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随着全球经济的快速发展,工业化过程加快,含重金属的污染物通过各种途径进入土壤。同时,近代农业生产也给土壤带来一些重金属污染物。土壤中重金属的富集会对动植物以及人体健康产生影响。因而土壤重金属污染问题日益引起人们的关注,尤其是在经济发达地区。
张家港市地处长江三角洲冲积平原,地势平坦,属北亚热带季风气候,年均气温15.2℃,年均降雨量1039.3 mm。全市总面积999 km2,其中陆地面积799km2,人口85万人。近年来,全市经济快速发展,2003年工业经济占其经济总量的60%以上。化工、冶金、电镀、印染造纸、养殖、建材等均较发达,是长江三角洲地区经济发展最快的县级市之一。
本研究以经济高速发展、人为作用强烈的张家港市为例,通过密集的大田土壤采样结合代表性企业周围土壤采样以及通过采集不同企业周围土壤表层和底层样品,借助GIS软件并运用相关的统计分析,研究了张家港市土壤中不同重金属元素的含量及其空间分布状况:探讨了该市土壤重金属污染的来源、人为作用的影响及其生态效应;最后对该市的污染状况进行了评价。主要结果如下:
1.张家港市土壤中Cd、Pb、Hg、Cu、As和Cr平均含量均未超过《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)的一级标准。与二级标准相比,Cd、Hg、Cu元素存在超标现象,超标率分别为0.73%、1.10%和0.91%,Pb、As和Cr元素未出现超标点。
土壤类型对重金属元素的含量有明显影响:雏形土中Cd、Pb、Cu和As的含量要显著高于人为土中的含量,Cr也是雏形土高于人为土,但是差异并不显著,而Hg则是人为土显著高于雏形土。采样方式对土壤重金属含量也有影响:企业周围土壤中Cd、Pb和Cu的含量要高于一般性大田,Hg、As和Cr则是一般性大田中的含量高于企业周围土壤。
2.以土壤表层与底层重金属含量的比值为指标探讨各种人为活动对土壤中重金属积累的影响,结果表明:工业点源污染对土壤重金属积累的影响一般要大于农业生产活动,企业对周围土壤存在复合污染。如造纸类、化工类企业周围土壤都有较高Cd、Hg的积累,电子类企业周围土壤中Pb、Cd、Hg的积累较大,冶金类企业周围土壤以Pb、Cu的积累最大,电镀类企业周围可以发现Cu、Cr、Hg的积累,纺织印染类企业周围则以Hg、Cu、Cd的积累较大。
农业生产活动对土壤Hg、As的积累明显大于其他四种元素;畜禽养殖业也是一个不可忽视的重要方面,畜禽养殖场周围土壤的Cd、Hg含量有明显增加。
3.不同的采样布点方式对重金属空间分布预测结果不同:对Cd、Cu、Pb而言,当企业周围采样与大田采样结合时,与大田采样方式相比,预测结果中高含量的土壤面积增大,低含量的面积减小。而Hg元素情况有所不同,当企业周围采样与大田采样结合时,往往中等含量的土壤面积减少,低含量和高含量的土壤面积增加。采样方式对土壤As和Cr含量及其空间分布预测也有所影响,但它们的含量基本都在自然背景值之内。采样方式对元素空间分布预测的影响是局部性的,究其原因可能与元素的排污方式和来源有关。
4.与食物中污染物限量标准(GB2762-2005)相比,食物总的超标率为:稻米>黄豆>叶菜,萝卜中六种元素含量都不存在超标。各元素的超标率为:Pb>Hg=Cu>Cd,而As在所有食物中都没有超标。Pb、Cd两元素超标幅度最大且都为叶菜,分别达833%,307%。用富集系数评价稻米和蔬菜对重金属的吸收能力,结果表明,不同食物种类对重金属Cd、Pb、Hg、As、Cu有不同的吸收富集能力。
5.对照国家土壤环境质量二级标准计算所有土壤样品及超标样品的单项污染指数,结果表明:土壤中六种元素的平均单项污染指数都很低,但变异系数较大,特别是Hg、Cu、Cd三元素单项污染指数的变异系数都在45%以上;超标样品中Hg的单项污染指数最大可达5.03,平均为1.96。
内梅罗综合污染评价结果表明:张家港市土壤重金属综合污染指数平均值为0.44,属安全级别。空间分析结果显示,张家港市98.04%的土壤综合污染指数小于0.7,属于安全级别,1.68%的土壤处于警戒级,而处于风险级的土壤仅占0.28%。