土壤重金属潜在生态危害评价及其同源相关性研究

邱海源（福建省地质环境监测中心，福州福建361005）

土壤重金属潜在生态危害评价及其同源相关性研究

邱海源（福建省地质环境监测中心，福州福建361005）

本文首次以厦门市翔安区324国道两侧福建省农业保护区土壤重金属的分布、潜在生态危害、同源相关性为研究目标，采用（Agilent 7500型）ICP-MS精确分析表层耕作土壤中重金属（Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn）含量，运用经典Lars Hakanson潜在生态危害指数法，对厦门市翔安区土壤中重金属潜在生态危害性进行评价，并对土壤中重金属相关性进行了深一步研究，得出八种重金属潜在生态危害程度（危害指数）顺序为Cd（94.4）>Hg（54.3）>As（46.7）>Pb（10.5）>Cu（4.3）>Ni（3.1）>Cr（2.3）>Zn（1.9），重金属综合潜在生态危害指数（RI）为216.8，属于潜在生态危害中等程度。

重金属潜在生态危害相关性

0 引言

土壤重金属污染在一定时期内并不表现出对环境的危害性，但当其存储量超过土壤承受能力或限度，或当土壤环境条件变化时，其就可能被活化，从而导致严重的生态危害，因此被称为“化学定时炸弹”。因此研究城市土壤重金属污染特征,评价其潜在的生态危害是十分必要的。

本文通过对翔安区土壤重金属空间分异性的研究，采用瑞典学者Hakanson[1]的潜在生态危害指数法对翔安区土壤重金属的潜在生态危害进行评价。应用潜在生态危害指数法将污染物与生物毒性、生态危害有机地结合,兼有现时与潜在风险评价的研究层次[2，3]，并且考虑到不同重金属的毒性差异及环境对重金属污染的敏感程度,能够更准确地表示重金属对生态环境的影响[4]。

1.样品的采集及测定

1.1 样品的采集

第一步是用几何网格法在1：24000的地形图上布点，采用的布点密度为500m×500m。野外定点以地形图为主，寻找有利于土壤特征发育的环境进行采样。野外定点时采用GPS定位。共采集了50多份土壤样品，并现场测定了其基本的理化性质（pH、氧化还原点位等）。

1.2 样品的预处理

根据《土壤元素的近代分析方法》和有关的国家标准[5-6]，对采集来的样品进行预处理，使其达到实验室分析的要求。样品消解采用“全分解”法。采用Agilent 7500电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定元素。索坤SK-2003型原子荧光光度计（AFS），测定汞、砷元素。MARS 240/50微波消解仪（美国CEM公司）、电热板（VIP-4000），土壤样品消解。现场采样采用GPS精确定位。

2.数据分析及评价方法

采用Hakanson的潜在生态危害指数法,潜在生态危害指数涉及单项污染系数、重金属毒性响应系数以及潜在生态危害单项系数,其公式为：

表1 和RI的分级标准

表1 和RI的分级标准

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3.结果与讨论

3.1 厦门市翔安区重金属含量

厦门市翔安区重金属含量的测定结果(见表2)。调查区土壤类型以324公路为界，公路以北为红壤，土壤成熟度较高。公路以南为围垦滩涂所得的滨海盐土。公路以北,种植农作物历史较长，土壤成分以粘性土为主，成熟度较高，有机质丰富，因此有利于元素的吸附富集，加之施肥量大，使耕作层富集大多数营养元素和部分重金属，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn在东部及西部含量明显偏高。新围垦地区属近代河海相沉积物。土壤成熟度低，未完成脱钙过程，Ca含量过高。

表2 翔安表层土壤重金属潜在生态危害评价

从表2中，值可以比较明显的观察出Cd值属于强生态危害程度，Hg、As属于中等生态危害，Pb属于轻微生态危害程度，其他的重金属基本上处于一种无生态危害的状态，总的考虑基本上整个地域基本处于一种中等生态危害的情况下，需要引起一定的关注。

3.2 厦门市翔安区重金属相关性分析

土壤重金属来源于成土母质和人类活动，同来源的重金属之间存在着相关性[8]。土壤中重金属含量与土壤性质的相关性除受元素本身性质影响外，与元素所处的环境及其元素的来源有很大的关系[8-10]。

表3.土壤中重金属含量的统计值(μg/g)

由表3，表4，图1可知Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As之间的相关性很高，表明它们同源性高。Mn-Cr,Ni-Cr,Mn-Cu,Ni-Cu,As-Cr,As-Mn,As-Zn,Cd-Cr,Cd-Zn之间也有一定的同源性。特别需要指出的是Hg

表4.翔安土壤重金属含量相关系数

和Pb与所有元素的相关性不高。其中As和较多元素呈现较高的相关性，说明主要来源为地球化学来源，其中与Cu和Cd的相关性特别高。

图1 翔安土壤重金属含量相关系数

翔安区土壤元素相关性与沉积物元素间的相关性相比[11]，相关性趋势存在着一定的差异，如Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As等在土壤中相关性很好[10]。土壤中Hg与其它元素的相关系数大于它们在沉积物中的相关系数，这是河流受Hg污染所致，外源污染物汞的排放，削弱了Hg与其他元素之间的相关程度。土壤和沉积物中元素Mn与其他元素的相关性发生了较明显的变化。土壤中Mn与Ni呈现出显著的正相关关系；而在河流沉积物中Mn与Ni具有显著负相关性，这种截然相反的结果，可能是由沉积物与土壤的外部环境因子(pH、Eh)差异而引起它们存在形态的差别，有待于进一步研究。

3.3 厦门市翔安区土壤重金属污染评价及潜在的生态危害

Adriano[10]和Alloway[11]指出，Pb,Cu,Zn是评价城市土壤污染程度的理想指标。采用Hakanson的潜在生态危害指数法对土壤重金属污染进行了潜在生态风险研究.结果表明：翔安区土壤受到Cd的强污染和Hg，As的中等污染，其它重金属的潜在生态危害系数均较低。经比较，八种重金属的潜在生态危害Cd>Hg>As>Pb>Cu>Ni>Cr>Zn。重金属的综合潜在生态危害指数为216.8，潜在生态危害中等。

4 结论

翔安区土壤重金属含量Cd、Cr、Cu、Pb、Zn在东部及西部含量明显偏高。Mn-Ni,Cu-As,Cu-Cd,Cd-As之间的相关性很高。Mn-Cr,Ni-Cr,Mn-Cu,Ni-Cu,As-Cr,As-Mn,As-Zn,Cd-Cr,Cd-Zn之间也有一定的同源性。另外翔安区土壤受到Cd的强污染和Hg，As的中等污染，其它重金属的潜在生态危害系数均较低。重金属的综合潜在生态危害指数为216.8，整体评价为潜在生态危害中等。

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

[2]陈静生,王忠,刘玉机。水体金属污染潜在危害应用沉积学方法评价[J]。环境科学,1989,9(1):16-25。

[3]陈静生,周家义。中国水环境重金属研究[M]。北京：中国环境科学出版社,1992。168-170。

[4]叶玉瑶，张虹鸥，谈树成。个旧城区土壤中重金属潜在生态危害评价[J]。热带地,2004,24(1)：14-17。

[5]郭平,谢忠雷,李军，周琳峰。长春市土壤重金属污染特征及其潜在生态风险评价。地理科学，2005，2（1）:108-112。

[6]兰天水,林建,陈建安等。公路旁土壤中重金属污染分布及潜在生态危害的研究[J]。海峡预防医学杂志,2003,9(1):4-6。

[7]刘用清。福建省海岸带土壤环境背景值研究及其应用[J]。海洋环境科学，1995，14（2）：68-73。

[8]胡振琪，戚家忠，司继涛。不同复垦时间的粉煤灰充填复垦土壤重金属污染与评价。农业工程学报，2O03,19(2):214-218。

[9]Galley F A,Lloyd O L，Grass and surface soils as monitors of atmospheric metal pollution in central Scotland[J].Water,Air and Soil Pollution,1985,24:1-18.

[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.