1、李宇慶第上海化學工業區土壤環壇背最值調査#陳 玲夏俊 李宇慶 仇雁翎 趙建夫李金柱('同濟大學污染控制與資源化研究國家重點實驗室上海200092 :2上海市地質調査研究院上海200072)通過對上海化學工業區土壤環壇背景值的調查研究得出了該地區土壤元索的環壇背景值和 分布類型并與其它地區的土壤背景值進行比較指出了其異同點。元索地球化學特征研究表明Cd、 Hg.Zn在化工區土塢中表現為髙背景分布.As.Hg.Pb.Ni在新建圍星區存在條帶狀髙含重區：在縱向 剖面上As、Cr、Zn竽元索在土壤剖面中上下含量變化差異較小Hg表現為表層富軍.Mn在土壤剖面近 地下水層處富隼0這對該地區今后環壇

2、保護.監測評價和環保對策制定提供了科學依據3上海化學工業區土壤環埴元索背景值X131.3A1000- 4890(2005)01 0065 - 05In vest lotion on the soil baseline in Shanghai Chemical bidnstrhl Rirk. CHEN Ling1 . XIA Jun1 .LI Yuqing1 .QIU Yanling1 .ZHAO Jiaiifu1 XI Jinzhu* (! State Key Lalxnatory of Pollution Control and Resource Reuse. Tongji Universi

3、ty , Shanghai 200092. China：" Shanghai Institute of Geological Survey 9 Shanghai 200072, China). Chinese Journal of Ecology .2005 .24( 1) ：6569Based on the investigation of soil environment baseline in Shanghai Chemical Industrial Park .we obtained the element baselines of the soil and distribu

4、tion lypes in the Park .and compared with other areas to find out the similarity and difference. The results showed that the contents of Cd .Hg and Zn in this area were higher .and As Hg Pb and Ni appeared a strip of high level in newljrbuilt reclamation land There were little dilierence in the cont

5、ents of As.Cr and Zn in vertical profile. while Hg was accumulated in topsoil, and Mn was accumulated in the near ground water zone. The research will provide scientific support for environmental protection .monitoring assessment and countermeasures in the futureKev w)rds Shanghai Chemical Industria

6、l Park .soil environment .elements .baseline1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 李宇慶第上海化學工業區土壤環壇背最值調査#1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 李宇慶第上海化學工業區土壤環壇背最值調査671上海化學工業區位于杭州灣與滬杭公路之間, 地跨金山區漕涇鎮和奉賢區胡橋鎮沿海一帶圍墾 區.東

7、西長約6. 3 km .總規劃面積23. 4 knr。該工 業區由沿海向內陸即由南向北.表土層呈分帶性, 總體上顆粒由粗到細即巖性由粉土、粘質粉土向粘 土過渡。以滬杭公路和中央河為界.將其由南向北 分為新圉墾區、老圍墾區和農田這三種類型。沿海 圍墾區在上海乃至整個長江三角洲地區都有廣泛的 分布它極大解決了這一經濟繁榮地區用地緊張的 狀態。但由于這種類型的土地成陸時間較短土壤 類型復雜，目前國內對其研究是非常少的。由于上海化學工業區定位于石油化工為主的綜 合性工業區.將大量引進石油化工、精細化工等化工 企業。雖然這些企業目前仍處于前期的基建階段, 污染相對較少。但在投產以后一些工業原料和中 間產

8、物或多或少都會對土壤等環境造成一定的影 響。因此在上海化學工業區建設初期區內化工企 業還沒有進駐或正在進行土建工程的時候對上海 化學工業區進行土壤背景研究，獲得區內污染物質 的含量和分布情況等多頊基礎數據為預測今后該 地區環境污染變化趨勢開展化工區土壤環境監測 和評價提供依據，同時對環境規劃和管理以及深入 開展環境生態和土壤科學的研究均具有十分重要 的參考價值。22-1采樣點的布設樣品的代表性和完整性是分析結果準確可靠的 關鍵所在.樣點的布設以土壤類型為基礎，同時考慮 成土母質、地形、植被等因素進行系統設計。本研究 采用幾何網格法在1 ：50000的地形圖上布點.采樣 點數是40個.采用的布點

9、密度為500 m X500 m共 計10 km'的范圍。考慮到上海化學工業區土壤可上海市房星土地資源管理局2001 3點資助項目(FD2- 2001000602)通訊作者收福日期:2004 - 04 - 26 改回日期:2004 - 05 - 31 能受周邊城鎮的影響選擇的布點范圍包括了上海 化學工業區金山段和附近漕涇鎮部分地區。其中在采樣區域22、25、27、32、34、39共6個地 塊將挖掘土壤剖面即每隔20 cm （或30 cm）個 樣的間距采集土壤縱深樣品對土壤元素的縱深分 布特性進行研究。2.2監測項目的確定對上海化學工業區的背景研究既有地球化學的 研究內容也涉及了環境影響評

10、價的內容因此監測 項目的確定主要依據地質部、國家環保總局制定的 相關國家標準以及上海化學工業區土壤和產業布局 的特點選擇有代表性的項目。本次背景值研究包括 As xB xBa xBe、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg .Li、Mn、Mo、 Ni、P、Pb、Sn、Ti、Zn等20種金屬元素和三氯甲烷、 四氯化碳和苯等11項有機物指標以及地下水樣品 中39種與環境質量有關的指標。限于篇幅本文只 對20種金屬元素進行討論。23方法2-3. 1實驗試劑 標準試劑:Be由國家標準物 質研究中心提供標準試劑濃度為10Mg mL;標 準試劑P.Mo由國家化學試劑質檢中心提供.濃度 為100M g-m

11、l-'；其余元素均為德國Merck公司提 供的原子吸收光譜試劑（AAS）.濃度為1 OOOpg ml。實驗用酸：UNO】為優級純試劑，購自上 海前進化學試劑廠：HC1O-為優級純試劑購自上海 金鹿化工有限公司；H2SO4為優級純試劑，購白上海 硫酸廠；HF為優級純試劑購自上海申博化工有限 公司。皺驗用水為超純水由美國Millipore公司 的純水設備隨時制備提供。2.3.2樣品預處理 土壤樣品經風干、磨細過100 目篩后備用。消解方法如下：測試Hg的樣品用 HNO3-H2SO4-KMnO4消解:測試其余19種元素的 樣品用 HNO3-HaO4-HF-HaO4 丫肖解。2.3.3分析方法

12、 Fc、Ca是土壤中的常量元素采 用日本島津公司AA-6501原子吸收分光光度計測 定：Hg是極易揮發的元素采用F732S（改進型）雙 光路測汞儀冷原子吸收光度法（CVAA）測定其余 17種元素采用美國貝爾德（Baird）公司1CP 2070電 感耦合等離子發射光譜儀測定。分析測試方法按“中國土壞背景值研究分析技 術規范”進行。在樣品的保存、加工、分析、數據處理 過程中實行全程序質量控制措施以保證所提供的 數據具有代表性和準確性。31上海化學工業區土壤元素背景值及其與其它 地區的比較為了能科學準確地測定土壤背景值.首先采用 4d法對可疑值進行取舍，在此基礎上我們采用 Shapiro-Wilk

13、W檢驗法為主.偏度、峰度法為輔的 判斷方法.對每種元素的分布類型進行擬合度檢驗。 根據檢驗結果用不同的代表值來表示元素的背景 含量。土壤中元素濃度分布類型經擬合度檢驗后. 分析數據呈正態分布（以N表示）時.取算術平均值 為代表值:呈對數正態分布（以L表示）時,取幾何 平均值為代表值;呈偏態分布（以B表示）時取中位 值為代表值。通過這種方法獲得的背景值數據, 可以彌補元素在土壤中分布不均勻的特點使得各 元素之間的數據具有可比性和代表性（表1） 0由表1可知，土壤中各種元素的分布類型多為 正態分布這表明元素在土壤介質中分布較為均勻0 例如元素Pb、Sn和Zn為對數正態分布.元素As、 Ca和P為偏

14、態分布這與土壤母巖母質和成土因素 的多重性有關。從土壤中元素含量的變異系數來 看大部分元素的變異系數v 0.4 .區域變幅較小.尤 其是Mo、Bc、Cb、Cr、P、Ti等元素，變異系數在 0. 0770. 188 .分布更為接近,反映了土壤在長期形 成過程中均勻化作用這一特性元素背景值變幅較 人的元素為Ca .其變異系數0.5 .其含量變化主要 是由于工業區土壤南北差異較大成土母質不是同 一類型的緣故。影響土壤背景值的主要因素有成土的母質母 巖土壤類型和土壤理化參數。為了更好的了解 上海化學工業區土壤背景特征將研究結果和現有 其它地區土壤背景值進行對照分析。通過比較可 知:QXY、Cu、Ni等

15、元素含量低于上海和世界的平均 水平:而As、Cd、Hg、Pb、Zn元素含量與上海的背景 值比較兩者相差不是很大.但與世界背景相比時 Cd、Hg的比值明顯偏高.其中Hg高達19.4倍,Cd 為4.7倍.這可能是成土母質和成土因素影響以及 20世紀7080年代該地區農藥廣泛使用的結果。 （匕工區土壤元素的背景值與上海和太湖流域現有 數據比較接近而與中國以至世界土壤背景值相比 時就體現出其特殊性。這是因為中國或者世界土 壤背景值具有廣泛的代表性而化工區具有特定的 成土環境和成土過程.現有土壤類型也較單一，因而1AsB0. 265JR “J、IB.8.83恥 A. IS.19.714.9£1

16、? 8.808.55曰9.6圧喬52BN0. 29251.515392.7-47.8103BaN0. 2243559346534696504BeN0. 1470.9451.741.38-0.922.85Ca B0. 5030.3163.011.881.543.06CdN0. 3340.0920.4540. 2810. 1800. 1100.0970.067CoN0. 18810.223.015.712.612.612.788CrN0. 16147.295.072.074.462. 17611009CuN0. 2767.2328. 116.726.721.0622.62010Fe N0. 178

17、2.014.053172.944.711HgN0. 2910.0910.3500. 1940. 0600. 1560.0650.0112LiN0. 26317.357.834.0-32.53213MnN0. 231247698438560.255458385014MoN0.0771.632.392. 14-2.0215NiN0. 23317.343.026.629.827. 8426.94016PB0. 150515807643-39317PbL0. 38110.245.820.417.020. 6323.61018SnL0. 2904.5813. 17.632.31019Ti *N0. 11

18、90.2400. 3750.315-0.3800.520ZnL0. 33148.416284.97& 26& 8467.754其它地區上海化學工業區元素序號1(nq kg *)Thb 1 Soil hnseliiw in the Shankii Chemical Industrial Rirk “nd comparison with other areas注：h海土壤尤素環境背景值（19962000年）：t湖地區土壤尤素背景值（潴育翌水相土 .0-20 cm.1985年）：曲國“七五”期間土壤壞 境背景值 t界土壤環境背景值261：.幾個指標（Ca、Fe、Ti）單位為（X104

19、） mg-kg 其元素背景含量與中國、世界土壤背景含量相比具 有一定的差異性。3.2 土壤元素分布特征3 2.1 土壤元素縱向分布特征 在采樣區域共6 個點挖掘土壤剖面采集土壤縱深樣品研究土壤中 元素的縱向分布特征（圖1）。由圖1可以看出這幾 種重金屬元素在不同地帶和不同土壤中的分布類 型。 均勻分布型。元素含量在土壤垂直剖面上的 變化不大.對于新圍墾區而育由于成土作用時間 短.元素分布以該類型居多如As、Bc、Ca、C、P、Sn、 Zn等元素在土壤剖面中含量變化很小。 表層富集型。Hg元素的這種表聚特征表現 得十分突出，它在020 cm表土層富集，往下含量 逐漸減小至40 cm左右轉為正常的

20、背景含量。該 元素在表土層中的富集主要由人為活動作用造成 的。如含汞農藥的廣泛使用盡管含汞農藥早已停 止使用但其殘留影響依然存在。韓一層位富集型。元素含量在土壤剖面中的 某一特殊位置處富集。如元素Mn.Fe.Li等.這種 現象隨成土時間的延長，而變得較為明顯其中變價 元素表現得更加明顯。這種分布特征與土壤的成土 作用和物理化學條件變化有關。元素的富集位置受 潛水面控制潛水面的上、下層位形成不同的氧化還 原環境致使一些元素在此位置上富集。不規則分布型。不規則分布型態的元素有 Cd、Cu、Ni、Pb等.這種分布類型主要存在兩種狀 況:一是上述幾種分布類型組合而成的復雜形式:二 是因為該處土壤相對于

21、其它土壤而言成土時間較 短.土壤成舷度低，土壤中元素含量正處于一種與周 圍環境相適應的自我調節過程中造成土壤剖面不 規則型態的出現。由元素縱向分布規律可以看出，縱向分布上沒 有一個層面上的元素具有穩定的分布規律分析其 原因可能是受到了化工區土壤類型、土壤剖面的縱 深高度、分段取樣長度等多種因素的影響:新圍墾區 成陸時間較短個別元素尚處在與周圍環境相適應 的自我調節過程而呈垂直剖面上含量變化很小的均 勻分布狀態但大部分元素呈現上下不規則變化態 勢:受地下水位變化的影響土壤中元素含量的縱向 不均勻性更加明顯。3.2.2表層土壤元素的水平分布特征 調査區土 壤類型以滬杭公路為界公路以北地區多為潴育型

22、 水稻土 這種土壤是由沼澤型和草甸型土壤經長期 水旱輪作熟化而成的.土壤成熬度較高，目前這一地 區主要種植稻、麥、蔬菜等農作物。公路以南為圍墾1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 李宇慶第上海化學工業區土壤環壇背最值調査#1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 李宇慶第上海化學工業區土壤環壇背最值調査#1994-2009 China Acade

23、mic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 李宇慶第上海化學工業區土壤環壇背最值調査69calooG8GP600Sn6 10Zn60 100含 St(!O0.15390 15含 &(10*)1250 s34550391994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 李宇慶第上海化學工業區土壤環壇背最值調査#1994-2009 China Academic Journal Electronic

24、Publishing House. All rights reserved, 李宇慶第上海化學工業區土壤環壇背最值調査#ertkal distribution of elements in the Shanghai Chemical Industrial rark1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 李宇慶停上海化學工業區土填環壇背最值倜査#灘涂所得的濱海鹽土 其中又以中央河為界河流以 北地區為圍墾時間長達2030年以上的老圍墾區. 以前多用作養蝦、養緘塘以南為199

25、6年以后新圍 墾的灘涂。這些圉墾的灘涂其成土母質為近代河海 相沉積物，由于歷史短，土壤質地以砂質粉土為主, 正由脫鹽過程進入脫鈣過程。土壤重金屬含量水平的高低既受到成土母巖 重金屬含量的影響.又受到其他成土因素和重金屬 元素本身的化學性質和化學行為的影響以。為了 更好地反映土壤元素在區域上的變化特征對40個 表層土壤樣品中As、Cd等8種重金屬元素總量進 行分析然后利用二次滑動平均趨勢法進行計算成 圖.研究發現調査區北部的土壤種植農作物歷 史較長土壤成分以粘性土為主，土壤成熟度較高, 有機質也較豐富，因此有利于元素的吸附富集加之 施肥量大使耕作層富集了大多數營養元素和部分 重金屬Cd、C、Cu、Pb、Zn北部及西部含量明顯偏 高。新國墾地區屬近代河海相沉積物。土壤成熟度 低未完成脫鈣過程Ca含量較高。此外個別元素 如As.Cu.Ni、Pb在圍墾地區出現條帶狀高含量區, 可能與土壤形成過程有關。上海化學工業區土壤環境元素的分布類型絕大 多數屬于正態分布多數土壤元素含量變異系數均 <0.4 說明整個化工區上壤的化學組成基本相