第２５卷第１期２００５年０２月地理科学ＳＣＩＥＮＴＩＡＧＥＯＧＲＡＰＨＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶ０１．２５Ｎｏ．１Ｆｅｂ．，２００５

长春市土壤重金属污染特征及其潜在生态风险评价

郭平１，谢忠雷１’孙，李军１，周琳峰３（１．吉林大学环境与资源学院，吉林长春１３００２６；２．吉林大学地球科学学院，吉林长春１３００２６；３．吉林乙醇燃料有限责任公司，吉林吉林１３２１０１）

摘要：以长春市区土壤为对象，研究土壤中重金属污染的特征，并采用Ｈａｋａｎｓｏｎ提出的潜在生态危害指数法对土壤中重金属的潜在生态危害进行了评价。结果表明，长春市区土壤重金属污染较重，尤其是铅和镍。污染源的空间差异性引起不同功能区土壤中重金属元素的含量不同。长春市土壤达到轻微生态危害，且铅、铜和锌对土壤生态危害达到轻微生态危害；不同功能区达到生态危害程度的顺序依次是公园＞郊区耕地＞工业区＞住宅区＞开发区。关键词：重金属污染；生态危害；危害指数；功能区中图分类号：Ｘ１３２文献标识码：Ａ文章编号：１０００—０６９０（２００５）０１—０１０８—０５

随着工业发展和城市化进程的加剧，通过交通运输、工业排放、市政建设和大气沉降等造成城市土壤重金属的污染越来越严重ｕ’２ｊ。土壤中的重金属不仅影响和改变城市土壤的生态功能，而且通过扬尘或者直接接触危害人体健康。据报道，许多城市中的儿童通过手与口途径从城市的尘土中摄人大量的重金属【３’４］，并且大量的事实表明环境中高含量的铅影响儿童的血铅含量、智力和行为［５’６】。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。近几年，国内外学者已经研究了一些城市土壤重金属的污染状况，但是对于长春市土壤重金属的污染及潜在生态危害评价尚未见报道。长春市是我国重要老工业基地之一，现在基本形成以交通运输设备制造业为主体、门类比较齐全的工业体系。长春市总面积２．０５×１０４ｋｍ２，总人口７０５．７’×１０４人，其中市区面积３６００ｋｍ２，市区人口２９２．８×１０４人。随着长春经济的发展和土地利用形式多样化，形成了不同城市功能区，这些功能区在人居环境质量、城市生态功能等方面有着重要的作用Ｌ『７｜。本文以长春市区不同功能区的土壤为研究对象，综合研究长春市区土壤重金属的污染特征，分析了污染的空间分异性，并利用Ｈａｋａｎｓｏｎ提出的潜在生态危害指数法【８１评价了重金属的潜在生态危害，为合理地规划和利用城市土壤、改善和提高城市环境质量、保障人群健康提供重要的科学依据。

１材料和方法１．１样品的采集由于人为因素的影响，城市土壤分布往往具有非连续性，土层混乱，土壤物质来源复杂等特征ｐ］。本研究于２００３年春季在长春市代表性功能区——开发区（Ａ）、工业区（Ｂ）、郊区耕地（Ｃ）、住宅区（Ｄ）和公园（Ｅ）分别选取了３、５、６、７、７个，共２８个代表性的采样区，在各个采样区根据具体情况布设若干采样点，采集０～２０ｃｍ表层土壤，混合均匀后按四分法获取足量的样品装入塑料袋中，于实验室内自然风干，剔除植物残体和石块，磨碎、过１００目筛，保存于塑料瓶中备用。１．２分析测试方法’准确称取样品０．５９，在１００ｍＬ的三角瓶中用ＨＮＯ，一ＨＣｌ一ＨＣＩＯ。混酸消化，用５％硝酸浸提于５０ｍＬ容量瓶中，稀释定容后用火焰原子吸收分光光度法测定Ｃｕ、Ｐｂ、ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ等６种金属。

收稿日期：２００４－０３—２７；修订日期：２００４－０８－３０基金项目：吉林省环保局项目（２００１０１７）资助。作者简介：郭平（１９７２一），女，吉林长春人，博士研究生，从事环境生态学研究。Ｅ一：ｇｕ叩ｉｎｓ＠ｅｍａｉｌ．ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

｝通讯联系人：谢忠雷Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｏｎｇｌｅｉｘｉｅ＠１６３．ｃｏｍ

　万方数据１期郭平等：长春市土壤重金属污染特征及其潜在生态风险评价１．３潜在生态危害评价方法评价土壤重金属污染的方法较多，本文采用瑞典科学家Ｈａｋａｎｓｏｎ提出的潜在生态危害指数法。该法是Ｈａｋａｎｓｏｎ根据重金属性质及环境行为特点，从沉积学角度提出来的对土壤或沉积物中重金属污染进行评价的方法。该方法不仅考虑土壤重金属含量，而且将重金属的生态效应、环境效应与毒理学联系在一起，采用具有可比的、等价属性指数分级法进行评价。潜在生态危害指数涉及到单项污染系数、重金属毒性响应系数以及潜在生态危害单项系数，其公式为ＲＩ＝∑Ｅ：（１）Ｅ＝贮×ｃ，‘（２）ｃ／＝ｃ≥层／ｃ。‘（３）式中：Ｅ为潜在生态危害单项系数，贮为某一种金属的毒性响应系数采用Ｈａｋａｎｓｏｎ制定的标准化重金属毒性系数为评价依据，重金属毒性水平次序为Ｐｂ＝Ｃｕ＞Ｚｎ，毒性系数为Ｐ６、Ｃｕ＝５，Ｚｎ＝１。ｃｒｉ为单项污染系数，ｃ≥层为表层土壤重金属浓度实测值，Ｃ。‘为参比值，土壤参比值采用的是长春市Ａ层土壤中重金属元素背景值ｕ０１。重金属单项污染系数分级标准参照文献［１１］。重金属污染生态危害系数和生态危害指数分级标准列于表１。表１Ｅ：和彤的分级标准ＴａｂｌｅｌＧｒａｄｅｓｔａｎｄａｒｄｏｆ霹ａｎｄＰｄ２结果与讨论２．１长春市土壤重金属含量及空间分布特征长春市土壤重金属含量测定结果列于表２。不同功能区土壤中重金属含量差别较大。公园土壤中Ｃｕ含量最高，其它功能区ｃｕ含量顺序是郊区耕地＞住宅区＞工业区＞开发区。住宅区和公园土壤中ｚｎ的含量分别为１４２．４５ｍｇ／ｋｇ（６８．５５—２１６．３６ｍｇ／ｋｇ）、１３５．５５（８５．０５～２３２．５ｍｇ／ｋｇ），其它功能区ｚｎ含量顺序是工业区＞郊区耕地＞开发区。Ｐｂ在城市公园土壤中含量最高，其它功能区顺序是工业区＞住宅区＞郊区耕地＞开发区。Ｎｉ在公园土壤中含量最高，在住宅区土壤中含量最低。郊区耕地中Ｆｅ和Ｍｎ含量最高，而工业区Ｆｅ含量最低，住宅区Ｍｎ含量最低。其它功能区Ｆｅ含量顺序是公园＞开发区＞住宅区，Ｍｎ含量顺序是工业区＞开发区＞公园。同南京‘１２】、香港‘１３１和广州‘“１土壤重金属污染状况比较发现，长春城市土壤Ｎｉ含量比广州的高，ｚｎ和Ｐｂ含量比其它城市的低，而Ｃｕ的含量比广州、香港的高，比南京的低。差异性检验结果表明，长春市土壤重金属Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ和ｚｎ含量与土壤背景差异性达到显著水平，且Ｐｂ和Ｎｉ平均含量均超过土壤背景值约２倍、ｃｕ和ｚｎ分别超过土壤背景值的１．３倍和１倍，而Ｆｅ、Ｍｎ平均含量在土壤背景值范围之内。比较城市土壤各个采样点重金属含量与长春市背景值发现，采样点土壤受Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ和ｚｎ的污染百分比分别为９７．４％、８２．１％、６４．１％和２０％。可见，长春市０—２０ｃｍ土层受到重金属不同程度的污染，其中受Ｐｂ和Ｎｉ污染较重。２．２城市土壤重金属来源及空间分异性城市土壤重金属来源于成土母质和人类活动，同一来源的重金属之间存在着相关性，根据相关性可以判断土壤重金属污染来源是否相同ｕ５｜。如果重金属之间存在显著正相关，来源可能相同，否则来源可能不止一个。由前面的结果可知，长春市土壤中Ｐｂ、Ｃｕ、ｚｎ和Ｎｉ的主要来源与人类经济活动密切相关。Ｐｂ、ｃｕ、ｚｎ和Ｎｉ之间呈现不同程度的正相关（表３），说明土壤中的Ｐｂ、Ｃｕ、ｚｎ和Ｎｉ一部分来源相同。交通运输和工业活动是引起长春城市土壤重金属污染的主要因素。汽车尾气和轮胎磨损产生的粉尘及工业生产产生的废弃物直接污染城市土壤，或者汽车尾气、城市建设工程、工业废气排放的重金属进入大气，再经大气沉降富集到土壤¨引。汽车尾气和轮胎磨损产生的粉尘属于非点源污染源。张志红Ｌ１列等人研究结果表明，汽车尾气颗粒物中铅和镍含量较高，在怠速状态下向大气的排放量分别为０．５７１ｍｇ／ｍｉｎ和０．５３３ｒａｇ／ｒａｉｎ。锌是汽车轮胎硬度添加剂，汽车轮胎磨损会产生含锌粉尘ⅢＪ。道路两边土壤中重金属含量能够反映交通运输的污染，如长春市主要街道旁土壤中重金属Ｐｂ、Ｃｕ、Ｚｎ和Ｎｉ的平均含量分别为７１．１６ｍｇ／

ｋｇ、４７．９３ｍｇ／ｋｇ、１２０．００ｍｇ／ｋｇ、６８．４３ｍｇ／ｋｇ。另

　万方数据１１０地理科学２５卷

注：‘代表金属含量的算术平均值；“代表金属含量范围；ＣＶ代表长春土壤外，建筑材料、油漆、塑料、涂料中也含有较高浓度的重金属，颜色鲜艳的涂料和油漆，其重金属种类和含量就越多【１８１。研究表明，粒径为０．８Ｖａｎ的燃煤烟尘中Ｐｂ、ｃｕ和Ｎｉ平均含量分别可达７４．２ｍｇ／ｋｇ、８２．１ｍｇ／ｋｇ、９８．８ｍｇ／ｋｇ¨９｜，长春市虽然已有部分地区改为集中供热，但是还有一些地区冬季采暖期仍在单独供热，而且部分家庭还在使用燃煤土坑，因此燃煤也可以释放大量的重金属进入城市土壤。不同功能区土壤中，重金属的来源和污染水平差别较大。公园土壤中Ｐｂ、Ｃｕ、ｚｎ和Ｎｉ的含量都比较高，可能是长春市公园土壤重金属来源复杂和长期积累的结果。因为长春大多数公园位于繁忙公路或者工业区附近。Ｔａｍ等研究发现在公路附近公园土壤中重金属含量与交通流量有显著的相关性网Ｊ，所以汽车尾气排放和工业活动增加了公园土壤重金属的含量。有些公园中的水塘是工业废水排放口，有些公园内人文景观如假山是由工业废弃物和城市生活垃圾堆放而成，所有这些均可引起土壤重金属含量升高。郊区耕地土壤中Ｐｂ、Ｃｕ、ｚｎ和Ｎｉ含量也比较高，化肥、农药以及塑料薄膜是其重要来源。有文献报道，长期施用无机磷肥会引起土壤重金属Ｐｂ、Ｃｕ、ｚｎ和Ｎｉ的污染旧１。。开发区土壤中重金属含量比背景值高，说明虽然工业用地时间比较短，但是工业活动对土壤重金属影响比较大。住宅区土壤中的ｚｎ异常高，可能与居民产生的生活垃圾有关。比较背景值与长春市土壤中Ｆｅ和Ｍｎ的平均含量，可知长春市土壤中的Ｆｅ和Ｍｎ主要来源于成土母质。它们以氧化物、氢氧化物的形式广泛存在于土壤粘粒中瞄Ｊ。有文献表明铁锰氧化物能够吸附土壤中的重金属［２３１，Ｆｅ和Ｍｎ与重金属的相关性可以反映它们对重金属的吸附能力。长春城市土壤中Ｆｅ与Ｍｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｚｎ呈现不同程度的正相关（表３），说明Ｆｅ对进入土壤中的重金属具有不同程度的吸附能力，其中对ｚｎ的吸附能力最弱，对Ｎｉ的吸附能力最强，此结论与张淑香等人Ｌ２４１的研究结果一致。土壤中Ｍｎ与Ｃｕ和Ｚｎ相关性不显著，表明Ｍｎ氧化物对进入土壤中的Ｃｕ和ｚｎ吸附能力较弱，而Ｍｎ对Ｎｉ具有极强的吸附性（表３），此结论与张淑香等人的结论相反，可能是两地土壤内部环境差异引起Ｍｎ对Ｎｉ吸附性不同。

表３土壤重金属含量相关系数Ｔａｂｌｅ３ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｉｎＣｈａｎｇｃｈｕｎ

ｓｏｉｌｓ

注：｝代表在Ｐ＜Ｏ．０５水平显著，··代表在ｐ＜０．０１水平显２．３城市土壤重金属污染评价及潜在的生态危害Ａｄｒｉｍａｏ‘２５１和Ａｌｌｏｗａｙ‘冽指出，Ｐｂ、Ｃｕ和Ｚｎ是评价城市土壤污染程度的理想指标。由上述结果表明，长春市土壤已受到Ｐｂ、Ｃｕ、ｚｎ和Ｎｉ的污染，