合肥市城市土壤重金属元素含量及空间分布特征_图文

1、合肥市城市土壤重金属元素含量及空间分布特征李增福 , 朱继业 , 王腊春(南京大学地理与海洋科学学院 , 南京 210093摘要 :研究了合肥市城市土壤中重金属的含量、 空间分布特征及来源。结果表明 , 合肥市城 市土壤中 , N i 和 A s 2种 元素污染不明显 , 但受到 Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H g 6种元素不同程度的污染 , 其 中 H g 污染 最严重。 N i 和 A s 2种 元素的分 布主要受自然因素影响 , Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H g 6种元素主要来源于人为 输入。 Zn , Cd , Pb 3种元素的空间分布 规

2、律比较 相似 , 表现为在东部工业区和老城区内明显出现富集。 Cu 和 H g 2种元素在合肥市城市 土壤中含量 的分布规 律比较相 似 , 峰值出现在东部工业区、 老城 区、 北部和南部交通干线 交汇区。 Zn 、 Cd 、 Pb 、 Cu 、 H g 5种 元素可 能主要 来源于 工业活 动和交通污染 。 Sr 元 素峰值出现在老城 区和工业区中间 , 主要交通干 线沿线和交汇地区 含量也较高 , S r 元素可能主要 来源于交通污染。关键词 :城市土壤 ; 重金属 ; 含量 ; 空间 分布 ; 合肥 中图分类号 :X 53文献标识码 :A文章编号 :(K 09088(原 1002-126

3、4 (2009 03-0024-04Heavy M et a lC ontents and Their Spatial D ist r i b ution i n Urban Soil of H efei C ityLI Zeng fu , Z HU Ji ye , WANG La chun(Schoo l of Geograph ic and Oceanog raph i c Sciences , N anjing Un i v ersity , N anjing 210093, Ch i n aAbst ract :The contents and spatial distri b u t

4、i o n of heavy m eta ls i n ur ban so ils o fH efe i city and t h e ir sources w ere stud ied . The results sho w ed that the ur ban so ils i n H e feiw ere no t ev identl y po ll u ted by N i and A s , but conta m i n ated by Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd and H g to var y ing degrees and especially H g to

5、 so m e ex ten. t The distribution o f N i and As w as m a i n l y affected by natura l factors and Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd and H g w ere m ai n ly or i g i n ated fro m hum an i n puts . The character i s tics of spatia l distri b u ti o n of Zn , Cd and Pb w ere si m il a r , w hich sho w ed that t

6、he three ele m ents w ere enriched in the industr i a l area i n the east and w ithin the old urban d istric. t The characteristi c s of spati a l distribution of Cu and H g w ere si m ilar and the peak va l u e appeared i n t h e i n dustrial area in the eas, t the o ld ur ban d istrict and t h e i

7、 n tersecti o n areas o f the m a i n traffic li n es i n t h e nort h and sout h . The five ele m ents (Zn 、 Cd 、 Pb 、 Cu and H g w ere m aybe m a i n l y ori g inated fro m i n dustria l activ ities and traffic po ll u ti o n . The peak va l u e of Sr appeared bet w een the o l d urban district an

8、d the i n dustria l area . The content of Sr along the m a i n traffic li n e and the i n tersection areas w as also co m parative l y high . Sr w as m aybe pri m arily orig i n ated fr o m traffic pollution . K ey w ords :urban so i; l heavy m eta; l conten; t spatial distribution ; H efe i 城市土壤是指具

9、有人为的、 非农业作用形成的 , 由于土地的混合、 填埋或污染形成的厚度大于或等于 50c m 的城区或郊区土壤1。本文以安徽省多目标地球化学调查为基础 , 分析了合肥市城市土壤中重金属的含量 , 初步了解了 N i 等 8种重金属元素 的来源及 在城市的空间分布特征。为合理利用和保 护合肥市 的土壤资源及人体健康的防护提供重要的依据。1 研究区概况合肥是安徽省省会 , 位于中国中部 (北纬 31 31 32 37 、 东经 116 40 117 52 , 长江淮河之间、 巢 湖之滨 , 通过南淝河通江达海。合肥属亚热带湿润季 风气候 , 四 季分 明。年 平均 气温 15. 7 , 降 雨量

10、 近1000mm, 日照 2100多个小时。全市总面积 7029. 48k m 2, 人口约 462. 73万。合 肥是全国重要的交通枢纽城市。合肥工业基础较好 , 是加速崛起的新兴工业城市。目前形成了汽车、 装备制造、 家用电器、 化工及轮胎、 电子信息及软件、 新材 料、 生物技术及 新医药、 食 品及农副产品 深加工等 8大重点产业。2 样品采集与分析2. 1 采样与方法参 照 中 国 地 质 调 查 局 地 质 调 查 技 术 标 准 DD2005-03 , 在合肥市区 进行采样。样品采集 多在 合 肥人类活动频繁的东部工业区、 老城区、 绿地、 公:-31 :朱继业 , , 讲师24

11、第 22卷 3期 2009年 6月 城市环境与城市生态URBAN ENV I RON M ENT &URBAN ECOLOGY Vo. l 22No . 3J un. 2009园、 广场、 公路旁等地区。为避免土壤表层 其他非土 壤物质或外来土的影响。采样时避免采集 填埋土和 堆积时间不长的新成土 , 尽量采集城市老成土 , 按每平方公里一个点的密度采集 020c m 土壤样品。每 个采样点坐标用 GPS 记录下。研究区共 布置了 151个点 , 采样时间为 2005年。采样点位见图 1 。图 1 采样点分布图2. 2 样品分析方法实验室得到土壤样品后 , 在室温下进行风干 , 干 燥后土壤样

12、品 用碾体碾 碎并用 100目尼龙 网过筛。 碾碎后样品得到充分混合 , 取 0. 2g 碾碎后样品进行 硝化处理。硝化处理使用王水 , 并加热得到干燥硝化 后物质 , 王水硝化过程能很好的溶解样品中硝酸盐以 及其它各种形态物质 , 从而使各种元素变为游离态。 然后制成 2mL 的分析溶液 , 用电感耦合等离子体发 射光谱仪 (I C P -AES 对样品中的元素进行测量。 2. 3 数据处理本研究数据采用统计学软件 SPSS13. 0和 M I N I T AB14进行处理 , 土壤重金属元素的采样点 分布图和 空间分布图分别采用 A rcg is 9. 2和 Surfer 8进行绘制。3

13、结果与讨论3. 1 土壤重金属元素含量合肥市城市土壤重金属元素含量分析 结果见表 1。从样品土壤重金属元素含量的平均值和其对应的 中国土壤背景值相比可以发现 , 除 N i 元素 的平均含 量略低于其对应的中 国土壤元素背 景值外 , Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 As 、 H g 7种元素的平均含量都不同程度的 超过了中国土壤背景值。相比而言 , H g 元素超过中 国土壤背景值最高 , 是中国土壤背景值的 5. 4倍。合 肥市城市土壤中 , N i 、 A s 的变异系数相对较小 , 变化范 围在 10%30%之间。 Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H

14、 g 6种元 素都具有较大的变异系数 , 均在 30%以上 , 其中 H g 元 . 土壤中 N i 、 A s 元素的含量变化不大。 Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 6种元素的含量有较大差异。 H g 元素的含量有很 大的差异。从以上分析可以看出 , 合肥市城市土壤中 N i 、 A s 污染不明显 , Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H g 6种元素都 有不同程度的污染 , 其中 H g 污染最严重。表 1 合肥市城市土壤重金属元素含量特征参数统计元素 采样点 (个 背景值 2(mg/kg最大值 (mg/kg最小值 (mg/kg平均值 (mg/kg中值 (m

15、g/kg变异系数 (% N i 13129. 839. 713. 127. 322. 919. 6Cu 15120. 4180. 021. 738. 629. 348. 8Zn 15162. 0583. 245. 1108. 866. 565. 5Pb 15126. 696. 718. 937. 029. 244. 1S r 13197. 0464. 284. 3149. 0103. 337. 0As 1519. 018. 34. 510. 810. 520. 9H g 1510. 0332. 1400. 0230. 1770. 130138. 9Cd1510. 0971. 0760. 045

16、0. 2040. 12082. 83. 2 土壤重金属元素的聚类分析和主成分分析 对本次采集的土壤 N i 、 As 、 Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H g分析指标进行聚类分析和主成分分析。土壤 元素聚 类结果显示 (见图 2, 合肥市城市土壤重金属元素可 分为两类 , Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H g 属于第 1类 , N i 、 A s 属 于第 2类。主成分分析结果显示 (见表 2, 得到大于 1的特征值 2个 , 和聚类分析的结果一致 , 与其对应的2个主成分 累计贡 献率为 76. 07%。 Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd

17、、 H g 为一类 , 对成分 有较大的负荷量 , 其贡献率 为 54. 03%, N i 和 A s 为一类 , 对成分 有较大的负荷 量 , 其贡献率为 22. 04%。图 2 土壤重金属元素聚类分析图 表 2 土壤重金属元素载荷量元素 (变量 主成分成分 成分 N i 0. 0860. 909Cu 0. 846-0. 260Zn 0. 920-0. 174Pb 0. 922-0. 094S r 0. 694-0. 006Cd 0. 9070. 104As -0. 1450. 858H g 0. 7600. 286贡献率 (%54. 0322. 04, 25李增福 , 等 合肥市城市土壤重

18、金属元素含量及空间分布特征有相同的来源 3。通过前面的分析已经表明 :通过聚 类和主成分分 析得 到的 第 1类元 素 Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H g 6种元素在合肥市城市土壤中的含量明显高 于土壤背景值 , 并且变异系数较大 , 在土壤 中的分布 具有较大的波动性 , 所以他们受人类活动影响较大。 得到的第 2类元素 N i 和 A s , N i 元素在合肥市城市土 壤中含量略低于土壤背景值 , A s 元素含量略高于土壤 背景值 , 且变异系数均较小 , 在土壤中的分 布比较均 匀。所以城市土壤中 N i 和 As 这 2种元素 主要是自 然来源 , 受人类活动

19、较小。3. 3 土壤重金属元素空间分布特征合肥市城市土壤重金属 N i 等 8种元素的空间分 布特征见图 3-图 10, 从图中可以看出 :合肥市城市土 壤中 N i 和 A s 2种元素的分布没有出现明显的富集 , 整体有从西向东递减的趋势 (见图 3、 图 4 。这与合 肥市工业区和人口密集区的分布情况正好相反。说 明人类活动对 N i 和 A s 2种元素的分布影响不大。所 以可以推断城市土壤中这 2种元素主要是自然来源 , 另外它们的含量和中国土壤背景值非常接近 , 说明它 们的含量可能主要受成土母质影响4, 5 。合肥市城市土壤中 Zn 、 Cd 、 Pb 3种元素含量的空 间分布规

20、律比较相似 (见图 5-图 7, 表现为 , 在东部 工业区和一环老城区内形成 2个明显峰值 , 并整体上 表现为东北部高于西南部。东部工业区含 量高可能 与其广泛分布的化工厂 , 钢铁厂 , 造纸厂及 港口等工 业 高可能与其开发时间早交通密集和人口密度大有关。 有关研究表明 , 工业区土壤中 Cd 和 Zn 含量明显高于 其他用地6。各种汽油含 Pb 量在 (0. 41. 0 g /kg,汽车尾气中 Pb 多达 (2050 ug /L7; 机动车轮胎中 含有添加剂 Zn , 轮胎磨损产生的含 Zn 粉尘是城市土 壤中 Zn 的主要来源8。Cu 和 H g 2种元素在合肥市城市土壤中含量的分

21、 布规律比较相似 (见图 8、 图 9, 2个峰值区出现在东 部工业区和一环老城区。另外在北部砀山路 -蒙城北 路 -合瓦路交汇带和南部的马鞍山路 -美菱大道 -望江东路交汇带也出现峰值。并且整体上有由 峰值中心向四周递减的趋势。赵琦等人对成都市生 态环境 地球化学 特点研究中发现 , 成都市 区主要污染元 素 Cu 和 H g 的污染状况市区及工厂区比城郊严重 , 且表 现出一环路 二环路 三环路的趋势9。康 玲芬等人以兰州市为研究区 , 在研究交通污染对城市土壤和 和26城市环境与城市生态 22卷 3期 2009年H g 的含量显著 高于公园土壤 , 交通污染造 成了这些 元素在道路两侧土

22、壤中的积累 10。所以可以推断合肥市城市土壤中 Cu 和 H g 2种元素可能主要来自于 工业活动和交通污染。Sr 元素在合肥市城市土壤中的分布比较特殊 (见 图 10, 峰值出现在一环老城区和工业区中间 , 主要是 在巢湖南路与二环路交叉口和大通路中段附近。另 外在金寨路沿线一带和濉溪路 -合瓦路 -蒙城北路一 带含量也较高。而在工业区和老城区内无明显富集。 所以可以推断合肥市城市土壤中 Sr 元素可能主要来 自于交通污染 , 空气中的粉尘在土壤中长期积累对土 壤造成污染。有关研 究也表明 11, 土壤污染来 自大气 , 其中粉尘是重要的污染源 , 90Sr 半衰期为 28年 , 可 以在土

23、壤中久存和积累。图 10 合肥城市土壤 Sr 的空间分布特征4 结论1 合肥市城市土壤中 , N i 和 A s 2种元素污染不 明显 , 但受到 Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H g 的不同程 度的污 染 , 其中 H g 污染最严重。2 合肥市城市土壤中 , N i 和 A s 2种元素的分布 主要受自然因素影响 , Cu 、 Zn 、 Pb 、 Sr 、 Cd 、 H g 元素主要 来源于人为输入。3 合肥市城市土壤 Zn 、 Cd 、 Pb 3种元素含量的空 间分布规律比较相似 , 表现为在东部工业区和一环老 城区内明显出现富集。 Cu 和 H g 2种元素在合肥市

24、城 市土壤中含量的分布规律相似之处 , 峰值区出现在东 部工业区 , 老城区和北部南部交通干线交汇 区。 Zn 、 Cd 、 Pb 、 Cu 和 H g 5种元素可能主要来源于工业活动 和交通污染。4 合肥市城市土壤 Sr 元素峰值出现在一环老城 区和工业区中间 , 及主要交通干线沿线一带和交汇地 区 , Sr 元素可能主要来源于交通污染。 参考文献1 卢瑛 , 龚子同 . 城市土壤分类概述 J.土壤通报 , 1999, 30:60-64. 2 中国环境监测总站 . 中国土壤元素背景值 M.北京 :中国科学出版社 , 1990:298-300.3 黄顺生 , 吴新民 , 颜朝阳 , 等 . 南京市土 壤重金