保定市城-市绿地土壤重金属污染评价

河北农业大学 本 科 毕 业 论 文 题 目 保定市城市绿地土壤重金属污染评价 学 院 林学院 专业班级 生态学 0901 班 学 号 12 学生姓名 张越 指导教师姓名 屈宇 指导教师职称 副教授 二零一三 年 六 月 七 日 保定市城市绿地土壤重金属污染评价保定市城市绿地土壤重金属污染评价 摘要摘要 土壤重金属污染 1 是指由于人类活动 土壤中的微量有害元在土壤中的含量超过背景 值 过量沉积而引起的含量过高 统称为土壤重金属污染 污染土壤的重金属主要包括 Cd Cu Zn Ni Cr 和 Pb 等生物毒性显著的元素 主要来自农药 废水 污泥和大气 沉降等 如汞主要来自含汞废水 镉 铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降 砷则被大量 用作杀虫剂 杀菌剂 杀鼠剂和除草剂 过量重金属可引起植物生理功能紊乱 营养失调 镉 汞等元素在作物籽实中富集系数较高 即使超过食品卫生标准 也不影响作物生长 发 育和产量 此外汞 砷能减弱和抑制土壤中硝化 氨化细菌活动 影响氮素供应 重金属污 染物在土壤中移动性很小 不易随水淋滤 不为微生物降解 通过食物链进入人体后 潜在危 害极大 应特别注意防止重金属对土壤污染 关关 键键 词词 城 市 绿 地 重 金 属 污 染 评 价 污 染 危 害 BaodingBaoding citycity greengreen landland evaluationevaluation ofof soilsoil heavyheavy metalmetal pollutionpollution Summary Summary 1 refers to soil heavy metal pollution due to human activity trace harmful content in the soil than from the soil background value caused by excessive deposition of content is exorbitant collectively known as the soil heavy metal pollution Mainly includes the pollution of soil heavy metal Cd Cu Zn Cr and Pb have significant biological toxicity of elements Mainly from pesticides and atmospheric sedimentation wastewater sludge and so on such as mercury mainly from wastewater containing mercury cadmium lead pollution emissions come mainly from smelting and automobile exhaust gas subsidence arsenic is widely used as a pesticide fungicide and rodenticide and herbicides Excessive heavy metals can cause plant physiological dysfunction malnutrition cadmium mercury and other elements in crop seeds enrichment coefficient is higher even more than the food hygiene standards also does not affect crop growth development and production Also mercury arsenic can weaken and the inhibition of nitrification in soil ammoniation bacteria activity effect of nitrogen supply Heavy metal pollutants in soil mobility is very small not easy with the water leaching not for microbial degradation through the food chain enter human body the potential harm is great should pay special attention to prevent heavy metal pollution to soil KeyKey words words the city green land Heavy metal Pollution appraisal Pollution hazard 城市绿地是指用以栽植树木花草和布置配套设施 基本上由绿色植物所覆盖 并赋以一定 的功能与用途的场地 城市绿化能够提高城市自然生态质量 有利于环境保护 提高城市 生活质量 调试环境心理 增加城市地景的美学效果 增加城市经济效益 有利于城市防 灾 净化空气污染 重金属是城市绿地土壤中十分重要的污染物 它不仅对绿地植物的生 长产生抑制作用和毒害作用 而且可以通过扬尘或者直接接触对人类 特别是儿童的健康 造成危害 2 还可通过污染食物 大气和水环境等间接地影响城市环境质量和危害人 类健康 因此 对城市绿地土壤重金属污染进行评价 对于维持城市生态系统的稳定和 城市居民的健康具有十分重要的意义 已有研究表明 重金属在土壤中的分布受到交通 城市生活垃圾堆放 工业三废排放 污水灌溉等多方面的影响 3 4 因此不同地区 之间重金属的种类及分布特征差异很大 重金属污染的预防和修复工作提供科学依据 也为探讨重金属在城市绿地土壤中的分布特征提供参考 1 1 研究区概况研究区概况 保定市位于太行山东麓 冀中平原西部 北纬 38 10 40 00 东经 113 40 116 20 之间 地处暖温带 属大陆性季气候 四季分明 年均气温为 12 4 海拔最高 点 30m 最低点为 17 1m 年平均降雨量 575 4mm 土壤类型主要为潮褐土 辖区总 面积 22113km2 其中市区面积 333 35km2 京广铁路 京广公路 京深高速公路纵贯市区 11 纵 7 横主干道交织 其中成网状体系 城市中心为商业区 东北部为科教文化 区 西北部为工业区 2007 年城市建成区绿化覆盖面积 4212 73hm2 公共绿地面积 397 72km2 覆盖率 6 38 人均公共绿地面积 7 57km2 2 2 土壤样品采集和评价方法土壤样品采集和评价方法 2 12 1 样品采集样品采集 按照绿地划分方法 把保定市城市绿地划分为道路绿地 公园绿地 附属绿地 防护绿地 生产绿地 5 个绿地类型 采用网格采样法 网格采样法 按一定规则网格 方形 矩形或 菱形 进行的采样 对于物质分布不均匀的地质体或土壤覆盖区 格子采样法基本能够有效 地反映总体的物质分布特征 土壤测量和部分岩石测量仍采用这种方法 研究对象是单向延 长的 如接触带或蚀变带 一般采用长方形格子 但要特别注意布线的方向 对于接近等轴状 的研究对象 采用方形格子是合理的 实际工作中希望有三个以上点落在研究对象内 便于 圈出异常 所以格子密度比计算值要密 采样点可以落在格子的交点处 也可以落在格子内 中心点上 有时在格子内随机采集几个样混合为一个样落在格子的中心点上 在每个代表 区域设 15 个点 采样深度为 0 30cm 左右的表层土壤 对各点采集的试样混合后 反复按 四分法弃取 收集 1kg 样品带回实验室 将所采集土壤样品混匀后用继续用四分法缩分至 约 100g 缩分后的土样经风干 自然风干或冷冻干燥 后 除去土样中石子和动植物残体 等异物 用木棒 或玛瑙棒 研压 通过 2mm 尼龙筛 除去 2mm 以上的砂砾 混匀 用 玛瑙研钵将通过 2mm 尼龙筛的土样研磨至全部通过 60 目 孔径 0 25mm 尼龙筛 混匀后 备测 2 22 2 分析方法分析方法 土壤样品用酸处理后 铅 镉用石墨炉原子吸收光谱法 锌 汞用原子荧光光谱法 铜 铬用 X 荧光光谱法 5 原子吸收光谱法 是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共 振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法 是一种测量特定气态原子对 光辐射的吸收的方法 原子荧光光谱法 处于气相的原子蒸气适当吸收光源辐射后 又重新激发出具有荧光形式 的光谱特征 根据其特征及强度 确定化学元素及含量的方法 吸收和再次发射的波长可 以相同也可以不同 X 荧光光谱法 当照射原子核的 X 射线能量与原子核的内层电子的能量在同一数量级时 核的内层电子共振吸收射线的辐射能量后发生跃迁 而在内层电子轨道上留下一个空穴 处于高能态的外层电子跳回低能态的空穴 将过剩的能量以 X 射线的形式放出 所产生的 X 射线即为代表各元素特征的 X 射线荧光谱线 其能量等于原子内壳层电子的能级差 即 原子特定的电子层间跃迁能量 只要测出一系列 X 射线荧光谱线的波长 即能确定元素的 种类 测得谱线强度并与标准样品比较 即可确定该元素的含量 2 32 3 评价方法评价方法 土壤重金属单因子污染评价采用国家土壤环境质量中的 2 级标准作为评价标准 评价方法 采用单因子污染指数法 污染指数 用数学公式归纳环境的各种质量参数 并以简单的数 值综合表示环境污染的程度或环境质量的等级 计算公式 式中 Si 为土壤中污染物 i 的单因子污染指数 Xi 为土壤中污染物 i 的实测数据 Ai 为 污染物 i 的评价标准 单因子污染程度按单因子污染指数 Si 的大小划分 非污染 S 1 轻度污染 1 Si 中度污染 2 重度污染 Si 3 6 2 3 土壤重金属污染等级划分以要素污染指数计算为基础 要素污染指数的计算方法为 1 式中 Sj 为土壤全部参评因子污染指数 Si 1 的和 若全部参评因子的 Si 1 则 Sj 记为 1 n 为 Si 1 的污染数目 土壤重金属污染等级划分采用土壤重金属污染指数值与单因子 最大污染原则相结合的方法进行 具体做法就是按土壤污染指数大小进行土壤重金属污染 等级初评 土壤重金属污染等级划分标准 7 如表 1 土壤污染指数指导性 S 值壤重金属污染等级 Sj 1 0 非污染 n 1 0 Sj 2 5 轻度污染 l 2 5 Sj 7 0 中度污染 m Sj 7 0 重度污染 h 表 1 3 3 结果与分析结果与分析 3 13 1 土壤重金属元素标准值土壤重金属元素标准值 土壤环境质量的评价标准常采用国家土壤环境质量标准 区域土壤背景值或部门 专业 土 壤质量标准 为了更准确反映保定市不同绿地土壤重金属的实际污染程度 本次试验各评 价指标中重金属元素的参比值采用河北土壤标准值 8 见表 2 表 2 河北省土壤重金属元素环境标准值 Xi 指标 CuZnNiCrPbCd 重金属背 景值 mg kg 21 878 430 8 68 3 21 50 094 3 23 2 保定市不同绿地土壤重金属含量保定市不同绿地土壤重金属含量 保定市不同绿地土壤中重金属的含量均不相同如表 3 绿地类型 CuZnNiCrPbCd 道路绿地 30 3461 3424 3558 3715 890 61 公园绿地 18 7246 0927 4361 515 080 25 附属绿地 17 5446 8925 2963 295 140 21 防护绿地 32 06100 4431 5757 347 350 54 生产绿地 18 9145 9628 4853 826 060 17 均值 23 5160 1427 4258 877 900 35 表 3 重金属含量 mk kg 采用 SPSS11 5 软件中的 ANOVA 进行差异显著性分析 运用 Excel 2007 进行数据处理并绘 图如下列图 按不同绿地划分 CuZnNiCrPbCd 0 20 40 60 80 100 120 防护绿地 标准值 图 1 从图 1 可以看出防护绿地中重金属 Pb 含量相对最低 约仅为土壤重金属含量标准值的 1 3 应该未对防护绿地造成污染 重金属 Ni Cr 的土壤含量基本和土壤重金属含量标准 值持平 重金属 Ni 含量略高于土壤重金属含量标准值 重金属 Cr 含量略低于土壤重金属 含量标准值 对防护绿地影响不明显 重金属 Cu Zn Cd 的含量明显超出土壤重金属含量 的标准值 其中重金属 Cd 超出的最为明显 达到 0 54mg kg 是土壤重金属含量标准值的 5 76 倍 对防护绿地造成污染严重 CuZnNiCrPbCd 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 生产绿地 标准值 图 2 从图 2 可以看出生产绿地中重金属 Zn Cr Pb 的含量明显低于土壤重金属含量标准值 分 别约仅为土壤重金属含量标准值的 4 7 4 5 1 3 未对生产绿地造成污染 重金属 Cu Ni 的含量接近土壤重金属含量标准值对生产绿地影响不明显 重金属 Cd 的含量明显 高于土壤重金属含量标准值达到 1 7mk kg 是土壤重金属含量标准值的近 1 8 倍 对生产 绿地污染严重 CuZnNiCrPbCd 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 附属绿地 标准值 图 3 从图 3 可以看出附属绿地中重金属 Zn Pb 的含量明显低于土壤重金属含量标准值 约仅为 土壤重金属含量标准值的 1 2 1 4 未对附属绿地造成污染 重金属 Cu Ni Cr 的含量接 近土壤重金属含量标准值 对附属绿地污染不明显 重金属 Cd 的含量明显高于土壤重金属 含量标准值达到 0 21mg kg 是土壤重金属含量标准值的 2 2 倍 对附属绿地污染严重 CuZnNiCrPbCd 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 公园绿地 标准值 图 4 从图 4 可以看出公园绿地中重金属 Zn Pb 的含量明显低于土壤重金属含量标准值 约仅为 土壤重金属含量标准值的 1 2 1 4 未对公园绿地造成污染 重金属 Cu Ni Cr 的含量接 近土壤重金属含量标准值 对公园绿地污染不明显 重金属 Cd 的含量明显高于土壤重金属 含量标准值达到 0 25mg kg 使土壤重金属含量标准值的 2 6 倍 对附属绿地污染严重 CuZnNiCrPbCd 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 道路绿地 标准值 图 5 从图 5 可以看出道路绿地中重金属 Zn Ni Cr Pb 的含量都只是接近土壤重金属含量标准 值 对道路绿地污染不明显 重金属 Cu Cd 的含量明显高于土壤重金属含量标准值 达到 30 34mk kg 0 61kg kg 是土壤重金属含量标准值的 1 39 7 83 倍 对道路绿地污染严 重 按重金属种类划分 道路绿地 公园绿地 附属绿地 防护绿地 生产绿地均值标准值 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 Cd mg kg 图 1 从图 1 可以看出五种绿地中重金属 Cd 含量都高于土壤重金属含量标准值 其中道路绿地和 防护绿地中重金属 Cd 的含量明显高于标准值 公园绿地 附属绿地 生产绿地中重金属 Cd 含量略高于土壤重金属含量标准值 保定市绿地中重金属 Cd 的均值含量远高于土壤重 金属含量标准值 说明保定市绿地普遍受到重金属 Cd 的污染严重 道路绿地 公园绿地 附属绿地 防护绿地 生产绿地均值标准值 0 5 10 15 20 25 Pb mg kg 图 2 从图 2 可以看出五种绿地中重金属 Pb 的含量都低于土壤重金属含量标准值 道路绿地中重 金属 Pb 含量稍高但仍低于土壤重金属含量标准值 保定市绿地中重金属 Pb 的均值含量低 于土壤重金属含量标准值 说明保定市绿地土壤受重金属 Pb 的影响很小 道路绿地 公园绿地 附属绿地 防护绿地 生产绿地均值标准值 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Cr mg kg 图 3 从图 3 可以看出五种绿地中重金属 Cr 的含量都低于土壤重金属含量标准值且含量基本与土 壤重金属标准值相当 保定市绿地中重金属 Cr 的均值含量低于土壤重金属含量标准值 说 明保定市绿地土壤受重金属 Cr 的影响较小 道路绿地 公园绿地 附属绿地 防护绿地 生产绿地均值标准值 0 5 10 15 20 25 30 35 Ni mg kg 图 4 从图 4 中可以看出五种绿地中只有防护绿地中重金属 Ni 含量高于土壤重金属含量标准值 其余四种绿地中土壤重金属 Ni 含量都未超过土壤重金属含量标准值 保定市绿地中重金属 Ni 的均值含量低于土壤重金属含量标准值 说明保定市绿地受土壤重金属 Ni 的污染一般 道路绿地 公园绿地 附属绿地 防护绿地 生产绿地均值标准值 0 20 40 60 80 100 120 Zn mg kg 图 5 从图 5 中可以看出五种绿地中只有防护绿地中重金属 Zn 含量高于土壤重金属含量标准值 其余四种绿地中土壤重金属 Zn 含量都未超过土壤重金属含量标准值 保定市绿地中重金属 Zn 的均值含量低于土壤重金属含量标准值 说明保定市绿地受土壤重金属 Zn 的污染一般 道路绿地 公园绿地 附属绿地 防护绿地 生产绿地均值标准值 0 5 10 15 20 25 30 35 Cu mg kg 图 6 从图 6 中可以看出五种绿地中道路绿地和防护绿地中重金属 Cu 含量高于土壤重金属含量标 准值 其余三种绿地中土壤重金属 Cu 含量都未超过土壤重金属含量标准值 保定市绿地中 重金属 Cu 的均值含量高于土壤重金属含量标准值 说明保定市绿地受土壤重金属 Zn 的污 染较严重 3 33 3 保定市不同绿地重金属污染现状评价保定市不同绿地重金属污染现状评价 以河北土壤标准值为基础 计算土壤重金属单因子污染指数表 4 单因子污染指数 绿地类型 CuZnNiCrPbCd 要素污染 指数 道路绿地 1 390 780 790 850 746 497 83 公园绿地 0 860 590 890 900 242 612 61 附属绿地 0 800 600 820 930 242 232 23 防护绿地 1 471 281 030 840 345 769 55 生产绿地 0 870 590 920 790 281 771 77 均值 1 080 770 890 860 373 77 从表 4 可以看出五个绿地类型受到重金属 Cd 的污染最严重 单因子污染指数分别达到了 6 49 2 62 2 23 5 76 1 77 从数据可以看出道路绿地和防护绿地受重金属 Cd 的污染 尤为突出 其次污染保定市绿地较严重是重金属 Cu 单因子污染指数均值达到 1 08 道路 绿地和防护绿地单因子污染指数更是达到 1 39 和 1 47 保定市绿地受重金属 Pb 的影响最 小 单因子污染指数均值仅为 0 37 同时保定市绿地受重金属 Zn Ni Cr 的影响也较小 单因子污染指数均值仅为 0 77 0 89 0 86 但是其中防护绿地中重金属 Zn 和 Ni 的含量 超过了土壤重金属含量标准值 以要素污染指数为基础结合表 1 和表 4 数据可知 道路绿 地和防护绿地属于重度污染绿地 公园绿地属于中度污染绿地 生产绿地和附属绿地属于 轻度污染绿地 因此保定市绿地重金属污染状况由重到轻排序为防护绿地 道路绿地 公 园绿地 附属绿地 生产绿地 4 4 总结概括总结概括 1 保定市绿地土壤主要的重金属污染因子为重金属 Cd 其次是重金属 Cu Zn 和 Ni 重金属 Cr 和 Pb 污染较小 不同绿地类型壤中重金属的含量各不相同 受污染程度也不同 道路绿地主要受重金属 Cd 和 Cu 的污染 受重金属 Zn Ni Cr 和 Pb 的污染较小 生产绿 地 公园绿地和附属绿地主要受重金属 Cd 的污染 受重金属 Zn Cu Ni Cr 和 Pb 的影响 较小 防护绿地主要受重金属 Cd Cu Zn 和 Ni 的污染 受重金属 Pb 和 Cr 的污染较小 2 根据要素污染指数因子五种绿地受污染状况由重到轻依次为 防护绿地 重度污染 Sj 7 道路绿地 重度污染 Sj 7 公园绿地 中度污染 2 5 Sj 7 附属绿地 轻度污染 1 0 Sj 2 5 生产绿地 轻度污染 1 0 Sj 2 5 当前 世界各国很重视对重金属污染治理方法研究 并展开广泛的研究工作 农业专家建 议 遏制土壤重金属污染应推广土壤修复治理技术 政府相关部门更要加强对于工业废水 废气 矿业固体废弃物等综合治理和利用 积极发展高效 低毒 低残留增施有机肥 并 禁用化学农药 让土壤全面修复 参考文献 1 苏金明等编 MATLAB 工程数学 北京 科学出版社 2005 2 Angle CR Marcus A Cheng I H eta1 Omaha child 一 13 hood blood lead and environmental lead alineartoalex posure model J EnvironmentalResearch 1984 35 160 170 3 4 卢瑛 龚子同 张甘霖 等 南京城市土壤重金属含量及其影响因素 J 应 用生态学报 2004 15 1 123 126 5 国家环境保护局国家土壤测定标准 S 北京 中国标准出版社 1997 6 魏秀国 何江华 王少义 等 广州市菜园土和蔬菜中重金属含量水平及污染评价 土壤与环境 2002 11 2 129 132 7 谢卫国 湖南省耕地地力调查与质量评价 长沙 湖南人民出版社 2006 84 86 8 中国环境监测总站 中国土壤元素背景值 M 北京 中国科学出版社 1990 9 赵卓亚 志刚等 保定市城