东莞市不同区域菜地土壤重金属污染状况研究.doc

亿牌地板陈家湖地板烽火地板东莞市不同区域菜地土壤重金属污染状况研究夏运生，万洪富*，杨国义，马 瑾，罗 薇广东省生态环境与土壤研究所，广东 广州 510650摘要：对东莞市及其不同区域菜地土壤重金属污染情况进行了调查和分析，参照国家土壤环境质量标准，运用单因子污染指数法和综合污染指数法对上述土壤质量进行了评价。结果表明，全市和各区土壤受到了不同程度的重金属污染，具体表现为：全市土壤Cd、Cu、Ni和Pb的超标率分别为4.9，6.6，3.3和95.1，均处于轻污染状态，以Pb污染最严重；土壤Cr未有超标，仅西北区域达到了警戒级水平。全市土壤重金属含量各样点间变异较大（Zn、Cr、Pb、Cd、Cu、Ni和有效Cu、Zn的变异系数分别为51.5，54.1，37.5，48.8，60.2，57.3和85.3，64.7），但对各重金属元素而言却存在着不同程度的区域差异。关键词：菜地；重金属；污染；空间变异中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2004）02-0170-03红霞地板江夏地板南湖地板长江子都东莞市（东经1133111415；北纬22392309）位于珠江三角洲东部，北接广州，南连深圳，毗邻香港，地处穗港经济走廊中间。地势自东向西倾斜，大部分为丘陵台地和冲积平原，依山傍海，河网纵横，气候温和，雨量充沛，土地肥沃，是我国传统的农业高产区。改革开放20年多来，东莞经济以平均每年22%的增长率蓬勃发展，成为我国经济发展最快的地区之一，其外向型经济尤为发达，致使东莞已成为一个国际性加工制造业基地，至2001年底，全市已办起外商投资企业13800多家。然而东莞城市化、工业化的快速发展，导致了“三废“的大量产生。全市2001年排放工业废气1253.9亿m3、工业废水9918.7万t以及工业固体废物142.95万t，此外，还产生了大量生活垃圾（市区为29.20万t）和生活废水。而“三废”未得到有效处理的排放以及垃圾和河涌底泥的农用，致使含重金属的污染物直接或间接地进入农田土壤。一般来讲，农田土壤中的重金属元素从生物化学特征上可分为两类，一类是对作物和人畜都是有害的，如Cd、Pb、Hg等，另一类是在常量下对作物和人体均为营养元素，而过量时则出现危害，如Cu、Zn、Mn、Cr等1。菜地一般靠近城市，是农田中接受污染物种类和数量较多并较集中的土壤。据东莞市农业局统计，2001年全市耕地总面积5.69万hm2，其中菜地面积就占3.10万hm2，蔬菜年产70.68万t，而且大部分蔬菜出口香港。基于此，本文对东莞市菜地土壤6种重金属的污染状况进行了调查和评价，旨在对全市菜地的土壤质量状况有所了解。1 研究方法 采集菜地土壤样61个，根据工业布局、“三废”排放状况、灌溉水类型以及菜地面积进行布点，样点覆盖东莞6大土地利用分区，大致分布情况为中部平原城区4个，西北部围田区12个，西南部沿海平原区8个，中南部丘陵区9个，东北部埔田区20个及东南部低山盆地区8个。采用多点取样（1015个点）混合成一个代表样的方法，最终取混合样1 kg，取样厚度为020 cm。土壤样风干后尽可能除去未分解的有机残体、煤渣、木炭等，按要求磨细、过筛备用。每个土壤样均分析土壤Cd、Cu、Ni、Pb、Cr、Zn全量，土壤有效Cu、有效Zn以及土壤PH值。实验数据的描述性统计和非均衡方差分析分别由SPSS11.5和SAS6.12软件完成。2 分析方法 土壤Cd 、Cu、Ni、Pb、Cr（六价）、Zn全量均采用盐酸-硝酸-氰氟酸-高氯酸消解，除土壤Cd用石墨炉原子吸收法测定外，其它均采用火焰原子法测定。土壤有效Cu、有效Zn采用0.1 M HCl浸提，火焰原子法测定。土壤pH采用12.5的土水质量比，电位法测定。3 评价方法3.1 单因子污染指数法 根据土壤中各重金属的含量计算污染指数，确定污染等级，污染指数的计算及等级的划分参见文献2，参照标准采用国家土壤环境质量标准（GB156181995）一级标准（背景值）。3.2 综合污染指数法 为了全面反映各污染物对土壤的不同作用，并突出个别高浓度污染物的影响，采用土壤综合污染指数法3，其评价标准见文献4。4 结果与分析4.1 东莞市菜地土壤重金属污染状况调查结果表明，东莞市菜地土壤除少数几个样点外，其它样点土壤均为酸性，pH值平均为5.84，范围在3.967.73之间，此外，土壤Zn、Cu含量平均值较南京城郊和杭州市郊明显偏低，Cd含量平均值远低于南京城郊，但Pb含量平均值高于杭州市郊5, 6。从表1可以看出，各重金属含量变异较大，除Cr未有超标，Pb超标严重外，其它各重金属均有较低的超标率，调查发现，这是由于Zn、Ni、Cd、Cu分别各有1、2、3、4个样点超标所致。对Cu和Zn全量、有效态以及pH间进行的相关分析发现，土壤Cu全量与有效态呈极显著正相关（Cu（有效态） =0.204Cu（全量） -0.218，r=0.744，p0.01，n=61），可见Cu元素有效态的增加，主要是其全量增加的结果；此外，土壤有效Zn与土壤pH也呈现极显著正相关关系（r=0.367，p0.01，n=61），说明东莞市菜地土壤pH与Zn污染之间关系密切。从各污染指数可以看出，全市菜地土壤重金属污染均处于警戒级水平以上，除Cr、Zn外，其它各重金属均表现为轻污染状态。整体评价显示，全市菜地土壤重金属综合污染指数为1.44，表明东莞菜地受到了轻度的重金属污染。而市郊菜地的质量往往与市民的生活密切相关，因此东莞市在大力发展经济的同时，更应强调农业环境的可持续发展，加大污染源头的整治力度。4.2 不同区域菜地土壤重金属含量特点 东莞市菜地重金属污染分区分析（见表2）和调查显示，仅有的1个Zn超标样点分布在西北区域；Ni超标样点则是表1 东莞市菜地土壤重金属污染分析结果 n61重金属及其计量含量及超标率污染指数范围/(mgkg-1)平均值/(mgkg-1)变异系数/%超标率/%范围平均值标准差综合指数w(Zn)10.06103.851.0751.51.60.101.040.510.260.82w(Cr)2.2884.535.1754.10.030.940.390.210.72w(Pb)20.36137.266.5237.595.10.581.481.130.131.32w(Cd)0.0290.4330.12548.84.90.152.190.630.321.61w(Cu)5.0865.1020.3860.26.60.152.040.590.371.5w(Ni)2.2942.1418.6157.33.30.062.010.500.371.46w(有效Cu)0.3718.413.9585.3w(有效Zn)2.8947.6215.2264.7表2 不同区域菜地土壤重金属含量及污染情况1)重金属及其计量项目重金属含量及超标率中部n=4西北部n=12西南部n=8中南部n=9东北部n=20东南部n=8w(Zn)平均值/(mgkg-1)范围/(mgkg-1)变异系数/超标率/75.40ab52.2594.22377.52a28.60103.830.58.351.12bc20.0182.1741.438.20c10.0682.6564.935.51c11.8492.5155.852.55bc36.1887.430.9w(Cr)平均值/(mgkg-1)范围/(mgkg-1)变异系数/超标率/40.41ab34.1145.2411.850.70a28.5584.5037.732.77b6.7053.5455.432.85b10.6474.5664.431.68b2.2871.1657.023.02b3.3939.1753.2w(Pb)平均值/(mgkg-1)范围/(mgkg-1)变异系数/超标率/73.44ab57.5388.8618.510071.56ab40.08106.726.610088.25a40.62137.244.810065.64ab49.37110.433.710056.09b20.36119.638.18560.81b40.47105.331.6100w(Cd)平均值/(mgkg-1)范围/(mgkg-1)变异系数/超标率/0.158ab0.1190.192190.178a0.0920.43347.88.30.085c0.0290.15149.40.111bc0.0470.25660.411.10.109bc0.0450.16131.20.124bc0.0680.20336.312.5w(Cu)平均值/(mgkg-1)范围/(mgkg-1)变异系数/超标率/31.13a18.7259.962.32522.46ab11.0834.0734.118.38ab8.7427.5333.516.38b7.70-32.604818.01ab6.9136.9346.35.024.33ab5.0865.10101.325w(Ni)平均值/(mgkg-1)范围/(mgkg-1)变异系数/超标率/22.49ab11.2528.333429.43a14.0642.1429.18.316.81b3.3340.3677.912.513.53b2.2928.6365.117.07b3.0138.5055.811.83b4.1817.3039.6w(有效Cu)平均值/(mgkg-1)范围/(mgkg-1)变异系数/8.43a2.1717.6880.43.78bc1.666.2440.74.08bc2.107.7749.34.50bc0.639.3274.72.37c0.375.3161.65.15ab1.7218.41107.2w(有效Zn)平均值/(mgkg-1)范围/(mgkg-1)变异系数/17.02ab5.6823.6546.49.02c4.0613.7737.312.38bc4.6128.4770.015.08bc4.8034.0269.415.72b5.7839.5248.025.35a2.8947.6260.61) 每行不同字母表示相关区域重金属平均含量之间存在显著差异（p 0.05）。西北部和西南部各有一个；西北、中南和东南部各有一个Cd超标样点；而Cu超标样点除中部、东北部各分布一个外，东南部有两个样点超标；Pb除东北区域有少数几个样点未超标外，其它各区100超标。可见，西北和东南两区域各重金属超标样点数最多，应引起有关部门的关注。一定区域重金属含量的变异大小，可以反映这一区域重金属元素污染程度的差异7。由表2可以看出，Zn、Cr、Pb、Cd含量以中部区域变异系数（11.823）最小；Cu、Ni、有效Cu、有效Zn则是西北部变异系数最小；而Zn、Cr、Cd与Pb、Ni、有效Zn含量分别以中部和西南部变异最大；Cu、有效Cu含量则是东南部变异最大，变异系数分别高达101.3和107.2。这说明中部区域菜地土壤中的Zn、Cr、Pb、Cd以及西北部土壤中的Cu、Ni、有效Cu、有效Zn各样点间分别存在着污染程度的相似性，而中部土壤中的Zn、Cr、Cd以及西南部土壤中Pb、Ni、有效Zn的污染各样点间却分别存在着极大的差异。对各区域重金属平均含量进行比较；土壤Zn、Cr、Ni、Cd均以西北部最高；土壤全Cu和有效Cu中部含量最高；东北部土壤Zn、Pb、有效Cu含量最低，东南部土壤Cr、Ni含量最低；有效Zn含量却是东南部最高，西北部最低。表3 不同区域菜地土壤重金属污染指数区域项目污染指数ZnCrPbCdCuNi中部n=4范围平均值标准差综合指数0.520.940.750.170.850.380.500.450.050.481.101.251.180.061.220.600.960.790.150.880.532.030.970.711.590.280.710.560.190.64西北部n=12范围平均值标准差综合指数0.291.040.780.240.920.320.940.560.210.771.021.331.170.091.250.462.190.890.431.670.320.970.640.220.820.352.010.820.421.54西南部n=8范围平均值标准差综合指数0.200.820.510.210.680.070.590.360.200.491.021.481.230.181.360.150.760.420.210.610.250.790.530.180.670.082.000.540.631.46中南部n=9范围平均值标准差综合指数0.100.830.380.250.650.120.830.360.240.641.051.281.130.091.210.241.560.590.421.180.220.930.470.220.740.060.720.340.220.56东北部n=20范围平均值标准差综合指数0.120.930.360.200.710.030.790.350.200.610.581.391.070.151.240.230.810.540.170.690.201.130.520.250.880.080.960.430.240.74东南部n=8范围平均值标准差综合指数0.360.870.530.160.720.040.440.260.140.361.021.331.110.091.220.341.030.620.230.850.152.040.670.691.520.100.430.300.120.374.3 不同区域菜地土壤重金属污染评价由表3可知，东莞菜地重金属污染以Pb为最重，各区均受到了轻度Pb污染；Cu污染次之，除中部和东南部处于轻污染级外，西北、中南以及东北部Cu污染也达到了警戒级水平；土壤Cr除西北区域表现为尚清洁外，其它各区均很安全；其次是土壤Zn，仅中部、西北、东北和东南部四大区域含量稍高，达到了警戒级水平。对各区域重金属污染进行综合评价发现，各区综合指数在1.041.44之间，说明各区域均受到了轻度重金属污染。从各区域综合污染指数的比较来看，西北部污染最重，中部和东南部次之，东北部污染最轻，中南部除受到了Pb、Cd轻度污染外，Cu污染还表现为尚清洁，而西南部仅存在Pb、Ni的轻度污染。可见，东莞市菜地土壤重金属的污染存在着污染元素、污染程度的区域分异，这无疑对东莞市有关部门进行菜地的污染控制和治理提出了更高的要求。5 结语 东莞市菜地土壤整体受到了轻度的重金属污染，以西北部污染较为严重，东北部污染最轻。全市Pb污染非常普遍，调查发现，这与东莞市公路网密集以及机动车辆的急剧增加有关。尽管与南京或杭州菜地土壤相比，Zn、Cu、Cd的含量平均值较低，且只有少数样点受到了Zn、Ni、Cd、Cu的污染，但其中有一半的样点超过国家二级标准，可见这部分样点污染已相当严重，需有关部门和当地菜农立即采取措施，以防土壤中的重金属通过食物链进入人体而危害人类健康。鉴于重金属污染物的污染形态以及进入土壤体系的时间对环境质量的评价有着相当大的影响8，我们不难发现，对重金属元素的污染评价仅考虑了其全量的大小是不够的，因而要得到东莞市菜地土壤污染更为系统而科学的评价结果，有待于更深入的研究。参考文献：1 TYLER G, BALSBERG P A M, BENGTSSON G, et al. 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In addition, the contamination status of above-mentioned soils was assessed by means of single and comprehensive pollution index method comparing with