（自然地理学专业论文）上海地区土壤重金属空间分布特征及其成因分析.pdf

摘要 本论文以上海地区为例，选取有代表性的工业、公路、城郊农用土壤为研 究对象，在实地采样分析和资料搜集的基础上，运用地统计和多元统计相结合 的方法，对三种利用类型土壤中重金属的空间分布规律、来源特征、重金属污 染与城市化之间的关系进行系统分析。以期为上海城市土地利用规划，城郊土 壤环境综合整治提供科学依据。主要结论如下： 1 通过对上海三种不同土地利用类型调查研究发现：研究区内的工业、交 通、农业土壤中重金属均有不同程度的累积，并呈现出明显的复合污染趋势； 由于不同利用类型土地受人为活动影响不同，土壤中重金属在累积程度、元素 类型、空间分布等均存在较大的差异。 2 对工业土壤重金属研究表明，研究区三种工业类型土壤中重金属a s 、c r 、 c u 、p b 、z n 、n i 元素，除舡外，各元素均已出现不同程度的累积，污染程度 依次为：印染企业 化工企业 机械制造；通过对比分析不同类型工业土壤重金 属累积情况发现，c r 、n i 来源主要与机械制造和化工等企业污染排放有关：p b 、 c u 、z n 来源主要与印染企业生产过程中污染物的排放有关；a s 含量与背景值 相当，来源可能主要与土壤母质有关。 3 对公路土壤重金属的研究表明，研究区三条公路土壤存在复合污染，污 染程度依次为：桂林路 虹漕南路 富民沙路。对比分析各公路土壤重金属累积 情况发现，p b 、z n 、c u 来源主要受交通活动影响，影响程度依次为p b z n c u ， 其中z n 、p b 在特殊点的污染指数明显高于普通点，车速、刹车等因素对其有较 大的影响；c r 、n i 累积与交通关系不大，来源可能主要与公路周边居民日常生 活中污染物的排放有关；a s 元素含量与背景值相当，各样品超标率最低，来源 主要与成土母质有关。 4 对宝山农用土壤重金属的研究表明，该区农用土壤中重金属已出现不同 程度的累积，各元素超出上海市土壤背景值比例表现为z n c d h g c r p b 、 c u a s ；多元统计和空间分析表明，研究区土壤中c a 和z n 空间分布主要受工 业和交通因子的影响，c r 、c u 空间分布主要受工业活动的影响，p b 空间分布主 要受交通因子的影响，h g 分布与农业污水灌溉关系密切；通过临界值概率等值 线的分布情况可知，c d 、z n 、c r 、c u 、h g 来源以点源为主，p b 来源相对较为 分散。 5 对上海城郊各区城市化水平与农用土壤重金属污染之间的相关分析结果 显示，c u 单因子污染指数、z n 单因子污染指数、综合污染指数三项指标与城市 化水平之间均呈现出显著正相关，呈现典型e k c 特征，p b 单因子污染指数、 c r 单因子污染指数与城市化水平之间的相关性不明显；对e k c 曲线分析表明， 除城市化水平最高的闵行区3 项重金属污染指标已跨越拐点，上海城郊各区农 用土壤重金属污染指标均还未跨越拐点，仍处于e k c 曲线的左侧；相比工业废 水排放量、工业c o d 排放量和全市s 0 2 排放量等污染物跨越拐点的时间，土壤 重金属各污染指标跨越拐点的时间相对滞后。 关键词：上海市；土壤重金属；环境污染；城市化；环境库兹涅茨曲线( e k c ) a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h es h a n g h a ia r e aw a su s e da st h es t u d y i n gc a s e ，t h er e p r e s e n t a t i v eo f t h ei n d u s t r y , r o a d s ，s u b u r b a na g r i c u l t u r a ls o i l sw a ss e l e c t e da st h er e s e a r c ho b j e c t b a s e d0 1 1t h ed a t at h a th a db e e nc o l l e c t e df r o mv a r i o u ss o u r c e sa sw e l la st h es o i l s a m p l e st h a th a db e e nc o l l e c t e do nt h es p o ta n da n a l y z e d ，t h em e t h o d so fc o m b i n i n g t h em u l t i v a r i a t es t a t i s t i c sa n dg e o - s t a t i s t i e a lt o g e t h e ra r ep u ti n t ou s et og i v ea s y s t e m a t i ca n a l y s i so nt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t i e s ，s o u r c 宅c h a r a c t e r i s t i c s ，t h e c o n t a m i n a t i o no ft h eh e a v ym e t a la n dt h ec o n n e c t i o no fu r b a n i z a t i o no ft h eh e a v y m e t a lw h i c ha r eb e l o n gt ot h et h r e ed i f f e r e n tt y p eo fs o i l sm e n t i o n e da b o v e e x p e c tt o p r o v i d es c i e n t i f i cg r o u n d sf o rt h es h a n g h a iu r b a nl a n du s ep l a n n i n ga n dt h e c o m p r e h e n s i v ei m p r o v e m e n to fs u b u r b a ns o i le n v i r o n m e n t t h em a i nc o n c l u s i o n sa r e a sf o l l o w s ： 1 t h er e s u l t so ft h er e s e a r c hi nt h r e ek i n d so fs o i l - u s et y p e so fs h a n g h a is h o w s t h a tt h es o i l su s e df o ri n d u s t r i a l ，t r a n s p o r t a t i o na n ds u b u r b a na g r i c u l t u r a la l lh a v e e m e r g e dan e tc u m u l a t i v et r e n dr e s p e c t i v e l y , a n ds h o w i n gao b v i o u st r e n do f c o m b i n e dp o l l u t i o n s i n c ed i f f e r e n tl a n d - u s et y p e sh a v ed i f f e r e n ti m p a c tf r o m h u m a na c t i v i t i e s ，t h e r ei sab i gd i f f e r e n c ei nt h ea c c u m u l a t i o nl e v e l s ，c l e m e n tt y p e a n dt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no f h e a v ym e t a l si ns o i l s 2 t h er e s u l t so fr e s e a r c hi nt h ei n d u s t r i a ls o i l ss h o wt h a te x c e p ta s ，t h eh e a v y m e t a l so fo r , c u , p b ，z n , n ii ns h a n g h a ii n d u s t r i a ls o i lh a se m e r g e dad r a m a t i c c u m u l a t i v et r e n d ，p o l l u t i o nl e v e l sw e r ea sf o l l o w s ：p r i n t i n ga n dd y l 抽g c h e m i c a l i n d u s t r y m a c h i n eb u i l d i n g b yc o m p a r ew i mt h eh e a v ym e t a lc u m u l a t i o nc o n d i t i o n o fd i f f e r e n tt y p eo fi n d u s t r ys o i l sa sw e l la sa n a l y s i sw eh a v ef o u n dt h a to r , n ia r e m a i n l yr e l a t e dw i t ht h ed i s c h a r g eo fp o l l u t a n t s ，s u c ha sc h e m i c a la n dm e c h a n i c a l m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ；p o l l u t a n t si nt h ep r o d u c t i o np r o c e s so fp r i n t i n ga n d d y e i n ge n t e r p r i s e sm a yb et h em a i n $ o u i c 镫o fp b ，c u , z n ；t h ec o n t e n to fa si s i l l c o n s i s t e n tw i t ht h ec o n t e x tv a l u e ，a n dt h em a i ns o u r c ei sr e l e v a n tw i t hs o i lp a r e n t m a t e r i a l 3 t h er e s u l t so fr e s e a r c hi nt h eh e a v ym e t a l si nt r a f f i cs o i l ss h o w st h a tt h e r eh a v e b e e nc o m b i n e dp o l l u t i o no fs o i l si nt h et h r e er o a d so ft h es t u d y i n ga r e a ，p o l l u t i o n l e v e l sw e r e 勰f o l l o w s ：g u i l i nr o a d h o n g c a or o a d f u m i n s h ar o a d t h r o u g h c o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h et r a f f i cr o a d sf o u n dt h a tp b ，z n ，c uw a sm a i n l ya f f e c t e d b yt h et r a f f i ca c t i v i t y , t h ei m p a c to fh e a v ym e t a l sw e r ea sf o l l o w s ：p b z n c u ；o f t h e s eh e a v ym e t a l s ，t h ep o l l u t i o ni n d e xo fz n ，p bw h i c hi nt h ep a r t i c u l a rp o i n t sw a s s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nn o r m a lp o i n t ；v e h i c l es p e e d ，b r a k i n ga n do t h e rf a c t o r sh a v e ag r e a t e ri m p a c to ni t ；t r a n s p o r th a v el i t t l et od ow i t ht h ea c c u m u l a t i o no f c ra n dn i ， t h es o u r c eo fc r , n im a yb em a i n l yc o n c e r n e dw i t ht h ee m i s s i o n so fp o l l u t a n t sf r o m e v e r y d a yl i f eo ft h er e s i d e n t sl i v ea l o n g s i d et h er o a d ；t h ec o n t e n to fa si sc o n s i s t e n t 嘶廿lt h ec o n t e x tv a l u e ，a n dt h ee x c e e d i n gr a t eo ft h es a m p l e sw e r et h el o w e s t ，s ot h e m a i ns o u r c eo f a si sr e l e v a n tw i t hs o i lp a r e n tm a t e r i a l 4 t h er e s u l t so fr e s e a r c hi nt h ea g r i c u l t u r a ll a n do fb a o s h a nd i s t r i c ts h o w st h a t t h e r eh a sb e e nan e tc u m u l a t i v et r e n di nt h ea g r i c u l t u r a ls o i l s t h ep r o p o r t i o no f h e a v ym e t a l l i ce l e m e n tt h a te x c e e da v e r a g eb a c k g r o u n dv a l u e so fs o i li ns h a n g h a i w e r e 弱f o l l o w s ：z n c d h g c r p b 、c u a s ；c o m b i n i n gm u l t i v a r i a t es t a t i s t i c sa n d s p a t i a ls t r u c t u r ea n a l y s i ss h o w st h a tt h ed i s t r i b u t i o no f c da n dz ni nt h ea g r i c u l t u r a l s o i l sw e r em a i n l ya f f e c t e db yt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fi n d u s t r i e sa n dt r a f f i cf a c t o r s ； t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fc r , c uw e r em a i n l ya f f e c t e db yt h ei n d u s t r i a la c t i v i t i e s ； t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no f p bw a sm a i n l ya f f e c t e db yt h et r a n s p o r tf a c t o r s ：t h e r ei sa c l o s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ed i s t r i b u t i o no fh ga n dw a s t e w a t e ri r r i g a t i o ni n a g r i c u l t u r e ；t h r o u g ht h ep r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o no f c o n t o u rl i n e so ft h ec r i t i c a lv a l u e , i tc a nb ef o u n dt h a tt h ec d , z n , c r , c u , h gc o m em a i n l yf r o mt h ep o i n ts o u r o 嚣o f p o l l u t i o n , b u tt h es o u r c eo f p bi sr e l a t i v e l yd i s p e r s e d 5 t h er e s u l t so fr e s e a r c hi nt h ec o n n e c t i o no fu r b a n i z a t i o nl e v e la n dt h e c o n t a m i n a t i o no fh e a v ym e t a l si ns u b u r b a ns o i l ss h o wt h a tt h er e l a t i v i t yo fz ns i n g l e f a c t o rc o n t a m i n a t i o ni n d e x ，c us i n g l ef a c t o rc o n t a m i n a t i o ni n d e xa n dc o m p r e h e n s i v e i v c o n t a m i n a t i o nl n d e xs h o w so b v i o u sp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t ht h eu r b a n i z a t i o n l e v e l ，p r e s e n tt y p i c a lf e a t u r e so fe k c ，t h er e l e v a n c ea m o n gp ba n dc ri ns i n g l e f a c t o rc o n t a m i n a t i o ni n d e xw i t hu r b a n i z a t i o nl e v e li sn o to b v i o u s ，b u t ，r e s e a r c ho n e k cc u r v ea n a l y s i ss h o w st h a ta l ls u b u r b a nd i s t r i c t sh a dn o tc r o s s e dt h ei n f l e c t i o n p o i n te x c e p t i n gm i n - h a n gd i s t r i c t , t h e ya r es t i l li nt h el e f ts i d eo ft h ee k cc u r v e ； c o m p a r e dt ot h et i m eo fw h i c hi n d u s t r i a lw a s t ed i s c h a r g ev o l u m e , i n d u s t r i a lc o d d i s c h a r g ea n ds 0 2e m i s s i o n sc r o s s e dt h ei n f l e c t i o np o i n t , t h et i m eo fs o i lh e a v ym e t a l p o l l u t i o ni n d i c a t o r sa c r o s st h ei n f l e c t i o np o i n tl a g sl o n gb e h i n d k e yw o r d s ：s h a n g h a ic i t y ；h e a v ym e t a li ns o i l ；e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ； u r b a n i z a t i o n ；e n v i r o n m e n t a lk u z n e t sc u r v e ( e k c ) v 上海师范大学硕士学位论文 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究 成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表 示了谢意。 氢专慨瓤“护 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 “p 也一名：k 足蚊吼m 幻 j ：海师范大学硕上学位论文第一章引言 1 1 研究背景及意义 第一章引言 土壤环境问题是我国可持续发展面临的重要问题，胡锦涛总书记在十七大报 告就促进国民经济又快又好发展，指出保护生态环境对可持续发展的重要性，明 确提出要加大土壤污染防治方面的投入，改善城乡人居环境；温家宝总理在2 0 1 0 年的“人大和政协会议 的政府工作报告中强调，要加强环境保护，积极推进农 业面源污染与重金属污染综合整治等工作；上海中长期科学和技术发展规划纲要 也将土壤污染物筛选与检测，土壤典型化学物质的安全和环境生态风险评价作为 上海中长期科学研究和技术创新的主要任务。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金 属含量明显高于背景含量，并可能造成现存或潜在的土壤质量退化、生态与环境 恶化的现象n 1 。重金属作为一种持久有毒性的污染物，进入土壤环境后不能被微 生物分解；相反，其可以通过吮食、吸入和皮肤接触等途径进入人体，在人体内 积累，直接对人体特别是儿童的健康造成危害。如：汞、砷含量超标，会引起人 体中毒、肝炎以及致畸、致癌、致死，铅超标会引发呼吸道、肾疾病及儿童痴呆， 镉超标会带来生殖、神经方面的疾病等。此外，土壤中的重金属还可通过污染食 物、大气和水环境间接地影响城市生态环境质量和危害人类健康口1 。1 9 5 6 年日本 的“骨痛病”事件，2 0 0 5 年底，韶关冶炼厂引发的镉污染事件；2 0 0 6 年8 月， 甘肃徽县的“血铅超标”事件无不土壤重金属污染有关。 城市土壤作为城市生态系统的重要组成部分，不仅是城市绿色植物的生长介 质和养分供应者，土壤微生物的栖息地和能量来源，城市污染物的汇集地和净化 器，而且是人类生产与生活高度聚集的场所( 据报道，城市1 5 以上的农业产品 来自城郊地区嘲，世界上有超过6 0 的人口居住在城市) ，其质量的好坏直接影响 到人们生活质量和身体健康。二十世纪五十年代以来，随着工业化和城市化的飞 速发展，土壤环境日益恶化；工业、农业、交通、生活等产生的大量污染物通过 各种途径进入土壤，对土壤造成污染。据估测，全世界平均每年排放h g 约1 5 万吨，c u3 4 0 万吨，p b5 0 0 万吨，m n1 5 0 0 万吨，n i1 0 0 万吨h 1 ；目前中国受 i ：海师范大学硕1 ：学位论文第一章引言 污染的耕地面积达2 ，0 0 0 多万公顷，每年受重金属污染的粮食约1 ，2 0 0 万吨，直 接经济损失达2 0 0 多亿元障1 ，在我国农业部对约1 4 0 万公顷的污水灌区进行调查 发现，重金属污染的土地面积占污水灌区面积的6 4 8 ，其中轻度污染占4 6 7 ， 中度污染占9 7 ，严重污染的占8 4 1 。因此，在城市化不断加快、城市人口 不断增加的今天，城市土壤重金属污染及其相应的生态风险评价等诸多研究正成 为全球环境问题研究的热点内容。 目前土壤重金属污染研究主要集中在二方面，一是土壤重金属含量监测和污 染评价，另一方面是土壤重金属污染的预防和修复。重金属污染监测和评价是重 金属污染预防、修复的基础，通过前期对土壤重金属污染监测和评价，全面了解 重金属污染程度、累积特征及污染来源的基础上，可为后面重金属污染预防、修 复方案的制定提供依据，使预防和修复方案具有针对性，从源头上控制重金属污 染，保证土壤及生态环境安全。但由于土壤重金属污染是一个长期逐步积累的动 态过程，重金属污染受土壤母质和人为活动等多方面因素的影响，如何能够较准 确地探明土壤重金属的含量状况、分布特征及污染来源，预测其富集趋势，成为 了土壤重金属污染研究亟待解决的关键问题。我国在土壤重金属污染及评价方面 已经做了大量的研究口叫铂，但从对土壤重金属的空间分布规律、来源特征及累积 趋势的研究来看，总体上还较为薄弱。 上海位于北纬3 1 01 47 ，东经1 2 1 02 9 ，地处太平洋西岸，亚洲大陆东沿， 长江三角洲l ；i f 缘，东濒东海，南临杭州湾，属亚热带季风气候；区境为长江三角 洲冲击平原的一部分，地势平坦，土地面积为6 3 4 0 平方千米。上海境内分布有 多种肥沃的土壤，土壤生产力位居全国前列。经过几十年的发展，已成为我国人 口最多的大城市之一，全市常住人口近2 0 0 0 万人，人口密度达到每平方公里2 9 3 0 人。上海是中国大陆经济最发达的城市之一，据上海2 0 0 7 年统计局资料，上海 土地面积仅占全国0 0 6 ，财政收入占到全国的八分之一，工业总产值占全国的 十分之一；交通发达，截至2 0 0 6 年底，上海公路总里程已达4 2 2 7 公里，公路密 度每百平方公里为6 6 5 公里( 摘自上海交通网) ，为了迎接世博会和建成现代 化的物流中心，上海公路里程数还在不断提高。上海作为国际性大都市，在经济、 工业、交通等方面的发展均位列国内前列，但其在发展过程中带来的环境问题也 同样在国内具有一定的典型性和代表性，特别是土壤环境问题，已成为困扰上海 2 上海师范大学硕士学位论文第一章引言 发展和居民生活的一大难题。近年来，由于上海市对土壤环境的日益重视，已有 研究对上海区域重金属的含量、分布特征、来源等方面作过较多研究n 3 叫8 1 ；但针 对不同土地利用方式引起的土壤重金属污染的研究还比较零散，而且一般采样点 较少，尚未对不同利用方式引起的土壤重金属的空间分布规律、来源特征及累积 趋势形成全面系统地监测和分析。 鉴此，本文以上海地区为例，依据土壤重金属的来源特征及土地利用方式， 选取上海市有代表性的工业、公路、城郊农用土壤为研究对象，在实地采样分析 和资料搜集的基础上，运用地统计和多元统计相结合的方法，对上海市土壤重金 属的空间分布规律、来源特征、重金属污染与城市化之间的关系进行系统分析， 以期为上海城市土地利用规划，城郊农用土壤环境防治提供参考依据。 1 2 国内外研究进展 什么是重金属，目前学术界还没有一个统一的定义。环境科学大辞典将 重金属定义为密度在4 o g c m 3 以上的6 0 种金属，或密度在5 o g c m 3 以上的4 5 种金属；而在环境污染领域，重金属主要指生物毒性较大的汞、镉、铅、铬、砷、 锌、铜、镍等元素，砷是非金属，但是它的毒性及其性质与重金属很相似，因此 砷通常也被列入重金属的研究范畴n 引。 随着工业化和城市化的进一步发展，人为活动成为城市土壤重金属的主要来 源。工业生产，特别是采矿和冶炼业在产生过程中产生的“三废”含大量重金属， 其可以通过干湿沉降、雨水淋洗等途径进入土壤撕剖；其次，汽车尾气排放及轮 胎磨损、城市未经处理的生活垃圾堆放及填埋、家庭燃煤、城市绿化过程中污水 和污泥的使用等1 ，均能使重金属进入土壤环境，对土壤造成污染。目前，关 于土壤重金属污染方面的研究已较多，但关于不同人为活动影响下的土壤重金属 污染方面的报道相对比较零散。结合本论文的研究内容，本文主要从以下4 个方 面综述这领域的研究进展：( 1 ) 城市土壤重金属污染研究进展；( 2 ) 工业用地土 壤重金属研究进展；( 3 ) 交通用地土壤重金属研究进展；( 4 ) 城郊农用土壤重金 属研究进展。 3 j ：海师范人学硕i ：学位论文第一章引言 1 2 1 城市土壤重金属污染研究进展 重金属以其特殊的性质和毒性特征，一直是国内外土壤工作者研究的重点。 早在2 0 世纪7 0 年代，英国就对伦敦等大城市土壤和灰尘中重金属含量开展了研 究，发现土壤重金属污染与工业活动、汽车尾汽的排放密切有关。进入2 0 世纪 9 0 年代以来，随着工业化、城市化水平的进一步提高，城市土壤环境受到众多 学者的关注，而城市重金属污染无疑是研究的重点。如美国、意大利、印度、西 班牙、巴西等国家陟圳的一些城市先后就城市土壤重金属污染进行了研究，对重 金属来源，重金属含量与土壤性质及人类活动的关系，重金属形态及迁移转化规 律等方面进行了较系统的分析和探讨。1 9 8 6 年8 月在德国汉堡举行的第1 3 届国 际土壤学大会上，重金属污染是主要议题，在会上分三个组从不同的角度对土壤 重金属污染和酸化问题进行了讨论；国际土壤联合会设立的“城市、工业、矿山 和交通地土壤工作组自1 9 9 8 年成立以来召开的四次学术会议，其中城市土壤 重金属污染均是重要议题。 我国城市土壤重金属研究始于上世纪9 0 年代，这时期主要集中在对城市郊 区菜地土壤重金属污染调查和评价方面2 侧。进入2 1 世纪，我国城市土壤重金属 研究显著增加，东南沿海经济发达城市和中西部等大城市( 如：南京、北京、杭州、 广州、上海、重庆、太原、乌鲁木齐等) 纷纷开展了对土壤重金属的研究一1 ， 研究对象也从早期的城市郊区菜地土壤扩展到城市绿地、公园、道路交通用地、 工业用地等各类型城市土壤。通过对近几年城市土壤重金属污染报道统计发现， 我国城市土壤普遍受到不同程度的污染，而且污染程度有随时间不断加剧的趋 势。 1 2 2 工业用地土壤重金属研究进展 在各种人类活动中，工业生产活动是导致土壤中重金属增加最重要的因素。 长期以来，我国由于科技和经济欠发达，居民的环境保护意识薄弱，工业生产过 程中产生的废水、废气、废渣未经处理直接排放。其中含有的大量重金属经过自 然的沉降、雨水的淋溶等途径进入土壤，对土壤环境造成污染。 1 2 2 1 工业废水造成的土壤重金属污染 4 上海师范大学硕士学位论文第一章引言 利用生活污水灌溉是古代灌区农业的一项技术，当时由于工业数量很少，生 活污水中的重金属含量还不多，利用污水灌溉不会造成土壤环境污染。但到近代， 随着工业的迅速发展，工业生产过程中产生的污水未经处理直接排入下水道，与 生活污水混合，从而造成污灌区土壤重金属含量逐年增加，特别是在我国北方， 这一现象相当普遍。张勇等对沈阳张士灌区土壤环境调查发现，土壤中c d 、p b 、 h g 污染严重h 7 1 ，杨军等对北京凉凤灌区的调查研究中发现，灌区土壤中h g 、p b 、 c u 、c r 、a s 、n i 、z n 均显著高于背景值，呈现出明显的累积现象，北京市新 河污灌区土壤中c d 含量高达3 2 8m g k g ，远高于国家土壤环境质量二级标 准例。 此外，工业废水被直接排入河流，引用被污染的河水灌溉，从而导致农田污 染。新乡市环境监测资料显示，由于该市每年随污水排入卫河的锌多达1 8 6 吨， 致使原本含锌极低的卫河水锌浓度达到了0 1 2 - 6 0 0m g k g 。d e a c o nj r 对 流经美国西南部的科罗拉多河( c o l o r a d or i v e r ) 上游盆地中河流沉积物中痕量 元素测定发现，由于矿山酸性废水中的重金属被稀释到当地河流中，造成河流中 c u 、z n 、p b 和c r 元素的污染油1 。在对流经亚洲最大露天铜矿( 德兴铜矿) 的乐安 江沉积物的研究发现，该地铜矿开采对乐安江及周围土壤环境产生了严重影响 5 l 】 0 1 2 2 2 工业废气造成的土壤重金属污染 工业生产过程使用的化石燃料中含有大量重金属，例如煤中含有铬、铅、汞 等金属，石油中含有大量的h g 。这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属 随烟尘进入大气，最终会通过干湿沉降而进入周围的土壤环境中，对土壤环境造 成污染。 工业废气造成的土壤重金属污染具有范围大，受风向影响明显的特点。研究 表明，飘尘中的重金属影响范围在主风向可达l o k m ，污染严重时可达1 l o k m 嘲。 南京某合金厂周围土壤中c r 明显高于土壤背景值，c r 污染以工厂烟囱为中心， 影响范围达到1 5 时阳1 。在对俄罗斯一硫酸生产厂周围土壤中重金属元素的污 染及其空间变异后发现，在距烟囱1 - 2k m 外的土壤中仍能监测到高含量的s 、v 和a s 嘲1 。秦岭凤县铅锌矿冶炼厂周边8 个区域土壤中z n 、p b 、c d 、c u 等重金属 元素，在厂区常年主导下风向的土壤中污染程度高于上风向土壤，且污染程度随 5 上海师范大学硕十学位论文第一章引言 着距厂区围墙距离的增加而呈下降趋势汹1 。 1 2 2 3 工业废渣造成的土壤重金属污染 工业生产当中产生的废渣，堆放或处理不当，在日晒、雨淋、水洗等作用下， 重金属极易向周围土壤扩散。沈阳冶炼厂冶炼过程中产生的矿渣主要含z n 和c d ， 1 9 7 1 年开始堆放在一个洼地场所，其浸入液中z n 、c d 含量分别达6 6 x 1 0 3 m g l 一， 和7 5 x 1 0 3 m g l - 1 ，目前已扩散到离堆放场7 0 0 m 以外的区域，重金属污染物质量 浓度是以同心圆状分布嘞1 。武汉市垃圾堆放场、杭州某铬渣堆存区、城市生活垃 圾场土壤中的重金属含量明显高于当地土壤背景值，且在土壤中的含量随堆放距 离的加大，含量有所降低口7 删。 从上面的综述可以发现，目前关于工业土壤重金属污染研究的报道很多，大 体可以分为两类。一是以企业为点污染源，分析随着距离的不同，重金属空间分 布规律、污染元素种类及污染程度的变化规律；另一方面是从面源污染的角度出 发，结合区域土地利用情况，将工矿企业集中的地方作为一功能区，重点对工业 区与其它不同功能区土壤重金属污染分布的差异进行研究。缺少对不同类型企业 影响下，土壤重金属污染在污染物的种类、强度和范围上的对比；对由于不同类 型工业生产过程的差异性，造成的周边土壤重金属污染在含量、分布上的差异性 研究还较少。 1 2 3 交通用地土壤重金属研究进展 机动车尾气排放是城市大气的主要污染源，也是公路两侧土壤重金属污染的 主要来源。汽车燃油、发动机、润滑油和镀金部分的燃烧或磨损能释放出p b 、 c d 、c u 、z r l 等重金属，对公路土壤环境造成影响。随着公路运输业的快速发 展，汽车尾气排放、公路扬尘等环境污染问题日益突出。其中最引人关注的是公 路土壤中的p b 污染，据报道，1 9 9 4 被释放到大气中的p b 多达2 8 3 9 0t ，其中 7 0 来自于交通排放m 。 公路土壤重金属污染主要以p b 、z n 、c d 、c r 、c u 等元素为主，且一般以道 路为中心成条带状分布，污染强度因距离公路、城市以及交通量的大小有明显的 差异。对上海市延安高架两边绿地土壤中重金属调查发现，该区重金属元素p b 、 6 上海师范人学硕士学位论文第一章引言 c d 、c u 、z n 污染严重，分别为上海市土壤背景值的3 6 8 倍、5 3 0 倍、2 8 3 倍 和5 2 5 倍，按单项污染指数评价，p b 、c d 、z n 已形成了重污染呻1 。等对香港 不同交通流量道路两侧土壤的调查发现，路边土壤中p b 、c u 、z n 、f e 、m n 的含 量明显高于非交通线路两侧的土壤，而且各元素含量和交通流量呈显著的正相关 旧1 。吴长年等对沪宁高速公路镇江段公路两侧土壤中重金属研究结果表明，沪宁 高速公路镇江段两侧6 0 m 范围内土壤中c u 、n i 、m n 的含量随车流量的增加而增 大，并且随离公路中心距离的增加而迅速减弱，其扩散范围达1 5 0 m 旧1 。 从上面的综述可以发现，目前国内外在公路土壤重金属的分布、含量、评价 方面做了大量的研究。主要集中在选用典型公路中的某一路段，按垂直路基方向 布点采样，研究随着距路基距离的不同，重金属含量在垂直于路面方向上的含量 及空间分布规律，揭示交通对公路两侧土壤重金属的影响范围及程度。缺乏对城 郊问不同级别公路问，以及同一公路中的不同路段间，由于区位、车流量等不同 而造成土壤重金属在污染程度、元素种类的差异性等方面的研究。 1 2 4 城郊农用土壤重金属研究进展 城郊农用土壤作为城市生态系统的重要组成部分，同时也是城镇居民生存与 发展的物质基础，在快速工业化、城市化过程中，各种人类活动给土壤环境质量 带来了巨大的影响。一方面，城郊农用土壤紧接城市，在城市发展过程中，城郊 地区日益成为了城市生活垃圾、工业“三废”的汇集地，城市生活垃圾和工业“三 废”中含有的大量重金属成为了城郊农用土壤重金属污染的主要来源。另一方面， 作为农用土壤，农药和化肥的施用、不合理的耕作制度也加大了城郊农用土壤重 金属累积的风险。 城郊农用土壤重金属元素含量状况关系到食物安全、土地资源的可持续利用 等重大问题，关于这方面的研究早已受到社会的广泛关。我国也于上世纪9 0 年 代开始了对于城郊农用土壤、蔬菜中重金属污染的研究，目前这方面的研究报道 也很多，主要集中在以下几方面： 1 2 4 1 城郊农用土壤重金属的污染调查 我国城郊土壤重金属污染严重，据报道，全国受重金属污染的耕地面积约 7 上海师范大学硕士学位论文 第一章引言 占耕地总面积的1 5 5 1 ；每年因土壤污染而减产粮食1 0 0 0 万吨。尤其是城郊地 区重金属超标严重，个别地区由于土壤污染造成的粮食含c d 量甚至超过诱发“骨 痛病 的标准。 天津市在1 9 8 5 - 1 9 8 8 年间对郊区菜地土壤的调查表明，土壤中锡、汞元素 的积累明显，分别达到背景值的5 倍和6 0 倍哺7 1 。沈阳市9 0 年代对近郊菜区土壤 及蔬菜进行调查，发现土壤及蔬菜均受到不同程度的污染，土壤h g 超标1 3 7 6 倍，c d 超标3 5 2 倍，而蔬菜中则不同程度的受到p b 、h g 、z n 、c d 的污染旧一。 福州和重庆市也都存在着不同程度的土壤重金属污染问题例。戴军等人1 9 9 5 年 报道，广州市约9 5 的菜区土壤受重金属污染，其中c d 、p b 和a s 的含量分别 为广东省土壤背景值的2 7 7 、2 9 7 和1 4 0 倍口。沈阳市菜田土壤重金属含量与 其土壤背景值相比，c d 、p b 、z n 平均值分别为背景值的7 0 6 、3 9 6 和3 8 7 倍盯船。 由此可见，我国城郊农用土壤己受到重金属的污染。 1 2 4 2 城郊农用土壤重金属的时空分布研究 土壤重金属污染是一个动态的累积过程，目前关于重金属的污染研究主要集 中在污染状况的调查分析，就土壤重金属动态累积过程的研究还少有报道。 有研究者分别对1 、5 、8 、1 1 年棚龄的蔬菜大棚0 - 4 0a m 土壤中重金属含量 调查发现，同一使用年限的蔬菜大棚土壤中重金属元素含量差异很小，不同年限 大棚间重金属含量差异较大，而且多数土壤重金属含量随大棚使用年限的延长而 有所增加口羽。房世波等研究发现，由于近郊菜地的耕作时间相对于郊区和农区长， 导致近郊菜地表层和次表层土壤中重金属含量均要显著高于郊区和农区m 1 。张乃 明等对太原污灌区土壤和作物中重金属污染研究发现，该区土壤中c d ，p b ，c r 含量均呈现逐年累积上升的趋势m 1 。北京市灌区土壤重金属含量与1 9 7 5 年相比， h g 、p b 、c u 等元素分别增加了1 1 4 、4 0 、2 6 ，表现出明显的上升趋势m 1 。 土壤重金属纵向分布的研究表明，重金属进入土壤后，由于土壤对其的吸附 作用，不易向下迁移，各重金属元素主要积累在土壤耕作层o - 2 0 c m 的土层中， 尤以o - l o c m 的表层为最高m ，咖。张民等对我国菜地土壤中重金属分布研究发现， 研究区重金属c u 、p b 、z n 在菜地土壤剖面中的分布以表层含量最高，向下逐渐 减少嗍。丁中元的研究也表明，土壤中重金属( c u 、p b 、c d ) 主要富集在土壤耕作 目嗍 废o 8 上海师范大学硕士学位论文第一章引言 土壤重金属纵向分布的研究中表明，农用地土壤重金属污染程度和空间分 布，与土地利用方式、土地集约利用程度、工业企业类型及分布之间存在很强的 关联性。周生路等对江苏典型区域农用土壤重金属污染研究发现随：由于六合一 八卦洲南部处于大型化工园区的下风向，重金属污染物随烟尘排出，顺风向迁移 至该地区，致使区域内农用土壤重金属c d 、c u 、p b 、h g 、a s 含量在南方明显高 于北方；受工矿企业分布的影响，宜兴市农用地土壤重金属综合污染指数在西北 部出现高值区，c d 、c u 、n i 单个元素污染指数西北部高于东南部，从西