2005 - 02 - 20收稿 , 2005 - 03 - 17收修改稿
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第 四 纪 研 究
2005年
图 1 杭州市西郊地质略图及采样位置 Fig. 1 Sketch geological map of the western suburb of Hangzhou
路 , 有略微增大的趋势 , 其原因有待进一步研 究 。
3. 4 土壤中铅含量在垂向剖面上的变化特征
前已述及 ,本研究采集的土壤样品分 3 层 。通 过对土壤垂向剖面中不同土层铅含量变化的对比 , 发现土壤的可溶相铅含量与深度具明显的负相关关 系 (图 4) , 即表层土中可溶相的铅更富集 。铅在表 层土壤中富集的可能原因有两个 ,一是风化过程中 的自然表生富集作用 ,同时地表 - 近地表风化程度 高 ,原生矿物分解得较彻底 ,铅从矿物晶格中释放的 多 ,因而可溶态铅含量也高 ;另一原因是表层土壤受 到人类活动污染的叠加作用更强 ,也就是说人类活 动带来的铅污染在表层土中反映更明显 。
土壤铅浓度及同位素分析样品在宜昌地质矿产 研究所超净化室完成 。称取 015 ～110g土壤样品 , 置于 30m l聚四氟乙烯烧杯内 ,加入 6～9m l 112N 的 HCl,封口 ,置于振荡器中振荡 16h。静置后将上层 清液转移至另一烧杯中 (用于测定可溶相铅含量及 铅同位素比值 ) ,剩余的残渣用王水溶解 (用以测定 残渣相铅同位素比值 ) 。然后按 DZ / T 0184112 1997标准分析流程对铅进行分离与纯化 。
近年来 ,我国的一些学者对有关工作进行过尝 试 [ 5, 11, 20～24 ] 。结果表明 ,铅同位素组成可以有效地 指示污染的来源 ,并可有效地评价大尺度范围内工
业污染物的运移路径 。本文主要通过对杭州市西郊 部分龙井茶茶园的土壤铅及其同位素组成研究 ,讨 论铅的污染情况并追踪其污染源 。
1 土壤地质背景
本次研究主要选择了杭州市西郊的有关茶园为 研究对象 ,并在离研究区南东方向约 20km 的萧山 区所前镇杜家村和临浦镇高家坞村分别选择了一个 茶园作为对照点 。
杭州市西郊主要由一套古生代地层组成 (图 1) ,以志留系砂页岩分布最广 ,其次为泥盆系碎屑 岩 ,石炭系 - 二叠系碳酸盐岩也有一定的分布 ,西部 有少量奥陶系碎屑岩 。另外 ,研究区有大面积的第 四系残积物 、坡积物 、冲积物与洪积物分布 。萧山区 两园区出露的地层均为侏罗系中酸性火山凝灰岩 。
图 4 土壤可溶相铅在垂向剖面中的变化特征 Fig. 4 Vertical distribution of dissoluble Pb in the soils
from some tea gardens
4 土壤铅同位素组成特征
411 土壤铅同位素组成基本特征
值为 4916 ×10 - 6 ,标准差 2412 ×10 - 6 ,变异系数为 4818% 。从频率分布直方图 (图 2 )可以看出 ,铅的
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3期
路远发等 :杭州市土壤铅污染的铅同位素示踪研究
后按四分法缩分 ,最后得到 200 目的样品约 100g, 置于样品袋中 ,封口 ,留待分析用 。
作为对比 ,我们还于 2004年 3月采集了杭州市 的汽车尾气 、大气等环境样品 ,并分析了铅同位素组 成 。汽车尾气样品分别采自使用 90#汽油 、93#汽油 和 0#柴油的汽车的排气管道烟尘 ;气溶胶采自杭州 市学院路 119号的路边及楼顶 ,用 TH - 1000C型大 流量 TSP采样器采集 7～14小时 。浮尘样品采自室 内空调过滤器和汽车空气过滤器 。
铅同位素示踪技术在环境检测中的应用始于 20世纪 60 年代 , Chow 等 [ 8, 9 ]测定了北美汽油和煤 的铅 同 位 素 组 成 用 以 示 踪 环 境 铅 的 污 染 来 源 ; Patterson[ 10 ] 、陈好寿等 [ 11 ]研究证明 ,大气中两种重 要的铅来源 (汽油铅和煤铅 )的同位素组成有明显 的差异 ,可以用来示踪和鉴别大气环境的铅污染源 。
20纪 90年代以来 ,铅同位素示踪技术被广泛 用于环境样品 ,以监测和研究铅的来源变化 ,如湖底 沉 积 物 [ 12 ] , 大 气 颗 粒 物 [ 13～15 ] , 屋 内 灰 尘 [ 16 ] , 淡 水 [ 17 ] ,蚌类 [ 18 ] ,土壤 等 [ 19 ] ,并取得了一定的成果 。
由此可见 ,杭州市西郊土壤铅的背景值偏高 ,是 全国土壤平均值 [ 25 ]的近 2 倍 。此外有相当数量的 外来铅的加入 。
据符娟林等 [ 4 ]最新研究 ,杭州市城市土壤总 Pb 含量有很大的变化 ,在 3161 ×10 - 6 ～1 044 ×10 - 6之 间 ,平均为 7611 ×10 - 6 。表明城区表土受到更为严 重的铅污染 。
Pb与 Hg, Cd, C r, A s一起被人们称之为“五毒 ” 元素 ,据报道 ,北京 、上海 、广州 、杭州 、沈阳 、太原等 大城市大气铅污染都十分严重 ,儿童血铅含量普遍 偏高 [ 1～5 ] ,已引起广泛关注 。矿山开采 、金属冶炼 、 汽车废气是环境中铅的主要来源 。无铅汽油中铅含 量为 90～1 640 g /L ,平均为 590 g /L ,含铅汽油铅 含量平均为 58 610 g /L[ 6 ] 。煤炭燃烧后灰份约占原 煤的 20% ,其中 1 /3 灰份排入大气中形成飘尘 ,这 些飘尘中铅的质量分数约为 100 ×10 - 6[ 7 ] 。
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图 3 土壤铅含量在垂直于公路的剖面中的变化特征 Fig. 3 Geochem ical section of Pb in soils from highway to outside
( ①宜昌地质矿产研究所 ,宜昌 443003; ②中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 ,廊坊 065000)
摘要 根据杭州市 40个土壤全铅和 38个可溶相铅的统计分析 ,土壤中全铅平均含量为 4916 ×10 - 6 ,可溶相铅 平均为 2114 ×10 - 6 ,城区表土的全铅高达 7611 ×10 - 6 ,显著高于全国土壤平均值 。分析结果还显示 ,从农村 →远 郊 →近郊 →公路旁 ,土壤可溶相铅含量逐渐增加 ,且土壤的可溶相铅含量与深度具明显的负相关关系 。表明杭州 市土壤受到了不同程度的铅污染 ,污染程度由农村 →远郊 →近郊 →公路旁 →城区有明显的增高趋势 。通过对茶园 土壤中可溶相铅 、残渣态铅及城区表土全铅的同位素组成对比分析发现 ,从土壤残渣态 (代表土壤背景 ) →土壤可 溶相 →城区表层土壤全铅 206 Pb /207 Pb比值有明显的降低 。208 Pb / (206 Pb + 207 Pb)也有类似的变化趋势 。将土壤与杭 州市的汽车尾气 、大气等环境样品进行对比发现 ,随着土壤受污染程度的增加 ,铅同位素组成逐渐向汽车尾气铅漂 移 ,表明汽车尾气排放的铅为其主要污染源 。 主题词 土壤 铅污染 来源 铅同位素 杭州 中图分类号 O612. 4, X131. 3 文献标识码 A
2 样品采集 、加工与分析
茶园土壤样品用洛阳铲进行分层采集 ,采样深 度一般为 60cm ,分为 3层 ,每 20cm 为一个样 。部分 茶园因土层较薄 ,只取得上部两层样品 。
将采集的土壤样品自然凉干或在 35℃下烘干 , 粉碎 ,过 2mm 的筛子以除掉较大的碎屑和砾石 ,然
第一作者简介 :路远发 男 46岁 研究员 地球化学专业 E2mail: luyf@ yctws. net 3 中国地质调查局地质大调查项目 (批准号 : 200214200013)资助
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图 2 土壤中全铅含量分布直方图 Fig. 2 H istogram of Pb in the soils from the western suburb of Hangzhou
总含量在原数据分布图中总体呈正态 - 正偏分布 , 在对数图中正态分布特征更为显著 。其对数平均值 为 4419 ×10 - 6 ,变异系数为 1115% 。在高含量端出 现异常 (即正偏 ) ,说明有外来铅的加入 。
312 不同地理景观的土壤铅分布特征
本研究所选择的茶园按景观特征可分为杭州市
近郊 、远郊 、靠近公路和远离公路等情况 。不同景观 的土壤 ,其铅含量也有一定的差异 (表 2) 。从农村 →远郊 →近郊 →公路旁 ,可溶相的铅含量逐渐增加 , 浸出率也同步增加 ,其中以萧山所前杜家村茶园的 土壤酸可溶铅及浸出率都是最低的 ,该点远离城镇 及交通干线 ,只有一条乡村公路通过园区 。高家坞 村离萧山临浦镇 (萧山电厂所在地 )较近 ,在萧山电 厂的烟尘的影响范围内 ,其可溶相铅及浸出率都有 明显的增长 。这些说明 ,城市及交通给土壤输入了 较多的铅 ,且输入的铅主要以可溶相形式存在 。
可溶相铅平均为 2114 ×10 - 6 ,标准差为 1319 × 10 - 6 ,变异系数为 6511% ,其对数平均值为 1812 × 10 - 6 ,变异系数为 1816% 。可溶相铅的分布与总量 有明显的不同 ,无论是原数据还是对数 ,其正偏特征 更为明,而加入的外来铅主要以可溶相分布在土壤中 。 考察土壤总量铅与可溶相铅的关系发现 ,两者具很 好的相关关系 ,相关系数高达 01979。
313 土壤中铅含量与距干线公路距离的关系
为进一步了解公路交通对茶园土壤铅含量的影 响 ,在留下镇杨家牌楼测制了一条垂直于公路的剖 面 ,共有 7个采样点 。该剖面的第 1个点在公路旁 , 第 2个点有生活及建筑垃圾混杂其中 ,第 3 个点为 排水沟 ,后 4个点为茶园 ,未见生活及工业垃圾 。从 图 3可以看出 ,由近公路到远离公路 ,土壤可溶相中 铅和总量铅有逐渐降低的趋势 ,说明公路交通对两 侧土壤中铅有着明显的影响 。这与前人研究的结 果 [ 26～28 ]是一致的 。另外 ,浸出率由近公路到远离公