东北老工业基地不同土地利用类型土壤重金属污染特点

1、第36卷第3期2011年3月环境科学与管理ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT Vol.36No.3Mar2011收稿日期:20100913作者简介:李玉文(1965,男,博士,教授,东北林业大学林学院环境科学学科带头人,主要从事环境科学,环境生物学,环境影响评价方面的研究工作。通讯联系人:王粟文章编号:16746139(201103011805东北老工业基地不同土地利用类型土壤重金属污染特点李玉文,王粟,崔晓阳(东北林业大学,黑龙江哈尔滨150040摘要:以东北老工业基地北部城市群为例,对其重点区域及周边的不同土地利用类型中Hg ,Pb ,Cr ,Zn4种

2、元素进行测定分析,利用单因子污染评价和多因子污染评价方法进行评价。结果表明,4种元素在不同利用类型土壤中,汞和铅在土壤中的迁移能力较弱,且汞元素在土壤中积累程度不高,只是在个别区域其含量有所波动;铅在农田和工业用地土壤中都有一定的积累,但向其他利用类型土壤的迁移效果不明显;铬在个别区域的旱田,蔬菜地中的积累略高,并迁移威胁到了其周围的林地土壤;锌在某些地区的工业用地,旱田,蔬菜地的污染程度相比其他几种元素污染更为严重。关键词:土壤;利用类型;重金属;污染;评价中图分类号:X53文献标识码:AThe Different Land use Types Characteristics of Heav

3、y MetalsPollution in China's Northeastern Old Industrial BaseLi Yuwen ,Wang Su ,Cui Xiaoyang(College of Forestry ,Northeast Forestry Universtry ,Harbin 150040,China Abstract :The contents of heavy metals (Hg ,Pb ,Cr ,Zn in different land use types soil form the focus and the surroundingarea of C

4、hina's Northeastern Old Industrial Base were analyzedMoreover ,evaluate them with Single factor evaluation and multi factor evaluation methdsThe results showed that the four kinds of elements in different land use types soil ,the movement ability of Hg and Pb is weak and the accumulative extent

5、of Hg is not high in soil ,the content may fluctuate only in a few region ;Pb has a certain accumulation in arid areas ,vegetables areas and industrial areas ,but the movement effect is not obvious to other land use types soil ;Cr has a slightly high accumulative extent in a few arid areas and veget

6、ables areas ,and its movement threatens the ambient forest areas ;Zn has more serious pollution compared with the other elements in some region such as industrial areas ,arid areas and vegetables areasKey words :soil ;land use types ;heavy metal ;pollution ;evaluation东北是中国重要的老工业基地,也是重要的粮食生产基地1,其土壤主要

7、以黑土和黑钙土为主,理化性状好,有机质含量高,颗粒结构好,养分含量丰富,自然肥力高2。重金属在土壤一植物一微生物这一生物链中,对各个环节都能够产生毒性生态效应3,当含量超过一定限度或土壤容量时,就会影响土壤微生物的活动和土壤酶的活性,同时污染土壤和地下水,对动植物的生长及人类健康造成危害。随着工业发展,城市污染加剧以及农业农药化肥的施用,导致大量重金属通过多种途径进入土壤环境。国内的一些研究,从不同人类活动类型出发,比较不同人类活动影响下土壤重金属的潜在风险。结果表明,城市化进程的加快和农业活动已导致土壤重金属一定程度的积累4。且重金属在土壤中的分布和迁移受其土壤理化性质,周围企业的排污模式以

8、及与企业距离的影响5。同时由于土地利用方式的类型不同,其相同元素在不同的利用类型间的含量及污染程度也存在着一定的差异。·811·汞(Hg,铅(Pb,铬(Cr,锌(Zn都是土壤中重要的元素,其中锌是作物生长的必须的微量营养元素,汞,铅,铬都是有毒元素。本文以东北老工业基地北部城市群为例,在其重点区域及周边地区,对土壤按照不同的利用方式分为旱田,蔬菜地,草地,林地,工业场地,未利用地六种类型,通过对汞,铅,铬,锌四种元素在这六种类型土地中的特点进行对比和评价,分析其中的特点。1研究方法11采样及测定方法采样点分布在东北老工业基地北部城市哈尔滨,齐齐哈尔,鸡西,佳木斯,大庆五个城

9、市,其中鸡西市是全国重要的矿产区;大庆市主要以石油产业为主,土壤pH值高,多为盐碱地,两座城市均是典型的以自然资源开采为主,资源型产业在城市经济中占主导位置6。哈尔滨,齐齐哈尔,佳木斯均有众多大中型企业,重金属污染种类比较复杂。文章根据六种土地利用类型进行划分,采用随机布点的方法,按S形线路采样,并尽量避免在路边和沟边等特殊地形的部位上取样。采集土壤A 层剖面土。采样深度为0cm 20cm,去除土壤中较大的沙粒,对于农田和林地土壤等还要注意去除夹带的根系,放入通气的塑料袋中,低于4保存。采回后的新鲜土样经过处理,配制不同比例标准溶液组,另附一个空白组。按土壤环境质量标准中选配的分析方法中规定的

10、样品处理方法进行分析(见表1。表1样品检测分析采用方法项目处理方法检测仪器检测方法汞V2O5HNO3H2SO4SnCl·H2O测汞仪冷原子吸收法铅王水H2O2HNO3H3PO4原子吸收光谱仪石墨炉原子吸收分光光度法铬H2SO4HNO3HFHCl原子吸收光谱仪火焰原子吸收分光光度法锌HCl原子吸收光谱仪火焰原子吸收分光光度法12评价方法根据分析得出的数据结果,按照环境质量标准,通过SPSS170,Excle2003软件对数据进行处理,并进行检验。并采用土壤环境质量标准(GB156181995为土壤环境质量现状的评价标准,采用单因子评价指数法进行评价,单因子污染指数(Pi的计算公式如下:

11、单因子污染指数(Pi=土壤污染实测值/土壤污染物质量标准评价的标准,Pi1,表示未污染;Pi1,表示污染。Pi越大,污染越严重。但是在实际情况中,常出现多种污染物同时污染某一区域土壤的现象,单因子评价难以表示它们的整体污染水平,这时就采用多因子评价方法7。采用内梅罗指数法计算土壤各元素在每种类型土地中的污染指数,并进行污染的分级,此方法在可反映污染的程度的同时还可以突出污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用(见表2。内梅罗污染指数法,计算公式为:(P N=(PI均2+(PI最大2/21/2式中,P N为内梅罗污染指数;PI均为各污染物污染指数的算术平均值;PI最大为各污染物中最大的污染指数

12、。表2内梅罗污染指数评价标准等级内梅罗污染指数污染等级P N07清洁(安全07P N10尚清洁(警戒限10P N20轻度污染20P N30中度污染P N30重污染2结果与分析21土壤重金属含量分析经过样品处理和分析后得到旱田,蔬菜地,草地,林地,工业用地,未利用地六种不同土壤利用类型Hg,Pb,Cr,Zn重金属含量(见表3,汞在旱田,林地,未利用地的平均含量略高于背景值,而在蔬菜地,草地,工业用地的平均含量均低于土壤背景值,其中未利用地汞的变异系数为1.853说明在未利用地类型中不同区域的汞含量差异性较大;铅在旱田,蔬菜地,工业用地的平均含量高于土壤背景值,其中蔬菜地的含量最高,为40.901

13、mg/kg;铬在旱田,蔬菜地,林地的平均含量高于土壤背景值,而林地的标准差为54.382,有个别值显著高于其背景本底值,根据样品检查,这可能是由于鸡西市煤矿开采导致的一些外源性铬进入到了部分草地土壤当中;锌在·911·旱田,蔬菜地,林地,工业用地平均含量高于背景值,旱田,蔬菜地和工业用地的含量相对最高,分别为87.389mg /kg ,122.049mg /kg 和129.451mg /kg ,变异系数分别为0.987,0.924和0.831。表3土壤中汞铅铬锌含量统计表重金属/本底值利用类型平均含量(mg /kg 最小值(mg /kg 最大值(mg /kg 标准差变异系数

14、偏度系数峰度系数汞(Hg 0.037mg /kg旱田蔬菜地草地林地工业用地未利用地0.0450.0300.0270.0430.0280.0730.0110.0240.0120.0330.0100.01201830.0360.0520.0540.05080660.0320.0050.0150.0090.00901350711015805450217031018532380027308990221090338396536173402142346277415950铅(Pb 242mg /kg旱田蔬菜地草地林地工业用地未利用地26002409012411921800310572252116905351

15、3314400198001970016900744004540031000247005740037300889529176071213412137569303420.07102520.098039102533457047802871034093714661657213991301067903601369铬(Cr 586mg /kg旱田蔬菜地草地林地工业用地未利用地576766111845585776575292948085350005293432000483914330024100197800751725408715920069949100400233089425844454382607916

16、5920404015401850700011503454450074906701996101017792547415961279398627284173锌(Zn 707mg /kg旱田蔬菜地草地林地工业用地未利用地87389122049623197335812945165621367005540543900573704230028000505494346253748001027003594281652008626911275210.0672012710759633431098709240162027408310510358116720835166714392237130411132013030

17、1907045180根据土壤重金属背景值,通过计算得到Hg ,Pb ,Cr ,Zn 的土壤基线值,并以它为标准对研究区域土壤样品进行超标统计8,结果,汞的超标率最低,为10%,超标现象并不明显;铅,铬,锌的超标率依次为27%,24%和22%,通过比对,发现超标样品多分布在旱田当中,而其他土地利用类型的超标率样品数量相对较少。通过分析可知,4种元素在大部分区域基本没有其外源元素进入或外源进入很少,仅是在局部区域有一定程度的积累。 图1汞、铅、铬、锌不同土地利用类型单项污染指数对比·021·22土壤重金属单因子污染评价单因子评价是对土壤中某一种污染物的污染程度进行评价,评价标准

18、为土壤环境质量标准(GB 156181995,根据4种元素在6种不同土地利用类型中的平均单项污染指数(见图1,可知,Hg含量污染指数大小依次为未利用地旱田林地蔬菜地工业用地草地,铅含量污染指数大小依次为蔬菜地工业用地旱田草地未利用地林地,铬含量污染指数大小依次为林地蔬菜地旱田工业用地未利用地草地,锌含量污染指数大小依次为工业用地蔬菜地旱田林地未利用地草地。四种重金属元素的平均单项污染指数在不同土地利用类型中Pi均1以下,属于未污染,其中汞元素Pi均在02以下。铅在不同土地利用类型中,蔬菜地及工业场地污染指数相对较高,Pi分别为0.511和0.388,锌在蔬菜地及工业场地污染指数也相对较高,Pi

19、分别为0.488和0.518,可见铅,锌在工业生产和蔬菜种植中含量有了一定的积累。23土壤重金属多因子污染评价表4内梅罗综合污染指数分级表旱田蔬菜地草地林地工业用地未利用地汞分级指数清洁0267清洁0.067清洁0.083清洁0.098清洁0.081尚清洁0938铅分级指数清洁0697清洁0540清洁0348清洁0291清洁0577清洁0385铬分级指数尚清洁0729清洁0343清洁0250清洁0626清洁0310清洁0394锌分级指数轻度污染1451轻度污染1038清洁0275清洁0357轻度污染1081清洁0503用内梅罗综合污染指数7,9求得各元素六种土地利用类型的综合污染指数,(见表4

20、,Hg的综合污染指数大小依次为未利用地旱田林地草地工业用地蔬菜地,其中未利用地的综合污染指数0.7,属于尚清洁;Pb的综合污染指数大小依次为旱田工业用地蔬菜地未利用地草地林地,Cr的含量大小依次为旱田林地未利用地蔬菜地工业用地草地,其中与单因子污染指数相比,旱田的污染情况变化相对较大,铅的污染指数接近警戒限,而铬在旱地中值0.7属于尚清洁,锌的综合污染指数大小依次为旱田工业用地蔬菜地未利用地林地草地,其中旱地,蔬菜地,工业用地的土壤锌污染指数均1,有轻度污染,表明土壤重金属积累已比较严重。汞进入土壤后,有95%以上的汞能迅速被土壤吸附或固定,其迁移能力较弱,其主要来源是众多工业把汞作为原料,或

21、辅助原料,在生产中消耗大量的汞,另有一些是农业生产对局部土壤造成污染10。以未利用地为例,通过样品检测,汞超标样点为1个,分布在大庆市,其单项污染指数大于8,属重度污染。另有大庆2个样点,鸡西1个样点的单项污染指数在0.8左右,污染值明显超过其他样点。造成这一原因可能是由于石油,尾矿的堆放风化造成这一区域的汞或其他元素超过土壤本底值,造成了污染。铅在土壤中的迁移性较差,铅的冶炼,是土壤铅污染的主要污染源。另外,还有工业,农业生产的废气,废水,通过空气,水等介质形成的二次污染10。铅在各土地利用类型中的污染程度均属于清洁区,只是在旱田,蔬菜地,工业用地中综合污染指数接近07,相对略高。土壤是铬的

22、富集体,其迁移转化也非常复杂,多为农业生产和化工,塑料等工业排放含铬废水加重土壤和地下水的污染10,根据数据可知,铬超标样点1个,分布在鸡西市,含量超过背景本底值,污染指数相对较高,其原因最有可能是与矿产资源开采有关,高铬矿石、尾矿排放、选矿废水、矿山飘尘等进入其周围林地土壤导致了局部铬超标,而对于其他地区的林地土壤,均低于土壤本底值,说明林地土壤易受外源元素进入的干扰,工业和农业中产生的铬污染迁移到了周围的林地土壤当中。锌是农作物生长的必须营养元素,污染土壤的锌,主要是各工业排除的含锌废水以及冶炼过程中排入大气的含锌飘尘,此外还有向农田大量施用含锌化肥及污泥造成的。以鸡西市为例,煤矿开采,尤

23、其是石墨尾矿废弃产生大量的锌元素11,·121·另外旱田,蔬菜地长期施用锌肥,造成土地锌含量增加,其元素通过各种途径迁移,还会威胁到周围的其他利用类型土壤,这可能就是造成其工业用地,旱地,蔬菜地,包括周围部分林地土壤轻度污染的主要原因。3结论工业生产中的污染物排放,农业中单一品种农作物的长期种植,肥料的不合理施加及污水灌溉,都会造成不同土壤类型重金属元素的积累,并会威胁周围其他的土壤利用类型,主要是林地和未利用地。由数据结果,可以得出4种元素在不同利用类型土壤中,各元素在草地中的污染程度均相对较低,林地,未利用地容易因周围工业场地和农田土壤的污染而受到影响。汞和铅在土壤中的

24、迁移能力较弱,汞元素在土壤中积累程度不高,只是在个别区域其含量有所波动;铅在农田和工业用地土壤中都有一定的积累,但向其他利用类型土壤的迁移效果不明显;铬在土壤中的迁移能力较强,受工业,农业生产影响,在个别区域的旱田,蔬菜地中的积累略高,并迁移威胁到了其周围的林地土壤当中;锌是作物生长的必须营养元素,工业生产排除的含锌污染物,以及锌肥在农业中被大量的施用,在某些地区的工业用地,旱田,蔬菜地的污染程度较高,相比其他几种元素,污染更为严重。参考文献:1刘江生东北老工业基地浑蒲灌区土壤中多环芳烃污染特征、断代、溯源及风险评价研究D山东:山东大学, 20092隋跃宇,张兴义,张少良,等黑龙江典型县域农田

25、黑土土壤有机质现状分析J土壤通报,2008,39(1:1861883王农,樊娟,刘春光,等农田重金属对“土壤植物微生物”系统的生态效应J农业环境与管理,2008,25(3:89974贾琳,杨林生,欧阳竹,等典型农业区土壤重金属潜在生态风险评价J农业环境科学学报,2009,28(11: 227022765严连香不同工业企业周围土壤作物系统重金属空间变异及其转化规律研究D南京:南京农业大学, 20046陈群元,宋玉祥,张平宁,等东北老工业基地振兴面临的城市化问题与对策J城市规划汇刊,2004(2:47517李梦红,黄现民,郑家文,等新泰市农田重金属污染现状及评价J安徽农业科学,2009,37(31

26、丽华阜新市农田土壤重金属污染分析J辽宁工程技术大学学报,2009,28(3:4914939陈伯扬重金属污染评价及方法对比以附件浅海沉积物为例J地质与资源,2008,17(3:21321810王云,魏复盛土壤环境元素化学M北京:中国环境科学出版社,199511刘文勇,满秀玲鸡西矿区废弃地重金属含量及其污染评价J水土保持学报,2007,21(6:櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗7074(上接第31页参考文献:1参天水利资源工程研考会工作通报R2006(452王国贤,孙立波内蒙古东部污灌区土壤重金属污染调查与评价J陕西科技,2007(23A N Angelakisa,L BontouxWa