天津市宝区土壤中有毒有害元素分布不均衡的原因

天津市宝区土壤中有毒有害元素分布不均衡的原因

土壤为昆虫生长提供了矿物质。土壤地球化学测量是研究土壤化学发育和生态地球化学评价的主要内容。土壤元素背景值是研究土壤环境质量现状的重要内容,也是检验土壤环境质量的基础数据;土壤污染特征揭示了土壤重金属元素表生富集、农作物毒害性、生态化学污染及潜在的生态危险。在分析研究宝坻区农业土壤质量各项指标的基础上,为科学评价土壤质量现状、提高土壤生产力提供科学依据。1∶5万综合地质调查区位于天津市北部宝坻区,南北长65km,东西宽45km,面积约1510km2。宝坻区地处“九河下梢”,历史上曾因众多河流携带大量冲积物的不断淤积,形成了土壤的主要物质。本区土壤类型为潮土,又可细分为普通潮土、湿潮土、盐化潮土和盐化湿潮土4个亚类。1材料和方法1.1样品采集和分析为查明宝坻区土壤中化学元素的分布特征,在充分考虑土壤特征、成土母质、地形地貌、土地利用现状等因素基础上,系统采集了表层及深层土壤样品。表层土壤采样密度为1个·km-2,采样深度0~20cm,按每4km2采集1个进行组合样品分析;深层土壤采样密度每4km2采集1个,采样深度80~100cm,采集50cm的土柱,按每16km2采集1个进行组合样品分析。1.2全氮、代氮和时效钾对所有样土进行有机质、全氮、速效磷、速效钾、pH值等常规化验;有机质采用重铬酸钾容量法;全氮采用半微量开氏法;速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾依据速效钾和缓效钾含量的测定标准进行测定;pH值用玻璃电极法测定;用等离子体质谱法(ICP-MS)测单元素含量。2结果与分析2.1土壤的物理和化学性质2.1.1土壤采用高效的土壤材料,占土壤的比重较大宝坻区土壤大部分呈碱性和弱碱性。弱碱性土壤面积1289.41km2,占土壤总面积的83.42%;碱性土壤面积250.17km2,占土壤总面积的16.58%,主要分布在新开口-口东地区。2.1.2盐渍化土壤类型宝坻区分布有大面积的盐渍化土壤,含盐量大于0.1%的盐渍化土壤约占总面积的56.91%,盐渍化类型主要为硫酸盐-氯化物盐渍土和氯化物-硫酸盐盐渍土(表1)。2.2土壤元素的背景值特征及成因分析2.2.1元素背景值分布特征及成因分析从表2看出,常量元素分布特征是表层土Si、Na元素背景值高于深层土;表层土中Fe、Ca、Mg、K等元素背景值低于深层土。微量元素含量在土壤中的分布具有分带性,表层土中P、N、S、Se、Pb、Cl、Cd、Hg等元素背景值明显高于深层土;Mn、Mo、I等元素背景值明显低于深层土。出现表层与深层土壤元素背景值分布特征的原因是:表层土中Si、Na元素高背景值,而深层土中Fe、Ca、Mg、K等元素高背景值的原因主要与母质来源和沉积环境有关。与深层土相比,表层土的母质中含河流相沉积物偏多,长石、石英等机械颗粒含量相对偏高,粘土矿物含量偏低。长石、石英等机械颗粒富含Si、Na元素,粘土矿物富含Fe、Mg等元素。Ca元素在深层土偏高主要与碳酸盐淋溶沉积作用有关。表层土的P、N元素背景值明显高于底层土,主要与农田施肥、使用农药有关,其次为“三废”排放的影响;S元素在表层土中富集因素包括农田施肥、SO2降尘、土壤盐渍化等,Se、Pb、Cd、Hg等元素在表层土壤中富集主要与“三废”污染物有关;Cl元素在表层土中富集主要与土壤盐渍化有关;深层土壤Mn元素背景值偏高主要与土壤潜育化有关;由于I元素容易富集在有机质含量高的土壤中,所以表层土壤中I元素含量高与表层土壤中富含有机质关系密切。2.2.2土壤理化性质的特征将宝坻区土壤背景值与天津市及全国土壤背景值进行比较,宝坻区土壤中Ca、Mg、S、Cl、I、Cu、Mn、As、Hg等元素含量与天津市背景值相比偏低,这与本区地势比天津市大部分地区偏高有关;Fe、Na、Si、Co、Cr、Ni、Zn、P、Pb等元素比天津市背景值偏高,这与本区土壤母质富含元素的特征有关。宝坻区土壤中Si元素含量偏低,Fe、Mg、K、Na等常量元素和多数微量元素含量高于全国背景值。其原因是宝坻区地处九河下梢,大部分地势低洼,粘土分布面积大。本区粘土主要矿物成分为伊利石,富含Fe、Mg、K等元素,而且强烈吸附多种微量元素;Mo元素含量低于全国背景值,与Mo元素地表环境下化学特征有关,在北方碱性土壤中其背景值较低;本区Hg元素背景值明显低于全国,说明本区土壤Hg污染程度比全国要轻。2.3土壤重金属污染程度表1选择宝坻区污染程度相对较高,对人类健康影响较大的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn作为土壤污染评价因子,以国家环保局1995年颁发的《土壤环境质量评价标准》(GB15618-1995)作为土壤污染评价标准值。As元素在表层土壤中不存在污染,表层土壤中As元素背景值区主要分布在史各庄-新开口-王卜庄-大钟庄以南地区,以北为尚清洁区,总体表现南部As元素含量比北部偏低。土壤中Cd元素大部分为背景区或尚清洁区,背景区集中在史各庄-王卜庄-林亭口-大钟庄以南地区,总面积1400.61km2,占宝坻区总面积的92.80%,轻度污染土壤只分布在高家庄镇,总面积100.34km2,占宝坻区总面积的7.20%。表层土壤中Cr分为背景区或尚清洁区,在牛道口-口东-周良以西为背景区,以东为尚清洁区。Cu元素分为背景区或尚清洁区,其中牛道口-口东-黄庄以东为尚清洁区,以西为背景区。Hg元素处于背景区或尚清洁区,其中尚清洁区集中在宝坻城关镇附近。Ni元素在宝坻城关镇附近为轻度污染区,其余地区属背景区或尚清洁区,其中尚清洁区集中在牛道口-口东-大白庄以东。Pb元素只在城关镇、高家庄镇零星地区存在轻度污染,其余地区为背景区或尚清洁区。Zn元素处于背景区或尚清洁区,其中背景区主要集中在牛道口-口东-牛家牌以西地区,以东属尚清洁区。宝坻区土壤综合污染程度见宝坻区土壤重金属综合污染程度(图1)和宝坻区土壤重金属污染状况统计(表3)。2.4特色农用地土壤养分含量的特点2.4.1宝“三辣”产土图10辣椒、大蒜、大葱俗称“三辣”。辣椒对土壤质量要求不甚严格,砂质土、粘土和壤土均能生长,但以肥沃、排水良好的砂质土为宜。大葱、大蒜适宜在质地松散的砂质土或含有机质丰富的粘土中种植。大葱、大蒜的根系不发达,在土壤中分布浅,吸水、吸肥能力弱,对土壤湿度要求较高,因此土壤要保持湿润、富含有机质。宝坻“三辣”主要分布在林亭口镇,土壤为灰黑色中-重壤质湿潮土,在20~60cm深度夹一层腐殖质,可作为补充植物营养物质的备用库。土壤母质为冲积、湖积沙质粘土。林亭口附近“三辣”产区土壤特征:土壤多种营养元素含量适中,土壤呈弱碱性,有效N∶P∶K=10∶2∶20,CaO∶MgO∶K2O=70∶100∶107;土壤阳离子代换量较高,保水保肥能力强,有后劲;箭杆河从西北向东南从该乡流过,地形在此变缓,从上游带来大量营养物质在此沉积;地势低洼,土壤湿润;土壤无盐渍化;水质好,水源有保证。2.4.2土壤肥力现状牛道口乡土壤为潮白河、泃河冲洪积砂质土及沙质粘土,土壤无盐渍化,本区为淡水区,地下水丰富,水质好,以种植小麦、玉米等旱田作物为主,并种植少量蔬菜。本种植区土壤pH值一般为7.8~8.8,呈弱碱性,土壤阳离子代换量属中等水平。与宝坻区土壤元素平均含量比较,Na、Si、Pb、P等元素含量明显偏高;K、Zn、B、Mo、Fe、Ca、Mg、S等多种营养元素含量不足,土壤肥力水平偏低;土壤中Hg、Cd、Cr等污染元素含量低于国家绿色食品产地土壤质量标准,可作为绿色农产品种植基地。2.4.3种植“三辣”农业型本种植区土壤母质为冲积、湖沼积砂质粘土,低洼区为湖沼积粘土,本种植区为全淡水区,水源为河水和井水,排水条件较好,是“三辣”产品集中产区,也种植小麦、玉米、棉花等农作物。本种植区土壤pH值8.0~8.8,为弱碱性-碱性,土壤阳离子代换量高,为25~30cmol·kg-1。土壤有机质、全N、全P丰富,K、Zn、Mo等微量元素不足,N、P、K等营养元素比例基本合理,有毒有害元素含量低于国家绿色食品产地土壤环境质量标准。2.4.4灌溉保肥能力高本种植区土壤母质为冲积、湖沼积粘质沙土,低洼区为湖沼积粘土,本区地势低洼,土壤