 49%。与此同时 ,太仓的工业废水 排放总量为 1 906. 32 ×104 t,工业废气排放总量为 215. 58 ×109 m3 ,工业粉尘排放量 234. 48 t,农用化 肥施用量 2. 9 ×104 t [ 12 ] 。
Cd = 30, A s = 10, Cu, Pb, N i = 5, Cr = 2, Zn = 1[ 18 ] 。 Eir 为某单重金属潜在生态危害系数 , R I为 多种重金属潜在生态危害指数 ,本文结合太仓市重 金属污染特征及相关研究 [ 19～21 ] ,列出 Eir 和 R I的 分级标准 (表 1) 。
第 2 7卷 第 3期 2 0 0 7年 0 6月
地 理 科 学
Vol. 27 No.
SC IENTIA GEOGRAPH ICA SIN ICA
June, 2 0 0
3 7
长江三角洲地区土壤重金属污染特征 及潜在生态风险评价
———以江苏太仓市为例
3) 分析质量控制 。用国家地球化学标准样品 内插法进行质量控制 。 1. 2 评价方法
潜在生态危害指数法是瑞典科学家 Hankan2 son根据重金属性质及环境行为特点 ,从沉积学角 度提出的对土壤或沉积物中重金属污染评价的方 法 。该方法考虑了土壤重金属含量 ,将重金属生态 效应 、环境效应与毒理学联系在一起 ,采用等价属 性指数分级法评价 ,反映某一特定环境中各种污染 物的影响和多种污染物综合影响 ,定量划分潜在生 态危害的程度 。计算公式为 :
究 ,即从微观的界面迁移转化过程切入 ,研究区域 污染的形成机理 ,最终评价区域环境污染的生态效 应 ,直接从宏观角度利用空间采样研究较大尺度重 金属污染的面过程很少 。据城市主要污染行业特 征划分功能区研究土壤重金属污染报道甚少 。
收稿日期 : 2006 - 01 - 06; 修订日期 : 2006 - 08 - 23 基金项目 :国家重点基础研究发展规划项目 (2002CB410810) 、江苏省国土生态地球化学调查项目 (20031230008) 资助 。 作者简介 :钟晓兰 (1978 - ) ,女 ,江西吉安人 ,博士 ,主要从事土壤资源和土壤环境质量方向的研究 。E2mail: zxlnju@163. com 通讯联系人 :周生路 , E2mail: zhousl@ nju. edu. cn
样点超过背景值的比例均大于 50% ,其中 Hg和 A s分别高达 87. 0%和 98%。
测定样点中土壤重金属的复合污染严重 ,有 92. 6%的样点两种以上重金属超过背景值 , 74. 1% 的样点三种以上重金属超过背景值 , 64. 8%的样点 4种以上重金属超过背景值 , 57. 4%的样点 5种以 上重金属超过背景值 , 50%的样点 6种以上重金属 超标 , 33. 3%的样点 7 种以上重金属超标 , 16. 7% 的样点 8种重金属均超标 。以上结果说明 ,太仓土 壤重金属正以复合污染的形式出现显著累积 。相 关分析表明 (表 3) , Cd、C r、Cu、N i、Pb和 Zn相互间 均有极显著的相关性 ,这进一步说明以上 6种元素 间为复合污染或具有同源性 [ 23 ] 。Hg、A s与上述 6 种元素相关不明显 ,可能由于 Hg、A s地球化学特 性与其它元素不同 ,也可能说明 Hg、A s与其它重 金属元素有不同来源 。
合理取样数 超背景值比例 ( % )
1
-
8
50
11
42. 9
36
64. 81
7
57. 41
6
87. 04
21
31. 48
41
59. 26
5
98. 15
3期 钟晓兰等 :长江三角洲地区土壤重金属污染特征及潜在生态风险评价 3 97
分布状况 。由表 2可知 , Zn、Cu变异系数最大 ,达 0. 60以上 ,样点含量呈对数正态分布 ,说明土壤中 Zn、Cu受外界干扰较显著 ,具有较大的空间分异 , 这种空间分异很大程度上归结于耕作 、管理措施 、 种植制度 、污染等强烈人为活动的影响 ; Cd、N i、 Hg、A s变异系数较小 ,均为 0. 25左右 ,样点含量呈 正态分布 ,说明这 4种元素受外界状况影响比较一 致 ,空间分异不显著 ,反映这几种元素在该区的来 源可能具有同源性 。
表 2 太仓市土壤重金属含量 Table 2 The descrip tive statistics of soil heavy metal concentrations in Taicang city
项目 背景值 (mg / kg) 测定值 (mg / kg) 范围 (mg/ kg) 标准差 变异系数 分布类型
以太仓市为研究区 ,选取代表城市不同类型土 壤重金属污染源的典型污染行业对土壤重金属污 染状况调查分析 ,用潜在生态危害指数法评价对太 仓重金属的潜在生态风险 ,旨在对太仓典型污染行 业周边的土壤综合污染防治措施提供依据 ,并为快 速工业化 、城市化和高度农业集约化土壤资源的持 续利用和合理管理提供科学依据 。
0. 75 0. 03 20. 05 19. 58 7. 47 0. 05 8. 14 58. 99 2. 86
0. 1 0. 27 0. 32 0. 60 0. 25 0. 24 0. 45 0. 64 0. 22
正态 正态 正态 对数正态 正态 正态 正态 对数正态 正态
3 、3 3 : 表示重金属含量与当地元素背景值的差异显著性水平 (分别为 p < 0. 05、p < 0. 01)
3 96 地 理 科 学 27卷
5个 0～20 cm 耕层土样制成混合样 ,共采集土样 54个 ,其中化工区 26 个 、印染区 9 个 、电镀区 7 个 ,养殖区 7个 、菜地区 5个 ,同时按土壤的自然发 生层采集 4个剖面样 (图 1) 。
式中 , Cfi 为单个重金属污染系数 ; C表i 层 表示土壤某 重金属浓度实测值 ; Cni 为参比值 , 此处参比值采 用太仓当地背景值 [17 ] 。 Tri 为某重金属的毒性响 应系数 ,反映重金属毒性水平及土壤对重金属污染 的敏感程度 ,据 Hankanson的元素丰度原则与元素 释放度原则标准化重金属毒性系数 ,取 Hg = 40,
1 材料与方法
1. 1 土壤样品的采集与分析 1) 样品采集 。用 GPS定位 ,在太仓主要土壤
类型 (黄泥土和沙夹垅 ) 上选取 5 个反映太仓城 市化 、工业化和农业集约化过程主要行业污染特征 和土壤潜在污染可能性较大的功能区 (化工区 ,印 染区 ,电镀区 ,养殖区和菜地区 )采样 ,其中对化工 区 、印染区 、电镀区和养殖区在距厂约 50 m 采样 , 菜地区在原位取样 。每个样点按梅花状形式采集
表 3 太仓市土壤 8种重金属元素的相关分析 Table 3 The correlation coefficients of the 8 kinds of soil heavy metals
图 1 太仓市土壤重金属取样点分布图 Fig. 1 D istribution of samp ling sites of soil
heavy metals in Taicang City
2) 样品分析 。pH 采用电位法 ,汞 、砷采用还 原气化 2原子荧光光谱法 ,铬 、铜 、镍 、铅 、锌采用三 酸 (HF - HNO3 - HClO4 )消化 ,电感耦合高频等离 子体发射光谱法 (即 ICP法 )测定 ,全镉采用三酸 消化 ,石墨炉原子吸收法测定 [ 16 ] 。
表 2表明 ,太仓市土壤重金属 Cu、Hg、Zn、A s 显著高于当地背景值 ,以 Cu和 A s最高 ,其平均含 量超过背景值的 1. 42倍和 1. 46倍 ,而 Pb含量在 土壤背景值范围之内 。测定样本中各元素的最大 值一般为背景值的两倍左右 ,而 Cu和 Zn分别达 到了背景值的 4 倍和 5 倍 。以当地元素背景值为 评价标准 ,各重金属元素除 Pb和 Cr外 ,其余元素
钟晓兰 1, 2 ,周生路 1 ,赵其国 3
(1. 南京大学地理与海洋科学学院 , 江苏 南京 210093; 2. 华南农业大学 信息学院 , 广东 广州 510640; 3. 中国科学院南京土壤研究所 , 江苏 南京 210008)
摘要 :太仓市表层土壤 Zn、Cu属强变异强度 ,呈对数正态分布 ; Cd、N i、Hg、A s、Cr和 Pb属中等变异强度 ,呈正态分 布 。Cu、Hg、Zn、A s显著高于当地背景值 ,以 A s累积指数和超背景值率最高 ; 8种重金属除 A s自表层向下递增外 , 其余元素均为表层向下递减 。土壤复合污染严重 ,土壤潜在生态风险达中等水平 ,黄泥土生态风险高于沙夹垅 ;重 金属生态风险以印染厂最大 ,其次为电镀厂和养殖场 ,产生潜在生态风险为 Hg、Cd,而 A s、Cu、Zn、Cr、N i、Pb等多属 轻微水平 。 关 键 词 :长江三角洲 ;土壤重金属 ;潜在生态风险 ;复合污染 中图分类号 : X53 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 0690 (2007) 03 - 0395 - 06
长江三角洲是中国经济最发达的区域之 一 [ 1 ] 。城市化 、工业化和农业现代化的快速推进 是该地区经济发展的重要标志 [ 2, 3 ] 。然而 ,伴随着 经济的快速发展 ,土壤环境健康质量恶化和生态系 统功能弱化等一系列问题相继出现并日趋严 峻 [ 4～10 ] 。这不仅威胁当地人居环境 、生态安全 ,也 严重影响经济的快速 、持续 、健康发展 [ 11 ] 。因此 , 在长江三角洲进行土壤环境健康质量研究和生态 风险评价具有重要的现实意义 。
pH
7. 7
Cd
0. 116
Cr
65. 72
Cu
22. 78
Ni
29. 12
Hg
0. 163
Pb
20. 39
Zn
73. 02
As
8. 80
7. 3
0. 11
63. 61 32. 373 3
29. 95 0. 213 3 17. 983 92. 013 12. 843 3
4. 36～8. 31 0. 05～0. 17 27. 84～104. 82 9. 13～91. 19 13. 76～44. 69 0. 14～0. 37 4. 23～46. 65 33. 46～362. 63 7. 19～20. 70
n
Cfi = C表i 层 /Cni ; Eir = Tri ×Cfi; R I = 6 Eir i=1
表
1
E
i r
和
R I的分级标准
Tab le
1 Grade
standard
of
E
i r
and
RI
Eri
RI 生态危害ห้องสมุดไป่ตู้度
< 30 30～60 60～120 120～240 ≥240
< 110 110～220 220～440 ≥440
轻微 中等
强
很强 极强
2 结果与分析
2. 1 太仓市土壤重金属含量及空间分布特征 1) 太仓市土壤重金属含量的总体特征 。参
照国家环保总局颁布的《中华人民共和国环境保 护行 业 标 准 》( HJ / T 166 - 2004 ) , 取 置 信 水 平 95% ,精度为均值的 20% ,得到各重金属元素的合 理取样数 [22 ] (表 2) ,其中合理取样数目 Zn要求最 多 ,需 41个 ;其次是 Cu和 Pb,分别为 36个和 21个 ; 其余重金属元素的合理取样数目均在 20个以下 ,说 明在太仓市取 54个样点基本上能代表太仓市城市 主要污染行业的土壤重金属的含量分布状况 。 变异系数反映了采样总体中各样点间的平均 变异程度 ,分布类型反映了样本数据在总体中频率
太仓是长江经济带和沿海开放带交汇点上的 港口城市 ,也是长江三角洲外资企业和乡镇企业最 发达 、城市化水平最高和人口密度最大的地区之 一 ,经济实力多年位居全国百强县 (市 )十强之内 。 据太仓统计年鉴表明 , 2004年工业总产值达 542. 6 亿元 ,城市化率 49%。与此同时 ,太仓的工业废水 排放总量为 1 906. 32 ×104 t,工业废气排放总量为 215. 58 ×109 m3 ,工业粉尘排放量 234. 48 t,农用化 肥施用量 2. 9 ×104 t [ 12 ] 。
Cd = 30, A s = 10, Cu, Pb, N i = 5, Cr = 2, Zn = 1[ 18 ] 。 Eir 为某单重金属潜在生态危害系数 , R I为 多种重金属潜在生态危害指数 ,本文结合太仓市重 金属污染特征及相关研究 [ 19～21 ] ,列出 Eir 和 R I的 分级标准 (表 1) 。
第 2 7卷 第 3期 2 0 0 7年 0 6月
地 理 科 学
Vol. 27 No.
SC IENTIA GEOGRAPH ICA SIN ICA
June, 2 0 0
3 7
长江三角洲地区土壤重金属污染特征 及潜在生态风险评价
———以江苏太仓市为例
3) 分析质量控制 。用国家地球化学标准样品 内插法进行质量控制 。 1. 2 评价方法
潜在生态危害指数法是瑞典科学家 Hankan2 son根据重金属性质及环境行为特点 ,从沉积学角 度提出的对土壤或沉积物中重金属污染评价的方 法 。该方法考虑了土壤重金属含量 ,将重金属生态 效应 、环境效应与毒理学联系在一起 ,采用等价属 性指数分级法评价 ,反映某一特定环境中各种污染 物的影响和多种污染物综合影响 ,定量划分潜在生 态危害的程度 。计算公式为 :