探讨镇江地区土壤中镍和汞的含量、空间分布特征

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论文摘要

  土壤是地球生态系统的重要组成部分,也是人类赖以生存的重要物质基础之一。在地球演化的漫长历史过程中,土壤与大气、水、生物系统形成了宏观的相对平衡的体系。土壤是人类衣食之源、生存之本,处于环境的中心位置,承接着环境中大约90%的来自各方面的污染物。随着现代工农业的高速发展,环境污染物的排放量与日俱增,土壤污染状况日益严重。土壤环境污染物主要来自污染的大气沉降,废水、污水灌溉,工业废渣、城市垃圾,农药施用,等等。这些污染造成土壤环境中重金属、农药、石油等物质含量超标,进而导致土壤酸化,营养元素流失,严重破坏了土壤的生态系统,也降低了作物产量。因此,开展土壤污染状况调查和防治是一项刻不容缓的任务。笔者拟通过对镇江地区土壤采样监测,探讨重金属元素镍(Ni)和汞(Hg)的含量、空间分布特征及可能的污染来源,为镇江地区土壤环境质量评价及生态修复治理提供基础性指导。

  1、样品采集与分析

  镇江地区国土面积约为3800km2,按8km×8km尺度划分网格,网格中心点作为试点期间调查监测布点,共69个。在确定的采样区内,采用蛇形、对角线、梅花形等方法采集地表0~25cm的分点样品,将样品装入聚乙烯袋中密封好,于4℃条件下保存带回实验室。在实验室中,将样品置于-20℃条件下冷冻保存,经冷冻干燥机冷冻干燥处理,用球磨机研磨后过100目筛,用于测定重金属含量。

  重金属Ni,Hg含量分析采用HNO3+HF微波消解,利用电感耦合等离子体质谱(ICP/MS,美国Thermo公司)测定。分析过程中所用聚四氟乙烯容器均在体积比1∶1(硝酸/纯水)的溶液中浸泡48h以上,玻璃容器浸泡24h。高纯水冲洗后晾干。分析所用酸均为优级纯,水为高纯水。实验过程中,每批样品均做全程空白实验;实验分析过程中,同步分析国家标准土壤样品,从而控制样品分析的紧密度和准确度。

  2、结果与讨论

  2.1镍(Ni)的污染监测及其污染指数评价

  镇江地区土壤环境中Ni的污染监测结果统计分析见表1和图1。结果显示,镇江地区土壤环境中Ni含量的变异系数在0.10~0.47之间,说明其变异程度很小;Ni含量的平均值为35.2mg/kg,其中,润州区的平均值最高,为42.4mg/kg;Ni含量的最高值为99.8mg/kg,出现在句容市样点中。从偏度系数看,镇江地区土壤环境中Ni含量在一定显著水平下不服从正态分布,正态分布适合度较差,表现为正偏,即大于平均含量比小于平均含量的个数少。

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  丹徒区和丹阳市土壤环境中Ni含量的峰态系数为负值,表现为样本频率分布形态相对于正态分布概率密度曲线偏缓,句容市和扬中市则相反。
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  根据《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准计算样点表层土壤环境中Ni的单项污染指数。由表2可看出,各行政单元土壤环境中Ni的单项污染指数平均值都小于1.0,表明各行政单元土壤环境中Ni含量总体符合《土壤环境质量标准》二级标准。镇江地区土壤环境中Ni含量的超标率为15.94%,全市共有10个样点的污染指数在1~2之间,句容市还有1个污染指数在2~5之间。超标率最高的是润州区,达到50%,其次是扬中市,达到40%。镇江地区84.06%的样点土壤环境中Ni含量符合《土壤环境质量标准》二级标准。

  镇江地区土壤环境中Ni含量网格分级图如图2所示。镇江地区土壤环境中Ni含量较高的区域大多集中在句容市茅山镇、扬中市油坊镇、京口区共青团农场和丹徒开发区。Ni含量的这种空间分布与镇江地区的工业结构和布局存在着一定的相关性,基本反映出镇江地区土壤环境中Ni污染的大致状况。

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  2.2汞(Hg)的污染监测及其污染指数评价

  镇江地区土壤环境中Hg的污染监测结果统计分析见表3和图3。结果显示,Hg含量的变异系数在0.31~0.95之间,说明其变异程度小;Hg含量的平均值为0.16mg/kg,其中,平均值最高的为润州区,达到0.29mg/kg;Hg含量的最高值为0.82mg/kg,出现在丹阳市。从偏度系数看,镇江地区土壤环境中Hg含量在一定显著水平下不服从正态分布,正态分布适合度较差,表现为正偏,即大于平均含量比小于平均含量的个数少。镇江地区土壤环境中Hg含量的峰态系数为正值,表现为样本频率分布形态相对于正态分布概率密度曲线偏陡。

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  根据《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准计算样点表层土壤环境中Hg的单项污染指数。

  由表4可看出,各行政单元土壤环境中Hg的单项污染指数平均值都小于1.0,表明各行政单元土壤环境中Hg含量总体符合《土壤环境质量标准》二级标准。镇江地区土壤环境中Hg含量的超标率为2.90%,只有丹阳市司徒镇丁庄村和丹徒区荣炳镇八福村2个样点超标,其余样点均未超标。镇江地区97.10%的样点土壤环境中Hg含量符合《土壤环境质量标准》二级标准。

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  镇江地区土壤环境中Hg含量网格分级图如图4所示。镇江地区土壤环境中Hg含量较高的区域大都集中在句容市下蜀镇、丹徒开发区等工业区。Hg含量的这种空间分布与镇江地区的工业结构和布局存在着一定的相关性,基本反映出镇江地区土壤环境中Hg污染的大致状况。

  2.3与背景值比较

  如表5所示,与江苏省土壤环境中Ni和Hg含量的背景值比较,镇江地区土壤环境中Ni和Hg含量均大于背景值,呈上升趋势。但和背景值差距不大,均在2倍以内,说明Ni和Hg的污染叠加量较小。

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