南京城市土壤的特性與重金屬污染的研究南京城市土壤的特性與重金屬污染的研究摘要：研究了南京市城市土壤母質組成、剖面結構、pH值、土壤質地、土壤有機質、重金屬元素全量及其不同形態含量等理化性質和分布規律。結果表明，城市土壤母質來源復雜，剖面層次混亂，土壤反應石灰性、粗粒化、有機質含量升高和表聚現象較明顯。城市土壤重金屬污染較為嚴重，不同功能區的污染元素和污染程度有顯著差異。綜合污染程度以老工業區含量最高，依次為老居民區、商業區、風景區、城市廣場、開發區。但各功能區土壤重金屬的形態分異不明顯。城市土壤的隨機空間變異十分突出，無論是土壤性質還是重金屬污染積累都如此。城市中可能存在一些高度污染的島狀區域，這在城市環境質量上必須予以密切關注。關鍵詞：城市土壤；土壤特性；重金屬污染文章編號：文章編號：城市土壤在人居環境質量、城市生態功能等方面有著重要的作用[1~3]。城市土壤的性質與環境特點得到國內外科學家的廣泛關注。1989年德國土壤學會成立了城市土壤工作組，90年代初美國開展了紐約的城市土壤調查和制圖并提出了幾個城市土壤土系[4]。1998年第16界國際土壤學大會上正式成立了“城市、工業、交通和礦區土自上世紀90年代開始已有城市土壤研究報道[5~7]。南京是一個具有點，期望為城市土壤性質的認識和土壤環境質量的認識積累科學依1材料與方法1.1城市功能分區與土壤樣本采集次混亂，土壤物質來源復雜等特征[7]。我們根據城市不同功能將南性地段，回避人工填充物(如沙層、磚瓦礫層、混凝土碎屑層、生活垃圾等)。為便于分析比較，我們按0~5cm、5~20cm和50cm以下等3種深度采集土壤剖面層次樣[8]。在城市廣場土壤來源復雜，園1.2土壤樣本植被與分析樣本運回實驗室后，風干磨碎，分別過10目、20目尼龍土篩。過100目塑料土篩。常規分析參照中國土壤學會推薦的方法[8]:顆值測定采用1:1水土比浸提-pH計法，有機碳測定采用K2Cr207-H2SO4外加熱法。所研究的重金屬元素選-HC104-HF三酸消化法[8],形態分析采用連續提取法[10~11]。重金屬元素樣本消化液和浸提液均在TAS-986原子吸收分光光譜儀上2結果與討論2.1城市土壤的理化性質各剖面的主要理化性質如表1所示。這些城市土壤具有與農業和樣區剖面點深度/cm干土顏色顆粒組成/gkg-1侵入體有機質0.002mm老工業區鋼鐵廠0~57.5YR6/8448.9254.4296.8瓦礫23.57.715~207.5YR7/8386.7317.2296.1瓦礫8.807.6163.8一4.308.10新開發區南京高新區0~5297.7170.1建筑砂礫19.68.135~2010YR6/6509.9319.6170.5建筑砂礫10.88.06苜蓿園建筑砂礫32.68.035~202.5YR5/4408.4443.7147.9建筑砂礫33.28.19商業區新街口0~5169.8生活廢棄物53.07.895~2010YR6/3554.0233.6212.4生活廢棄物45.87.53夫子廟0~52.5YR5/4593.4256.8149.8279.1一17.37.78鼓樓0~52.5YR6/8366.5485.7147.8一19.28.045~202.5YR5/4318.3468.7213.0一19.67.92南京車站0~510YR4/2422.2363.8214.0砂礫29.4.7.625~2010YR6/2377.4343.5279.1砂礫13.37.75城市廣場礫19.17.94漢中門0~57.5YR6/6365.5486.4191.2一7.907.71中山門0~510YR4/6379.5342.4278.2瓦礫19.28.185~2010YR5/6359.6426.9213.5一9.908.145010YR6/62.5YR5/4322.0402.6275.5生活垃圾41.47.715~202.5YR6/6236.2509.2254.6生活垃圾18.67.89319.3生活垃圾36.56.085~202.5YR7/6227.3343.4429.3一21.85.33雨花臺0~57.5YR5/6245.6388.0366.4一31.35.225~207.5YR6/6242.1411.4346.5一21.45.25507.5YR7/6208.2449.4342.4一20.75.54清涼山0~5生活垃圾25.55.685~2010YR6/6342.0241.3416.8生活垃圾16.05.12老居民區鄧府巷0~510YR4/2640.2211.6148.1生活生活垃圾39.38.01總統府0~52.5Y4/3554.3233.4212.2生活垃圾45.27.875~202.5Y5/3509.4234.6256.0生活垃圾41.07.48東干長巷0~510YR5/6359.6384.2256.2生活垃圾13.27.595~2010YR6/7297.5404.5298.0生活垃圾10.78.00梅園新村0~52.5YR6/3529.3235.4235.4生234.6生活垃圾41.27.96根據24個土壤剖面統計分析和多點觀察記錄，南京城市土壤母質來源有5大類型，其具體特性如表2?？梢?，人為侵入體豐富是城土壤的構造。例如，鄧府巷老居民區1m深剖面可分6層之多且重復母質類型棄土填充物人類生活廢棄物客土填充物母巖和廢棄物煤渣、碎瓦礫和廢棄的生活用品第四紀風積物、堆積物景區城市公園、風景區、城鄉結合部層次性層次分化不明顯，土層含磚瓦礫層次復雜且混亂表土層均一，表下層復雜，多為建筑棄土風化程度高，層次分化明顯層次分明，上壤土壤pH值較高，石灰性較明顯城市土壤pH質明顯高于同地帶自然土壤，土壤趨向中性或堿性是城市土壤的顯著特征。圖1表明，在所測試的城區56個土壤樣本小于6.5的只有7個，占13%;介于6.5~7.5的5個，占9%;而大于7.5的有43個，占78%。土壤pH值變幅為5.13~8.22,中值為7.48。除風景區自然土壤偏酸性外，城市人為土壤基本上顯中性或石灰性。這與盧瑛[6]等報道的南方城市土壤研究相吻合，而與北方城市的土壤pH變化有所不同[7]。不同層次土壤pH值變化也有所不同，0~5cm表層pH值為7.53±0.75,5~20cm亞表層pH值為7.53±0.89,50cm心土層以下pH值為7.02±1.28。說明土壤表層明顯壤的顆粒組成變化幅度大(表1)。由于人為廢棄物、建筑垃圾等侵圖2分析可知，開發區和城市市民廣場有機質含量較低，但變異大，但顯著高于自然土壤(風景區土壤)高，這一方面說明人為在老多。它們通過遷移和污染的歷史，已在下層土壤中積累(圖3)。與差異。2.2城市土壤重金屬含量及形態分配表3可以看出，所分析的不同功能區土壤中Pb、Zn、Cu、Cd平發區土壤污染較輕。元素老工業區n8開發區n7商業區n10城市廣場n13風景區n10老居民區n8背景值Pb283.8±334.0±145.6b280.2±170.6c202.4±18.5a為了定量刻畫城市土壤污染程度，我們令城市功能區號為j,重能區的土壤重金屬污染指數，表明以老工業區最高，依次為老居民區商業區風景區城市廣場開發區。表4城市土元素水溶態交換態碳酸鹽結合態鐵錳氧化物結合態有機結合態殘渣態Pb0.32±0.50.27*4.51±56.5Cd痕量0.048±0.0054.250.01±0.0050.9*括號內為占總量的%值得特別指出的是，在城市的一些人流量和交通流量密集的區域，土壤重金屬污染十分突出。例如，新街口環島廣場內表層土壤中和2.18mg/kg,為城區土壤中4個元素均嚴重污染的樣本。在一個汽車維修廠周圍的土壤表層竟檢測到Pb高達900mg/kg。因此，在城市土壤中很可能存在一些重金屬嚴重污染、出現重金屬含量異常高值的島狀區域。這在城市環境問題上需要密切注意。重金屬元素與土壤結合的形態分配表4反映了不同重金屬元素在土壤中不同形態分配情況。各元素水溶態平均含量都很低，但個別剖面點濃度高，易產生點源污染。交換態和碳酸鹽結合態這兩種組分重金屬與土壤結合較弱，在酸性條件下最易被釋放，有較大的可移動性和生物有效性[5]。鐵錳氧化態重金屬在還原條件下易溶解釋放。有機結合態重金屬在氧化狀態下易分解釋放。以上幾種形態屬潛在性污染物?？梢?，南京城市土壤的重金屬元素仍以殘渣態為主，依次為鐵錳氧化結合態、有機結合態、碳酸鹽結合態、交換態。不同元素之間，不同土壤之間、不同層次之間各種形態所占比例有很大差別，Pb、Zn、Cd鐵錳氧化結合態分別占20.6%,12.2%,15.9%,而Cu鐵錳氧化態比例高達30%以上。Pb、Zn、Cu有機結合態約占6%~9%。重金屬元素其它形態所占比例較少。因此，城市土壤中污染的重金屬較大的存在形態可能是顆粒態輸入。3結論(1)城市土壤母質來源復雜，剖面層次混亂，與城郊土壤相比存在石灰性趨勢和粗?；厔?，并且有機質含量有升高和表聚現象；(2)城市土壤重金屬污染較為嚴重，Pb、Cu、Zn、Cd四種重金屬元素在不同區域都超過土壤背景值，綜合污染指數以老工業區含量最高，依次為老居民區、商業區、風景區、城市廣場、開發區。參考文獻：DEKIMPLECR,MORELJ-L.UrbansoMARKUSJA,MCBRATHEYAB.AnurbansoilinGlobe[J].Aust.J.SoilRes,1996,34:453-465.LOTTERMOSERBG.NaturalenrichmentoftopsoilswithYork,USA[J].Water,AirandSoilPollution,1991,578:797-807.環境科學，2001,5,223:44-48.盧瑛，龔子同，張甘霖.南京城市土壤Pb的含量及其化學形態[J].環境科學學報，2002,222:156-160.究[J].土壤通報，1999,302:93-96.社，1999:147-211.techniques[J].EnvironmentalGeology,1993,22:276-285.蔣延惠.土壤鋅、銅、鐵、錳形態區分方法的選擇[J].環境科學學報，1990,103:280-286.speciationofparticulatetracemetals[J].AnalyticalChemistry,1979,53:844-851.ThebasicpropertiesandheavymetalpollutionofurbanWUXin-ming1,2,PANGen-xing1,JIANGHai-yang1,JUYu-fen1Agriculture,NanjingAgriculturalUniversity,NanjingfunctionalzonesfromNanjingcity.Analysisofphysico-chemicalpropertiesincludingsoil-formingparentmaterialconstituent,structureofprofile,pH,soiltexture,soilorganicmatter,thetotalandextractableheavymetalsofthesoilswereoftheparentmaterialoftheurbansoilsiscomplicatedandtheprofilesweredisincreasingsoilpH,coarseparticlematter.Thepollutionbyheavymetalsintheurbansoilswasdramaticwiththeindustrialzonebeingtheworst.Theoverallpollutiondegree,asindicatedcontentofheavymetalsseemethefunctionalzones.BoththesoilpropertofheavymetalsexhibitedaveryremarkableSome“islands”withextremelypollutedsoilwithheavymetKeywords:urbansoil;soilprofileproperty;heavy圖表2Pb平均數偏差方差AB功能區元素elemen全量碳酸鹽結合態boundtocarbonates鐵錳氧化物結合態有機結合態boundtoorganicmat殘渣態AB重金屬類別含量mg.kg-1土壤重金屬在剖面分布.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.000.00.00.00.000.00.00.000.00.00.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.000.000.00.00.000.00.000.000.00.00.000.00.00.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.00.000.000.000.00.00.000.00.000.000.00.000.000.00-.00.00.000.00.00.00.00.00.000.00.00.00.00.00.00.00.00.00-.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00