廣州城市土壤中汞的分布特征及污染評價

廣州城市土壤中汞的分布特征及污染評價

由于鉛在環(huán)境中的永久性、生物固定性和毒性，許多國際組織將其視為最有毒的污染因子之一。金屬礦的采煉、石油的提煉、化石燃料的燃燒、工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、廢物的焚燒、農(nóng)業(yè)肥料和殺菌劑的使用等人類活動導致汞向環(huán)境中釋放;人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫囊恍┽t(yī)療器械、日常用品,如血壓計、體溫計、日光燈、電閘開關(guān)、壓力傳感器等也是環(huán)境汞污染的來源[2~4]。土壤是環(huán)境中汞匯聚地,土壤的汞污染對生態(tài)環(huán)境和人類健康會產(chǎn)生嚴重的威脅。隨著城市化進程的加快,城市人口的數(shù)量和密度不斷增加,城市土壤汞是城市密集人群汞暴露的主要途徑之一,影響城市居民的健康,因此有必要了解城市土壤中汞的狀況。近年來,國內(nèi)外有關(guān)城市土壤汞的研究報道不斷增多[4~12],但我國華南地區(qū)城市土壤汞的研究鮮見報道。本研究旨在通過詳細的調(diào)查分析,弄清廣州城市土壤汞的含量、分布規(guī)律及污染現(xiàn)狀,為廣州城市環(huán)境保護和治理、城市生態(tài)規(guī)劃和保障城市居民健康提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)。1材料和方法1.1樣品采集及測定條件以廣州市中心城市區(qū)域為研究對象,采集不同行政區(qū)域(包括白云、天河、越秀、荔灣和海珠區(qū))分別代表不同功能區(qū)(包括城市公園、行政事業(yè)單位區(qū)、住宅區(qū)、交通區(qū)和工業(yè)區(qū))的表層土壤(0~10cm)樣品425個,每個土壤樣品均由2m2范圍內(nèi)5~6個點土壤混合而成。土樣自然風干后研磨,分別制備過2mm和0.15mm尼龍篩的樣品備用。各采樣點用GPS精確定位,其分布見圖1。土壤汞采用H2SO4-HNO3-KMnO4法消解,用冷原子吸收測汞儀(F732-V,上海華光)測定;土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定;土壤pH值采用2.5∶1水土比,電位法測定。1.2元素i的污染指數(shù)ci用單因子評價模式對各樣點土壤汞污染程度進行分析,污染指數(shù)計算公式為:式中:Pi為元素i的污染指數(shù);Ci為元素i的實測值;Si為元素i的評價標準值。以廣州市土壤環(huán)境背景值(0.157mgkg-1)作為評價標準值,當Pi<1時,為未污染;當1≤Pi<2時,為輕度污染;當2≤Pi<3時,為中度污染;當Pi≥3時,為重度污染。2結(jié)果與分析2.1城市土壤汞的分布特征廣州城市土壤汞的含量變幅很大,最小值為0.013mgkg-1,最大值達到12.231mgkg-1,平均值為0.614mgkg-1,中值為0.344mgkg-1。與廣州市土壤環(huán)境背景值(0.157mgkg-1)比較,425個樣點中有75%的樣點土壤汞含量超過土壤背景值,最高的超出近78倍,這表明區(qū)域內(nèi)土壤已經(jīng)受到了外源汞的影響,具有明顯的汞富集特征,絕大部分樣點土壤已經(jīng)受到了不同程度汞的污染。與其它部分城市土壤相比(表1),廣州城市土壤汞含量比北京、重慶、太原、長春、徐州等城市土壤汞含量明顯偏高;低于巴勒莫和格拉斯哥,而高于哈巴羅夫斯克、阿維羅和烏普薩拉。因此廣州城市土壤汞含量處于較高水平,這表明人為活動已導致土壤汞的富集。為了更好地了解廣州城市土壤汞的分布特征,對不同行政區(qū)和功能區(qū)的土壤汞含量進行了統(tǒng)計分析。由表2可以看出,天河區(qū)和越秀區(qū)土壤汞含量的變異系數(shù)比較大,說明這兩個區(qū)的部分土壤受到了明顯的點源污染影響。土壤汞含量中值和平均值以越秀區(qū)最高,海珠區(qū)最低,各行政區(qū)土壤汞的平均含量為越秀區(qū)>荔灣區(qū)>天河區(qū)>白云區(qū)>海珠區(qū)。方差分析、多重比較結(jié)果表明,越秀區(qū)土壤汞含量顯著高于天河區(qū)、白云區(qū)和海珠區(qū)土壤,而與荔灣區(qū)土壤沒有顯著差異。不同功能區(qū)土壤汞含量統(tǒng)計分析結(jié)果表明(表2),城市公園土壤中汞含量中值和平均值最高,不同功能區(qū)土壤汞平均含量為城市公園>單位區(qū)>交通區(qū)>住宅區(qū)>工業(yè)區(qū)。多重比較結(jié)果表明,城市公園土壤汞含量顯著高于其它4個區(qū)域,而其它4個功能區(qū)土壤之間沒有顯著性差異。相關(guān)性分析結(jié)果表明,土壤汞含量與土壤有機質(zhì)之間具有極顯著的相關(guān)性(P<0.01),這表明土壤有機肥料如城市有機廢棄物、城市污泥等可能是城市土壤中汞的來源;另外土壤有機質(zhì)對汞元素具有很強的束縛能力,使進入土壤的汞在土壤中積累,這與很多研究結(jié)果一致。土壤汞含量和土壤pH值之間沒有顯著的相關(guān)性,說明研究區(qū)域土壤汞含量受酸堿度影響不大。2.2土壤污染的分布研究區(qū)域內(nèi)土壤汞污染指數(shù)變幅為0.1~77.9,平均為3.9。其中有107個樣點未受到污染(Pi<1),所占比例為25%;90個樣點屬于輕度污染(1≤Pi<2),所占比例為21%;77個樣點已受到中度污染(2≤Pi<3),所占比例為18%;151個樣點已受到嚴重污染(Pi≥3),所占比例為36%。最為嚴重的幾個污染點分布在越秀區(qū)的公園,土壤汞污染指數(shù)大于30。由圖2可以看出,越秀區(qū)和荔灣區(qū)土壤汞污染最嚴重,污染指數(shù)≥3的土壤所占比例最高,達到50%以上。越秀區(qū)是廣州市的老城區(qū),建成歷史最悠久,荔灣區(qū)是廣州市老工業(yè)區(qū)主要分布的區(qū)域,長期的人類活動、工業(yè)生產(chǎn)造成了土壤汞的富集。天河區(qū)、白云區(qū)和海珠區(qū)為廣州市的新城區(qū),土壤也受到了不同程度的汞污染,但污染程度不及越秀區(qū)和荔灣區(qū)。各功能區(qū)中(圖3),城市公園土壤污染指數(shù)≥3的土壤所占比例最高,土壤污染最嚴重。研究結(jié)果顯示,在越秀區(qū)、荔灣區(qū)的部分公園,如越秀公園、荔灣湖公園、青年公園和流花湖公園等土壤汞含量都超過背景值好幾倍。這可能與城市垃圾填埋、城市污泥作為有機肥施用有關(guān);也可能受到城市公園綠地長期使用含有汞的肥料和農(nóng)藥的影響。3土壤汞污染空間分布(1)廣州城市土壤汞含量的變幅為0.013~12.231mgkg-1,平均值為0.614mgkg-1。與廣州土壤中汞的背景值比較,有75%的樣點土壤受到不同程度的汞污染。(2)不同行政區(qū)土壤汞平均含量為越秀區(qū)>荔灣區(qū)>天河區(qū)>白云區(qū)>海珠區(qū);不同功能區(qū)土壤汞平均含量為城市公園>單位區(qū)>交通區(qū)>住宅區(qū)>工業(yè)區(qū)。各行政區(qū)中