第24卷 第2期干 旱 区 资 源 与 环 境Vol.24 No.2 2010年2月Journal of A rid Land Res ources and Envir onment Feb.2010
文章编号:1003-7578(2010)02-187-05
黄璜，南忠仁，刘晓文，李媛，丁海霞
(兰州大学西部环境教育部重点实验室，兰州大学资源环境学院兰州730000)
提 要：通过对金昌城区主要交通干道周围绿化带土壤的取样调查，分析了Cu、Zn、N i、Pb和Cd五种重金
属元素含量分布的总体特征，并利用地积累指数法对绿化带土壤重金属进行污染评价。结果表明：五种重金属
平均含量均超过了该地区的背景值，其中Cu和N i含量最高，且具有明显的高度富集的特征。绿化带土壤中五
种重金属变异系数均较大，其中Cu和N i变异系数达到了125.06%和86.64%，属强变异性。地积累污染指数
dc-ac
法的污染评价结果显示,Cu和N i已分别构成4级和3级污染，且污染范围较广；而Zn和Pb均未构成污染,Cd 构成了1级污染，但大部分样点中其含量均已超过了该地区的土壤背景值，表现出了明显的积累。
关键词：金昌市；重金属；绿化带；地积累指数法；污染评价
中图分类号:S153.6+1 文献标识码:A
近年来，随着城市化、工业化和农业集约化的快速发展，我国土壤重金属污染问题越来越突出[1]。传统上，土壤学的研究主要针对农业土壤，对其重金属污染也研究得较多，而城市土壤重金属污染一直遭到人们的忽视。城市土壤是构成城市生态系统的重要组成部分，土壤中的重金属不仅影响和改变城市土壤的生态功能，而且危害人体健康[2-5]。现有的研究表明，城市土壤中重金属可通过吞食、吸入和皮肤吸收等主要途径进入人体，直接对人特别是对儿童的健康造成危害，还可通过污染食物、大气和水环境间接地影响城市环境质量和危害人体健康[6]。随着工业发展和城市化进程的加剧，通过各种途径造成城市土壤重金属的污染越来越严重，因此，研究城市土壤重金属污染特征，评价其潜在生态危害是必要的[7]。我国20世纪90年代已有城市土壤研究的报道[8]，但对城市道路周边的绿化带土壤 的研究未见报道。有研究表明，城市里周边道路和裸露的土壤是居室内灰尘重金属的主要来源[9]，从而间接地危害人体健康；且绿化带与城市街道毗邻，两者所处环境基本相同，从而使得城市绿化带表层土与街道灰尘中重金属的污染特征有极大的相似性，了解城市绿化带土壤中重金属含量和污染特征，对掌握城市重金属污染情况具有一定的指示作用。因此，研究城市绿化带土壤中重金属的污染情况具有积极意义。
甘肃省金昌市是我国重要的有金属生产基地，是以开发有金属矿产资源发展起来的较为典型的资源型城市[10]。因此工矿活动和交通运输是金昌市土壤重金属污染的两个主要污染源。以金昌市城区绿化带土壤为研究对象，研究了道路周围绿化带表层土壤中五种重金属的含量和污染特征，进而探讨了交通运输和工业活动对城市重金属污染的影响，从而为改善城市土壤环境质量提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
金昌市位于河西走廊东部，祁连山北麓，地处东经101°04′-102°43′和北纬37°47′-39°00′之间。金昌市是中国最大的镍钴铜生产基地，钴、铜等矿产资源储量居全国第二位，镍储量居全国第一位，被誉为中国的"镍都"。金昌市始建于1982年，城区面积34.9k m2，市区人口18万，全年主导风向为西北风，其次为东南风[10]。
研究区域为金昌市主城区，面积约为30k m2，采样点分布于各道路路口绿化带，研究区域内人口相对3收稿日期:2008-11-27。
基金项目：自然科学基金(NSFC40671167)和国家环境保护公益性项目(NEPCP200809098)资助。
作者简介：黄璜(1985-)，男，湖北黄冈人，硕士研究生，研究方向为重金属污染过程与生态修复。E-mail:huangh07@lzu
图1 金昌市土壤取样点分布草图
Fig .1Sketch -map of sa mp ling sites in J inchang city
密集，交通繁忙，部分样点距工矿企业和尾矿坝较近。
1.2 样品采集与处理
土壤样品采集采用系统-随机布点法，样点基本
均匀分布在金昌市区各大交通要道和工矿企业周围的
绿化带，采用GPS 进行样点定位。全区共布设40个样
点(图1)。土壤样品主要采集0-20c m 表层土，在2m
×2m 的区域内的四个顶点和中心分别取约1kg 土壤,
混匀后用四分法取约1kg 作为该点的混合样品。为防
辐照杀菌设备止人为原因导致样品污染，采样中一律使用塑料工具
操作。
土样经室内风干，剔除石块和杂物，全部研磨过
2mm 筛后，取其中的100g 完全研磨并过100目尼龙筛
网，装袋备用。土壤样品采用美国国家环保局推荐的
USEP A3050B 方法[11]消解;Cd 含量采用石墨炉-原子
吸收光谱法测定,Cu 、N i 、Pb 、Zn 含量采用火焰-原子
吸收光谱法测定[12]。
1.3 数据处理
采用EXCE L2003和SPSS11.5软件进行数据处理。
2 结果与讨论2.1 重金属污染的总体特征
对研究区域40个土壤样品中五种重金属含量进行了测定，并进行了统计分析(表1)。
表1 研究区域土壤重金属含量的统计特征
Tab .1Descri p tive statistics of s oil heavy metals in studied area
元素
土壤重金属含量(mg/kg )最小值中值最大值算术平均值标准差变异系数当地背景值[13]Cu
42.80277.513349.85455.27569.35125.06%24.1Zn
68.9397.28214.75106.7233.1431.05%69.3N i
50.82194.731220.35315.25273.1386.64%35.2Pb
15.7225.1688.4630.6215.0749.22%18.8Cd 0.0820.1980.5170.2330.11951.07%0.116
由表1可知，五种重金属元素的平均含量均超过了该地区的背景值，尤其是Cu 和N i 平均含量分别达到了455.27和315.25mg/kg，分别为当地土壤背景值的18.89和8.96倍，其最小值也远远超过了当地的背景值。且重金属含量变化较大,Cu 的最大值与最小值之比为78,N i 为24。说明金昌市土壤受到Cu 和N i 污染最为严重，且具有明显的高度富集的特征。金昌市的工业组成主要以金属矿藏的开采与提炼为主，而其金属矿产主要是N i 和Cu，其储量分别为全国第一和第二位，这与该市土壤中含量最高的重金属种类相吻合。因此可以断定,Cu 和N i 的污染源主要是该地区的矿业开采和金属冶炼等工业活动。
离子膜烧碱
从变异系数来看，研究区域土壤五种重金属变异系数均较大，其中Cu 和N i 变异系数达到了125.06%和86.64%，属强变异性，说明土壤中Cu 和N i 受外界干扰尤其显著，空间分异较大，这种分异基本可以归结为该地区的采矿和冶炼工业的影响。Zn 、Pb 和Cd 的变异系数也分别高达31.05%、49.22%和51.07%，这是因为各样点所处区域的交通流量的不同导致的，且交通运输产生的污染具有明显的局部性特
征。据研究[14]，交通运输产生的汽车尾气和粉尘在排除后有40%立即沉降于地表，只有24%可经由空气
飘散到远处。金昌市土壤重金属含量所表现出的强变异性符合城市土壤重金属污染的一般规律，有研
究
表明[6]，频繁的人类活动和工矿企业、交通运输的影响，使城市土壤遭受强烈的人为干扰，城市土壤中的重金属含量存在显著的空间差异，即使在较短距离内重金属含量也会完全不同。
2.2 重金属含量的相关性分析
城市土壤受人为活动的干扰严重，重金属来源复杂多样，因此城市土壤重金属污染主要以复合污染形式出现。从土壤样品的测试结果来看，金昌市重金属复合污染严重，所有样点四种以上重金属超过土壤背
・881・干 旱 区 资 源 与 环 境第24卷
景值,75%的样点五种重金属均超过背景值。这说明，金昌市城市土壤重金属正以复合污染的形式出现显
著积累。对于复合污染的土壤，研究土壤中重金属含量的相关性可以推测重金属的来源是否相同[15]。若
重金属含量有显著相关性，说明来源可能相同，否则来源可能不止一个。利用SPSS11.5软件对五种重
金属元素进行相关分析(表2)。结果表明,Cu 、Zn 、N i 和Pb 之间均具有极显著的相关性，说明以上四种元素间为复合污染或具有同源性。其中,Cu -N i 之间的相关系数达到了0.741，这主要是因为金昌市金属矿藏中这两种元素具有很强的伴生性，金属矿藏的开采和冶炼工业产生大量含有Cu 和N i 的粉尘，以气溶胶形式进入大气，并通过大气干湿沉降导致城市土壤的污染。而Pb -Zn 、Cu -Pb 、Cu -Zn 之间的相关系数分别达到了0.810、0.824和0.552，这可能主要有两方面原因。一是城市交通运输是三者共同的重要污染
源。有研究表明[16-17]，含Pb 汽油的燃烧是城市Pb 污染的重要来源，汽车尾气中Pb 含量可高达20～50
μg/L;Cu 常被用于汽车润滑剂中的添加剂[18]，且
汽车金属部件和引擎的磨损也导致大量含Cu 粉
尘的产生[19]；而汽车轮胎中通常含有二乙基锌盐
或二甲基锌盐等抗氧化剂，润滑油中通常含有二硫代磷酸锌盐等抗氧化剂及分散剂，因此，汽车轮胎磨损及润滑油燃烧是路边土壤Zn 污染的重要来源[20-22]。另一方面,Cu 、Pb 和Zn 都是亲硫元
促进剂ns
素，同类元素在表生地球化学上具有一定共性，因
而具有显著相关性[23]。
表2 研究区域重金属元素的相关分析Tab .2Correlati on coefficients of heavy metals concentrati on in tested s oil in studied area Cu Zn N i Pb Cd Cu 1Zn 0.55233
1N i 0.741330.51633
1Pb 0.824330.810330.597331Cd 0.0270.2600.2580.1941 注:33为p <0.01显著水平。2.3 重金属污染评价
房地产管理系统目标对于土壤(沉积物)中重金属污染评价方法种类繁多，从环境地球化学角度出发，应用于土壤重金属污染评价中的有单因子指数评价法、内梅罗综合污染指数法、地积累指数法、生态危害指数法。地积累指数法是20世纪60年代晚期在欧洲发展起来的广泛用于研究沉积物及其它物质中重金属污染程度的定量指标，其表达式为: I geo =l og 2(Cn /(k ×Bn ))。
式中:Cn 是元素n 在土壤中的实测含量;Bn 是土壤中该元素的当地土壤背景值;k 为考虑各地岩石差
异可能会引起背景值的变动而取的系数(一般取值为1.5)，用来表征沉积特征、岩石地质及其它影响[24]。
其评价标准(表3)。
表3 污染指数分级
Tab .3Classificati on of polluti on index
污染指数00～11～22～33～44～55～10分 级
0123456污染程度无污染轻-中度中度污染中度-强强污染强-极严重极严重
相比较于其他评价方法，地累积指数法除考虑到人为污染因素、环境地球化学背景值外，还考虑到由
于自然成岩作用可能会引起背景值变动的因素，弥补了其他方法不足[25]，因此更能确切地反映出目前当
地土壤中重金属实际污染程度，其评价结果更具有可比性。因此，采用地积累指数法对研究区域进行重金属污染评价(表4)。
表4 研究区域土壤重金属污染情况(单位:mg/kg )
Tab .4Degrees of s oil heavy metals conta m inati ons in studied area (mg/kg )
元素甘肃土壤背景值超标率
污染指数平均值污染等级污染程度Cu
24.1100%0.244～6.534 3.0124强污染Zn
69.395%-0.593～1.047-0.0210无污染N i
35.2100%-0.055～4.531 2.0713中度-强污染Pb
18.895%-0.843～1.649-0.0010无污染Cd 0.11685%-1.094～1.5710.2341轻-中度污染
从表4中各元素地积累污染指数的平均值来看，其大小顺序为:Cu >N i >Cd >Pb >Zn 。其中Cu 和N i 的污染等级分别达到了4级和3级，已构成了强污染和中度-强污染，但Zn 、Pb 均未构成污染,Cd 构成了轻-中度污染。
从地积累污染指数的变化范围来看，五种元素均有I geo >0的样点。其中Cu 和N i 分别为40个和39个，分别占样点总数的100%和97.5%，其中构成2级以上污染(I geo >1)的样点分别达到36个和32个,
・981・第2期黄璜等 金昌市城区绿化带土壤重金属含量特征及污染评价
表明Cu 和N i 不仅污染程度严重，而且污染范围广。上文已论述了该市的采矿和金属冶炼工业是Cu 和N i 的主要污染源，采矿过程以及冶炼厂的烟囱等高架点源排出的大量含有Cu 和N i 的粉尘和气体，以气溶胶形式进入大气，并随风飘散到较远地方，从而导致了较大范围内Cu 和N i 的污染。
Zn 、Pb 和Cd 的I geo >0的样点分别为17个、16个和23个，分别占样点总数的42.5%、40%和57.5%，但构成2级以上污染(I geo >1)的样点分别只有1个、3个和9个，这些样点主要分布于人口较为密集，交通较为繁忙的区域，如30号样点在五彩城广场附近，距农贸市场和金川公司厂区较近，车流量较大，其Pb 和Cd 已构成中度污染。相对于Cu 和N i 而言,Zn 和Pb 污染程度均较轻，只有不到半数的样点达到了轻度污染，个别样点达到了中度污染，这可能是因为金昌市建市历史较短，且市区人口密度较小，交通流量不大，且交通顺畅，因此Zn 和Pb 污染并不严重。而Cd 污染相对略为严重，构成中度污染的样点主要分布在工业区附近，如9号和10号样点周围有金属制品厂和纸制品厂以及电线电缆厂。
虽然Zn 、Pb 和Cd 污染相对较轻，但与当地土壤背景值相比较，可以看出,Zn 、Pb 和Cd 含量超标的样点分别占总样点数的95%、95%和85%，说明了人类活动已导致了重金属元素在土壤中的明显积累，因此，应引起当地部门的重视。
3 结论
(1)金昌城区绿化带土壤中五种重金属平均含量均超过了该地区的背景值，其中以Cu 和N i 污染最为严重，且具有明显的高度富集的特征。该地区的矿业开采和金属冶炼等工业活动是Cu 和N i 的最大污染源，而交通运输是Zn 、Pb 和Cd 的主要污染源。
(2)绿化带土壤中五种重金属变异系数均较大，其中Cu 和N i 变异系数达到了125.06%和86.64%，属强变异性，说明土壤中Cu 和N i 受外界干扰尤其显著，空间分异较大。金昌市土壤重金属含量所表现出的强变异性符合城市土壤重金属污染的一般规律。
(3)采用地积累污染指数法对金昌市绿化带土壤重金属污染进行污染评价，结果显示,Cu 和N i 已分别构成4级和3级污染，且污染范围较广；而Zn 和Pb 均未构成污染,Cd 构成了1级污染，但大部分样点中这三种重金属含量均已超过了该地区的土壤背景值，表现出了明显的积累。
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Fea tures of concen tra ti on s and polluti on a ssess m en ts of the heavy m et a ls in greenbelt so ils in urban area ,J inchang ,Gan su ,Ch ina
HUANG Huang,NAN Zhongren 1
,L IU Xiaowen,L I Yuan,D I N G Haixia
(Key Laborat ory of W estern China ’s Envir onment (M inistry of Educati on ),College of Res ources and Envir onment,Lanzhou University,Lanzhou 730000,P .R.China )Abstract :I n this study,s oil sa mp les were collected fr om the greenbelt s oils al ong main streets in urban area,J inchang city,in order t o analyze the general features of selected metal concentrati ons .The geo -accu mulati on index was e mp l oyed t o assess the heavy metal polluti on in studied area .Our findings showed that the concentra 2ti ons of all five heavy metals exceeded their backgr ound levels,and the levels of metal Cu and N i had the highest concentrati ons and showed re markable accu mulati on in studied s oils .The variati on coefficients of five heavy met 2als were all in high levels in green belts s oil,and those of ele ment Cu and N i reached up t o 125.06%and 86.64%,res pectively,indicating that they were of str ong variati on .The results of polluti on assess ments showed that the degree of metal Cu and N i polluti on had already posed grade 4and grade 3in comparatively br oad areas,re 2s pectively;while the ones of metal Zn and Pb polluti on not,the one of Cd polluti on grade 1,according t o the standards of assess ments .But the concentrati ons of the ele ment Zn,Pb,and Cd exceeded their backgr ound lev 2els .
微丸机
Key words :J inchang city;metal Cu,Zn,Pb,Cd,and N i;greenbelts;index of geo -accu mulati on;polluti on
assess ment ・
191・第2期黄璜等 金昌市城区绿化带土壤重金属含量特征及污染评价
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