廢棄宅基地復(fù)墾后土壤重金屬含量分布

孟婷婷， 張 露

(1. 陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710075； 2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710075； 3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710075； 4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心， 陜西 西安 710075； 5.自然資源部土地工程技術(shù)創(chuàng)新中心， 陜西 西安 710075)

隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的加劇，住房新舊交替，改善住房需求的增大，造成了大量廢棄宅基地的存在，不僅造成土地資源的浪費(fèi)，嚴(yán)重威脅十八億畝耕地紅線，同時(shí)也影響城鎮(zhèn)或農(nóng)村整體風(fēng)貌。復(fù)墾廢棄宅基地是解決上述問題的關(guān)鍵，但宅基地復(fù)墾后的土地質(zhì)量是否可以達(dá)到種植標(biāo)準(zhǔn)，需加以考慮，尤其是受人類生活生產(chǎn)活動(dòng)影響較大的土壤重金屬含量。

土壤重金屬污染是指人類活動(dòng)將重金屬引入土壤中致使有害元素含量超過背景值，并造成土壤污染的現(xiàn)象[1]。相關(guān)研究表明，受重金屬污染，我國有約16.1%土壤樣本超國家二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[2]。重金屬元素通過揚(yáng)塵沉降、暴雨徑流、污水灌溉等方式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)后，不僅影響土地質(zhì)量、糧食作物生長質(zhì)量[3-5]，還會(huì)擾亂土壤結(jié)構(gòu)，改變土壤性質(zhì)，破壞土壤環(huán)境穩(wěn)定性[6-7]。重金屬元素具有難降解、活動(dòng)性強(qiáng)、累積性強(qiáng)等特點(diǎn)，且在極低的濃度下就可能對動(dòng)物和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，土壤重金屬污染問題已成為城市化和工農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中不可忽視的環(huán)境問題[2, 8-10]。以宅基地復(fù)墾后種植2年的楊樹林地土壤為試驗(yàn)對象，探明自然生長、施肥和灌溉3種不同管理措施的宅基地復(fù)墾后土壤中重金屬元素分布，以期為廢棄宅基地復(fù)墾土壤重金屬污染的修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)小區(qū)位于陜西省咸陽市渭城區(qū)蘭池大道項(xiàng)目部(108°50′38″E，34°23′26″N)，平均氣溫14.7℃，平均風(fēng)速2.1 m/s，空氣相對濕度63%，無霜期228 d，年均降水量443 mm。于2018年4月開始對其項(xiàng)目區(qū)內(nèi)廢棄宅基地進(jìn)行植被恢復(fù)。在廢棄宅基地地面清理、平整后，將普通速生景觀楊樹作為恢復(fù)植被，種植密度按1 m行間距，0.5 m株距扦插種植，總種植面積約3.06 hm2。楊樹林的管理措施分別為施用農(nóng)家肥+灌溉區(qū)(以下簡稱“施肥”)、灌溉、自然生長3種。

1.2 樣本采集

于2020年9月使用環(huán)刀對3種管理方式楊樹林地土壤進(jìn)行樣品采集，以五點(diǎn)取樣法，每樣點(diǎn)設(shè)置3組重復(fù)，按照不同深度0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm進(jìn)行采樣，共225個(gè)樣本。去除石礫、植物根系等后，將樣本帶回實(shí)驗(yàn)室放置陰涼處自然風(fēng)干。

1.3 指標(biāo)測定

采用王水-微波消解作為土壤前處理方法，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測定土壤的重金屬元素。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，繪制重金屬含量分布圖。

2 結(jié)果與分析

從圖1可知，不同管理方式土壤各重金屬元素在不同土壤深度的含量。自然生長條件下，土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As和Cd的平均含量分別為80.71 mg/kg、42.02 mg/kg、43.89 mg/kg、92.59 mg/kg、14.94 mg/kg和0.21 mg/kg；灌溉條件下土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As和Cd平均含量分別為74.87 mg/kg、37.69 mg/kg、34.04 mg/kg、86.57 mg/kg、14.16 mg/kg和0.18 mg/kg；施肥灌溉條件下土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As和Cd平均含量分別為73.34 mg/kg、36.70 mg/kg、30.31 mg/kg、82.62 mg/kg、13.93 mg/kg和0.17 mg/kg。與自然生長條件下相比，灌溉條件下Cr、Ni、Cu、Zn、As和Cd的平均含量分別減少7.24%、10.30%、22.44%、6.50%、5.22%和14.29%；施肥條件下分別減少9.13%、12.66%、30.94%、10.77%、10.77%、6.76%和19.05%。

圖1 廢棄宅基地復(fù)墾后重金屬含量分布狀況

灌溉和施肥模式的土壤重金屬Cr、Cu、和As含量隨著土層的增加而增加。在3種管理模式下，土壤重金屬Zn和Cd的含量均隨著土層的加深呈先減少后增加的趨勢，含量減少均出現(xiàn)在20～40 cm土層，隨后40 cm土層以下含量均增加。土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As和Cd的含量最小值均出現(xiàn)在施肥管理模式下的20～40 cm土層，其含量分別為57.44 mg/kg、26.5 mg/kg、20.54 mg/kg、58.27 mg/kg、10.9 mg/kg和0.16 mg/kg。

3 結(jié)論

研究建立試驗(yàn)小區(qū)，分析比較了陜西省咸陽市不同管理措施廢棄宅基地土壤Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd 6種重金屬分布狀況，結(jié)果表明，城市綠地管理措施對重金屬污染治理效果存在差異，施肥條件下土壤重金屬污染修復(fù)效果最好，灌溉條件次之，合理布設(shè)城市綠地施肥、灌溉條件有助于城市環(huán)境重金屬污染治理。隨著土層的增加，土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As和Cd的含量最小值均出現(xiàn)在施肥管理模式下的20～40 cm土層，其含量分別為57.44 mg/kg、26.5 mg/kg、20.54 mg/kg、58.27 mg/kg、10.9 mg/kg和0.16 mg/kg。根據(jù)污染等級與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度劃分標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)小區(qū)Cd為輕污染，且處于中等危害，是造成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要來源。