江漢平原不同土地利用方式下土壤銅鋅鉻鎳元素含量特征

摘 要：為探究不同土地利用方式下沙洋縣土壤銅、鋅、鉻、鎳元素的含量特征及其對土地利用的響應，選取研究區內主要七類土地利用方式：水田、旱地、灘涂、林地、草地、水面（湖塘河區）、建設用地，對土壤中的銅、鋅、鉻、鎳元素數據進行統計分析和空間插值。研究表明：沙洋鎮土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量平均值分別為

27.31、77.21、74.62、32.50 mg/kg。四種元素含量均值在灘涂地塊最高，分別達到31.16、80.153、87.906、38.127 mg/kg，四種元素單點最高值分別為52.63、170.387、113.190、55.376 mg/kg，分別出現在水田、建設用地、建設用地、水田。土壤銅、鋅元素總體在沙洋鎮的中心城區較為聚集，而土壤鉻、鎳元素沒有這類現象。

關鍵詞：沙洋鎮；土地利用方式；銅、鋅、鉻、鎳元素

中圖分類號：S153.6 " " " " " " 文獻標志碼：A

0 引言

過量的重金屬元素會對人類和其他動植物產生不良影響，重金屬對人體的影響過程中的重要介質是土壤，土壤銅過量會對植物光合作用、細胞結構等產生不良影響[1-2]；土壤鋅過量會抑制植物根的生長，影響植物根系對土壤營養元素的吸收[3]；土壤鉻通常有三價鉻和六價鉻，均對人體健康有害，其中六砎鉻是強致突變物質，通過食物鏈進入人體，可誘發人體肺癌和鼻咽癌[4-6]；鎳污染是由鎳及其化合物所引起的環境污染，土壤鎳可以使甜菜、番茄、馬鈴薯和燕麥等生長減緩[7-8]；因此土壤中過量的銅鋅鉻鎳可以造成土壤生態環境破壞，同時通過食物鏈對人體造成不良影響。近10年來，土壤重金屬的研究主要涉及重金屬生態修復技術、重金屬生態安全閾值測試、重金屬來源、土地利用對重金屬的影響效應等[9-15]，其中土地利用主要聚焦人類活動對土壤重金屬的累積影響，比如施肥、施用農藥、工礦業廢水廢渣排入土壤等，土地利用類型可以作為對土壤重金屬影響的分類指標[16-22]。

本文研究地點湖北省沙洋縣地處鄂中腹地，漢江中下游，江漢平原北端，地跨109°11′E—109°55′E，29°33′N—20°12′N。沙洋鎮為沙洋縣城駐地，位于沙洋縣東南部，毗鄰漢江，地貌以平原為主，土壤大多為第四紀孫家河組沖洪積層潮土，土層較厚，色澤多棕黃或灰黃，人類居民和耕作等活動較為強烈。地處中緯度北亞熱帶季風氣候帶，屬半濕潤地區。年平均氣溫15.9 ℃，7月份平均溫度為27.8 ℃，平均無霜期255 d，年均日照時數2 008 h，多年平均降水量1 051.6 mm；降雨主要集中在夏季，占全年總降雨量的46%。沙洋鎮是農業種植區，且人類活動較為頻繁，土地利用方式多樣且典型。本文基于湖北省沙洋縣土地質量地球化學評價項目中對沙洋鎮土壤的調查取樣，分析沙洋鎮土壤銅、鋅、鉻、鎳元素對土地利用方式的響應，旨在揭示土壤銅、鋅、鉻、鎳元素在江漢平原人類建設用地區和農業種植區等不同土地利用方式下的含量特征，為今后土壤銅、鋅、鉻、鎳元素的干預治理和土地資源的合理利用提供科學參考。

1 試驗樣本及測量方法

1.1 研究區土地利用概況

圖1展示了研究區的不同土地利用方式和采樣點分布。研究區總面積53.49 km2，旱地面積11.55 km2，占比21.59%；建設用地面積22.28 km2，占比41.66%；林地面積2.29 km2，占比4.28%；水面（湖、塘、河水面）面積7.54 km2，占比14.10% ；水田面積7.53 km2，占為14.09%；灘涂面積2.24 km2，占比4.19%；草地面積為0.05 km2，占比0.10%。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計與樣品采集

在沙洋縣沙洋鎮內，進行全覆蓋區域1∶50 000土壤調查，每km2均勻設置3～4個樣點，一共有285個取樣點。沙洋鎮土地利用方式最為豐富，土地基礎母質來源較為均一，因此，適合設計試驗，揭示土地利用方式對土壤重金屬元素的干擾，本采樣全部為人類活動干擾較大的土壤表層樣，對每一采樣點的土壤表層0～20 cm深度進行取樣，實驗室風干后，取出細根、石粒等雜質，碾磨后過0.1 mm孔徑篩制成待測土壤樣品。

1.2.2 土壤銅鋅鉻鎳元素測定方法

（1）土壤銅、鋅、鉻、鎳采用國家環境保護標準HJ 491—2019中火焰原子吸收分光光度法[23]，每批土壤做3 次空白樣和平行樣，取平均值作為樣品銅鋅鉻鎳元素的最終含量，測試過程中加入國家標準土壤參比物質（GSS-12）進行質量控制，各重金屬的回收率均在國家標準參比物質的允許范圍內。

（2）數據統計分析采用SPSS17.0軟件，圖件由MapGis67和Origin8.1軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 研究區土壤銅鋅鉻鎳元素總體含量特征

沙洋鎮土壤銅、鋅、鉻、鎳元素平均值分別為27.31、77.21、74.62、32.50 mg/kg，變異系數分別為0.24、0.23、0.18、0.22（見表1），均屬于低等變異程度。除鋅的極大值170.39 mg/kg接近土壤安全閾值200 mg/kg（5.5＜pH≤6.5）以外，總體上沙洋縣土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量均在土壤重金屬安全閾值內。從土壤銅、鋅、鉻、鎳元素統計直方圖（圖2）可以看出，土壤銅元素含量分布相對其他三個元素較接近正態分布，土壤鋅元素偏態分布較為明顯，研究區土壤鉻和鎳含量分布較為集中，少數點位出現了高值。

2.2 研究區土壤銅鋅鉻鎳元素在不同土地利用下含量特征

表2為不同土地利用方式下土壤銅元素的統計特征。銅元素含量均值在灘涂地塊最高，數值為31.16 mg/kg，其次是建設用地和水田，分別為28.29 、28.40 mg/kg。在研究區中水田土壤出現了銅元素含量的最高值52.63 mg/kg，土壤銅含量均值在不同土地利用下的排序為灘涂＞水田＞建設用地＞林地＞旱地＞水面＞草地。

如表3所示，鋅元素含量均值在灘涂地塊最高，達到80.153 mg/kg，其次是建設用地和旱地，分別為79.684、78.881 mg/kg，建設用地土壤出現了鋅元素含量的最高值170.387 mg/kg，土壤含量均值鋅在不同土地利用下的排序為灘涂＞建設用地＞旱地＞水田＞水面＞林地＞草地。

如表4所示，鉻元素含量均值在灘涂最高，數值為87.906 mg/kg，其次是建設用地和水田，分別為81.141、78.451 mg/kg，建設用地土壤出現了鉻元素含量的最高值113.190 mg/kg，土壤鉻含量均值在不同土地利用下的排序為灘涂＞建設用地＞水田＞林地＞旱地＞草地＞水面。

如表5所示，鎳元素含量均值在灘涂地塊最高，數值為38.127 mg/kg，其次是建設用地和林地，分別為35.336、33.362 mg/kg，在研究區中水田土壤出現了鎳元素含量的最高值55.376 mg/kg，土壤鎳含量均值在不同土地利用下的排序為灘涂＞建設用地＞林地＞水田＞旱地＞草地＞水面。

圖3展示了沙洋鎮土壤銅鋅鉻鎳元素地球化學最值，可知，土壤銅、鋅元素總體在沙洋鎮的中心城區較為聚集，而土壤鉻、鎳元素沒有這類現象，沙洋鎮建設用地的土壤銅、鋅元素含量相對南部大面積農業區偏高，包括毗鄰建設用地的一部分水稻田，沙洋鎮南部地區土壤銅、鋅、鉻、鎳含量較低，多為沙洋縣沙洋鎮的農業種植物以及魚蝦養殖區。表明沙洋鎮目前的農業活動并未造成土壤的銅、鋅、鉻、鎳的累積效應，而城區的人類活動可能對土壤的銅、鋅元素造成了一定的累積。

3 結論與建議

通過對沙洋鎮土壤銅鋅鉻鎳元素含量的測量分析，得到以下結論。

（1）沙洋鎮土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量平均值分別為27.31、77.21、74.62、32.50 mg/kg，變異系數分別為0.24、0.23、0.18、0.22。總體上沙洋鎮土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量均在土壤重金屬安全閾值內。土壤銅元素含量分布相對其他三個元素較接近正態分布，土壤鋅元素的偏態分布較為明顯，鉻和鎳含量分布較為集中，少數點位出現了高值。

（2）土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量均值均在灘涂地塊最高，分別達到31.16、80.153、87.906、38.127 mg/kg，土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量單點最高值分別為52.63、170.387、113.190、55.376 mg/kg，分別出現在水田、建設用地、建設用地、水田。

（3）土壤銅、鋅、鉻、鎳含量均值在不同土地利用下的排序分別為灘涂＞水田＞建設用地＞林地＞旱地＞水面＞草地、灘涂＞建設用地＞旱地＞水田＞水面＞林地＞草地、灘涂＞建設用地＞水田＞林地＞旱地＞草地＞水面、灘涂＞建設用地＞林地＞水田＞旱地＞草地＞水面。

（4）土壤銅、鋅元素總體在沙洋鎮的中心城區較為聚集，而土壤鉻、鎳元素沒有這類現象。

（5）沙洋縣沙洋鎮整體土地銅鋅、鉻、鎳、污染程度較小，針對土壤銅、鋅、鉻、鎳元素的環境治理，應對灘涂和建設用地兩類土地利用方式予以重視，防止人類活動帶來土壤銅、鋅、鉻、鎳環境風險。建議在沙洋灘涂用地中采取一定的生態治理工程，比如利用生物吸附、改變土壤理化性質等[24-25]。沙洋縣作為漢江中下游重要農業種植區，在土壤銅、鋅、鉻、鎳等重金屬元素的治理和干預，應特別重視農業活動的影響，建議合理施用農藥化肥，減弱土壤重金屬元素的累積效應。

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Characteristics of Copper，Zinc，Chromium and Nickel Content in Soils with Different Land Use Types in the Jianghan Plain：A Case Study on Shayang Town

YUAN Zhiyang1，2，YANG Boyong1，PAN Fei1，YANG Liangzhe1，2，KANG Quanguo1，WANG Di1，WANG Dan1，2

（1.Hubei Institute of Geo-science，Wuhan 430000，China；2. Hubei Test Center for Selenium Ecological Environment Effect，Wuhan 430000，China）

Abstract：The aim of this study is to characterize the content of copper，zinc，chromium，and nickel elements in soils of Shayang County under different land use practices and their responses to land use. Seven predominant land use types in the study area，including paddy fields，drylands，mudflats，forested areas，grasslands，water surfaces （lakes，ponds，rivers），and construction sites，are selected for statistical analysis and spatial interpolation of Cu，Zn，Cr and Ni content in soils. Results show that the average values of Cu，Zn，Cr and Ni content of soil in Shayang Town are 27.31，77.21，74.62 and 32.50 mg/kg，respectively. Maximum mean concentrations for these four elements are observed in beach plots，reaching 31.16，80.153，87.906，and 38.127 mg/kg，respectively. The highest single point values for the four elements are 52.63，170.387，113.190，and 55.376 mg/kg，respectively，each found in paddy fields，construction land，construction land，and paddy fields. Copper and zinc elements are generally more aggregated in the central part of Shayang Town，while chromium and nickel elements do not display similar pattern.

Key words：Shayang town；land use methods；copper，zinc，chromium，nickel elements