秦淮河河谷平原中部土壤汞污染分布特征及其影響研究

潘永敏,吳新民,華 明,廖啟林,黃順生,金 洋

(江蘇省地質調查研究院,江蘇 南京 210018)

秦淮河河谷平原中部土壤汞污染分布特征及其影響研究

潘永敏,吳新民,華 明,廖啟林,黃順生,金 洋

(江蘇省地質調查研究院,江蘇 南京 210018)

對南京秦淮河河谷平原中部土壤 Hg污染分布特征及其影響進行了研究。結果表明,秦淮河河谷平原中部表層土壤 Hg污染主要是由農(nóng)田灌溉造成的,三級土壤沿秦淮河展布,二級土壤基本分布在平原區(qū),一級土壤主要分布在崗地、山地。Hg污染主要富集在表層,高富集區(qū)主要分布在地勢相對低洼處,有機質在本區(qū)對 Hg的吸附有較大的親和力,對 Hg的積累有一定的控制作用;在三級土壤區(qū)域通過詳查,已存在超三級土壤。本區(qū)土壤以中性、弱酸性為主,土壤抗酸化能力弱。隨著酸雨的增多,土壤 pH值的降低,土壤 Hg向生物體遷移的數(shù)量將會加大,會給這一地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品安全帶來風險。

Hg污染;分布特征;影響因素;秦淮河;江蘇南京

0 引 言

2001年—2005年,江蘇省地質調查研究院開展了江蘇省國土區(qū)域生態(tài)地球化學調查 (1∶25萬多目標),調查顯示,表層土壤 Hg元素在秦淮河河谷平原中部呈現(xiàn)高度富集,這一現(xiàn)象引起了筆者的關注。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

秦淮河河谷平原中部位于南京主城區(qū)東南方向約 10km,地貌景觀為河谷平原,平原周邊為崗地、山地,水網(wǎng)發(fā)育。研究區(qū)面積 591km2,土壤種類主要為水稻土 (占全區(qū) 71%),其次為黃褐土和黃棕壤,分別占全區(qū) 18%和 7%,另有小面積石灰土、火山灰土和褐土分布。以種植水稻、油菜、小麥為主,灌排條件好,水稻產(chǎn)量較高。

1.2 研究方法

淺層樣采用方里網(wǎng) 1個樣 /1km2的密度,采集深度為 0cm～20cm土壤樣品,按 1組合樣 /4km2的密度等重量組合成分析樣;深層樣采用 1個樣/16km2的密度,采集深度為 150cm～200cm土壤樣品,單點樣分析。采樣遵循避開明顯有點源污染和線源污染的村莊、道路、固體垃圾堆放地原則。對Hg的測定用 HCI-HNO3-HF-HC IO4消化,采用冷原子熒光光譜分析。

2 土壤 Hg分布特征及成因分析

2.1 土壤 Hg含量分布特征

根據(jù)國家環(huán)保局于 1995年批準的《土壤環(huán)境質量標準》(GB 15618—1995),本區(qū)表層一級土壤面積 265km2,占全區(qū) 45%;二級土壤面積287km2,占全區(qū) 49%;三級土壤面積 39km2,占全區(qū) 6%(圖 1)。

從圖 1可以看出：受污染土壤有沿秦淮河水系展布的特征,三級土壤主要位于方山南部河流交匯處附近;二級土壤基本分布在平原區(qū);一級土壤主要分布在崗地、山地。研究區(qū)內表層組合分析樣品數(shù)為 140個,含量范圍在 0.039mg/kg～0.83mg/kg之間,平均值為 0.21mg/kg,標準差 0.17。

圖1 秦淮河河谷平原土壤 Hg質量評價圖

土壤類型與 Hg含量關系 (表 1),其平均含量由大到小分別為水稻土、黃棕壤、黃褐土,3種土壤 Hg含量最小值相當,平均值中水稻土與其他兩種土壤差異較大。由于水稻土基本分布在平原區(qū),并以種植水稻為主,灌溉幾率較大,地表水徑流遲緩;其他種類土壤主要分布在崗地、山地,以種植旱作物或林地為主,灌溉幾率較小,地表水徑流快,因此 Hg元素在本區(qū)分布與地形地貌相關性較強,與土壤類型相關性不顯著。

表1 主要土壤種類 Hg元素含量統(tǒng)計表

本區(qū)土壤有機質含量在 0.83%～3.5%之間,其中含量在 1.5%～2.5%占到 74%,大于 2.5%含量的占 21%。其中三級土壤區(qū)域內有機質含量在1.88%～3.5%之間,平均含量為 2.74%,有機質含量最高值與 Hg含量最高值在區(qū)內相吻合。由圖 2可見,Hg元素與有機質含量呈顯著相關關系,關系方程式為 Hg=0.021 8×exp(0.926 6×有機質),相關系數(shù) R2=0.372 7。說明表層土壤有機質對 Hg的積累有一定的控制作用。有研究證明,土壤有機質含量增高可明顯降低 Hg的離子態(tài)和交換態(tài)的含量,從而減輕遷移進入農(nóng)作物中 Hg的含量。

圖2 土壤有機質與 Hg元素含量相關性圖

由于秦淮河河谷平原區(qū)表層土壤 Hg高度富集,本項目后期進行了詳查,其中采樣點 4、5、6號樣品 Hg含量分別高達 1.26mg/kg、1.63mg/kg、1.82mg/kg,其最高值高于附近組合樣最高值 2.2倍,已超出三級土壤環(huán)境質量限量值,從而驗證這一地區(qū)已存在超三級土壤。

本區(qū)深層樣品有 36個,含量范圍在0.009mg/kg～0.098mg/kg之間,平均值為 0.029mg/kg,標準差0.19。其含量分布規(guī)律大致與表層土壤相同,即表層土壤 Hg含量高的區(qū)域深層土壤 Hg含量相對也高,所不同的是與河流關系更為密切,含量大于0.039 mg/kg,均在河流附近,這可能與河床側向滲透有關;在地下水中 Hg元素在重金屬中遷移系數(shù)最高,屬強烈遷移元素。

2.2 土壤 Hg空間分布特征

圖3為研究區(qū)部分深層柱樣剖面圖,其分段采樣長度為 20cm,從 3個柱狀樣含量垂向變化曲線可以看出,Hg元素主要富集在地表 60cm以下,Hg含量隨深度變化不大,含量較低,60cm以上,汞含量隨深度變化較明顯;其中 1號深層柱樣位于黃褐土區(qū),土壤質地以粘土為主,透水性差,粘土礦物易吸附汞,因此汞主要富集在表層,含量隨深度遞減明顯。而 2號樣和 3號樣位于潴育型水稻土區(qū),土壤結構含有粉砂,表層土壤 Hg易受雨水淋漓、滲透、大氣釋放等影響,因此,呈現(xiàn)出 0cm～20cm Hg含量低于20cm～40cm的狀況。

圖3 秦淮河平原區(qū) Hg含量垂向變化特征圖

2.3 土壤中 Hg的成因分析

通過對深、表層土壤 Hg元素含量分布特征的研究發(fā)現(xiàn),無論深層土壤還是表層土壤 Hg含量都有距秦淮河越近含量越高的特征,表層土壤 Hg含量最高值 (1.82mg/kg)比深層土壤 Hg含量最高值(0.098mg/kg)高出 18.57倍,是南京市土壤 Hg背景值 0.12mg/kg的 3.3倍,說明表層土壤 Hg元素在秦淮河河谷平原局部地區(qū)為高度富集。

秦淮河的東部源頭出自句容市寶華山,南部源頭出自溧水縣東廬山,兩個源頭在江寧區(qū)的方山埭交匯。在雨水充沛季節(jié),自南向北經(jīng)東水關流入南京城。由于地勢上的原因,在上游來水少的情況下,城區(qū)污水往往會形成倒流。由于重金屬元素可以以懸浮物為載體在流域內大跨度遷移,以及 Hg在地下水中也屬強烈遷移元素,說明水是 Hg的主要遷移媒介,這與研究區(qū)內土壤 Hg含量分布特征 (高富集區(qū)地勢低洼)十分吻合。由于秦淮河河谷平原中部距南京主城區(qū)較近,城區(qū)污水易倒流此地,而主城區(qū)附近秦淮河水系沉積物中 Hg含量高達 0.363mg/kg,由此可見,秦淮河河水懸浮物中 Hg的含量是相當高的。秦淮河河谷平原大多為水稻田,在春耕和旱季需用大量秦淮河河水進行灌溉,灌溉加快了水的流速 (擾動),促使懸浮物增加,從而造成含 Hg懸浮物隨水一道流進農(nóng)田。由于 Hg有隨水遷移的習性,在地表水徑流作用下逐漸向地勢低洼處遷移,而秦淮河河谷平原中部地勢低洼,地表水徑流遲緩,主要依靠自然蒸發(fā)和人工排泄,使得水中懸浮物在此處易沉積難排泄,逐漸形成了 Hg元素高富集區(qū)。

3 土壤中 Hg對農(nóng)產(chǎn)品安全的影響

植物對土壤中的 Hg有吸收和累積作用,它隨土壤中 Hg濃度的增加而增高。在本次調查已發(fā)現(xiàn)該地區(qū)存在超三級土壤。

南京處于我國酸雨較重的區(qū)域。2002年南京市降水平均 pH值為 5.19,郊縣發(fā)生酸雨頻率為34.7%。2005年,酸雨發(fā)生頻率為 40.4%。2006年11月,南京酸雨發(fā)生頻率達到了 88%,強酸雨 (pH值小于 4.5)出現(xiàn)頻率為 25%,雨水 pH值最低僅為3.51。本區(qū)表層土壤 pH值在 5.50～7.99之間,平均值為 6.7。從土壤酸堿性分布規(guī)律分析,土壤 pH值與成土母質有關,酸性土壤主要為黃褐土和黃棕壤,水稻土基本為中性,只在龍都至湖熟一帶有弱堿性土壤分布。二級以上土壤分布區(qū)內 pH值大于6.0;三級土壤分布區(qū) pH值在 6.65～7.14之間,屬中性。過多的酸雨不僅會造成農(nóng)作物減產(chǎn),還會破壞土壤成分,使土壤酸化。土壤 pH值是影響土壤中 Hg吸附與解吸,控制其有效性與移動性的重要因素。土壤 pH值越低,H+越多,Hg被解吸得越多,其活性就越強,土壤 Hg向生物體遷移的數(shù)量將會加大。本區(qū)土壤以中性、弱酸性為主,土壤抗酸化能力弱,隨著酸雨的增多,土壤 pH值的降低,將會給這一地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品安全帶來風險。

4 結 語

綜上所述,秦淮河河谷平原表層土壤 Hg污染主要是由農(nóng)田污水灌溉造成的,其含量分布特征與地形和有機質相關,Hg元素高富集區(qū)往往處在地形相對低洼有機質含量較高的地區(qū)。在三級土壤區(qū)內通過詳查,證明已存在超三級土壤,土壤有機質和 pH值是影響土壤中 Hg吸附與解吸、有效性與移動性的重要因素。因此,在 Hg含量高的區(qū)域應增施有機肥,施撒生石灰等防治土壤酸化的措施,從而減輕土壤中離子交換態(tài) Hg的含有量,提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性。

灌溉水水質是造成秦淮河中下游農(nóng)田 Hg污染的主要因素,因此,加大對秦淮河的污染監(jiān)測、治理,防止灌溉水對農(nóng)田進一步的污染非常必要。對土壤Hg含量較高,且已威脅到農(nóng)產(chǎn)品安全的區(qū)域,可以進行生物修復。鳳眼蓮、蘆葦、加拿大楊、紙皮樺等植物對土壤中 Hg的吸收及儲存能力極強。通過這些植物對 Hg的吸收積累,可降低土壤中的 Hg污染,而積累污染物的植物體也能得到有效利用,同樣可以帶來一定的經(jīng)濟效益。利用微生物對某些 Hg的吸收、沉積、氧化和還原等作用,減少植物攝取,從而降低 Hg的毒性,是當前治理土壤 Hg污染具有發(fā)展前景的一種方法。

5 致 謝

參與本項目項調查研究工作的成員還有朱佰萬、翁志華、陳寶、畢葵森、范迪富等,在此一并致謝!

[1] 中國地質科學院水文地質工程地質研究所.專門水文地質學[M].北京：地質出版社,1977.

[2] 中國科學院土壤背景協(xié)作組.北京、南京地區(qū)土壤中若干元素的自然背景值 [J].土壤學報,1979,16(4)：319-328.

[3] 趙傳東.長江流域沿江鎘異常源追蹤與定量評估的方法技術研究：以長江流域安徽段為例 [J].地學前緣,2008,15(5)：179-177.

[4] 南京市環(huán)保局.南京市環(huán)境質量報告書[R].2002.

[5] GB 2762—1994,食品中汞允許量標準[S].

[6] GB 15618—1995,土壤環(huán)境質量標準[S].

[7] 沈啟.南京是酸雨“重災區(qū)”11月,10場有 9場是酸雨[N].現(xiàn)代快報,2006-12-11(A7).

[8] 王荔娟,胡恭任.土壤 /沉積物中汞污染地球化學及污染防治措施研究 [J].巖石礦物學,2007,26(5)：453-458.

On distribution characteristics and influences of soil Hg pollution in plain along Qinhuai River in Nanjing

PAN Yong-m in,W U Xin-m in,HUA M ing,L I AO Qi-l in,HUANG Shun-sheng,JIN Yang

(Geological Survey of Jiangsu Province,Nanjing 210018,China)

The authors studied the distribution and affecting factors of Hg pollution in soil in the middle plain alongQinhuai River in Nanjing.The research showed that farmland irrigation was the major cause for topsoil Hg pollution along the middle and lower reaches ofQinhuaiRiver.Along the Qinhuai River,there was a zonal extension of the third-level soil according to the national standard quality of soil environment;there were mostly second-level soil in the plain area;the hilly area and mountainous area mainly had first-level soils.Mercurywasmainly concentrated in topsoil,and areas with high Hg concentration were mostly low-lying lands.W ith a quite strong absorption force in the studied area,organic matterwas in some ways a dominant cause for Hg accumulation.The authors improved the density of sampling in areaswith third-level soil.According to the analysis of these samples,soilwhose mercury exceeded the third level existed in these areas.The soil in this area wasmainly neutralormildly acid,so itwas hardly able to defend itself from acidification.W ith the increase of acid rain,the decrease of pH value of such soil consequently increased the transfer ofmercury from the soil to living beings.Thiswould bring risk to the security of far m products in this area.

Hg pollution;Distribution characteristics;Affecting factors;Qinhuai River;Nanjing,Jiangsu would have shared the weight of their titianic bodies by the four legs,and reduced pressure to ground for fear sinking.Thus it can be seen that：in live evolution,what happens to a s mall partmay affect the whole.An organis m'smain evolution would have driven a series of cooperated evolutions in itself for adapt to the environment suitably asmore as possible.

S153

A

1674-3636(2010)04-0358-04

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.358

2010-03-24;編輯：陸李萍

中國地質調查局基礎地質大調查項目(200312300008)

潘永敏 (1961—),男,工程師,主要從事生態(tài)地球化學方面的研究.

Keywords:Sauropodomorpha dinosaurs;Gigantis m;Mesozoic;Period