济南西部地区不同类型污染源作用下土壤各类元素含量特征及选择性种植浅析

于晓静，成世才，白新飞

(1.中国冶金地质总局山东正元地质勘查院,山东 济南 250101; 2.中化地质矿山总局山东地质勘查院,山东 济南 250013;3.山东省第一地质矿产勘查院,山东 济南 250014)



环境地质

济南西部地区不同类型污染源作用下土壤各类元素含量特征及选择性种植浅析

于晓静1，成世才2，白新飞3

(1.中国冶金地质总局山东正元地质勘查院,山东 济南 250101; 2.中化地质矿山总局山东地质勘查院,山东 济南 250013;3.山东省第一地质矿产勘查院,山东 济南 250014)

土壤污染；重金属；水溶性元素；土壤常量养分；选择性种植；济南

农业种植，一方面要考虑土壤中主要营养元素含量，考虑到作物种植的长势产量；一方面要考虑到作物的品质，也就是微量元素的含量；还要考虑到作物的安全，也就是重金属元素的含量。以前对土壤的化学分析方法与角度较多，李非里等在不同酸碱条件下分析同一元素或离子在土壤中的赋存形态[1-2]，田媛等用聚类分析方法研究土壤中重金属含量分区并与国家土壤重金属含量标准进行比较[3]，但将土壤分为重金属元素、水溶性元素及常量营养元素进行分类比较，然后利用选择性种植[4]的观点尝试指导农业种植的想法却不多，该文从这一角度，对不同类型污染源作用下土壤各类元素含量特征及选择性种植进行分析。

1 研究区概况

1.1 地理地质概况

研究区位于济南市的西部及南部，面积2000km2。东南部为泰山山脉，西北部为黄河冲积平原，研究区向NE缓倾，总体地势东南高西北低，地形从SE向NW依次为低山丘陵、山前倾斜平原及黄河冲积平原。区内主要河流有黄河、孝里河、南大沙河、北大沙河及玉符河。出露地层由新到老依次有新生代第四系，古生代寒武系，奥陶系及新太古代泰山岩群变质岩系，总体为一单斜构造。

1.2 污染源类型及分布

通过对区内40处较典型污染源的调查记录，查明区内污染源主要包括：工业废水、生活污水、生活垃圾、工业废弃物及养殖场禽畜粪便等。该次将区内污染源类型归纳为：污水排放污染、垃圾堆放污染和禽畜粪便污染3类(图1)。总体来看，研究区工业废水和生活污水随意排放的现象较为普遍，污水排放污染多集中在区内三大河流下游，沿河流呈线状分布；生活垃圾堆放污染多呈点状分布于村庄及周边的沟谷低洼处，规模一般较小；养殖场牲畜粪便污染主要分布在调查区中部和南部，规模多为小型，局部地区养殖场集中分布。

2 样品布设与测试

2.1 样品布设

该次工作布设土壤剖面7条，按污染源类型将剖面进行划分：污水排放污染类4条；垃圾堆放污染类1条；禽畜粪便污染类2条。

2.2 样品采集与测试

探坑挖好后，用竹片去除与金属接触的部分，再分深度分别采集土壤样品，每件采集重量1000g，用棉布袋包装。样品检测由具有岩矿鉴定与岩矿测试甲级资质、CMA计量认证证书的国土资源部济南矿产资源监督检测中心承担。测试项目分为重金属元素、水溶性元素及营养元素3类。

图1 调查区主要污染源分布图

3 结果与讨论

3.1 重金属元素含量特征及分析

在环境污染研究中特别关注的重金属主要是生物毒性显著的Hg，Cd，Pb，Cr以及类金属As，还包括具有毒性的重金属Cu，Zn等[3]。研究区各污染源类型重金属元素含量统计见表1。

表1 各污染源类型重金属元素含量平均值(mg/kg)

通过比较，垃圾堆放类污染对周边土壤的重金属含量的影响最为明显。7条土壤剖面中Cr含量的顺序为垃圾堆放污染类>禽畜粪便污染类>污水排放污染类；As含量顺序为垃圾堆放污染类>禽畜粪便污染类>污水排放污染类；Hg含量顺序为垃圾堆放污染类>污水排放污染类>禽畜粪便污染类；Cd含量顺序为垃圾堆放污染类>污水排放污染类>禽畜粪便污染类；Pb含量顺序为垃圾堆放污染类>污水排放污染类>禽畜粪便污染类；Cu，Zn亦然。可见，研究区土壤剖面中，垃圾堆放类污染造成周边土壤重金属含量明显升高，土壤剖面中重金属含量的顺序主要为：垃圾堆放污染类>污水排放污染类>禽畜粪便污染类。

垃圾堆放的污染方式主要为固体直接污染和渗滤液入渗污染。根据包丹丹[5]等的研究，重金属是垃圾渗滤液的主要成分之一。研究结果表明垃圾场周边农田土壤Cd含量超过国家土壤质量二级标准，Hg，As，Pb，Cr四种元素的含量均高于非污染土壤。随着距离的增加土壤重金属含量呈现出减少趋势，垃圾堆放点对周边大约150m范围内的土壤产生重金属污染。该次调查发现，研究区虽然目前各个村庄都设有垃圾箱和垃圾池，但部分村民固有的乱弃垃圾的习惯，加之垃圾清运不及时，导致垃圾积存。积存的垃圾倾倒至沟谷、河道内，丰水期时被洪水冲走，继续污染下游河道水体。有些垃圾堆放在裸露或半裸露灰岩地区或采矿石坑内，渗滤液直接下渗，污染土壤及地下水。

图2 各污染源类型重金属元素含量平均值对比

曲蛟[6]等研究发现，葫芦岛市钼矿区选矿厂周边农田土壤重金属含量顺序依次为：Cr>Zn>Ni>Cu>Pb>Mo>As>Cd>Hg。该研究区重金属含量顺序为：Zn>Cr>Cu>Pb>As>Cd>Hg，除Cr，Zn顺序有颠倒外，与葫芦岛钼矿区情况基本一致。表明一般情况下重金属含量的顺序在各地都较为普遍。

3.2 水溶性盐类含量特征及分析

土壤剖面中水溶性盐类含量结果见表2。

表2 各污染源类型水溶性盐类含量平均值(mg/kg)

图3 各污染源类型水溶性盐类含量平均值对比

3.3 营养元素含量特征及分析

土壤剖面中土壤常量养分含量结果见表3。

表3 各污染源类型土壤常量养分含量平均值(mg/kg)

从表3中可以看出，土壤主要常量养分P在三类污染源影响的土壤中的含量，污水排放污染类>垃圾堆放污染类>禽畜粪便污染类；有效P在三类污染源影响的土壤中的含量，污水排放污染类>垃圾堆放污染类>禽畜粪便污染类；全N在三类污染源影响的土壤中的含量，污水排放污染类>禽畜粪便污染类>垃圾堆放污染类；硝态氮在三类污染源影响的土壤中的含量，污水排放污染类>禽畜粪便污染类>垃圾堆放污染类；铵态氮在三类污染源影响的土壤中的含量，污水排放污染类>垃圾堆放污染类>禽畜粪便污染类。故一般情况下，土壤营养元素受污水排放污染影响最为明显。

图4 各污染源类型土壤常量养分含量平均值对比

田媛等[3]研究认为，污水排放可以为植物生长发育提供相应的营养元素，增强土壤肥力，但是超过一定限度和量度会引起重金属积累，从而造成土壤污染。污水排放后，通过与地表水体直接混合或者渗入地下的方式污染地表、地下水，污染影响范围广，影响速度快。

3.4 选择性种植研究

不同种类的蔬菜对土壤中重金属元素的富集具有差异性[9-10]，由植物自身的生化特性决定。选择性种植的概念[4，11-12]，就是考虑土壤中重金属含量特征蔬菜对重金属的富集以及土壤的肥力，在查明规划种植区土壤重金属含量水平的情况下按照蔬菜对重金属富集的差异性来选择将来种植蔬菜对象。即在土壤肥力充足但某一种或几种重金属元素富集的土地，选择对该重金属元素富集较少的蔬菜(瓜果)进行种植，可以一方面充分利用土壤肥力，另一方面较好的规避重金属对作物的污染。如寿光地区Pb在各类蔬菜中含量依次为西红柿>茄子>尖椒>油菜>甘蓝>白菜[13]，则在该土壤含Pb较高的地区种白菜可较其他瓜果更好的规避重金属Pb污染，从而获得品质更好的蔬菜。

4 结论

(1)研究区土壤剖面中，垃圾堆放类污染造成周边土壤重金属含量明显升高，土壤剖面中重金属含量的顺序主要为：垃圾堆放污染类>污水排放污染类>禽畜粪便污染类。

(4)土壤主要常量养分在三类污染源影响的土壤中含量的一般顺序为：污水排放污染类>垃圾堆放污染类>禽畜粪便污染类。

(5)污染源中的各类污染元素的扩散一般都是以水为载体。排放的污水可以直接下渗，垃圾和粪便通过水的溶解和淋滤作用形成渗滤液，渗滤液入渗，污染周边土壤进而污染地下水。

(6)在土壤肥力充足但某一种或几种重金属元素富集的土地，选择对该重金属元素富集较少的蔬菜(瓜果)进行种植，可以一方面充分利用土壤肥力，另一方面较好的规避重金属对作物的污染。

(7)建议在查明地区土壤各类元素含量的情况下，按重金属污染程度对工作区进行分区，依据污染程度的不同，选择不同类型的蔬菜种植，严格施肥，控制农残，以达到绿色蔬菜、无公害蔬菜的标准。

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Analysis on Characteristics of Various Element Concentration in Soil and Selective Cultivation under Different Pollution Sources in Some Areas in Jinan City

YU Xiaojing1, CHENG Shicai2, BAI Xinfei3

(1. Shandong Zhengyuan Geological Exploration Institute of Chinese Metallurgical Geology Bureau, Shandong Jinan 250101, China; 2. Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Gine Bureau, Shandong Jinan 250013, China; 3. No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Jinan 250014, China)

Soil pollution; heavy metal elements; water-soluble elements; soil constant elements; selective cultivation

2016-05-25；

2016-08-05；编辑：曹丽丽

于晓静(1982—)，女，山东烟台人，工程师，从事水文环境及地质灾害评估等方面的工作；E-mail：chengshicai2008@163.com

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于晓静，成世才，白新飞.济南西部地区不同类型污染源作用下土壤各类元素含量特征及选择性种植浅析[J].山东国土资源，2016,32(11)：49-53.YU Xiaojing,CHENG Shicai，BAI Xifei.Analysis on Characteristics of Various Element Concentration in Soil and Selective Cultivation under Different Pollution Sources in Some Areas in Jinan City[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(11)：49-53.