青島市生態(tài)地球化學(xué)預(yù)測(cè)與預(yù)警研究

代杰瑞,趙西強(qiáng),喻 超,王增輝,龐緒貴,孫彬彬

1)山東省地質(zhì)調(diào)查院,山東濟(jì)南 250013;

2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所,河北廊坊 065000

青島市生態(tài)地球化學(xué)預(yù)測(cè)與預(yù)警研究

代杰瑞1),趙西強(qiáng)1),喻 超1),王增輝1),龐緒貴1),孫彬彬2)

1)山東省地質(zhì)調(diào)查院,山東濟(jì)南 250013;

2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所,河北廊坊 065000

以山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查取得的區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)為依據(jù),對(duì)青島市生態(tài)環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)狀預(yù)警,劃分了4類(lèi)11片生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警區(qū)。以青島北部地區(qū)(2200km2)2003年和2007年(本次調(diào)查)兩批區(qū)域調(diào)查資料為基礎(chǔ),采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析、圖件對(duì)比等方法,研究土壤元素時(shí)空變化,結(jié)果表明,4年間土壤中 P、OrgC、Ba、La、Ag、B、W、Ga、Ge、Co等元素明顯積累,N、Bi、Hg、Cd、Au、OrgC、Pb等元素局部積累現(xiàn)象突出,土壤酸化(pH下降)顯著,應(yīng)引起重視。重點(diǎn)預(yù)測(cè)了Cd、Hg元素在未來(lái)30年內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量變化,并提出建議。

預(yù)測(cè)預(yù)警;土壤元素;時(shí)空變化;青島市

人類(lèi)社會(huì)特別是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和改革開(kāi)放以后,隨著人口的急劇增長(zhǎng)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人類(lèi)以前所未有的規(guī)模和強(qiáng)度開(kāi)發(fā)資源,使地殼中有毒有害元素大量進(jìn)入環(huán)境,此外工業(yè)“三廢”排放量增加,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)量使用農(nóng)藥、化肥、除草劑、農(nóng)膜等農(nóng)用化學(xué)品也是重要的環(huán)境污染源,環(huán)境污染已成為全球問(wèn)題(Siegel,2002;劉大文等,2002)。土壤作為地球表層系統(tǒng)重要的環(huán)境要素,既是元素的匯集場(chǎng)所,也是水、植物、動(dòng)物中有害物質(zhì)的重要來(lái)源(孫鐵珩等,2002;周?chē)?guó)華等,2004a)。土壤一旦受到有毒有害元素的污染,治理修復(fù)難度極大,土壤污染已成為當(dāng)前和今后面臨的重大環(huán)境問(wèn)題。

20世紀(jì)中葉以前,人們對(duì)于土壤中有毒有害元素污染累積及其危害性不夠重視,很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)將土壤作為處理和貯藏污染物的理想場(chǎng)所。隨著西方發(fā)達(dá)國(guó)家一系列環(huán)境公害事件的爆發(fā)(楊忠芳等,1999)、特別是過(guò)去 20～30年間“化學(xué)定時(shí)炸彈”的發(fā)生(Anonymous,1993),土壤環(huán)境變化及其污染危害已經(jīng)成為環(huán)境研究領(lǐng)域的重要問(wèn)題。

本次研究以山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查取得的區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查資料為依據(jù),對(duì)青島市生態(tài)環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)狀預(yù)警,并劃分預(yù)警區(qū)域。以青島北部(2200km2)地區(qū)2003年和2007年兩批調(diào)查資料為依據(jù),采用相關(guān)理論及方法,研究了 4年間該地區(qū)土壤元素的累積、空間分布變化,并預(yù)測(cè)了今后30年間土壤中Cd、Hg等重金屬元素的環(huán)境質(zhì)量變化,并提出建議。為當(dāng)?shù)匚廴究刂?、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、污染危害預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)、農(nóng)產(chǎn)品安全與人體健康提供了科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)資料依據(jù)及可靠性

2007年,山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目在青島地區(qū)開(kāi)展了多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查,系統(tǒng)采集了土壤和淺層地下水樣品,是青島市生態(tài)地球化學(xué)現(xiàn)狀預(yù)警研究的基礎(chǔ)。土壤樣品由武漢巖礦測(cè)試中心分析規(guī)范規(guī)定的54項(xiàng)指標(biāo);淺層地下水由山東省地質(zhì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究院測(cè)試Mn、Cu、Zn、Mo、Cd、Hg、As、Pb、總硬度、氯化物、亞硝酸鹽、高錳酸鉀指數(shù)(COD)、氟化物、pH值等29項(xiàng)指標(biāo);表層土壤元素有效態(tài)由山東省地質(zhì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究院測(cè)試 N、P、K、Mo、B、Mn、Cu、Zn、Fe、S、Se等11種元素有效量以及pH值。

2003年在國(guó)土資源部和青島市人民政府合作項(xiàng)目“青島市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和生態(tài)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展”的支持下,青島海洋地質(zhì)研究所在青島北部地區(qū)又一次進(jìn)行了土壤采樣分析,兩次調(diào)查相隔 4年,重復(fù)采樣面積 2200km2(圖3),對(duì)應(yīng)單元數(shù)據(jù)553組。兩次采樣密度、采樣方法完全相同,即以1km2網(wǎng)格為采樣單元,在3～5點(diǎn)處采集0～20cm表層土組成樣品,樣品風(fēng)干、敲碎、過(guò)20目尼龍篩,并按4個(gè)相鄰網(wǎng)格(4km2)的樣品組合為一個(gè)樣進(jìn)行測(cè)試。樣品由地科院地球物理地球化學(xué)勘查研究所測(cè)試中心承擔(dān),兩次采樣測(cè)試指標(biāo)相同,分析方法、質(zhì)量監(jiān)控要求基本相同,采用了標(biāo)準(zhǔn)樣、密碼樣、監(jiān)控樣等多種監(jiān)控手段,保證了分析質(zhì)量的可靠性,測(cè)試質(zhì)量通過(guò)了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局專(zhuān)家組的驗(yàn)收。兩批數(shù)據(jù)為區(qū)域土壤地球化學(xué)環(huán)境時(shí)空變化研究提供了高質(zhì)量數(shù)據(jù)資料。

2 研究方法

2.1 生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)及方法

本文以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)或研究成果所確定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)區(qū)作為生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警區(qū)。共劃分4類(lèi)預(yù)警區(qū):①以土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)劃定的Hg、Zn、Cd、Cu、Pb、As、Cr、Ni 8 項(xiàng)重金屬結(jié)果為超Ⅲ類(lèi)土壤的區(qū)域作為局部重金屬污染高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū);②以地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848-93)劃定的淺層地下水Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)水的區(qū)域(不宜飲用)作為淺層地下水預(yù)警區(qū)(余秋生等,2005);③以全國(guó)第二次土壤普查標(biāo)準(zhǔn)劃定土壤顯著缺 N、K、B、Mo等營(yíng)養(yǎng)元素區(qū)域作為預(yù)警區(qū);④根據(jù)本次研究土壤鹽基離子總量與土壤pH值之間的關(guān)系確定土壤pH值小于4.81和pH值為6.16～6.89的區(qū)域作為土壤酸化重點(diǎn)防范區(qū)。

2.2 土壤元素時(shí)空變化研究方法

評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、預(yù)警三者之間既緊密聯(lián)系又有所區(qū)別。評(píng)價(jià)是對(duì)現(xiàn)實(shí)生態(tài)安全性做出判斷,是對(duì)各種地球化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行影響效應(yīng)評(píng)價(jià);預(yù)測(cè)是根據(jù)建立的模型做出的科學(xué)推測(cè),著重指明各要素指標(biāo)的演化趨勢(shì);而預(yù)警是在預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上根據(jù)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的要求所進(jìn)行的危險(xiǎn)程度警示,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)要素指標(biāo)的演化趨勢(shì)和速度產(chǎn)生的影響及后果。由于條件的限制,本次研究重點(diǎn)對(duì)重金屬元素未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)可能出現(xiàn)的生態(tài)危害提出警示。

對(duì)比2003年和2007年兩個(gè)期次土壤元素含量統(tǒng)計(jì)特征值(中值、平均值、相關(guān)系數(shù)等),對(duì)區(qū)域內(nèi)土壤元素含量變化做出判斷。由于短期內(nèi)土壤元素累積速率基本呈線性(李戀卿等,2002),因此,利用過(guò)去 4年間土壤元素累積速率,可以預(yù)測(cè)今后數(shù)年后土壤元素含量的變化,并用土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)或其他標(biāo)準(zhǔn)采用相同色區(qū)、等量線制作地球化學(xué)圖或評(píng)價(jià)圖,對(duì)比可發(fā)現(xiàn)土壤元素空間分布的變化,以引起有關(guān)部門(mén)重視。

3 結(jié)果討論

3.1 表層土壤鹽基離子總量與土壤pH值

土壤酸化是在自然和人為條件下土壤 pH值下降的現(xiàn)象。影響土壤酸化的人為因素主要有兩個(gè)方面,一是大氣環(huán)境污染導(dǎo)致酸沉降的增加,使受酸沉降影響地區(qū)的土壤酸化速度加快;另一個(gè)重要的人為因素是不當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施,如動(dòng)植物產(chǎn)品的收獲從土壤中移走堿性物質(zhì),化學(xué)肥料的施用等,本文從自然因素考慮,通過(guò)研究土壤中鹽基離子的變化率來(lái)探討土壤 pH的變化速率,從而為圈定土壤酸化預(yù)警區(qū)奠定基礎(chǔ)。

為了研究土壤中鹽基離子(可溶性鉀、鈉、鈣、鎂離子總和)與土壤 pH的關(guān)系,我們統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)表層土壤2909件樣品數(shù)據(jù),進(jìn)行一定含量區(qū)間均值后,將鹽基離子與土壤pH作圖(圖1),由圖可見(jiàn),土壤pH受土壤鹽基離子濃度的制約,并可表示為4個(gè)定 量 關(guān) 系 式 ①y=0.2043x+5.3338,②y=?0.3412x+7.9564,③y=0.1414x+4.9851,④y=0.7273x+0.9512,求取關(guān)系式交點(diǎn)從左到右分別為(4.81,6.32)、(6.16,5.86)、(6.89,5.95),可以看出,當(dāng)pH＞6.89的土壤受到酸性物質(zhì)侵害時(shí),大量金屬離子起到明顯酸緩沖作用,使土壤中pH保持相對(duì)較小的變動(dòng);而pH在6.16～6.89之間的土壤,金屬離子酸性緩沖能力下降,酸堿中和作用基本消失,土壤 pH發(fā)生較大變化。同樣pH小于4.81的酸性土壤其酸性緩沖能力變小。以上分析可見(jiàn),土壤pH為4.81和6.89是土壤pH值緩沖體系的臨界點(diǎn)(突變點(diǎn)),也是本區(qū)酸性土壤和中性土壤酸化預(yù)警點(diǎn)。

酸性物質(zhì)進(jìn)入土壤引起土壤內(nèi)部一系列的化學(xué)變化,包括粘土礦物表面吸附的陽(yáng)離子與氫離子交換、元素淋溶、粘土礦物風(fēng)化、土壤酸化等,結(jié)果導(dǎo)致土壤耕作層可給性營(yíng)養(yǎng)元素(鉀、鈉、鈣、鎂)的損失及某些毒性元素(鋁、鎘等)的釋出和活化(周?chē)?guó)華等,2004b)。根據(jù)研究區(qū)287件元素有效量與pH值相關(guān)關(guān)系(表1),有效 S、速效 K、有效 B、有效Zn等元素有效態(tài)與 pH值呈顯著正相關(guān)(置信度α=0.05,相關(guān)系數(shù)的臨界值為0.195),有效Se、有效Mn與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)。另外,土壤酸化所引起的鎘等重金屬活化是危害農(nóng)產(chǎn)品安全的主要因素(余濤等,2006)。

圖1 土壤中堿性元素含量與pH關(guān)系圖Fig.1 Relationship between alkaline elements and pH values in soil

表1 土壤中元素有效態(tài)含量與pH值的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficients between available state of elements and pH values in soil

3.2 生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警

根據(jù)上述預(yù)警方法,全區(qū)可劃分4類(lèi)11片生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警區(qū),見(jiàn)圖2。

圖2 青島市生態(tài)環(huán)境安全性現(xiàn)狀預(yù)警圖Fig.2 Ecological environment status early warning map of Qingdao City

(1)Hg-Cr-Pb等局部重金屬污染高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)區(qū)(A),分布較零散,分為3個(gè)小片區(qū)(A1-A3),總面積32.71km2。A1預(yù)警區(qū)分布在萊西市馬連莊鎮(zhèn)鎮(zhèn)周邊,形成 Hg、Zn、Cd等重金屬元素的濃集中心,主要與人類(lèi)生活活動(dòng)有關(guān);A2預(yù)警區(qū)分布在南墅鎮(zhèn)西金、銅、石墨重要成礦區(qū)內(nèi),主要由Cr、Ni元素超標(biāo)引起,中心已達(dá)到重污染(劣三類(lèi)土壤)程度,表層遠(yuǎn)大于深層土壤含量,主要與礦山開(kāi)采污染有關(guān);A3預(yù)警區(qū)分布在店集鎮(zhèn)東部,由青山群高 Ni地質(zhì)高背景引起。建議盡快建立土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),以防農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)影響人類(lèi)身體健康。

(2)土壤酸化、鹽堿化重點(diǎn)防范區(qū)

通過(guò)上述表層土壤鹽基離子總量與土壤 pH值關(guān)系的研究,圈出 5個(gè)土壤酸化片區(qū)(B),總面積2048.92km2,約占全區(qū)面積的22%,研究區(qū)表層土壤酸性緩沖能力不容樂(lè)觀。

土壤酸化片區(qū)分布在祝溝鎮(zhèn)北部(B1)、南墅鎮(zhèn)西南部(B2)、膠州-張戈莊鎮(zhèn)(B3)、姜山鎮(zhèn)-普東鎮(zhèn)(B4)以及大村鎮(zhèn)-六汪鎮(zhèn)(B5),其中南墅鎮(zhèn)預(yù)警區(qū)面積最大為485.02km2。經(jīng)分析,酸化可能與人類(lèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活活動(dòng)產(chǎn)生的酸性物質(zhì)以及水土流失有關(guān),有必要進(jìn)一步查明酸化原因,防止土壤進(jìn)一步酸化。將淺層地下水Cl-含量大于280mg/l的區(qū)域作為鹽堿化預(yù)警區(qū)(王世進(jìn)等,1999),分布在膠州灣北部(B6),面積 407.81km2,與土壤沙化以及海水入侵有關(guān)。

(3)土壤顯著缺N-K-B-Mo等營(yíng)養(yǎng)元素危險(xiǎn)區(qū)

與農(nóng)作物直接相關(guān)的為土壤元素有效量,按全國(guó)第二次土壤普查標(biāo)準(zhǔn)劃分方法,將N、K、B、Mo有效態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果為同時(shí)缺乏的區(qū)域作為預(yù)警區(qū),以提醒當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在施肥時(shí)重點(diǎn)關(guān)注,以改變作物缺營(yíng)養(yǎng)元素現(xiàn)象。預(yù)警區(qū)位于即墨市東部大片區(qū)域,面積850.42km2。研究表明,有效硼的缺乏主要是由于有機(jī)質(zhì)缺乏、土壤pH值較低引起,而有效鉬缺乏主要與全量鉬較低有關(guān)。

(4)淺層地下水不宜飲用預(yù)警區(qū)

將淺層地下水中單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果為IV類(lèi)、V類(lèi)水質(zhì)的區(qū)域作為預(yù)警區(qū)。集中分布在崔家集鎮(zhèn)-南村鎮(zhèn),面積689.29km2,主要超標(biāo)項(xiàng)目為總硬度、溶解性總固體、NO2-、Cl-、F-5項(xiàng)指標(biāo),其中F-超標(biāo)最甚,本區(qū)人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)淺層地下水中氟的影響作用微弱,高氟的淺層地下水主要由萊陽(yáng)群、青山群高氟地層為物源,在地形、蒸發(fā)力、松散沉積物、地下水埋深等要素支配下,在水中聚集而成(李彩霞等,2008),是地氟病高發(fā)區(qū)。

圖3 兩次采樣土壤Hg、Cd散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter plot of Cd and Hg of soil in 2003 and 2007

3.3 土壤元素時(shí)空變化及預(yù)測(cè)

3.3.1 土壤元素時(shí)空變化研究

2003—2007年4年間青島北部土壤元素含量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2,統(tǒng)計(jì)表明,2003—2007年4年間,青島北部土壤中 P、OrgC、Ba、La、Ag、B、W、Ga、Ge、Co等元素積累趨勢(shì)較為明顯;土壤中重金屬元素的相對(duì)累積率以Zn最快,4年間含量上升了4%,其次為Cr、Pb,表明過(guò)去4年間青島北部地區(qū)土壤中Zn、Cr、Pb重金屬元素的富集作用十分明顯,且土壤酸化(pH下降)顯著。

相關(guān)分析表明(表2),兩批數(shù)據(jù)間 MgO、Tl、As、La、Sc、Y、Zr、Ce、Na2O、Nb、Fe2O3、Ni、Mn、Co、Cr、V、Sr、Ti、Be、Ba、Rb、K2O 等元素呈顯著正相關(guān),其散點(diǎn)分布大致呈直線,元素空間分布吻合性較好。說(shuō)明工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、生活活動(dòng)污染影響較小,元素含量變異不大。Sn、C、N、Bi、Hg、Ge、Cd、Au、Cl、Ag、OrgC、I、Ga、Pb 相關(guān)系數(shù)較小,其中 Bi、Hg、Cd、Au、Cl、Ag、Pb變異系數(shù)也較高,由制作的散點(diǎn)分布圖可以發(fā)現(xiàn),Hg、Cd、N、OrgC等相關(guān)性差主要與少數(shù)采樣單元格含量變化有關(guān)(圖3),由此推斷土壤中N、Bi、Hg、Cd、Au、OrgC、Pb等元素在過(guò)去 4年間局部地區(qū)已發(fā)生明顯變化,這種變化可能與人類(lèi)污染影響有密切關(guān)系。

表2 青島北部地區(qū)土壤元素含量統(tǒng)計(jì)參數(shù)Table 2 Descriptive statistics of content of elements in soil

圖4 青島市北部地區(qū)未來(lái)30年間土壤中Cd、Hg重金屬環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)圖Fig.4 Soil environment quality prediction map of Cd,Hg in north Qingdao area in the coming 30 years

3.3.2 Cd、Hg環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)

短期內(nèi)土壤元素累積速率基本呈線性,是預(yù)測(cè)土壤中元素在未來(lái)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)環(huán)境質(zhì)量變化的基礎(chǔ)?；谄拗?本文僅預(yù)測(cè)了Cd、Hg重金屬在2015年、2020年、2030年土壤中的環(huán)境質(zhì)量變化。首先按公式(1)、(2)計(jì)算2015年、2020年、2030年表層土壤每個(gè)分析樣單元(面積為4km2)的Cd、Hg預(yù)測(cè)值,然后按照土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995),采用相同色階繪制了環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)圖。

△Ci為4年間元素年平均年變化量,Ci2007、Ci2003分別為2007年、2003年元素實(shí)測(cè)含量值,Ci為n年后預(yù)測(cè)含量值,本文n=8,13,23。

Cd、Hg環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4,由圖可見(jiàn),隨時(shí)間的推移,Cd、Hg元素超二類(lèi)土壤面積逐漸擴(kuò)大,特別是Cd二類(lèi)土壤區(qū)域范圍擴(kuò)大明顯。Cd變化最明顯的是萊西市南部和平度北部地區(qū),2015年局部將出現(xiàn)二類(lèi)土壤,2020年二類(lèi)土壤面積逐漸擴(kuò)大,局部出現(xiàn)三類(lèi)土壤,到2030年三類(lèi)土壤面積逐漸擴(kuò)大,出現(xiàn)“點(diǎn)源狀”劣三類(lèi)土壤,經(jīng)統(tǒng)計(jì)從 2007年至2030年Cd超二類(lèi)土壤面積增加382km2,以平均每年16.6km2的速度遞增。Hg的預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)與Cd稍有不同,與2007年相比,Hg在2015年變化最大,在大田鎮(zhèn)東部、張舍鎮(zhèn)北部出現(xiàn)Hg的二類(lèi)或三類(lèi)土壤,超二類(lèi)土壤面積達(dá)到35km2,占研究區(qū)面積的1.59%,而在此后的2020年、2030年預(yù)測(cè)結(jié)果變化不明顯,且分布區(qū)域范圍基本無(wú)明顯變化。從重金屬毒性及生態(tài)效應(yīng)分析,對(duì)Cd、Hg預(yù)測(cè)結(jié)果應(yīng)引起關(guān)注。

4 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)本區(qū)土壤鹽基離子與 pH關(guān)系的研究,表明土壤 pH變化受土壤鹽基離子濃度的影響和制約,確定本區(qū)土壤pH 4.81和6.89是分別酸性和中性土壤 pH值緩沖體系的臨界點(diǎn)(突變點(diǎn)),并圈定pH小于4.81和pH為6.16～6.89的區(qū)域?yàn)橥寥浪峄婪秴^(qū),占全區(qū)面積的22%,土壤酸性緩沖能力不容樂(lè)觀。研究表明,土壤酸化可導(dǎo)致土壤耕作層可給性營(yíng)養(yǎng)元素(K、Cu、Mo、Zn、S、P、B)的損失及某些毒性元素(Hg、Cd等)的釋出和活化,建議進(jìn)一步詳細(xì)查明土壤酸化的自然及人為原因,控制污染源,防止土壤酸化危害人類(lèi)健康。

對(duì)青島市生態(tài)環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)狀預(yù)警,劃分了Hg、Cr、Pb等局部重金屬污染高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)區(qū)、土壤酸化鹽堿化重點(diǎn)防范區(qū)、土壤顯著缺 N、K、B、Mo等營(yíng)養(yǎng)元素并存在酸化的危險(xiǎn)區(qū)、淺層地下水不宜飲用區(qū)等4類(lèi)共計(jì)11片生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警區(qū)。為區(qū)域環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及環(huán)境污染控制、生態(tài)環(huán)境保護(hù)決策提供了重要依據(jù)。

青島北部(2200km2)地區(qū)2003年和2007年(本次調(diào)查)兩批區(qū)域數(shù)據(jù)資料對(duì)比表明,過(guò)去4年間土壤中 P、OrgC、Ba、La、Ag、B、W、Ga、Ge、Co等元素明顯積累,N、Bi、Hg、Cd、Au、OrgC、Pb等元素局部積累現(xiàn)象突出,預(yù)測(cè)了Cd、Hg重金屬元素在未來(lái)30年內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量變化,結(jié)果表明局部地區(qū)土壤 Cd、Hg重金屬將進(jìn)一步積累。建議加強(qiáng)環(huán)保力度,并盡快建立區(qū)域土壤環(huán)境地球化學(xué)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),以較低的密度每隔 5～10年重復(fù)采樣,并抽取前期調(diào)查樣品重復(fù)分析,以便更準(zhǔn)確地掌握土壤地球化學(xué)環(huán)境的變化(謝學(xué)錦等,2002,2009)。深入研究、預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)重金屬污染的生態(tài)環(huán)境效應(yīng),積極探索環(huán)境污染調(diào)控方案和土壤重金屬污染治理修復(fù)技術(shù)。

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A Study of Ecological Geochemcal Early Prediction and Warning in Qingdao City

DAI Jie-rui1),ZHAO Xi-qiang1),YU Chao1),WANG Zeng-hui1),PANG Xu-gui1),SUN Bin-bin2)
1)Shandong Institute of Geological Survey,Jinan,Shandong250013;
2)Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,Chinese Academy of Geological Sciences,Langfang,Hebei065000

Based on agro-ecological geochemical survey of eastern Shandong Province,the authors divided Qingdao City into 4 types and 11 eco-geochemical areas for ecological environment status early warning.Mathematical statistics,correlation analysis and comparison were conducted between the data obtained from regional survey of north Qingdao (2200km2)in 2003 and those in 2007 to study the temporal and spatial variation of elements in soil.The result reveals that such elements in soil as P,OrgC,Ba,La,Ag,B,W,Ga,Ge and Co were accumulated significantly in the four years,and elements like N,Bi,Hg,Cd,Au,OrgC and Pb were accumulated remarkably in some places of the study area,and the acidification of soil (pH decrease)was observable.These data strongly suggest that much attention should be paid to the environment.According to the accumulation rate of elements in soil in the four years,the environment quality changes of soil was predicted,and some suggestions were put forward.

prediction and early warning;soil elements;temporal and spatial variation;Qingdao City

X24;P595;X32

A

10.3975/cagsb.2011.04.08

本文由山東省國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目“山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”(編號(hào):2006709)資助。

2011-05-12;改回日期:2011-06-01。責(zé)任編輯:魏樂(lè)軍。

代杰瑞,男,1977年生。工程師。長(zhǎng)期從事農(nóng)業(yè)地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究。通訊地址:250013,山東省歷下區(qū)建新南路35號(hào)。電話:0531-86971586。E-mail:daijierui@sohu.com。

致謝:本文是在“山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”項(xiàng)目(編號(hào):2006135)調(diào)查和收集青島海洋地質(zhì)研究所完成的“青島市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和生態(tài)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展”項(xiàng)目數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上研究而成的,直接參加項(xiàng)目研究工作的還有王紅晉、王存龍、季順樂(lè)、崔元俊、李肖鵬、曾憲東等同志,樣品分析測(cè)試由武漢巖礦測(cè)試中心、山東省地質(zhì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究院測(cè)試所完成,在此一并致謝。