土壤重金屬潛在生態(tài)危害評價及其同源相關性研究

邱海源（福建省地質環(huán)境監(jiān)測中心，福州福建361005）

土壤重金屬潛在生態(tài)危害評價及其同源相關性研究

邱海源（福建省地質環(huán)境監(jiān)測中心，福州福建361005）

本文首次以廈門市翔安區(qū)324國道兩側福建省農(nóng)業(yè)保護區(qū)土壤重金屬的分布、潛在生態(tài)危害、同源相關性為研究目標，采用（Agilent 7500型）ICP-MS精確分析表層耕作土壤中重金屬（Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn）含量，運用經(jīng)典Lars Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對廈門市翔安區(qū)土壤中重金屬潛在生態(tài)危害性進行評價，并對土壤中重金屬相關性進行了深一步研究，得出八種重金屬潛在生態(tài)危害程度（危害指數(shù)）順序為Cd（94.4）>Hg（54.3）>As（46.7）>Pb（10.5）>Cu（4.3）>Ni（3.1）>Cr（2.3）>Zn（1.9），重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）為216.8，屬于潛在生態(tài)危害中等程度。

重金屬潛在生態(tài)危害相關性

0 引言

土壤重金屬污染在一定時期內(nèi)并不表現(xiàn)出對環(huán)境的危害性，但當其存儲量超過土壤承受能力或限度，或當土壤環(huán)境條件變化時，其就可能被活化，從而導致嚴重的生態(tài)危害，因此被稱為“化學定時炸彈”。因此研究城市土壤重金屬污染特征,評價其潛在的生態(tài)危害是十分必要的。

本文通過對翔安區(qū)土壤重金屬空間分異性的研究，采用瑞典學者Hakanson[1]的潛在生態(tài)危害指數(shù)法對翔安區(qū)土壤重金屬的潛在生態(tài)危害進行評價。應用潛在生態(tài)危害指數(shù)法將污染物與生物毒性、生態(tài)危害有機地結合,兼有現(xiàn)時與潛在風險評價的研究層次[2，3]，并且考慮到不同重金屬的毒性差異及環(huán)境對重金屬污染的敏感程度,能夠更準確地表示重金屬對生態(tài)環(huán)境的影響[4]。

1.樣品的采集及測定

1.1 樣品的采集

第一步是用幾何網(wǎng)格法在1：24000的地形圖上布點，采用的布點密度為500m×500m。野外定點以地形圖為主，尋找有利于土壤特征發(fā)育的環(huán)境進行采樣。野外定點時采用GPS定位。共采集了50多份土壤樣品，并現(xiàn)場測定了其基本的理化性質（pH、氧化還原點位等）。

1.2 樣品的預處理

根據(jù)《土壤元素的近代分析方法》和有關的國家標準[5-6]，對采集來的樣品進行預處理，使其達到實驗室分析的要求。樣品消解采用“全分解”法。采用Agilent 7500電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）測定元素。索坤SK-2003型原子熒光光度計（AFS），測定汞、砷元素。MARS 240/50微波消解儀（美國CEM公司）、電熱板（VIP-4000），土壤樣品消解。現(xiàn)場采樣采用GPS精確定位。

2.數(shù)據(jù)分析及評價方法

采用Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法,潛在生態(tài)危害指數(shù)涉及單項污染系數(shù)、重金屬毒性響應系數(shù)以及潛在生態(tài)危害單項系數(shù),其公式為：

表1 和RI的分級標準

表1 和RI的分級標準

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3.結果與討論

3.1 廈門市翔安區(qū)重金屬含量

廈門市翔安區(qū)重金屬含量的測定結果(見表2)。調查區(qū)土壤類型以324公路為界，公路以北為紅壤，土壤成熟度較高。公路以南為圍墾灘涂所得的濱海鹽土。公路以北,種植農(nóng)作物歷史較長，土壤成分以粘性土為主，成熟度較高，有機質豐富，因此有利于元素的吸附富集，加之施肥量大，使耕作層富集大多數(shù)營養(yǎng)元素和部分重金屬，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn在東部及西部含量明顯偏高。新圍墾地區(qū)屬近代河海相沉積物。土壤成熟度低，未完成脫鈣過程，Ca含量過高。

表2 翔安表層土壤重金屬潛在生態(tài)危害評價

從表2中，值可以比較明顯的觀察出Cd值屬于強生態(tài)危害程度，Hg、As屬于中等生態(tài)危害，Pb屬于輕微生態(tài)危害程度，其他的重金屬基本上處于一種無生態(tài)危害的狀態(tài)，總的考慮基本上整個地域基本處于一種中等生態(tài)危害的情況下，需要引起一定的關注。

3.2 廈門市翔安區(qū)重金屬相關性分析

土壤重金屬來源于成土母質和人類活動，同來源的重金屬之間存在著相關性[8]。土壤中重金屬含量與土壤性質的相關性除受元素本身性質影響外，與元素所處的環(huán)境及其元素的來源有很大的關系[8-10]。

表3.土壤中重金屬含量的統(tǒng)計值(μg/g)

由表3，表4，圖1可知Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As之間的相關性很高，表明它們同源性高。Mn-Cr,Ni-Cr,Mn-Cu,Ni-Cu,As-Cr,As-Mn,As-Zn,Cd-Cr,Cd-Zn之間也有一定的同源性。特別需要指出的是Hg

表4.翔安土壤重金屬含量相關系數(shù)

和Pb與所有元素的相關性不高。其中As和較多元素呈現(xiàn)較高的相關性，說明主要來源為地球化學來源，其中與Cu和Cd的相關性特別高。

圖1 翔安土壤重金屬含量相關系數(shù)

翔安區(qū)土壤元素相關性與沉積物元素間的相關性相比[11]，相關性趨勢存在著一定的差異，如Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As等在土壤中相關性很好[10]。土壤中Hg與其它元素的相關系數(shù)大于它們在沉積物中的相關系數(shù)，這是河流受Hg污染所致，外源污染物汞的排放，削弱了Hg與其他元素之間的相關程度。土壤和沉積物中元素Mn與其他元素的相關性發(fā)生了較明顯的變化。土壤中Mn與Ni呈現(xiàn)出顯著的正相關關系；而在河流沉積物中Mn與Ni具有顯著負相關性，這種截然相反的結果，可能是由沉積物與土壤的外部環(huán)境因子(pH、Eh)差異而引起它們存在形態(tài)的差別，有待于進一步研究。

3.3 廈門市翔安區(qū)土壤重金屬污染評價及潛在的生態(tài)危害

Adriano[10]和Alloway[11]指出，Pb,Cu,Zn是評價城市土壤污染程度的理想指標。采用Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法對土壤重金屬污染進行了潛在生態(tài)風險研究.結果表明：翔安區(qū)土壤受到Cd的強污染和Hg，As的中等污染，其它重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)均較低。經(jīng)比較，八種重金屬的潛在生態(tài)危害Cd>Hg>As>Pb>Cu>Ni>Cr>Zn。重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為216.8，潛在生態(tài)危害中等。

4 結論

翔安區(qū)土壤重金屬含量Cd、Cr、Cu、Pb、Zn在東部及西部含量明顯偏高。Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As之間的相關性很高。Mn-Cr,Ni-Cr,Mn-Cu,Ni-Cu,As-Cr,As-Mn,As-Zn,Cd-Cr,Cd-Zn之間也有一定的同源性。另外翔安區(qū)土壤受到Cd的強污染和Hg，As的中等污染，其它重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)均較低。重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為216.8，整體評價為潛在生態(tài)危害中等。

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