广州城市土壤中汞的分布特征及污染评价

广州城市土壤中汞的分布特征及污染评价

由于铅在环境中的永久性、生物固定性和毒性，许多国际组织将其视为最有毒的污染因子之一。金属矿的采炼、石油的提炼、化石燃料的燃烧、工业产品的生产、废物的焚烧、农业肥料和杀菌剂的使用等人类活动导致汞向环境中释放;人们日常生活中使用的一些医疗器械、日常用品,如血压计、体温计、日光灯、电闸开关、压力传感器等也是环境汞污染的来源[2~4]。土壤是环境中汞汇聚地,土壤的汞污染对生态环境和人类健康会产生严重的威胁。随着城市化进程的加快,城市人口的数量和密度不断增加,城市土壤汞是城市密集人群汞暴露的主要途径之一,影响城市居民的健康,因此有必要了解城市土壤中汞的状况。近年来,国内外有关城市土壤汞的研究报道不断增多[4~12],但我国华南地区城市土壤汞的研究鲜见报道。本研究旨在通过详细的调查分析,弄清广州城市土壤汞的含量、分布规律及污染现状,为广州城市环境保护和治理、城市生态规划和保障城市居民健康提供基础资料和依据。1材料和方法1.1样品采集及测定条件以广州市中心城市区域为研究对象,采集不同行政区域(包括白云、天河、越秀、荔湾和海珠区)分别代表不同功能区(包括城市公园、行政事业单位区、住宅区、交通区和工业区)的表层土壤(0~10cm)样品425个,每个土壤样品均由2m2范围内5~6个点土壤混合而成。土样自然风干后研磨,分别制备过2mm和0.15mm尼龙筛的样品备用。各采样点用GPS精确定位,其分布见图1。土壤汞采用H2SO4-HNO3-KMnO4法消解,用冷原子吸收测汞仪(F732-V,上海华光)测定;土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定;土壤pH值采用2.5∶1水土比,电位法测定。1.2元素i的污染指数ci用单因子评价模式对各样点土壤汞污染程度进行分析,污染指数计算公式为:式中:Pi为元素i的污染指数;Ci为元素i的实测值;Si为元素i的评价标准值。以广州市土壤环境背景值(0.157mgkg-1)作为评价标准值,当Pi<1时,为未污染;当1≤Pi<2时,为轻度污染;当2≤Pi<3时,为中度污染;当Pi≥3时,为重度污染。2结果与分析2.1城市土壤汞的分布特征广州城市土壤汞的含量变幅很大,最小值为0.013mgkg-1,最大值达到12.231mgkg-1,平均值为0.614mgkg-1,中值为0.344mgkg-1。与广州市土壤环境背景值(0.157mgkg-1)比较,425个样点中有75%的样点土壤汞含量超过土壤背景值,最高的超出近78倍,这表明区域内土壤已经受到了外源汞的影响,具有明显的汞富集特征,绝大部分样点土壤已经受到了不同程度汞的污染。与其它部分城市土壤相比(表1),广州城市土壤汞含量比北京、重庆、太原、长春、徐州等城市土壤汞含量明显偏高;低于巴勒莫和格拉斯哥,而高于哈巴罗夫斯克、阿维罗和乌普萨拉。因此广州城市土壤汞含量处于较高水平,这表明人为活动已导致土壤汞的富集。为了更好地了解广州城市土壤汞的分布特征,对不同行政区和功能区的土壤汞含量进行了统计分析。由表2可以看出,天河区和越秀区土壤汞含量的变异系数比较大,说明这两个区的部分土壤受到了明显的点源污染影响。土壤汞含量中值和平均值以越秀区最高,海珠区最低,各行政区土壤汞的平均含量为越秀区>荔湾区>天河区>白云区>海珠区。方差分析、多重比较结果表明,越秀区土壤汞含量显著高于天河区、白云区和海珠区土壤,而与荔湾区土壤没有显著差异。不同功能区土壤汞含量统计分析结果表明(表2),城市公园土壤中汞含量中值和平均值最高,不同功能区土壤汞平均含量为城市公园>单位区>交通区>住宅区>工业区。多重比较结果表明,城市公园土壤汞含量显著高于其它4个区域,而其它4个功能区土壤之间没有显著性差异。相关性分析结果表明,土壤汞含量与土壤有机质之间具有极显著的相关性(P<0.01),这表明土壤有机肥料如城市有机废弃物、城市污泥等可能是城市土壤中汞的来源;另外土壤有机质对汞元素具有很强的束缚能力,使进入土壤的汞在土壤中积累,这与很多研究结果一致。土壤汞含量和土壤pH值之间没有显著的相关性,说明研究区域土壤汞含量受酸碱度影响不大。2.2土壤污染的分布研究区域内土壤汞污染指数变幅为0.1~77.9,平均为3.9。其中有107个样点未受到污染(Pi<1),所占比例为25%;90个样点属于轻度污染(1≤Pi<2),所占比例为21%;77个样点已受到中度污染(2≤Pi<3),所占比例为18%;151个样点已受到严重污染(Pi≥3),所占比例为36%。最为严重的几个污染点分布在越秀区的公园,土壤汞污染指数大于30。由图2可以看出,越秀区和荔湾区土壤汞污染最严重,污染指数≥3的土壤所占比例最高,达到50%以上。越秀区是广州市的老城区,建成历史最悠久,荔湾区是广州市老工业区主要分布的区域,长期的人类活动、工业生产造成了土壤汞的富集。天河区、白云区和海珠区为广州市的新城区,土壤也受到了不同程度的汞污染,但污染程度不及越秀区和荔湾区。各功能区中(图3),城市公园土壤污染指数≥3的土壤所占比例最高,土壤污染最严重。研究结果显示,在越秀区、荔湾区的部分公园,如越秀公园、荔湾湖公园、青年公园和流花湖公园等土壤汞含量都超过背景值好几倍。这可能与城市垃圾填埋、城市污泥作为有机肥施用有关;也可能受到城市公园绿地长期使用含有汞的肥料和农药的影响。3土壤汞污染空间分布(1)广州城市土壤汞含量的变幅为0.013~12.231mgkg-1,平均值为0.614mgkg-1。与广州土壤中汞的背景值比较,有75%的样点土壤受到不同程度的汞污染。(2)不同行政区土壤汞平均含量为越秀区>荔湾区>天河区>白云区>海珠区;不同功能区土壤汞平均含量为城市公园>单位区>交通区>住宅区>工业区。各行政区中