上海市楊浦區表土重金屬污染的磁學響應

陳裕穎, 王 冠, 陳 姣, 余詩怡, 任非凡

(1.上海理工大學 環境與建筑學院, 上海200093; 2.同濟大學 巖土及地下工程教育部重點實驗室, 上海 200092)

上海市楊浦區表土重金屬污染的磁學響應

陳裕穎1, 王 冠1, 陳 姣1, 余詩怡1, 任非凡2

(1.上海理工大學 環境與建筑學院, 上海200093; 2.同濟大學 巖土及地下工程教育部重點實驗室, 上海 200092)

[目的] 揭示上海市楊浦區土壤重金屬污染情況，為環境磁學在城市表土重金屬污染的應用提供科學依據。[方法] 結合磁學方法與傳統化學方法，對楊浦區5個功能區內的17個表土樣品進行磁學特征和重金屬濃度的分析。[結果] 楊浦區表土磁化率值平均值為2.42×10-6m3/kg，磁性特征以低矯頑力的亞鐵磁性礦物為主導，顆粒較粗。除頻率磁化率外，磁學參數整體呈現工業區與交通區值較高的特點；重金屬Zn，Pb，Cu，Cr濃度值高于背景值，且高值集中在工業區、交通區、居住區，污染負荷指數(PLI)的值為1.962，屬于輕度污染。除工業區外，各功能區之間重金屬含量與磁學參數的相關性較好(p<0.05)，磁化率(χlf)、飽和等溫剩磁(SIRM)、硬剩磁(HIRM)對楊浦區表土重金屬含量有良好的指示作用。[結論] 環境磁學方法可以快速簡便地提供城市污染信息。

環境磁學； 重金屬； 表土； 污染負荷指數； 楊浦區

文獻參數： 陳裕穎, 王冠, 陳姣, 等.上海市楊浦區表土重金屬污染的磁學響應[J].水土保持通報，2017,37(3)：28-34.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.005； Chen Yuying, Wang Guan, Chen Jiao, et al. Magnetic response of heavy metals pollution in urban topsoil of Yangpu District, Shanghai City[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：28-34.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.005

由交通運輸、化石燃料燃燒、工業生產等人為活動產生的污染物通常含有大量的重金屬、揮發性有機物等有害物質，它們可通過各種途徑進入城市土壤系統，最終嚴重破壞土壤質量，同時這些有害物質極易被農作物吸收，被人體皮膚接觸、吸收、攝入后，將對人體造成不可估計的傷害。其中，重金屬污染具有難降解性，并且可通過食物鏈被生物富集，產生生物放大作用，危害較大。因此重金屬污染的監測防治已成為研究的熱點問題[1]。

環境磁學具有快速簡便、經濟、對樣品無破壞性的優點，被廣泛應用于城市的土壤監測研究中[2-13]。目前磁學方法已陸續成功應用于東歐[2]、土耳其[3]、日本[4]等國家，在土壤重金屬污染研究的空間變化特征、來源分析、污染范圍確定等方面，取得了較多成果。大量研究結果[5-8]表明，受污染的土壤磁性礦物與自然成土作用下產生的磁性礦物的種類、含量、粒度大小均存在一定差異，并且土壤的重金屬(Cd，Cr，As，Cu，Pb，Zn，Fe)含量與磁化率、飽和等溫剩磁等磁學參數之間存在良好的相關性。與國外研究相比，國內關于城市土壤磁性特征的研究較少，主要集中在表土磁學參數的空間分布，討論磁學參數與重金屬含量的關系，嘗試建立關于磁參數指示污染的半定量化數學模型[5-6]。Lu等[7]發現洛陽市工業區、公路附近的表土磁化率較高，公園、綠地等磁化率值較低，說明工業生產、交通尾氣排放磁性顆粒物，導致土壤磁性增強；王博等[8]研究表明蘭州市表土的主要磁礦物為低矯頑力磁鐵礦，磁參數高低值的空間分布與污染負荷指數(pollution loading index, PLI)的分布相吻合，同時通過進一步分析，獲得重金屬污染的磁學半定量模型；楊涵等[9]發現飽和等溫剩磁和軟剩磁對石河子市工業區具有良好的指示作用，而在化工區則需要結合頻率磁化率判斷。上述研究均揭示磁學方法研究城市污染的可行性，但由于土壤磁性受成土作用、土壤母質發育影響，地區差異性大，磁學參數對污染的敏感性存在不同程度的差異[9]。目前有關上海市的磁學研究相對較少。

上海市作為中國的經濟與金融中心，人口規模和密度居中國第一，因此對上海市環境質量的監測具有重要意義。目前，關于上海市土壤重金屬污染的磁學研究多集中于嘉定，青浦，寶山等郊區[10-11]，以上研究主要針對工業、農業、交通等用地方式較單一的郊區，未對人為干擾較大的居住、商業用地進行調查。相對于郊區，中心城區土地利用方式比較復雜，土地更新翻耕比較快，監測干擾大。關于上海市中心城區的研究鮮見報道。楊浦區屬于上海市的中心城區，教育業發達，也是老工業區。本研究嘗試結合磁學手段與傳統化學分析方法探討上海市楊浦區不同用地類型背景下的表土的磁性特征及重金屬含量，以期能為日后環境磁學在城市土壤重金屬研究中的應用提供一定的參考作用。

1 研究區概況

楊浦區位于上海市中心城區東北部，地處黃浦江下游西北岸。與浦東新區相鄰，西臨虹口區，北接寶山。區內南部年均降雨量為1 060 mm，北部為1 040～1 060 mm。楊浦區地處北亞熱帶南緣，屬于亞熱帶季風氣候。楊浦區是上海的老工業區，也是近代工業的搖籃。楊浦區內曾分布大量的工廠，包括紡織、機械、電力、造船、輕工業等，這些企業設備陳舊，技術落后，對環境造成嚴重破壞。如今，楊浦區仍保留部分工業倉儲與機械生產用地，同時商貿業、教育業發展迅速，交通道路不斷完善，集商業、生活、教育、工業為一體，用地類型十分復雜。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

本研究采取均勻布點與實際情況相結合的原則，根據土壤主要利用類型，將楊浦區分為工業區(GY)、交通區(JT)、商業區(SY)、居住區(JZ)、清潔區(QJ)5種不同功能區，于2015年3月連續3 d干燥無雨的天氣下，采用塑料鏟子收集表土樣品，放入自封袋密封保存。共采集17個表土樣品(0—2 cm)，考慮到樣品的代表性和受人為擾動的影響，每個采樣點選自典型功能區，遠離施工、修路等其他因素影響，均在土地耕新較慢的草地，喬木群落下，由多點混合而成。

2.2 試驗分析

樣品在40℃左右烘箱內烘干，去除碎石、枯枝雜草等雜質后，稱取4 g左右樣品，裝入磁學專用樣品盒并壓實，測量樣品的高頻磁化率χhf(4 700 Hz)、低頻磁化率χlf(470 Hz)、非磁滯剩磁(ARM)、飽和等溫剩磁(SIRM)，及等溫剩磁(IRM-100，IRM100，IRM-300)等參數。高低頻磁化率使用Bartington MS2磁化率儀測量，非磁滯剩磁、飽和等溫剩磁(SIRM)、等溫剩磁(IRM-100，IRM-300)使用交變退磁儀對樣品退磁，退磁后的樣品采用脈沖磁化儀與Argico JR6旋轉磁力儀完成測量。計算百分頻率磁化率χfd%{χfd%=〔(χ1f-χhf)/χ1f〕×100%}，硬剩磁HIRM{HIRM=(SIRM+IRM-300)/2}，S-ratio (S-ratio=IRM-300/SIRM)，χARM/χlf，χARM/SIRM等。磁學試驗在華東師范大學環境磁學國家重點實驗室完成。

樣品經瑪瑙研缽研磨后，稱取0.2 g樣品，加入約20 ml氫氟酸—硝酸—高氯酸混合液，在電熱板上經180 ℃高溫加熱消解處理后，采用等離子體發射光譜儀(ICP-OES)測定Co，Ni，Cu，Pb，Zn，Mn，Fe，Cr等8種重金屬元素濃度的全量。為保證試驗結果的精確性和可靠性，隨機抽取20%樣品作平行樣測定，測量誤差小于±10%，并采用水系沉積物成分分析標準物質(GSD-9)進行質量控制。重金屬含量的測定在上海理工大學環境與建筑學院實驗室完成。

3 結果與分析

3.1 表土磁性特征

χlf作為最常用的磁學參數之一，通常反映在外加磁場作用下物質的磁化能力，主要指示亞鐵磁性礦物的含量。楊浦區表土樣品的基本磁學參數如表1所示，可知楊浦區表土的磁化率變化范圍在2.223×10-7～9.984×10-6m3/kg，平均值達到2.415×10-6m3/kg。與寶山區、青浦區等地的表土磁化率(分別是1.801×10-6，3.27×10-7m3/kg[10]相比，可見楊浦區表土的磁化率較高，說明楊浦區亞鐵磁性礦物含量較高。圖1反映不同功能區磁學參數的空間分布變化，磁性礦物的含量工業區、交通區較高，居住區、商業區、清潔區較低。相關研究表明工業區[12]與公路周邊[13]的表土磁性明顯增強，磁化率值增加。而商業區的值偏低可能是由于采樣點位于商業區的綠化帶上，綠化土均為外來土，經常翻新，受人為擾動影響，因而值出現異常。清潔區的車流量相對較小，遠離工業區，因而磁化率值偏低。

χARM主要反映細粒級假單疇(PSD)和穩定單疇(SSD)亞鐵磁性礦物的含量。SIRM可反映亞鐵磁性礦物和不完整反鐵磁性礦物的含量。楊浦區表土的χARM的平均值為1.556×10-5m3/kg，變化范圍在6.518×10-7～1.044×10-4m3/kg，而SIRM的平均值為3.535×10-2Am2/kg，變化范圍在3.286×10-3～1.512×10-1Am2/kg(表1)。χARM與SIRM也呈現出高值分布在工業區與交通區，其他3個區值較低的趨勢，與磁化率的分布情況十分相似(圖1)。HIRM的值主要由反鐵磁性礦物貢獻，其平均值為3.433×10-2Am2/kg，變化范圍在3.182×10-2～1.488×10-1Am2/kg(表1)。工業區、交通區的HIRM值高，表明工業區、交通區的反鐵磁性礦物較多，居住區次之，商業區、清潔區的值最小(圖1)。

表1 上海市楊浦區表土樣品的基本磁學參數

S-ratio值指示亞鐵磁性礦物和不完整的反鐵磁性礦物的相對含量，S值越接近1，說明亞鐵磁性礦物含量越高。表1反映楊浦區表土的S-ratio平均值為0.946，在0.854～0.990波動，說明楊浦區表土樣品由亞鐵磁性礦物主導，并有不完全反鐵磁性礦物的貢獻。

χfd%與2個比值參數χARM/χlf,χARM/SIRM主要用來指示磁性礦物顆粒的粒度大小。有研究[14]表明，若χfd%<2%，樣品中基本無超順磁顆粒SP的存在，χfd%在2%～10%，SP與粗顆粒混合存在。楊浦區表土的χfd%在0.253%～5.551%，平均值為2.398%，說明楊浦區表土中超順磁性顆粒的百分含量較低。自然發育的土壤中超順磁性顆粒含量較高，而人為活動會造成土壤中假單疇和多疇磁性物質含量高，受污染的土壤往往具有磁化率較大，頻率磁化值較低的特點[15]。

χARM/χlf,χARM/SIRM也可指示磁鐵礦粒度大小，對于大于SP顆粒而言，值越小，反映樣品中顆粒越粗。整體上，楊浦區表土的χARM/SIRM的平均值為0.271×10-3m/A，變化范圍在0.067～0.954×10-3m/A，χARM/χlf的平均值為3.927，變化范圍在1.11～12.50，說明楊浦區的表土顆粒相對較粗。

注：樣點1—4位于工業區； 樣點5—7位于交通區； 樣點8—10位于商業區； 樣點11—14位于居住區； 樣點15—17位于清潔區。下同。 圖1 楊浦區各功能區表土樣品磁學參數變化

3.2 土壤重金屬含量與評價

從表2可以看出，表土中的Zn，Pb，Cu，Cr，Ni，Co，Mn， Fe的平均值濃度分別為202.25，60.15，69.79，65.54，27.97，11.47，505.62 mg/kg,和2.00%。其中Zn，Pb，Cu，Cr的濃度超標，分別是上海市土壤背景值[16]的2.49，2.41，2.57，1.04倍。由此可見上海市楊浦區表土的重金屬含量存在一定程度的富集。

表2 上海市楊浦區表土樣品的重金屬元素含量

圖2顯示土壤重金屬濃度在不同功能區的變化情況。總體上，重金屬在工業區、交通區、居住區的濃度較大，在清潔區、商業區的濃度較小。與工業排放有關的重金屬Zn，Cr[17]的高值出現在楊樹浦發電廠(GY1)和景昶工業園(GY4)。

Pb，Cu的濃度與工業生產、交通污染有關[17-19]，在工業區的值較高，在居住區的JZ2，JZ3采樣點達到最大。JZ2，JZ3小區位于主干道附近，人口居住密集，車流來往較多，交通污染是造成居住區Pb，Cu富集的主要原因。而交通區的Pb，Cu含量低于居住區的濃度，這可能是由于受采樣條件限制，采樣點位于公路兩側綠化帶離馬路較遠的一側，且馬路車流量不大，綠化帶上長有喬木，對污染起到一定的凈化吸收作用，導致測得的Pb，Cu的含量不高。Fe，Co，Mn，Ni的濃度均小于背景值，波動較大，在各功能區的變化特征不明顯。

圖2 楊浦區各功能區表土樣品重金屬含量變化

常見的重金屬污染評價方法包括富集因子法和污染負荷指數法,富集因子(EF)法用來判斷和評價元素的來源(自然來源和人為來源)，計算公式為

式中：Ci——元素i的濃度(mg/kg)； Cn——被選定的參考元素的濃度(mg/kg)； (Ci/Cn)重金屬——土壤中Ci元素的相對濃度； (Ci/Cn)背景——地殼中Ci元素的參考濃度。當EF>10時,樣品中該元素的富集是由人為活動造成的，當EF<1時，則該元素主要來源于地殼或土壤，EF在1～10，則受人為來源和自然來源共同控制[20]。本文選取Fe作為參考元素，計算結果表明，Zn，Pb，Cu，Cr，Ni，Co，Cr的富集因子在1～10，部分采樣點的EF大于10，說明它們受人為來源和自然來源共同作用。結合上述分析結果得出重金屬的人為來源包括交通污染和工業活動。進一步列出各功能區富集因子的平均值比較，結果如表3所示，楊浦區的重金屬都受到人為活動的影響，清潔區、商業區的EF值相對較低，但EF值均大于1，說明重金屬含量受到人為活動的作用。居住區、交通區、工業區較高，其中居住區、交通區Cu，Pb，Zn的EF值偏高，說明表土受交通污染影響嚴重，工業區內，整體EF值都偏高，受工業活動影響較大。污染負荷指數(PLI)可以綜合各元素的污染情況，全面地評判地區的污染情況[21]。當PLI<1時，表示該地區無污染；1≤PLI<2，表示該地區污染等級為I，屬于輕度污染；2≤PLI<3，表示該地區污染等級為Ⅱ，屬于中度污染，當PLI≥3時，表示該地區污染等級為Ⅲ，屬于重度污染。計算結果表明，楊浦區樣品的PLI值為1.962，在1～2之間，屬于污染等級Ⅰ，輕度污染。

表3 不同功能區表土重金屬的富集因子的比較

3.3 表土土壤磁學參數與重金屬含量的相關關系

經SPSS軟件分析，不同功能區的重金屬含量與磁學參數的相關性分析結果表明，清潔區表土的χlf，SIRM，HIRM與PLI，Cr，Cu，Ni，Fe，Zn的含量相關性顯著(p>0.05)，χARM/χlf與Cr，Mn的相關性較好(P>0.05)，χARM/SIRM與PLI，Cr，Cu，Mn，Zn的含量相關性較好(p>0.05)；居住區表土的χlf，SIRM，HIRM與PLI，所有重金屬的含量相關性顯著(p>0.05)，χARM/χlf，χARM/SIRM僅與Zn的含量相關性顯著(p>0.05)；商業區χlf，SIRM，HIRM與所有重金屬的含量相關性顯著(p>0.05)；交通區內，χlf，SIRM，HIRM與PIL及所有重金屬的濃度相關性較好(p>0.05)；工業區磁學參數與重金屬的相關性較差，主要原因可能是工業區采樣點均位于工業園區內，園區的工業企業類型復雜，污染來源受多種因素作用，干擾人為活動產生的磁性物質，使得重金屬含量與磁學參數的相關性變差。由上述分析可知，楊浦區磁學參數與重金屬含量間的關系受用地類型影響，不同功能區內相關性不一致，其中χlf，SIRM，HIRM與大部分重金屬的相關性較好，可以指示楊浦區污染情況，粒度指示參數僅與個別重金屬相關性較好，對楊浦區表土的重金屬含量并不敏感。

4 討論與結論

4.1 討 論

本文主要探討楊浦區內5種不同土地利用方式下的土壤磁性和重金屬濃度，結果顯示χlf，SIRM，HIRM,χARM等磁學參數和重金屬濃度的高值都出現在工業區、交通區、居住區，具有較好的空間一致性。研究[22]表明，土壤的磁性受3種因素作用：土壤母質，風化成土作用，人為活動輸入。與上海市土壤磁化率背景值〔(2.91±0.98)×10-7m3/kg〕相比[23]，楊浦區磁化率值高，磁性較強，說明楊浦區磁性顆粒來源以人為活動輸入為主。有研究[24]表明化石燃料產生鐵磁性顆粒，這些磁性顆粒粒徑小，對重金屬有很強的吸附能力。部分重金屬也可以通過同晶替換進入磁性礦物的晶格[25]，因此重金屬常與磁性顆粒共存，重金屬濃度與磁學參數存在密切聯系。本研究表明，高磁化率，低頻率磁化率的采樣點，其重金屬濃度相對較高。相關性分析進一步表明，清潔區、商業區、交通區、居住區的磁學參數χlf，SIRM，HIRM與Cr，Cu，Fe，Mn，Pb等重金屬元素呈現良好的相關性，該結論與上海市嘉定區、寶山區、青浦區[10-11]的結果一致，說明磁學方法對上海市表土重金屬污染有一定的指示作用。

本研究只討論磁學參數與Mn，Co，Cr，Cu，Ni，Fe，Pb，Zn的相關性，這種相關性是否對更多重金屬仍成立？工業區重金屬與磁學參數的相關性差，污染來源多樣化會對結果產生什么樣的影響？哪些因素共同作用會削弱磁學參數與重金屬濃度的相關性？這些都值得進一步探討。

4.2 結 論

(1) 楊浦區表土磁化率值平均值為2.415×10-6m3/kg，磁性特征以低矯頑力的亞鐵磁性礦物為主導，并有不完全反鐵磁性礦物的貢獻，顆粒較粗。除χfd%外，其他磁學參數的高值分布在工業區、交通區，低值分布在居住區、商業區、清潔區。

(2) 重金屬Zn，Pb，Cu，Cr 濃度值高于背景值，高值集中在工業區、交通區、居住區。富集因子的結果顯示，絕大多數EF的值在1～10，表土中的重金屬受自然來源和人為來源共同作用。PLI的值為1.962，屬于污染等級Ⅰ，輕度污染。

(3) 不同功能區內，重金屬的含量與磁學參數間的相關性不同。由于工業區重金屬的來源比較復雜，磁學參數與重金屬含量的相關性不太好。其他功能區內，表土的重金屬的含量與χlf，SIRM，HIRM有著良好的相關性(p>0.05)。因此，χlf，SIRM，HIRM對楊浦區的表土重金屬含量具有很好的指示作用。

[1] 郭偉,孫文惠,趙仁鑫,等.呼和浩特市不同功能區土壤重金屬污染特征及評價[J].環境科學,2013,34(4):1561-1567.

[2] Bityukova L, Scholger R, Birke M. Magnetic susceptibility as indicator of environmental pollution of soils in Tallinn[J]. Physics & Chemistry of the Earth (Part A): Solid Earth & Geodesy, 1999,24(9):829-835.

[3] Canbay M, Aydin A, Kurtulus C. Magnetic susceptibility and heavy-metal contamination in topsoils along the Izmit Gulf coastal area and IZAYTAS(Turkey)[J]. Journal of Applied Geophysics, 2010,70(1):46-57.

[4] Kawasaki K, Horikawa K, Sakai H. Environmental magnetism of roadside soil contamination in the restricted Bijyodaira Area of Mt. Tateyama, Toyama, Janpan[J]. Asian Journal of Water Environment and Pollution, 2015,12(2):1-11.

[5] Liu Dexin, Ma Jianhua, Sun Yanli, et al. Spatial distribution of soil magnetic susceptibility and correlation with heavy metal pollution in Kaifeng City, China[J]. Catena, 2016,139: 53-60.

[6] 王學松,秦勇.徐州城市表層土壤中金屬元素的磁學響應[J].科技導報,2006,24(5):39-43.

[7] Lu S G, Bai S Q, Xue Q F. Magnetic properties as indicators of heavy metals pollution in urban topsoils: A case study from the city of Luoyang, China[J]. Geophysical Journal International, 2007,171(2):568-580.

[8] 王博,夏敦勝,余曄,等.蘭州城市表層土壤重金屬污染的環境磁學記錄[J].科學通報,2012,57(32):3078-3089.

[9] 楊涵,熊黑鋼,陳學剛.石河子市土壤環境磁學特征及空間分布研究[J].環境科學,2014,35(9):3537-3545.

[10] 姜琪,胡雪峰,李珊,等.上海寶山和青浦區表土磁性特征的差異及環境指示意義[J].土壤通報,2012,43(4):774-780.

[11] 李珊,胡雪峰,杜艷,等.上海嘉定區表土磁性強度的空間分異及環境指示意義[J].土壤學報,2012,49(1):9-17.

[12] 陳軼楠,張永清,張希云,等.晉南某鋼廠周邊土壤重金屬與磁化率分布規律及其相關性研究[J].干旱區資源與環境,2014,28(1):85-91.

[13] 毛應明,桑樹勛,王學松,等.公路邊土壤的磁化率特征及其對污染的指示意義[J].科學技術與工程,2014,14(35):144-156.

[14] Dearing J A. Environment Magnetic Susceptibility, Using the Bartingon MS2 System[M]. Seconnd edition England: Chi-Publishing,1999.

[15] 旺羅,劉東生,呂厚遠,等.污染土壤的磁化率特征[J].科學通報,2000,45(10):1091-109.

[16] 中國環境監測總站.中國土壤元素背景值[M].北京:中國環境科學出版社,1990:339-483.

[17] 于瑞蓮,胡恭任,林燕萍,等.泉州城市表層土壤中金屬元素來源分析[J].礦物學報,2012,32(1):156-164.

[18] Olson K W, Skogerboe R K. Indentification of soil lead compounds from automobile sources[J]. Environmental Science Technology, 2002,9(3):227-230.

[19] 章明奎.浙江省城市汽車站地表灰塵中重金屬含量及其來源研究[J].環境科學學報,2010,30(11):2294-2304.

[20] Zoller W H, Gladney E S, Duce R A. Atmospheric concentrations and sources of trace metals at the South Pole[J]. Science, 1974,183(4121):198-200.

[21] Angulo E. The Tomlinson pollution load index applied to heavy metal “Mussel-Watch” data: A useful index to assess coastal pollution[J].Science Total Environment, 1996,187(1):19-56.

[22] Shi R, Cioppa M T. Magnetic survey of topsoils in Windsor-Essex County, Canada[J]. Journal of Applied Geophysics, 2006,60(3):201-212.

[23] Hu Xuefeng, Su Yu, Ye Rong, et al. Magnetic properties of the urban soils in Shanghai and their environmental implications[J]. Catena, 2007,70:428-436.

[24] Heller F, Strzyszcz Z, Magiera T. Magnetic record of industrial pollution in forest soils of Upper Silesia, Poland[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1998,103(B8):17767-17774.

[25]Cornell R M, Schwertmann U. The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences and uses[M]. John Wiley & Sons, 2003.

Magnetic Response of Heavy Metals Pollution in Urban Topsoil of Yangpu District, Shanghai City

CHEN Yuying1, WANG Guan1, CHEN Jiao1, YU Shiyi1, REN Feifan2

(1.SchoolofEnvironmentandArchitecture,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China;2.KeyLaboratoryofGeotechnicalandUndergroundEngineering,MinistryofEducation,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

[Objective] The heavy metal pollution of topsoil from Yangpu District of Shanghai City was illustrated to provide scientific basis for the application of environmental magnetism in heavy metal pollution. [Methods] A systematic analysis of 17 topsoil samples collected from 5 functional areas in Yangpu District was conducted. The analysis involved magnetic characteristics and heavy metal concentration using magnetic method and traditional chemical method. [Results] The average magnetic susceptibility of the topsoil in Yangpu District was 2.42×10-6m3/kg, and the soil was characterized by low-coercivity magnetite and coarse grain size particles. The values of magnetic parameters, including magnetic susceptibility(χlf) saturation isothermal remanent magnetization(SIRM), the susceptibility of anhysteretic remanent magnetization(χARM),χARM/χlf,χARM/SIRM, S-ratio(IRM-300/SIRM) and magnetically hard isothermal remanent magnetization(HIRM)), were high in industrial and traffic area. The concentrations of Zn, Pb, Cu, and Cr were much higher than the background values. The relatively high heavy metal values were found concentrated in industrial, traffic and residential areas. Generally, the pollution loading index(PLI) value was 1.962, belonging to mild contamination. Except in industrial area, the contents of heavy metal in other areas were significantly correlated with magnetic parameters.χlf, SIRM and HIRM can be generally regarded as good indicators of heavy metal concentration of topsoil in Yangpu District. [Conclusion] Environmental magnetism is capable of indicating heavy metal pollution in topsoil.

environmental magnetism; heavy metal; topsoil; pollution loading index; Yangpu District

2016-09-19

2016-11-23

國家自然科學基金項目“城市軌道交通顆粒物污染的磁學診斷及機理研究”(41001331); 上海市自然科學基金項目“城市不同功能區地表灰塵重金屬及其磁學特征的季節變化響應特性研究：以上海市為例”(15ZR1428700)

陳裕穎(1994—),女(漢族),江西省南昌市人,碩士研究生,研究方向為環境磁學與城市污染。E-mail:zxc1317798@sina.com。

王冠(1981—),女(漢族),陜西省咸陽市人,博士,副教授,主要從事城市污染研究。E-mail:wangguan@usst.edu.cn。

A

1000-288X(2017)03-0028-07

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