土壤重金屬潛在生態危害評價及其同源相關性研究

邱海源（福建省地質環境監測中心，福州福建361005）

土壤重金屬潛在生態危害評價及其同源相關性研究

邱海源（福建省地質環境監測中心，福州福建361005）

本文首次以廈門市翔安區324國道兩側福建省農業保護區土壤重金屬的分布、潛在生態危害、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，運用經典Lars Hakanson潛在生態危害指數法，對廈門市翔安區土壤中重金屬潛在生態危害性進行評價，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危害程度（危害指數）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危害指數（RI）為216.8，屬于潛在生態危害中等程度。

重金屬潛在生態危害相關性

0 引言

土壤重金屬污染在一定時期內并不表現出對環境的危害性，但當其存儲量超過土壤承受能力或限度，或當土壤環境條件變化時，其就可能被活化，從而導致嚴重的生態危害，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,評價其潛在的生態危害是十分必要的。

本文通過對翔安區土壤重金屬空間分異性的研究，采用瑞典學者Hakanson[1]的潛在生態危害指數法對翔安區土壤重金屬的潛在生態危害進行評價。應用潛在生態危害指數法將污染物與生物毒性、生態危害有機地結合,兼有現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環境的影響[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育的環境進行采樣。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《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。現場采樣采用GPS精確定位。

2.數據分析及評價方法

采用Hakanson的潛在生態危害指數法,潛在生態危害指數涉及單項污染系數、重金屬毒性響應系數以及潛在生態危害單項系數,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 廈門市翔安區重金屬含量

廈門市翔安區重金屬含量的測定結果(見表2)。調查區土壤類型以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營養元素和部分重金屬，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值屬于強生態危害程度，Hg、As屬于中等生態危害，Pb屬于輕微生態危害程度，其他的重金屬基本上處于一種無生態危害的狀態，總的考慮基本上整個地域基本處于一種中等生態危害的情況下，需要引起一定的關注。

3.2 廈門市翔安區重金屬相關性分析

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

和Pb與所有元素的相關性不高。其中As和較多元素呈現較高的相關性，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

翔安區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大于它們在沉積物中的相關系數，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生了較明顯的變化。土壤中Mn與Ni呈現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境因子(pH、Eh)差異而引起它們存在形態的差別，有待于進一步研究。

3.3 廈門市翔安區土壤重金屬污染評價及潛在的生態危害

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的潛在生態危害指數法對土壤重金屬污染進行了潛在生態風險研究.結果表明：翔安區土壤受到Cd的強污染和Hg，As的中等污染，其它重金屬的潛在生態危害系數均較低。經比較，八種重金屬的潛在生態危害Cd>Hg>As>Pb>Cu>Ni>Cr>Zn。重金屬的綜合潛在生態危害指數為216.8，潛在生態危害中等。

4 結論

翔安區土壤重金屬含量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危害系數均較低。重金屬的綜合潛在生態危害指數為216.8，整體評價為潛在生態危害中等。

[1]Lars Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control,A sediment logical approach[J].Water Research,1980,14:975-1001.

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[3]陳靜生,周家義。中國水環境重金屬研究[M]。北京：中國環境科學出版社,1992。168-170。

[4]葉玉瑤，張虹鷗，談樹成。個舊城區土壤中重金屬潛在生態危害評價[J]。熱帶地,2004,24(1)：14-17。

[5]郭平,謝忠雷,李軍，周琳峰。長春市土壤重金屬污染特征及其潛在生態風險評價。地理科學，2005，2（1）:108-112。

[6]蘭天水,林建,陳建安等。公路旁土壤中重金屬污染分布及潛在生態危害的研究[J]。海峽預防醫學雜志,2003,9(1):4-6。

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[10]Adriano D C.Trace element in the terrestrial environment[M].Heidelberg Springer-Verlag,1986

[11]Alloway B J.Heavy metal in soils[M].London:Blackie,1990.