京郊不同剖面土壤重金属的分布与迁移.docx

1、第30卷第6期2007年11月Vol.30No.6Nov.2007河北农业大学学报JOURNALOFAGRICULTURALUNIVERSITYOFHEBEI文章编号：1000-1573(2007)06-0011-05京郊不同剖面土壤重金属的分布与迁移马智宏微，王纪华2。，陆安祥占，潘瑜春2,王北洪"，闵顺耕】（1.中国农业大学、北京100094；2.国家农业信息化工程技术研究中心，北京100097;3.北京市农林科学院农产品质fit与农田环境分析检测中心，北京100097）摘要：通过对北京东南郊区3种种植方式下的土壤剖血或金属元素的调查分析，获得了不同种植模式下剖而更金属元索的空间

2、分布特征。结果表明：不同种植模式卜.各削面土层中铅、铜、镉和铭的空间分布不同.菜地剖面上层互金属含址较高，其土壤收金属污染程度深；垂直分布重金属元素含虽随士壤深度呈降低趋势.并在一定深度低于背景值。由于污染元素的址和迁移速度不同，在不同土层积累状况不同.以镉的应层富集趋势鼓为明显。关键词：土壤；制面；电金属；分布中图分类号：S153.6*1文献标识码：ADistributionandtransferofmainheavymetalsindifferentsoilsectioninBeijingsuburbMAZhihong1,2,WANGJi-hua2,3,LUAn-xiang2,3,PANY

3、u-chun2,WANGBei-hong2,3,MINshun-geng1(1.ChinaAgriculturalUniversity.Beijing100094,China;2.NationalEngineeringResearchC'enterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China;3.CenterforAgri-ProductsandEnvironmentQualityAnalysis,lieijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,Beijing10009

4、7,China)Abstract：Thespatialdistributionofheavymetalsatdifferentdepthintheverticalsectionunder3differenttypesofplantmodelswasanalyzedinthesoutheastsuburbofBeijing.Underdifferentcultivationsystems,Pb,Cu,CdandCrshoweddifferentdistributionpatternindifferentsoillayer.Theheavymetalcontentswerehighinthetop

5、soilofvegetableland,suggestinghighriskoftheheavymetalcontamination.Thecontentsofheavymetalsdecreasedwiththesoildepthintheverticalsection.Someheavymetalcontentatcertaindepthislowerthanthatofbackground.Thetransferspeedandquantityofdifferentheavymetalsvarywithdifferentsoillayers.Thesedimentsofdifferent

6、metalsvarywithdifferentlayers,withCdconcentratedmostheavilyatthetopsoil.Keywords:soil；section;heavymetals;distribution对于农业生产的载体土壤本身而言，其受污染具有不可逆性、隐蔽性和后果的严重性，不但会影响土壤本身的理化性质，对生态环境和人类的生存健康都具有较大的威胁重金属的污染问题早在20世纪70年代就引起国内外广泛的关注我国许多省份对农用土地的重金属含址也进行了大故收稿日期：2007-05-01基金项目：北京市自然基金（4061002）;农业部“引进国际先进农业科学技术”专项

7、基金项目（2006-G63）；北京市科委项目“北京市科技能力创新建设项目”作者简介：马智宏（1970-）,女，内蒙古人，在职博上，高级农艺师，北京农业信息技术研究中心实验室主任.通讯作者：闵顺耕（1963-）,男，教授.中国农业大学理学院农产品安全专业博士生导师.的调查和分析-4'6IO由于近年来土地利用的多样性和投入物资的多变性，以及投入物资中污染元素的种类和量的变化，使得不同土壤受到污染的诃变性增加，如城市垃圾农用、污水灌溉、不合格肥料使用等,使得不同土壤剖面中元素分布和迁移的不规律性增加，尤其是菜地、果园等高投入农业，其有昏物质引入的风险性由于种植管理措施的单一化而加深，重金属残

8、留和向F迁移问题也日益突出并引发了土壤环境质量的恶化。因此.制定和执行严格的农业投入物资的国家和行业标准，加范、合理、有效地使用肥料和农药，对于保护农业环境、保障农产品安全具有重要意义。1996年以来北京地区陆续将大田作物种植区转换成蔬菜种植区，果树种植区等，作物种植面积不断减少，使得土壤质版变化向多元性发展,本文重,&选取r不同种植模式下的不同投入的土壤剖面，研究几种重金属的分布特征，进一步反映近年来京郊土壤污染的多元化历程和趋势，为减缓和预防土壤污染提供参考。1材料与方法1.1样品的采集选择北京东南部郊区的自然村（E116°32116°3S；N39°4

9、O39°43）为调查研究对象.该村位于永定河冲积平原地区，土地面积141hn?,耕地110hm2,为第四纪覆盖物地区，地势较低，地下水源丰富，土壤有机质含量为1.7%左右,土壤（由北向南）为潮沙土、二合土、中盐二合土，保肥能力较强。该村1995年以前耕地全部为小麦和玉米轮作.1995年后部分耕地陆续转变为林地、菜地。菜地投入高，一年四季均生产不同蔬菜，农事活动频繁.有机肥与化肥使用较多；大田作物种植与林地管理粗放，大田作物主要是冬小麦和青贮夏玉米，农事活动和农药、肥料投入少。在三种土地管理模式下选取了5个剖面进行分析，其中削面1、2为蔬菜地，转型时间相差5年；剖面3为林地，剖面4、5

10、为大用。每个剖面取样深度最深为4m,部分样点2m以F出现地下水，以出水层土样为取样的F层。样品采后塑封袋封存，返回后立即风干。1.2样品的处理与分析将风干后的样品混匀，用木棒擀碎，除去石砾与植物残体，使之全部通过18目尼龙筛，用四分法除去多余样品，进一步擀碎，过100目尼龙筛。密封保存。元素的测定采用硝酸、高氯酸、氢氟酸压力罐法消解,0.5%稀硝酸定容15mL,铅、铜、铭元素用美国热电SolaarM6原子吸收火焰法测定，镉用石墨炉法测定，结果以风干基表示。2结果与分析2.1不同种植管理模式对剖面土填金属元素水平分布的影响对选取的5个剖面4种元素的分析结果表明.不同元素在不同种植模式F的剖面中含

11、觅有一定差异。铅在不同剖面分布明显不同（见表1）,90cm以上土层中林地（剖面3）各层铅含量高于其他剖面，3060cm±层不同剖面间铅的变异系数最大，若以大由种植类型土壤（剖面4、5）作对照，菜地（剖面1、2）与林地匕层土中铅含址增加，说明不同种植管理模式对该层土壤中铅含坦影响很大;在90250cm土层中各剖面铅的变化较小,说明人类活动对该层铅含量影响非常小,250cm以下剖面间铅的变异系数升高主要受地质差异、地F水位差别等因素影响。表1不同剖面Pb含量Table1Plumbumcontentinsoilsectionmg/kg土四cmSoillayer剖面1Section1剖面2S

12、ection2剖面3Section3剖面4Section4剖面5Section5平均Average变异系数CV03019.719.122.018.217.919.0830-6017.916.321.515.916.117.914609015.914.9!7.614.515.615.199015014.012.615.714.616.115.29150-20012.212.113.913.613.712.910200-25010.010.811.510.610.76250-3008.811.513.8«.O10.52530035010.09.0一一350-40011.7马智宏等：京郊不

13、同剖面土壤重金属的分布与迁移13铜是-些植物生长的必需元素之一，但土壤中含量过高也会影响植物发育和人类食用的安全性。剖面1和剖面2（菜地）上层土中含士明显高于其他剖面的上层，剖面3（林地）和剖面4、5（大田）上层含段差异不明显.不同剖面间的变异系数较大（表2）,若以大由作对照，菜地削面含量高，与其差异大，说明人为农事活动对上层铜的含址和分布影响很大，越是高投入的地块，表层至90cm土壤Cu含量越高。但在90-150cm土层上各剖面间差异不大，变异系数达最低.说明此层土壤中铜含址受人为因素和作物因素影响最低，之后各剖面铜含量又出现了不同的变化，变异系数增加，可能与土壤成土母质、地下水位和植物根系

14、的吸收有关（林地根系分布较深,90-250cm土层中含量最低）。表2不同剖面Cu含置Tabic2Coppercontentinsoilsectionmg/kg土层/cm制面1剖面2浏面3削面4剖面5平均变异系数/%CVSoillayerSection1Section2Section3Section4Section5Average03039.127.124.223.523.727.522430-6025.223.826.718.922.224.341860-9030.115.921.218.219.720.041790-15018.717.516.717.618.617.785150-20018

15、.416.411.517.220.416.782()20025010.711.010.76.99.82520250-30()8.64.55.74.35.775343003508.43.9一350-4006.5镉在土壤中的分布主要是背景值和人类污染源的引入造成的，各剖面030cm土层镉的变异系数最大（见表3）,达114%030-60cm以下的各剖面中镉含量均低于背景值，各剖面间变异小，说明镉的含龈主要受农业物资投入的影响大，且自然迁移慢，主要在上层土中富集。削面中富集程度与管理模式相关，蔬菜种植区由于农业物资投入大，富集程度最高，而大田由于经营粗放，化肥农药投入少，仍保持在背景值的水平，基本未受

16、到镉的污染。表3不同剖面Cd含置Table3Cadmiumcontentinsoilsectionmg/kg土层/cmSoillayer剖面1Section1削面2Sscction2剖面3Scclion3利面4Section4剖面5Section5平均Average变异系数/%CV0300.4440.1350.1030.0380.0720.15?T14-30600.0500.0390.0340.0310.0380.0382260-900.0410.0360.0340.0340.0330.0369901500.0360.03().()2«0.0350.0300.0321215020()

17、0.0290.030.0260.0260.027().0287200-2500.0260.0260.0200.0210.02314250-3000.023().0210.0250.022().02383003500.0210.021一3504000.020铭在各剖面间变异系数小（见表4）,各剖面含影响较小，深层土中铭的变异系数增加，可能是由于堆均低于北京地区土壤背景值平均值（68.1）,说明地质差异造成的，与人类的农事活动关系不大。农业投入的物资中该元素含量低，对土壤中铭含量mg/kg土层/cmSoillayer剖面1Section1剖面2Section2剖面3Section3削面4Secti

18、on4制面5Section5平均Average变异系数/%CV03059.665.366.757.160.061.8730-6057.558.260.254.458.557.7460-9058.951.962.151.357.756.499015049.450.859.554.756.056.1815020057.858.646.759.960.356.711200-25043.357.851.944.651.413250-30043.565637.352.642.81830035037.048.235040034.514河北农业大学学报第30卷表4不同剖面Cr含量和分布变化Table4Chr

19、omiumcontentinsoilsection2.2不同种植管理模式对土壤元素迁移（垂直分布）的影响由于不同种植模式下的投入不同、元素在土壤中的迁移特性和被植物吸收利用不同，各元素在土壤中的分布规律存在一定的差别（图14）。铅在土壤中的分布由上至下呈平缓降低趋势，在90cm以上的土层中各剖面铅含最变化规律相近，不同剖面间铅的纵向迁移主要与上层土中铅的浓度有关,上层含量高,向下迁移的多，下层含量也高。剖面3（林地）上层最高，其各层中铅的浓度均较其他剖面的高。铜在不同剖面的垂直变化由于投入址和种植方式不同存在一定差异，但总体趋势是随土层加深呈递减的趋势。90cm以上土层中铜的含量以高投入的剖面

20、1（菜地）含量最高，但其在30-60cm土层明显下降，可能是一些蔬菜在该层对铜有较大的吸收，使该层铜出现迅速下降的情况，由此说明铜的垂直分布不但与铜投入量有关，与种植的作物吸收情况也有一定的关系。其他剖面的铜随土层的加深呈缓慢降低的趋势。地下水位高的剖面（大田2）铜含量下降最慢。在150200cm土层，林地（剖面3）铜的快速下降可能与根系的分布和吸收有关。值得关注的是在250cm以下，菜地（剖面1、2）的铜含昆仍远远高于其他剖面。°0306090150-200250-300350-40030-6090-150200-250300-350土层/cmLayer图2各剖面铜的分布0Fig.

21、2Distributionofcopperinsoilsections0-3060-90150-200250-300350-400807030-6090-150200-250300*350七层/cmLayer图3各剖面镉的分布Distributionofcadmiuminsoilsections6050403003060-9030-6090危土层/cmLayer图l各剖面铅的分布Fig.lDistributionofplumbuminsoilsections0_|_!_!_II_I_U_l_I_III1JI1»0-3060-90150-200250-300350-40030-6090

22、150200-250300-350土层/cmLayer图4各剖面铭的分布Fig.4Distributionofchromiuminsoilsections镉在各剖面上层土中含量最高，尤其是高投入的菜地（剖面1）,是低投入的大田（剖面4）的11.5马智宏等：京郊不同剖面土壤重金属的分布与迁移15倍。但到3060cm±层急剧下降，之后各剖面土层的镉含届均缓慢降低，并趋于一致。说明镉在土壤中的迁移很慢，极易在上层土中积累，不进行土壤深翻的农事活动很难使之在土中迁移。铭在土壤中的分布总体呈下降趋势，其含址与种植管理方式无明显相关性，说明该调查区的投入物资中信的含研很低。分析结果表明，铭在不同

23、剖面上层中均有一定的波动性，下层有增高的现象，这并非土壤铭下移的结果，而是由于土壤自然条件下剖面的砂、粘层分布所致，较粘重土层含铭较高(。3讨论铅、铜、镉、铭4种重金属元素在调查区的水平和垂直分布特征研究表明，铅、铜、镉三种重金属元素均有在表面富集的趋势，尤其镉的富集现象最明显，四种元素在90cm以上土中的垂直分布表现为随土层加深而减少的趋势，镉在3060cm土层下降最迅速，说明其垂直迁移性最差，这一结果与夏增禄等对北京京郊潮褐土中重金属的分布研究结果相似c但各元素含鼠在高投入剖面的下层(90cm以下)高于低投入(大田)下层，反映出其向下迁移的趋势,这与夏增禄和多数学者认为重金属的迁移多在20

24、60cm以上的观点不同。铅、铜元素含量均表现为上层高,相对应的下层也高的现象，尤其在250cm以下，菜地(剖面1)的铜含度仍远远高于其他剖面°说明随着使用最和时间的延续,重金属有向更深层迁移的可能。这与夏增禄等对污泥沉淀池和污水灌溉渠下土壤重金属迁移的研究规律相近。由此可见近年来农业投入物资的鼠变已积累为质变，对农业生产的土壤质量造成了极大的威胁。地下水位对元素纵向分布有一定的影响。从表】-4可见，5个剖面的地下水位不同，以剖面5的地下水位最高，约2m,剖面1的最低，大于4mo不同元素在地下水位高的剖面垂直分布有一定差别，其中铜、铭在地下水位高的剖面的近水层含量:有反弹现象，该层铜和

25、铭略有增高c由于本文没有针对地卜水位对重金属迁移的影响进行研究，只作为一种现象提出，有关铜与铭向下迁移过程中是否与水位的高低相关，以及毛细现象是否影响一些重金属元素的迁移，待于进一步研究证实。不同种植方式对四种重金属残留有较大的影响°尤其是镉和铜,投入越大这两种金属的污染风险越大。5个剖面属于3种种植管理方式，不同种植用地剖面重金属含址的水平分布和积累现象表明：近年该地区使用的农用物资中的主要污染物是镉、铜。剖面污染程度依次为剖面1>2>3>4、5,从种植管理方式上看，高投入菜地>林地>大田。铜、镉在剖面1、2(菜地)表层土中的含量(27.1、0.135;39.U0.440)已超过北京土壤背景值的平均值铅、铭目前对土壤还未造成明显的污染，说明该地区投入物资中铜、镉含届偏高，应引起种植者的关注。参考文献：1 陈维新.农业环境保护M.北京：农业出版社,1993：100-257.2 MOLLERHW,MULLERA,A