ChineseAgriculturalScienceBulletin
青岛市不同生态功能区表层土壤重金属污染初步评价
钱翌，赵世刚
（青岛科技大学环境与安全工程学院，山东青岛266042）
摘要：分析研究了青岛市工业区、商业区、居民区、农业区、旅游区表层土壤中重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量，采用Mul1er地积指数法对其污染状况进行评价，结果表明：Cd在各功能区含量均高于国家土壤环境环境质量二级标准，其浓度大小顺序为：工业区(0.807mg/kg)>商业区(0.748mg/kg)>居民区(0.2mg/kg)>农业区(0.532mg/kg)>旅游区(0.356mg/kg)，Cr、Cu、Ni、Pb、Zn浓度均低于国家二级标准；按Mul1er地积指数法评价，Cd和Ni在5个功能区表层土壤的地累积指数为1，均属于轻度-中等污染，Cr、Cu、Pb在不同功能区污染水平略有不同，Zn在5个功能区地累积指数为0，为无污染。由此可知，青岛市表层土壤均受到Cd和Ni污染，未受Zn污染。关键词：生态功能区；土壤；重金属；污染评价中图分类号：S-3
文献标志码：A
论文编号：2009-2636
PreliminaryEvaluationofHeavyMetalinTopSoilofDifferentEcologicalFunctionAreasinQingdao
(CollegeofEnvironmentandSafetyEngineering,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,QingdaoShandong266042)
QianYi,ZhaoShigang
Abstract:ThispaperhaveanalyzedthedistributionandthepollutionlevelofCd,Cu,Ni,PbandZnin
industryarea,businessarea,residentarea,agricultureareaandtourareainthecityofQingdao.WeevaluatedthepollutionofheavymetalinsoilbyusingMul1ergeoaceumulationindex;theconcentrationofCdwashigherthannationalsoilstandardtwoineveryecologicalfunctionarea,ThecontentorderofCdwasindustryarea(0.807mg/kg)>businessarea(0.748mg/kg)>residentarea(0.2mg/kg)>agriculturearea(0.532mg/kg)>tourarea(0.356mg/kg).TheconcentrationofCr,Cu,Ni,Pb,Znwerelowerthannationalsoilstandardtwo.CdandNiareMild–Mediumpolutionineveryecologicalfunctionareaandtheirgeoaceumulationindexwere1,thepollutionlevelofCr,CuandPbweredifferent,Znwasnopollutionineveryecologicalfunctionareaanditsgeoaceumulationindexwas0accordingtoMul1ergeoaceumulationindex.Industryarea,businessarea,residentarea,agricultureareaandtourareainthecityofQingdaoarepollutedbyCdandNi,butnotpollutedbyZn.
Keywords:ecologicalfunctionarea;soil;heavymetal;polluteevaluation0引言
第二次世界大战结束以后，随着战后重建工作的开始，世界经济迈入一个快速发展的时期，工业化进程日趋加快，重金属污染日益严重，重金属一旦进入土壤，很难在生物循环过程中分解，当重金属在土壤中累
积量超过土壤本身的承受能力时，不仅会影响土壤动植物的生长发育，而且重金属还会通过植物的吸收、富集，并最终通过食物链进入人体，给人体健康带来危害[1-2]。随着日本1953—1956年水俣病(Hg污染)、1955—1972年骨痛病(Cd污染)以及l961年四日市哮
基金项目：国家自然科学基金资助项目（40601062）。
第一作者简介：钱翌，男，1962年出生，浙江人，教授，硕士，主要从事污染生态学和环境经济学研究。在国内外学术期刊上发表论著50余篇，获得省部级科技进步三等奖2项。通信地址：266042山东省青岛市四方区青岛科技大学环境与安全工程学院。E-mail：qianyi@qust.edu.cn。收稿日期：2009-12-11，修回日期：2009-12-29。
·353·钱翌等：青岛市不同生态功能区表层土壤重金属污染初步评价
喘病(SO2和重金属粉尘复合污染)等事件的发生，土壤重金属污染问题研究日益受到学者们的重视[3-5]。1955年Swaine概述了世界土壤微量元素的平均含量，同年前苏联学者对岩石、土壤等物质中元素的丰度做了进一步研究，1961年美国地质调查局(GC)开始对本土土壤开展背景值的调查研究工作[6]，1972年美国环境质量委员会的报告指出，美国平均每人每天的摄镉量在0.02~0.1mg/kg之间[3]，1976年美国环保局EPA根据土壤阳离子交换量的不同制定了重金属的最高容许含量[6]。与此同时国外关于土壤重金属污染的评价也取得了重要进展，1969年德国海德堡大学研究所的科学家Muller提出了地积累指数法评价方法，并在欧洲被广泛采用[7]，1980年瑞典科学家Hakanson基于元素丰度和释放能力的原则，提出了潜在生态危害指数法[8]，广泛地应用于分析评价重金属的潜在生态影响。中国自20世纪70年代开始开展土壤重金属背景值的研究工作，但早期研究的区域范围仅限于几个重点城市和主要的农业区。1982年，国家科委将土壤背景值调查研究列人“六五”重点科技攻关课题，在此期间，又在湘江谷地和松辽平原开展了土壤环境背景值研究；1986年再次将其列为“七五”重点科技攻关课题，调查范围则扩大到了除省以外的全国各省区。1988年，中国完成了全国土壤背景值的调查研究工作，出版了《环境背景值数据手册》、《中国土壤元素背景值》等专著[4,9-10]。20世纪80年代，随着中国经济的高速发展，尤
其是矿产资源的大开发，工业三废的大量增加，土壤重金属污染的问题开始引起人们的关注，19年，吴玉燕等[11]报道了沈阳张士灌区土壤Cd污染状况，揭开了中国土壤重金属污染调查的序幕。夏增禄[4]1992年提出了中国主要土类的Cu、Pb、Cr、As4种重金属元素的土壤临界含量[12]。1995年中国颁布了《中华人民共和国土壤环境质量标准》(GB15618—1995)，为进行土壤环境质量评价提供了重要依据。1996年，张民等研究了中国菜园土壤中某些重金属元素的含量与分布，为预测和防治菜园土壤的重金属污染提供了依据[13]。目前国内外关于土壤重金属污染的研究主要聚焦在不同类型土壤重金属污染调查及其评价，土壤重金属的化学形态分析，土壤重金属污染的迁移、转化、富集机理，污染的快速诊断技术，重金属污染的环境毒理学，生态风险评价和土壤重金属污染的修复[14]等内容上。国内从事土壤重金属污染研究的代表性机构和专家有，中科院沈阳应用生态研究所的孙铁珩、周启星、吴玉燕等，中科院南京土壤研究所的龚子同、赵其国、骆永明、陈怀满等，浙江大学杨肖娥等，中科院地理与生态研究
所的陈同斌等。目前国内关于城市表层土壤重金属污染调查及其评价的研究报道已有很多，但是关于青岛市土壤重金属污染的研究鲜见报道，笔者通过对青岛市表层土壤重金属的抽样调查分析，采用Muller指数对污染状况进行评价，目的是为青岛市乃至山东半岛城市土地合理规划与利用、土壤重金属污染的修复、保障人体健康提供科学依据。1材料与方法1.1城市功能区划分
按照不同的土地利用类型将青岛市分为五大功能区：工业区、商业区、居民区、农业区和旅游区。工业区是指钢铁、化工和水泥等行业所在的区域，采样点选择主要以青岛钢铁集团公司、青岛碱业股份有限公司、青岛海晶化工股份有限公司和青岛水泥股份有限公司等大企业的生产区为代表；商业区是指台东、李村、中路等商圈所在的区域，样点选择以台东利群、李村崂山百货、市南佳世客等商业中心为代表；居民区是指青岛已建成的各种老住宅区，样点选择以上海路周边、水清沟三小区、西山二小区、海琴社区、北岭小区等20年以上老居民区为代表；农业区是指城郊结合部的传统蔬菜生产基地，样点选择以夏庄蔬菜基地等为代表；旅游区包括崂山风景区、关、栈桥等风景名胜区。各功能区的样点均选择在受污染时间比较长、近期扰动很少的代表性地段，目的是使重金属元素在土壤中处于相对稳定的状态。
1.2样点分布与样品采集
样品采集时间是2008年3—4月，各功能区样点分布为网格布点法，每个功能区设置20个采样点，采集0~20cm表层土壤，每个土样采样点采集面积约10m×10m，每个样品采用四分法逐次弃去多余部分，最后剩余1kg左右平均样品装入样品袋，共采集样品100个。1.3样品分析
土样分析测试工作于2008年5—6月在青岛科技大学环境科学与工程实验中心进行。采集土样经风干、磨细、分别过20目和100目筛、混匀，采用高氯酸、浓盐酸、浓硫酸消解，重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn浓度用TAS-986系列原子吸收分光光度计测定。1.4精密仪器和药品规格
火焰原子吸收分光光度计为北京普析通用仪器有限责任公司生产TAS-986型。高氯酸、浓盐酸、浓硫酸均为分析纯规格。1.5统计分析
采用excel软件绘制标准曲线，对原始数据进行标
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准化处理，带入标准曲线求出各采样点的重金属浓度，并计算平均浓度，然后用Muller指数计算与分析。2结果与讨论2.1土壤环境质量标准
土壤环境质量标准是土壤中污染物的最高容许含量。根据土壤应用功能和保护目标，划分为三类。城市土
·354·壤重金属评价通常采用中华人民共和国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准[15]，见表1。2.2青岛市不同生态功能区表层土壤重金属平均浓度
根据对青岛市不同生态功能区表层土壤样品重金属浓度的分析测试，通过计算分析，得到各个功能区土壤重金属的平均浓度，如表2。
mg/kg
pH>7.50.6025010060350300
表1土壤环境质量标准（二级）
项目CdCrCuNiPbZn
pH<6.50.301505040250200
pH6.5~7.50.3020010050300250
表2青岛市不同生态功能区表层土壤重金属平均浓度
功能区工业区商业区居民区农业区旅游区
Cd0.8070.7480.20.5320.356
Cr55.55550.00241.369.41928.677
Cu38.31427.66534.81819.79413.311
Ni41.81435.33439.63433.65327.046
Pb48.38842.96045.07838.38134.490
mg/kg
Zn73.57671.82670.230.98760.842
2.3土壤重金属污染评价
2.3.1评价方法目前国内外普遍采用单因子指数法和内梅罗综合指数法等进行土壤重金属污染评价，以上两种方法均能对研究区土壤重金属污染程度进行较为全面的评价，但无法从自然异常中分离人为异常，判断表生过程中重金属元素的人为污染情况，地累积指数法注意到了此因素，弥补了其他评价方法的不足。地积累指数又称Muller指数，是20世纪60年代晚期在欧洲发展起来的广泛用于研究沉积物及其他物质中重金属污染程度的定量指标，Muller地积累指数法表达式为：Igeo=log［2Cn/(k×Bn)］，式中，Cn是元素n在沉积物中的含量；Bn是沉积物中该元素的地球化学背景值；k为考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取的系数(一般取值为1.5)，用来表征沉积特征、岩石地质及其他影响[17]。
[16]
表3Muller地积累指数分级标准
地积累指数Igeo5 污染程度极严重污染强-极严重污染 强污染中等-强污染中等污染轻度-中等污染 无污染 2.3.2评价和分级标准Muller地积累指数分级标准具体详见表3[17]，青岛市土壤重金属元素背景值具体详见表4[18]。 2.3.3评价结果将不同功能区表层土壤重金属平均浓度值及青岛市土壤元素背景值代入Mul1er地积累指数计算公式，得到如下结果，详见表5。 表4青岛市土壤元素背景值 元素背景值 Cd0.130 Cr31 Cu13.2 Ni12.3 Pb31 mg/kg Zn69 ·355·钱翌等：青岛市不同生态功能区表层土壤重金属污染初步评价表5青岛市不同生态功能区表层土壤重金属Mul1er指数评价 功能区CdCr Cu Igeo分级Igeo分级Igeo分级工业区0.61710.07710.2871商业区0.58410.03210.1451居民区0.5181-0.05100.2451农业区0.43610.02610 0旅游区 0.261 1 -0.210 0 -0.172 0 3讨论 1）青岛市的土壤主要类型有棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、水稻土等16个亚类，且大部分土壤呈微酸性至中性，少部分呈酸性或微碱性至碱性，因此在评价标准中，选择《土壤环境质量标准》中6.5 2）从表5可以看出青岛市5个功能区表层土壤的Cd和Ni地积累指数分级均为1级，属轻度-中等污染；Cr在居民区和旅游区为无污染水平，在工业区、商业区、农业区属轻度-中等的污染；Cu在农业区和旅游区 Ni Pb Zn Igeo分级Igeo分级Igeo分级0.35510.0171-0.14800.2821-0.0340-0.15900.3321-0.0130-0.16800.2611-0.0830-0.20200.166 1 -0.130 0 -0.231 0 为无污染水平，在工业区、商业区和居民区属轻度-中等的污染；Pb在商业区、居民区、农业区、旅游区均无污染，在工业区属轻度-中等的污染；Zn在5个功能区均为无污染水平。总之，6种重金属元素在不同功能区的污染水平表现出了较大的差异性，其中Cd在各功能区中均属污染水平，而Zn为无污染水平；另外不同功能区6种重金属的污染也呈现出较大的差异，其中工业区污染较大，旅游区污染较小。青岛市各功能区表层土壤中Ni含量均低于土壤环境质量二级标准，而按照Mul1er地积累指数评价在各功能区均属于轻度一中等污染，说明了青岛市Ni的背景值相对较小，而人为因素所占比重较大。4结论 1）青岛市工业区、商业区、居民区、农业区、旅游区表层土壤中Cd含量较高，超过国家土壤环境质量二级标准，Cd浓度在各功能区从高到低依次为：工业区(0.807mg/kg)>商业区(0.748mg/kg)>居民区(0.2mg/kg)>农业区(0.532mg/kg)>旅游区(0.356mg/kg)。Cr、Cu、Ni、Pb、Zn含量均低于国家二级标准。 2）按照Mul1er地累积指数评价，青岛市5个功能区表层土壤的Cd和Ni属轻度-中等污染；Cr在居民区和旅游区无污染，在工业区、商业区、农业区属轻度-中等的污染，；Cu在农业区和旅游区无污染，在工业区、商业区和居民区属轻度-中等的污染；Pb在商业区、居民区、农业区、旅游区均无污染，在工业区属轻度-中等的污染；Zn在5个功能区均无污染。 参考文献 [1]庄淑莺.蔬菜地土壤重金属污染与潜在生态风险研究[J].中国农学通报,2008,24(7):284-287. [2]杨旭,向昌国,刘志霄.重金属污染对土壤动物的影响[J].中国农学通报,2008,24(12):454-457. [3]G.M.马斯特斯,程俊人.环境科学技术导论[M].北京:科学出版社,1985:113-115. [4] 吴学周,马大猷,王德明,等.中国大百科全书环境科学[M].北京:中 （中国农学通报http://www.casb.org.cn ·356·国大百科全书出版社,2002:405-413.[5]鲍桐,廉梅花,孙铁珩.重金属污染土壤植物修复研究进展[J].生态环境,2008,17(2):858-886. [6]王明国,师荣光,李晓华.重金属污染的土壤安全评价与蔬菜健康研究进展[J].安徽农业科学,2009,37(24):11705-11170. [7]胡恭任,于瑞莲.应用地积累指数法和富集因子法评价324国道塘头段两侧土壤的重金属污染[J].中国矿业,2008,17(4):47-50.[8] LarsHakanson.Anecologicalriskindexforaquaticpollutioncontrol-asedimentologicalapproach[J].WaterResearch,1980,14:975-986.[9] 万洪富.我国区域农业环境问题及综合治理[M].北京:中国环境科学出版社,2005:15-16. [10]刘舂阳,张字峰,滕沽.土壤中重金属污染的研究进展[J].污染防治 技术,2006,19(4):42-45. [11]吴玉燕,陈涛,张学询.沈阳张士灌区土壤Cd污染的生态研究[J].生 态学报,19,9(1):21-26. [12]夏增禄.中国土壤环境容量[M].北京:地震出版社,1992:l-2. [13]张民,龚子同.我国菜园土壤中某些重金属元素的含量与分布[J]. 土壤学报,1996,33(1):85-93. [14]顾红,李建东,赵煊赫.土壤重金属污染防治技术研究进展[J].中国 农学通报,2005,8(21):397-408 [15]孔德工,唐其展,田忠孝,等.南宁市蔬菜基地土壤重金属含量及其 评价[J].土壤,2004,36(1):2l-24. [16]栾文楼,温小亚,崔邢涛,等.石家庄污灌区表层土壤中重金属环境 地球化学研究[J].中国地质,2009,36(2):465-473. [17]彭景,李泽琴,侯家渝.地积累指数法及生态危害指数评价法在土 壤重金属污染中的应用及探讨[J].广东微量元素科学,2007,14(8):12-17. [18]姚德,孙梅,杨富贵,等.青岛市城区土壤重金属环境地球化学研究 [J].中国地质,2008,35(3):539-550. [19]姜泉观,纪云晶,常元勋.环境化学毒物防治手册[M].北京:化学工 业出版社,2004:79-87. [20]王修林,李克强,石小勇.胶州湾主要化学污染物海洋环境容量[M]. 北京:科学出版社,2006:3-6.
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