无锡市农地土壤重金属污染空间分异研究

卢雨蓓

(南京农业大学 公共管理学院，江苏 南京 210095)



无锡市农地土壤重金属污染空间分异研究

卢雨蓓

(南京农业大学 公共管理学院，江苏 南京 210095)

以无锡市惠山区、锡山区、崇安区和滨湖区四个区的农地土壤重金属为研究对象，研究土壤中重金属的特征，并采用地累积指数法对土壤中重金属元素的污染程度行了评价。最后通过计算分析得知，研究区土壤重金属污染基本处于无污染水平，不同区的重金属程度为：惠山区>锡山区>崇安区>滨湖区。Cr、Pb、Cd、As、Hg五种重金属元素中，Hg元素的污染程度较高。

土壤重金属；地累积指数；空间分异；无锡市

土壤是人类赖以生存的物质基础，土壤重金属污染不仅会严重影响和改变土壤生态功能，而且会危害农产品品质、威胁人类健康以及社会经济可持续发展[1-3]。随着社会经济的迅速发展，土壤污染尤其是重金属污染问题越来越突出。重金属是典型的土壤污染物，具有隐蔽性、难降解、移动性差和易被富集等特点，可影响土壤微生物区系、生态物种和微生物过程，进而影响生态系统的结构与功能，并通过食物链在人体内蓄积构成潜在危害[4]。因此，研究地区土壤中重金属污染空间分异，可为地区土壤乃至环境的质量评价和管理提供依据。

土壤中重金属的来源主要分为自然来源和人为来源。自然源主要是由成土母质决定，不同的土壤组成造成了该区域的背景值有所差异。随着经济社会的不断发展，人类活动已经造成了土壤中重金属的明显富集，往往超过自然来源对重金属含量的贡献[5-10]；重金属的人为源主要包括煤炭燃烧、汽车尾气、工业“三废”、采矿活动以及农药化肥的施用[11]。目前，国内外评价土壤中重金属污染的方法较多，如单因子指数法、内梅罗综合指数法、污染负荷指数法、综合响应因子法、生物效应浓度法、次生相与原生相分布比值法、富集系数法、地累积指数法、潜在生态危害指数法等，但迄今为止尚没有成熟的方法和统一的标准[12]。

无锡是东部经济重镇，全国15个经济中心城市和10个重点旅游城市，国际先进制造业基地，享誉全国的著名工业城市，中国民营企业之都，中国优秀旅游城市之一，福布斯大陆最佳商业城市。2010年，无锡地区实现地区生产总值(GDP)5758亿元，增长13.1%。按常住人口计算人均生产总值超过90000元，按现行汇率折算超过1万美元。财政一般预算收入1550亿元，增长近30%。全社会固定资产投资3000.51亿元；社会消费品零售总额1808.23亿元；对外贸易进出口总额601.45亿美元；民营经济增加值占地区生产总值比重63.1%；城镇居民人均可支配收入25905元；全市城镇集体以上单位在岗职工年平均工资46430元；农民人均纯收入13890元。至2010年底全球财富500强企业中有75家在无锡市投资兴办了144家外资企业。物联网、新能源与新能源汽车、节能环保、生物、微电子、新材料与新型显示、软件与服务外包、工业设计与文化创意等八大战略性新兴产业，谋划把战略性新兴产业变成经济的新增长点和未来的支柱产业。但是无锡作为太湖流域重要的工业城市，城市污染物排放也很惊人：2011年无锡市废水总排放量5.147 亿 t，排放强度为其中工业废水的比例达到52.44%，污染物以氨氮最多；工业废气排放 5 737.9亿m3，以氮氧化物和二氧化硫含量最高。同时，大量微电子工业和铸造业集中于主城区的工业园区内，电子管、节能灯的制造和金属冶炼过程当中会造成大量重金属的使用和释放，这些大量的污染物排放必然会使无锡土壤生态环境质量下降，并影响太湖流域的生态安全[13]。

本文以无锡市4个区(惠山区、锡山区、崇安区、滨湖区)的土壤为研究对象，分析土壤重金属污染特征并对其进行地累积评价。最后，通过对土壤中不同重金属元素含量进行比较分析得出，研究区土壤重金属污染的空间分异特征，以期为研究区的生态环境保护和重金属污染防治提供科学依据。

1 研究区域概况

无锡市位于长江三角洲平原腹地，江苏南部，太湖流域的交通中枢，京杭大运河从中穿过。 无锡北倚长江，南濒太湖，东接苏州，西连常州，构成苏锡常都市圈。无锡自古就是鱼米之乡，素有布码头、钱码头、窑码头、丝都、米市之称，是中国国家历史文化名城。无锡是中国民族工业和乡镇工业的摇篮，是苏南模式的发祥地。

2 研究方法

2.1 地累积指数法

地累积指数法( Index of geoaccumulation，Igeo) 是德国科学家 Muller 在1969 年提出的，它是一种研究土壤、沉积物中重金属污染程度的定量指标。评价重金属的污染，除必须考虑到人为污染因素、环境地球化学背景值外，还应考虑到由于自然成岩作用可能会引起背景值变动的因素。地累积指数法注意到了此因素，弥补了其它评价方法的不足[14]。近年来已被国内外学者[15-17]广泛应用于人为活动产生的重金属对土壤污染的评价。其公式为：

式中：Ci是样品中元素i的实测浓度；1.5为常数，是考虑到由于成岩作用可能会引起背景值的变动；Bi是土壤中元素i的地球化学背景值。在研究某地区沉积物中微量元素的地累积指数时，应以该区沉积物自身背景值作为计算地质累积指数的地球化学背景值，本研究采用无锡市土壤重金属背景值作为参比(表1)。重金属地累积指数(Igeo)分级与污染程度的关系，列于表2。

表1 无锡市土壤重金属背景值与毒性系数

注：无锡市土壤背景值引自文献[18]

3 结果与分析

3.1 地累积指数法评价结果

表2 土壤环境污染等级划分

本研究以无锡市土壤重金属的背景值为参比值，按照公式(1)计算5种重金属的地积累指数，5种重金属的地积累指数评价结果见表3 。从表3可以看出，惠山区Cd元素的污染水平较高为轻微污染水平，其余各区均为无污染水平。其中，崇安区5种元素 Igeo排列为：Hg( -0.38)>As( 0. 50)>Pb( -0.59)>Cd(-0.66)>Cr( -0.68)；滨湖区5种元素 Igeo排列为：As( -0.42)> Hg( 0. 45)>Pb(-0.56)>Cd(-0.93)>Cr ( -0.94)；锡山区5种元素 Igeo排列为：Hg( -0.15)> As( 0. 46)>Cr(-0.58)>Pb( -0.66)>Cd ( -0.58)；惠山区5种元素 Igeo排列为：Cd( 0.025)> Pb( 0. 05)>As(-0.31)>Cr( -0.65)>Hg ( -0.74)。

总体而言，Hg元素的污染水平较其他4种元素更为严重。4个区中，Cr元素的污染程度锡山区较高，Pb元素的污染程度惠山区较高，Cd元素的污染程度惠山区较高，As元素的污染程度惠山区较高，Hg元素的污染程度锡山区较高。可以看出，惠山区的土壤重金属污染程度较高，其次为锡山区。

表3 地累积指数Igeo

3.2 空间分异分析

通过对不同元素含量及地累积指数评价结果对比分析得出，4个区重金属元素Hg的污染较其他4种元素更为严重。这说明研究区所有行业中占比重较大的通用设备制造业的生产对当地的生态环境构成了较大的威胁。而惠山区Cd元素的污染较为严重，通过对4个区的分行业企业数分析得知，惠山区的黑色金属冶炼及压延加工业企业数不仅在本区内占所有企业数的比重较大，在4个区分行业总企业数中的情况也是如此。说明惠山区土壤中主要的重金属元素污染可能主要来自于当地的黑色金属冶炼及压延加工业的生产。

4 结论

(1)研究区的土壤重金属富集受人类活动影响较大，其中As和Hg元素更为明显。4个区中，惠山区和锡山区的土壤重金属含量较高。

(2)地积累指数评价结果表明，除惠山区Cd元素的污染水平为轻微污染以外，其余均为无污染水平。其中，Hg元素的污染水平较其他4种元素更为严重。

(3)通过比较不同元素含量及地累积指数评价结果，同时参照研究区分行业企业分布情况，对研究区土壤重金属污染的空间分异进行分析，得出：锡山区、崇安区和滨湖区Hg元素污染程度较高，主要与当地行业比重较大的通用设备制造业有关；而惠山区Cd元素的污染程度较高，主要与当地的主导产业黑色金属冶炼及压延加工业有关。因此，对研究区的环境治理应重点控制Hg元素的排放，加强对当地工业企业的管理。同时要加速产业升级，使用清洁能源生产，最终达到减少土壤中重金属污染的目的。

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2015-4-30

江苏省大学生创新训练计划( 编号: 201410307011Y) 作者简介：卢雨蓓(1994-)，女，河南三门峡人，本科生，资源环境与城乡规划管理方向。E-mail：20312108@njau.edu.cn。