华东师范大学资源与环境科学学院（200062） 张倩冬 程思思 王 捷 李 扬

指导教师：毕春娟

重金属是指密度大于5g/cm3的金属。土壤重金属污染是指人类活动导致土壤中重金属含量明显高于背景值的现象。土壤重金属污染物主要有汞Hg、铅Pb、铜Cu、锌Zn、铬Cr、镍Ni及类金属砷As等，它们在土壤中不能被生物降解，却能通过食物链和直接接触等途径进入人体，在人体内与蛋白质及酶等发生相互作用，使其失去活性，从而危害人体健康。[1]经济发达地区土壤重金属污染较为严重，土壤中重金属含量要比自然本底值超出几倍。[2]本文以上海市闵行区为例，研究不同土地类型功能区土壤中的重金属含量情况，并进行污染评价，以期为改善闵行区土壤环境提供参考依据。

一、研究区域与研究方法

1.研究区域和采样地点

以上海市闵行区范围内的土壤环境为研究对象，10份样本分别来自于公园（闵行体育公园、闵行公园、吴泾公园）、居民区（吴泾小区、华东师范大学生活区、华唐苑小区）、工业区（吴泾焦化厂、吴泾化工厂、吴泾热电厂）、农用地（东海学院对面的西瓜田）等四类土地类型功能区。采样区域分布见图1。样本选择尽量考虑其在各类土地类型功能区中的代表性。

图1 采样点分布图

2.样本采集与处理

在预先确定的10个样本区内，用铲子分别采集了6～8个0～5cm表层土混合样，样本均匀混合后，放入自备的保鲜袋中，并置入相应标签。土壤样本于烘箱内烘干，剔除样本中植物根系、有机残渣以及可见侵入体，用研钵研磨后，过120目尼龙筛，放入干燥器备用。

3.实验仪器及测定方法

将土样消解后，使用AFS-9230原子荧光光度仪测定土样中重金属Hg、As的含量；将土样压样后，使用岛津XPF-1800X荧光光谱仪测定土样中重金属Cu、Pb、Zn、Ni、Cr的含量。并利用重铬酸钾氧化-外加热法测定土样中的有机质含量。

4.土壤重金属污染评价标准与方法

土壤污染评价标准分别以《国家土壤环境质量标准》（GB 15618－1995）中的二级标准（即“为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值”）（具体标准略）以及上海市土壤重金环境背景值为参照标准（见表1）。

表1 上海市土壤重金属环境背景值（ppm）

采用单因子指数法进行评价，该法是目前土壤重金属污染评价普遍采用的方法，其表达式为：

式中：Pi为土壤中i类污染物的污染指数；Ci为土壤中i类污染物实测浓度；Si为土壤中i类污染物的评价标准值。计算所得的污染指数按表2进行土壤质量分级：

表2 基于污染指数的土壤质量分级

二、测定结果与污染评价

1.土壤重金属含量测定结果

由于实验中测汞、砷的机器所测得的标样值与标准标样值相差甚远，数据不具有可信度，所以重金属汞、砷在此不做分析。10个采样点所测得的Cu、Pb、Zn、Ni、Cr含量如表3所示：

表3 各采样点重金属含量（ppm）

2.土壤重金属污染评价

运用单因子评价法所得的评价结果如下：

从表4和表5可以看出，以不同的评价标准评价，土壤重金属的污染程度差异很大。若以国家二级标准作为评价标准，则只有各功能区内的Cr元素均属于轻度污染级别，还有工业区的Zn、Cu含量属轻度污染，其余皆属于非污染范畴。

表4 以国家二级标准为评价标准的单因子污染指数

表5 以上海土壤背景值为评价标准的单因子污染指数

而相对国家二级标准来说，上海市背景值中的Cr含量更高一些，所以若以上海市土壤背景值作为评价标准，所测得的四个功能区中的Cr含量均未超过其值，不构成污染。另外，居民区和工业区土壤的Pb元素含量分别达到了背景值的5.5倍和6.6倍，均属重度污染，公园和农用地土壤的Pb含量也超过了背景值，构成了轻度污染。而Zn和Cu元素在工业区土壤中的含量分别达到了背景值的4.7倍和4.6倍，属重度污染，在其他三个功能区中也均略超过上海背景值，达到轻度污染。Ni元素在各功能区土壤中的分布形态与其它金属元素略有不同，表5显示工业区内的土壤Ni含量未达上海背景值，尚未构成污染，而公园、居民区、农用地内的土壤Ni含量都略高于背景值，属轻度污染。

由于研究对象均为上海的土壤环境，所以选取上海土壤背景值作为评价标准更具有参考价值。总体上来说，从研究数据结果（图2）看，上海闵行区内的居民区受到了严重的Pb污染，工业区受到了严重的Pb、Zn、Cu污染。公园区域内的土壤重金属污染指数从大到小排列顺序为：Zn>Pb>Cu>Ni>Cr，居民区、工业区、农用地重金属污染指数大小顺序均为Pb>Zn>Cu>Ni>Cr。

图2 以上海市土壤重金属含量背景值为参照标准的闵行区土壤重金属污染指数图

三、污染原因试析

1.不同功能区土壤重金属含量差异及原因分析

图3为闵行区不同土地类型功能区内土壤重金属含量。工业区内土壤中Pb、Zn、Cu含量远高于其他功能区，分析原因可能一方面是由于工业区内频繁的工业生产活动和工业排放直接对周边地区的土壤产生了污染，另一方面可能是采样时所采集的土壤样本皆来源于工厂周边马路两侧，大型工业运输车辆的尾气排放可能也是造成这三种元素含量较高的原因。Pb、Zn、Cu元素含量在三个工业区采样点的含量均明显偏高，其中尤以吴泾化工厂周边土壤较为突出，推测化工行业可能更易造成Pb、Zn、Cu重金属污染。另外，Pb元素的含量在居民区也较为显著，现代社会的日常生活方式可能与Pb的富集和污染有关。而Ni、Cr元素含量在各功能区土壤内的差异并不明显。

图3 闵行区不同土地功能区土壤重金属含量

2.土壤重金属之间的影响分析和有机质对土壤重金属污染的影响分析

重金属与重金属之间、重金属与有机质之间的相关性，可反映它们之间的关联情况或污染来源，[3]据此可推测重金属来源是否相同。表6所示为10个采样区样本数据相关分析结果。

除了Pb与Cr之间的相关性没有达到显著水平，其余重金属与重金属之间、重金属与有机质之间均呈显著或极其显著的正相关或负相关关系。其中，Zn、Cu、Cr元素与有机质含量的相关系数分别达到0.949、0.849、0.854，相关极其显著，说明有机质可能是Zn、Cu、Cr元素在土壤中的重要载体。而元素Zn与Cu、Cu与Cr、Cr与Zn之间的相关系数分别为0.862、0.893、0.821，相关也极其显著，说明了闵行区土壤中的Zn、Cu、Cr元素可能有相同的来源。另外，前述分析中一直呈现的与其它元素在各个功能区内呈不同分布形态的Ni元素与其它各金属元素、有机质含量之间呈显著的负相关关系，尤其是与重金属元素Zn、Cu以及有机质之间的相关系数分别为-0.828、-0.788、-0.839，相关极其显著，说明或许土壤中重金属元素Zn、Cu及有机质的存在，对Ni元素在土壤中的累积有抑制作用。这有待进一步验证。

四、结论与建议

1.结论

（1）上海市闵行区各土地类型功能区内土壤中各重金属元素均有不同程度的积累，10个样本土壤中Pb、Zn、Cu、Ni、Cr的平均值分别为106.49、215.35、64.97、33.73和53.38 mg/kg。

（2）用单因子污染指数法评价土壤重金属污染程度，以国家二级标准作为评价标准，则各功能区内的Cr元素均属于轻度污染级别，此外工业区的Zn、Cu含量属轻度污染，其余皆属于非污染范畴；而以上海市土壤背景值作为评价标准，除Cr元素外，各功能区均不同程度受到Pb、Zn、Cu、Ni等重金属元素的污染，尤其是居民区和工业区土壤的Pb元素，工业区土壤中的Zn和Cu元素含量分别超过了背景值的4-6倍，均属重度污染，其余为轻度污染。

（3）重金属与重金属之间、重金属与有机质之间的相关性分析表明，有机质可能是Zn、Cu、Cr元素在土壤中的重要载体，重金属元素Zn、Cu、Cr可能有相同的来源，土壤中重金属元素Zn、Cu及有机质的存在，可能对Ni元素的累积有抑制作用。

（4）通过分析表明，人类活动的影响，包括工业活动、交通运输、农业活动对上海市闵行区表层土壤重金属污染都有一定程度贡献，其中尤以工业活动造成的污染最为显著。

2.建议

社会应高度重视土壤重金属污染现象，潜在的重金属污染必将对人体健康和社会进步带来影响。政府和职能部门应树立污染整治的前瞻意识，对土壤重金属污染现象及时加以治理，并积极采取措施预防其危害的发生。部分区域严重的重金属污染状况尤其迫切地需要解决，如以样本点吴泾小区为代表的居民小区超高Pb污染即在此列。总之，希望闵行区的土壤环境能在政府的重视和人们的共同努力下逐步向优质环境方向发展。

[1]Lanphear B P，Roshmann K J.Pathways of lead exposure in urban children [J].Environmental Research，1997，74：67—73.

[2]Krzysztof Loska, Danuta Wiechulab, Irena Korusa.Metal contamination of farming soils affected by industry[J].Environment International,2004, 30: 159-165.

[3]蔡立梅，马瑾，周永章等.东莞市农田土壤和蔬菜重金属的含量特征分析[J].地理学报,2008,63(9):994-1003.