南京城市土壤的特性与重金属污染的研究(可编辑)

南京城市土壤的特性与重金属污染的研究南京城市土壤的特性与重金属污染的研究摘要：研究了南京市城市土壤母质组成、剖面结构、pH值、土壤质地、土壤有机质、重金属元素全量及其不同形态含量等理化性质和分布规律。结果表明，城市土壤母质来源复杂，剖面层次混乱，土壤反应石灰性、粗粒化、有机质含量升高和表聚现象较明显。城市土壤重金属污染较为严重，不同功能区的污染元素和污染程度有显著差异。综合污染程度以老工业区含量最高，依次为老居民区、商业区、风景区、城市广场、开发区。但各功能区土壤重金属的形态分异不明显。城市土壤的随机空间变异十分突出，无论是土壤性质还是重金属污染积累都如此。城市中可能存在一些高度污染的岛状区域，这在城市环境质量上必须予以密切关注。关键词：城市土壤；土壤特性；重金属污染文章编号：文章编号：城市土壤在人居环境质量、城市生态功能等方面有着重要的作用[1~3]。城市土壤的性质与环境特点得到国内外科学家的广泛关注。1989年德国土壤学会成立了城市土壤工作组，90年代初美国开展了纽约的城市土壤调查和制图并提出了几个城市土壤土系[4]。1998年第16界国际土壤学大会上正式成立了“城市、工业、交通和矿区土自上世纪90年代开始已有城市土壤研究报道[5~7]。南京是一个具有点，期望为城市土壤性质的认识和土壤环境质量的认识积累科学依1材料与方法1.1城市功能分区与土壤样本采集次混乱，土壤物质来源复杂等特征[7]。我们根据城市不同功能将南性地段，回避人工填充物(如沙层、砖瓦砾层、混凝土碎屑层、生活垃圾等)。为便于分析比较，我们按0~5cm、5~20cm和50cm以下等3种深度采集土壤剖面层次样[8]。在城市广场土壤来源复杂，园1.2土壤样本植被与分析样本运回实验室后，风干磨碎，分别过10目、20目尼龙土筛。过100目塑料土筛。常规分析参照中国土壤学会推荐的方法[8]:颗值测定采用1:1水土比浸提-pH计法，有机碳测定采用K2Cr207-H2SO4外加热法。所研究的重金属元素选-HC104-HF三酸消化法[8],形态分析采用连续提取法[10~11]。重金属元素样本消化液和浸提液均在TAS-986原子吸收分光光谱仪上2结果与讨论2.1城市土壤的理化性质各剖面的主要理化性质如表1所示。这些城市土壤具有与农业和样区剖面点深度/cm干土颜色颗粒组成/gkg-1侵入体有机质0.002mm老工业区钢铁厂0~57.5YR6/8448.9254.4296.8瓦砾23.57.715~207.5YR7/8386.7317.2296.1瓦砾8.807.6163.8一4.308.10新开发区南京高新区0~5297.7170.1建筑砂砾19.68.135~2010YR6/6509.9319.6170.5建筑砂砾10.88.06苜蓿园建筑砂砾32.68.035~202.5YR5/4408.4443.7147.9建筑砂砾33.28.19商业区新街口0~5169.8生活废弃物53.07.895~2010YR6/3554.0233.6212.4生活废弃物45.87.53夫子庙0~52.5YR5/4593.4256.8149.8279.1一17.37.78鼓楼0~52.5YR6/8366.5485.7147.8一19.28.045~202.5YR5/4318.3468.7213.0一19.67.92南京车站0~510YR4/2422.2363.8214.0砂砾29.4.7.625~2010YR6/2377.4343.5279.1砂砾13.37.75城市广场砾19.17.94汉中门0~57.5YR6/6365.5486.4191.2一7.907.71中山门0~510YR4/6379.5342.4278.2瓦砾19.28.185~2010YR5/6359.6426.9213.5一9.908.145010YR6/62.5YR5/4322.0402.6275.5生活垃圾41.47.715~202.5YR6/6236.2509.2254.6生活垃圾18.67.89319.3生活垃圾36.56.085~202.5YR7/6227.3343.4429.3一21.85.33雨花台0~57.5YR5/6245.6388.0366.4一31.35.225~207.5YR6/6242.1411.4346.5一21.45.25507.5YR7/6208.2449.4342.4一20.75.54清凉山0~5生活垃圾25.55.685~2010YR6/6342.0241.3416.8生活垃圾16.05.12老居民区邓府巷0~510YR4/2640.2211.6148.1生活生活垃圾39.38.01总统府0~52.5Y4/3554.3233.4212.2生活垃圾45.27.875~202.5Y5/3509.4234.6256.0生活垃圾41.07.48东干长巷0~510YR5/6359.6384.2256.2生活垃圾13.27.595~2010YR6/7297.5404.5298.0生活垃圾10.78.00梅园新村0~52.5YR6/3529.3235.4235.4生234.6生活垃圾41.27.96根据24个土壤剖面统计分析和多点观察记录，南京城市土壤母质来源有5大类型，其具体特性如表2。可见，人为侵入体丰富是城土壤的构造。例如，邓府巷老居民区1m深剖面可分6层之多且重复母质类型弃土填充物人类生活废弃物客土填充物母岩和废弃物煤渣、碎瓦砾和废弃的生活用品第四纪风积物、堆积物景区城市公园、风景区、城乡结合部层次性层次分化不明显，土层含砖瓦砾层次复杂且混乱表土层均一，表下层复杂，多为建筑弃土风化程度高，层次分化明显层次分明，上壤土壤pH值较高，石灰性较明显城市土壤pH质明显高于同地带自然土壤，土壤趋向中性或碱性是城市土壤的显著特征。图1表明，在所测试的城区56个土壤样本小于6.5的只有7个，占13%;介于6.5~7.5的5个，占9%;而大于7.5的有43个，占78%。土壤pH值变幅为5.13~8.22,中值为7.48。除风景区自然土壤偏酸性外，城市人为土壤基本上显中性或石灰性。这与卢瑛[6]等报道的南方城市土壤研究相吻合，而与北方城市的土壤pH变化有所不同[7]。不同层次土壤pH值变化也有所不同，0~5cm表层pH值为7.53±0.75,5~20cm亚表层pH值为7.53±0.89,50cm心土层以下pH值为7.02±1.28。说明土壤表层明显壤的颗粒组成变化幅度大(表1)。由于人为废弃物、建筑垃圾等侵图2分析可知，开发区和城市市民广场有机质含量较低，但变异大，但显著高于自然土壤(风景区土壤)高，这一方面说明人为在老多。它们通过迁移和污染的历史，已在下层土壤中积累(图3)。与差异。2.2城市土壤重金属含量及形态分配表3可以看出，所分析的不同功能区土壤中Pb、Zn、Cu、Cd平发区土壤污染较轻。元素老工业区n8开发区n7商业区n10城市广场n13风景区n10老居民区n8背景值Pb283.8±334.0±145.6b280.2±170.6c202.4±18.5a为了定量刻画城市土壤污染程度，我们令城市功能区号为j,重能区的土壤重金属污染指数，表明以老工业区最高，依次为老居民区商业区风景区城市广场开发区。表4城市土元素水溶态交换态碳酸盐结合态铁锰氧化物结合态有机结合态残渣态Pb0.32±0.50.27*4.51±56.5Cd痕量0.048±0.0054.250.01±0.0050.9*括号内为占总量的%值得特别指出的是，在城市的一些人流量和交通流量密集的区域，土壤重金属污染十分突出。例如，新街口环岛广场内表层土壤中和2.18mg/kg,为城区土壤中4个元素均严重污染的样本。在一个汽车维修厂周围的土壤表层竟检测到Pb高达900mg/kg。因此，在城市土壤中很可能存在一些重金属严重污染、出现重金属含量异常高值的岛状区域。这在城市环境问题上需要密切注意。重金属元素与土壤结合的形态分配表4反映了不同重金属元素在土壤中不同形态分配情况。各元素水溶态平均含量都很低，但个别剖面点浓度高，易产生点源污染。交换态和碳酸盐结合态这两种组分重金属与土壤结合较弱，在酸性条件下最易被释放，有较大的可移动性和生物有效性[5]。铁锰氧化态重金属在还原条件下易溶解释放。有机结合态重金属在氧化状态下易分解释放。以上几种形态属潜在性污染物。可见，南京城市土壤的重金属元素仍以残渣态为主，依次为铁锰氧化结合态、有机结合态、碳酸盐结合态、交换态。不同元素之间，不同土壤之间、不同层次之间各种形态所占比例有很大差别，Pb、Zn、Cd铁锰氧化结合态分别占20.6%,12.2%,15.9%,而Cu铁锰氧化态比例高达30%以上。Pb、Zn、Cu有机结合态约占6%~9%。重金属元素其它形态所占比例较少。因此，城市土壤中污染的重金属较大的存在形态可能是颗粒态输入。3结论(1)城市土壤母质来源复杂，剖面层次混乱，与城郊土壤相比存在石灰性趋势和粗粒化趋势，并且有机质含量有升高和表聚现象；(2)城市土壤重金属污染较为严重，Pb、Cu、Zn、Cd四种重金属元素在不同区域都超过土壤背景值，综合污染指数以老工业区含量最高，依次为老居民区、商业区、风景区、城市广场、开发区。参考文献：DEKIMPLECR,MORELJ-L.UrbansoMARKUSJA,MCBRATHEYAB.AnurbansoilinGlobe[J].Aust.J.SoilRes,1996,34:453-465.LOTTERMOSERBG.NaturalenrichmentoftopsoilswithYork,USA[J].Water,AirandSoilPollution,1991,578:797-807.环境科学，2001,5,223:44-48.卢瑛，龚子同，张甘霖.南京城市土壤Pb的含量及其化学形态[J].环境科学学报，2002,222:156-160.究[J].土壤通报，1999,302:93-96.社，1999:147-211.techniques[J].EnvironmentalGeology,1993,22:276-285.蒋延惠.土壤锌、铜、铁、锰形态区分方法的选择[J].环境科学学报，1990,103:280-286.speciationofparticulatetracemetals[J].AnalyticalChemistry,1979,53:844-851.ThebasicpropertiesandheavymetalpollutionofurbanWUXin-ming1,2,PANGen-xing1,JIANGHai-yang1,JUYu-fen1Agriculture,NanjingAgriculturalUniversity,NanjingfunctionalzonesfromNanjingcity.Analysisofphysico-chemicalpropertiesincludingsoil-formingparentmaterialconstituent,structureofprofile,pH,soiltexture,soilorganicmatter,thetotalandextractableheavymetalsofthesoilswereoftheparentmaterialoftheurbansoilsiscomplicatedandtheprofilesweredisincreasingsoilpH,coarseparticlematter.Thepollutionbyheavymetalsintheurbansoilswasdramaticwiththeindustrialzonebeingtheworst.Theoverallpollutiondegree,asindicatedcontentofheavymetalsseemethefunctionalzones.BoththesoilpropertofheavymetalsexhibitedaveryremarkableSome“islands”withextremelypollutedsoilwithheavymetKeywords:urbansoil;soilprofileproperty;heavy图表2Pb平均数偏差方差AB功能区元素elemen全量碳酸盐结合态boundtocarbonates铁锰氧化物结合态有机结合态boundtoorganicmat残渣态AB重金属类别含量mg.kg-1土壤重金属在剖面分布.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.000.00.00.00.000.00.00.000.00.00.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.000.000.00.00.000.00.000.000.00.00.000.00.00.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.00.000.000.000.00.00.000.00.000.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.000.00.00.00.00.00.00.00.00.00-.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00