無(wú)錫市農(nóng)地土壤重金屬污染空間分異研究

盧雨蓓

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院，江蘇 南京 210095)

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無(wú)錫市農(nóng)地土壤重金屬污染空間分異研究

盧雨蓓

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院，江蘇 南京 210095)

以無(wú)錫市惠山區(qū)、錫山區(qū)、崇安區(qū)和濱湖區(qū)四個(gè)區(qū)的農(nóng)地土壤重金屬為研究對(duì)象，研究土壤中重金屬的特征，并采用地累積指數(shù)法對(duì)土壤中重金屬元素的污染程度行了評(píng)價(jià)。最后通過(guò)計(jì)算分析得知，研究區(qū)土壤重金屬污染基本處于無(wú)污染水平，不同區(qū)的重金屬程度為：惠山區(qū)>錫山區(qū)>崇安區(qū)>濱湖區(qū)。Cr、Pb、Cd、As、Hg五種重金屬元素中，Hg元素的污染程度較高。

土壤重金屬；地累積指數(shù)；空間分異；無(wú)錫市

土壤是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤重金屬污染不僅會(huì)嚴(yán)重影響和改變土壤生態(tài)功能，而且會(huì)危害農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、威脅人類健康以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[1-3]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，土壤污染尤其是重金屬污染問(wèn)題越來(lái)越突出。重金屬是典型的土壤污染物，具有隱蔽性、難降解、移動(dòng)性差和易被富集等特點(diǎn)，可影響土壤微生物區(qū)系、生態(tài)物種和微生物過(guò)程，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，并通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)蓄積構(gòu)成潛在危害[4]。因此，研究地區(qū)土壤中重金屬污染空間分異，可為地區(qū)土壤乃至環(huán)境的質(zhì)量評(píng)價(jià)和管理提供依據(jù)。

土壤中重金屬的來(lái)源主要分為自然來(lái)源和人為來(lái)源。自然源主要是由成土母質(zhì)決定，不同的土壤組成造成了該區(qū)域的背景值有所差異。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，人類活動(dòng)已經(jīng)造成了土壤中重金屬的明顯富集，往往超過(guò)自然來(lái)源對(duì)重金屬含量的貢獻(xiàn)[5-10]；重金屬的人為源主要包括煤炭燃燒、汽車尾氣、工業(yè)“三廢”、采礦活動(dòng)以及農(nóng)藥化肥的施用[11]。目前，國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)土壤中重金屬污染的方法較多，如單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法、綜合響應(yīng)因子法、生物效應(yīng)濃度法、次生相與原生相分布比值法、富集系數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等，但迄今為止尚沒(méi)有成熟的方法和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[12]。

無(wú)錫是東部經(jīng)濟(jì)重鎮(zhèn)，全國(guó)15個(gè)經(jīng)濟(jì)中心城市和10個(gè)重點(diǎn)旅游城市，國(guó)際先進(jìn)制造業(yè)基地，享譽(yù)全國(guó)的著名工業(yè)城市，中國(guó)民營(yíng)企業(yè)之都，中國(guó)優(yōu)秀旅游城市之一，福布斯大陸最佳商業(yè)城市。2010年，無(wú)錫地區(qū)實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)5758億元，增長(zhǎng)13.1%。按常住人口計(jì)算人均生產(chǎn)總值超過(guò)90000元，按現(xiàn)行匯率折算超過(guò)1萬(wàn)美元。財(cái)政一般預(yù)算收入1550億元，增長(zhǎng)近30%。全社會(huì)固定資產(chǎn)投資3000.51億元；社會(huì)消費(fèi)品零售總額1808.23億元；對(duì)外貿(mào)易進(jìn)出口總額601.45億美元；民營(yíng)經(jīng)濟(jì)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值比重63.1%；城鎮(zhèn)居民人均可支配收入25905元；全市城鎮(zhèn)集體以上單位在崗職工年平均工資46430元；農(nóng)民人均純收入13890元。至2010年底全球財(cái)富500強(qiáng)企業(yè)中有75家在無(wú)錫市投資興辦了144家外資企業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)、新能源與新能源汽車、節(jié)能環(huán)保、生物、微電子、新材料與新型顯示、軟件與服務(wù)外包、工業(yè)設(shè)計(jì)與文化創(chuàng)意等八大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，謀劃把戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)變成經(jīng)濟(jì)的新增長(zhǎng)點(diǎn)和未來(lái)的支柱產(chǎn)業(yè)。但是無(wú)錫作為太湖流域重要的工業(yè)城市，城市污染物排放也很驚人：2011年無(wú)錫市廢水總排放量5.147 億 t，排放強(qiáng)度為其中工業(yè)廢水的比例達(dá)到52.44%，污染物以氨氮最多；工業(yè)廢氣排放 5 737.9億m3，以氮氧化物和二氧化硫含量最高。同時(shí)，大量微電子工業(yè)和鑄造業(yè)集中于主城區(qū)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)，電子管、節(jié)能燈的制造和金屬冶煉過(guò)程當(dāng)中會(huì)造成大量重金屬的使用和釋放，這些大量的污染物排放必然會(huì)使無(wú)錫土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，并影響太湖流域的生態(tài)安全[13]。

本文以無(wú)錫市4個(gè)區(qū)(惠山區(qū)、錫山區(qū)、崇安區(qū)、濱湖區(qū))的土壤為研究對(duì)象，分析土壤重金屬污染特征并對(duì)其進(jìn)行地累積評(píng)價(jià)。最后，通過(guò)對(duì)土壤中不同重金屬元素含量進(jìn)行比較分析得出，研究區(qū)土壤重金屬污染的空間分異特征，以期為研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和重金屬污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

無(wú)錫市位于長(zhǎng)江三角洲平原腹地，江蘇南部，太湖流域的交通中樞，京杭大運(yùn)河從中穿過(guò)。 無(wú)錫北倚長(zhǎng)江，南瀕太湖，東接蘇州，西連常州，構(gòu)成蘇錫常都市圈。無(wú)錫自古就是魚米之鄉(xiāng)，素有布碼頭、錢碼頭、窯碼頭、絲都、米市之稱，是中國(guó)國(guó)家歷史文化名城。無(wú)錫是中國(guó)民族工業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)的搖籃，是蘇南模式的發(fā)祥地。

2 研究方法

2.1 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法( Index of geoaccumulation，Igeo) 是德國(guó)科學(xué)家 Muller 在1969 年提出的，它是一種研究土壤、沉積物中重金屬污染程度的定量指標(biāo)。評(píng)價(jià)重金屬的污染，除必須考慮到人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值外，還應(yīng)考慮到由于自然成巖作用可能會(huì)引起背景值變動(dòng)的因素。地累積指數(shù)法注意到了此因素，彌補(bǔ)了其它評(píng)價(jià)方法的不足[14]。近年來(lái)已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者[15-17]廣泛應(yīng)用于人為活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬對(duì)土壤污染的評(píng)價(jià)。其公式為：

式中：Ci是樣品中元素i的實(shí)測(cè)濃度；1.5為常數(shù)，是考慮到由于成巖作用可能會(huì)引起背景值的變動(dòng)；Bi是土壤中元素i的地球化學(xué)背景值。在研究某地區(qū)沉積物中微量元素的地累積指數(shù)時(shí)，應(yīng)以該區(qū)沉積物自身背景值作為計(jì)算地質(zhì)累積指數(shù)的地球化學(xué)背景值，本研究采用無(wú)錫市土壤重金屬背景值作為參比(表1)。重金屬地累積指數(shù)(Igeo)分級(jí)與污染程度的關(guān)系，列于表2。

表1 無(wú)錫市土壤重金屬背景值與毒性系數(shù)

注：無(wú)錫市土壤背景值引自文獻(xiàn)[18]

3 結(jié)果與分析

3.1 地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

表2 土壤環(huán)境污染等級(jí)劃分

本研究以無(wú)錫市土壤重金屬的背景值為參比值，按照公式(1)計(jì)算5種重金屬的地積累指數(shù)，5種重金屬的地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3 。從表3可以看出，惠山區(qū)Cd元素的污染水平較高為輕微污染水平，其余各區(qū)均為無(wú)污染水平。其中，崇安區(qū)5種元素 Igeo排列為：Hg( -0.38)>As( 0. 50)>Pb( -0.59)>Cd(-0.66)>Cr( -0.68)；濱湖區(qū)5種元素 Igeo排列為：As( -0.42)> Hg( 0. 45)>Pb(-0.56)>Cd(-0.93)>Cr ( -0.94)；錫山區(qū)5種元素 Igeo排列為：Hg( -0.15)> As( 0. 46)>Cr(-0.58)>Pb( -0.66)>Cd ( -0.58)；惠山區(qū)5種元素 Igeo排列為：Cd( 0.025)> Pb( 0. 05)>As(-0.31)>Cr( -0.65)>Hg ( -0.74)。

總體而言，Hg元素的污染水平較其他4種元素更為嚴(yán)重。4個(gè)區(qū)中，Cr元素的污染程度錫山區(qū)較高，Pb元素的污染程度惠山區(qū)較高，Cd元素的污染程度惠山區(qū)較高，As元素的污染程度惠山區(qū)較高，Hg元素的污染程度錫山區(qū)較高?？梢钥闯觯萆絽^(qū)的土壤重金屬污染程度較高，其次為錫山區(qū)。

表3 地累積指數(shù)Igeo

3.2 空間分異分析

通過(guò)對(duì)不同元素含量及地累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析得出，4個(gè)區(qū)重金屬元素Hg的污染較其他4種元素更為嚴(yán)重。這說(shuō)明研究區(qū)所有行業(yè)中占比重較大的通用設(shè)備制造業(yè)的生產(chǎn)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境構(gòu)成了較大的威脅。而惠山區(qū)Cd元素的污染較為嚴(yán)重，通過(guò)對(duì)4個(gè)區(qū)的分行業(yè)企業(yè)數(shù)分析得知，惠山區(qū)的黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)企業(yè)數(shù)不僅在本區(qū)內(nèi)占所有企業(yè)數(shù)的比重較大，在4個(gè)區(qū)分行業(yè)總企業(yè)數(shù)中的情況也是如此。說(shuō)明惠山區(qū)土壤中主要的重金屬元素污染可能主要來(lái)自于當(dāng)?shù)氐暮谏饘僖睙捈皦貉蛹庸I(yè)的生產(chǎn)。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)的土壤重金屬富集受人類活動(dòng)影響較大，其中As和Hg元素更為明顯。4個(gè)區(qū)中，惠山區(qū)和錫山區(qū)的土壤重金屬含量較高。

(2)地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，除惠山區(qū)Cd元素的污染水平為輕微污染以外，其余均為無(wú)污染水平。其中，Hg元素的污染水平較其他4種元素更為嚴(yán)重。

(3)通過(guò)比較不同元素含量及地累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，同時(shí)參照研究區(qū)分行業(yè)企業(yè)分布情況，對(duì)研究區(qū)土壤重金屬污染的空間分異進(jìn)行分析，得出：錫山區(qū)、崇安區(qū)和濱湖區(qū)Hg元素污染程度較高，主要與當(dāng)?shù)匦袠I(yè)比重較大的通用設(shè)備制造業(yè)有關(guān)；而惠山區(qū)Cd元素的污染程度較高，主要與當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)產(chǎn)業(yè)黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)有關(guān)。因此，對(duì)研究區(qū)的環(huán)境治理應(yīng)重點(diǎn)控制Hg元素的排放，加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)的管理。同時(shí)要加速產(chǎn)業(yè)升級(jí)，使用清潔能源生產(chǎn)，最終達(dá)到減少土壤中重金屬污染的目的。

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2015-4-30

江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃( 編號(hào): 201410307011Y) 作者簡(jiǎn)介：盧雨蓓(1994-)，女，河南三門峽人，本科生，資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理方向。E-mail：20312108@njau.edu.cn。