土壤污染成因

❶ 武漢地區土壤Hg的空間分布特徵和污染成因

劉紅櫻¹ 張德存² 馮小銘¹ 陳國光¹ 郭坤一¹

（1.南京地質礦產研究所，南京210016；2.湖北省地質調查院，武漢430056）

摘要：本文結合武漢地區和全國土壤含Hg背景，研究了武漢地區土壤Hg的含量特徵、全區和典型污染區的分布狀況。結果表明，武漢地區土壤Hg含量為0.107mg/kg。全區土壤Hg污染面積239.3km²，分布形態上表現為以城市為中心構成的環帶狀、片狀，城市區內部形成以工業區和老城區為中心的污染區，並向外圍擴散。土壤Hg高背景區面積826.3km²，近總面積的1：10，分布於武漢三鎮、蔡甸、陽邏等城鎮和葛店化工區。清潔區大面積分布於蔡甸南、黃陂－新洲和江夏區。成土母質母岩、礦產和土壤本身不足以形成Hg污染，人為因素是造成城市地區Hg污染的決定因素。

關鍵詞：Hg；空間分布；污染成因；土壤；武漢地區

汞（Hg）在整個生態系統乃至地球表層的物質循環過程中都是非常活躍的^［1］。Hg是常見的土壤污染物，在土壤中以多種形態存在^［1～4］。汞蒸氣、無機汞鹽（除硫化汞外）、有機汞均有毒，特別是無機汞在微生物作用下轉化成的甲基汞毒性更大。土壤中的Hg可通過蒸氣和粉塵進入大氣，通過元素的活化遷移進入水圈，通過生物地球化學循環進入生物體。植物根部、動植物呼吸均可吸收金屬汞；而甲基汞具有強水溶性，幾乎可全被生物體吸收，且很難分解排泄^［1～4］。

武漢作為綜合性大城市和老工業基地，長期以來由於高污染、高消耗的工業基礎，工藝水平的限制和薄弱

的環保意識等因素，城市工業固體排放物、廢氣飄塵、生活垃圾、污水均對武漢土壤環境產生著嚴重的污染。

一些老工業區固體排放物大量堆積、某些大工廠周圍和道路汽車尾氣排放的汞等重金屬污染在武漢城區不同地段存在。僅長江武漢江段24個入江排污口每年排放汞70.973噸，污染物平均含汞2.31μg/L，最高可達22.408μg/L^［5］。武漢市郊易家墩土Hg含量0.095～0.516mg/kg，15個白菜樣Hg含量0.0005～0.019mg/kg，2個超過國家食品衛生標准^［6］。加上長江、漢水在武漢交匯，府河、灄水、倒水、舉水、巡司河等次級河流與湖庫溝通流貫全區，形成交織水網。而水生生態系統中汞活動性較強，生物的濃集放大效應顯著，生態後果也就更嚴重和突出^［7］。但對於武漢區域性Hg分布特徵和污染狀況仍缺乏研究。鑒於此，按照中國地質調查局的部署，我們對武漢區域性土壤Hg分布進行了調研工作，涉及武漢地區所屬8個城區行政區，6個市郊行政區，總面積為8629.6km²的范圍。

調查區——武漢地區位於江漢盆地東緣，主體屬殘丘性河湖沖積平原地貌，北部少部分為低山丘陵區。市域南部的江漢盆地為主體部分，面積6890km²。

區內廣為第四紀河湖型沖積層所覆蓋，間有少部分古中生界殘丘山體。區內第四系，約占總面積的80％。其中，更新統由紅色網紋狀粘土、棕紅色粘土、含礫粘土組成，基本發育於Ⅱ、Ⅲ級階地上，構成壟崗剝蝕地貌；全新統屬於一套現代沖積層、湖沖積層，分別由粉沙土、亞沙土、亞粘土或粘土、淤泥粘土組成，分布在長江、漢水及大別水系的沖積帶內，構成諸水系Ⅰ級階地。黃陂區北部造山帶變質地體區，母質岩系分別為元古界紅安群、大別群一套中高壓區域變質岩系，主要岩性有石英片岩、片麻岩、淺粒岩等。局部地區為燕山期侵入的酸性岩體。

武漢地區土壤發育以地帶性土壤為主，含有7個土類，14個亞類，主要土壤類型為水稻土、潮土、棕紅壤、黃棕壤。其中潮土集中分布於長江、漢水及其他水系形成的現代沖積平原區，棕紅壤、黃棕壤則廣泛分布於更新統、古中生界、元古界母質層上，水稻土作為一種後成土壤則穿插分布上述3類土壤之中。

1 樣品採取與分析

系統採集0～20cm深度的淺層土壤樣品和150～200cm深度的土壤深層樣品。采樣密度和采樣介質按不同環境區進行控制，淺層土壤樣采樣密度在區內廣泛分布的平原－壟崗地區為1件/km²，城鎮居民工業區為1～2件/km²，北部淺覆蓋的低山丘陵區為1件/4km²；深層樣采樣密度為1件/16km²；對全市域分布的1100km²的湖沼區，每平方公里採集1～2個湖沼底積物樣替代；對分布於長江灘塗地區的淤積層，則視為未壤性化的土壤而採集表層樣品。土壤樣品布置於可代表本采樣單元（淺層0.5～4km²、深層16km²范圍）的地質單元、土壤類型和土地利用類別的地段。淺層土壤樣採集時以一個采樣點為主，周圍50m范圍內採集3～5個子樣組合成一件樣品，采樣介質為地表向下約20cm連續土柱。深層土壤樣根據地形、地貌和土地利用現狀用取樣鑽採集150～200cm深度范圍的30cm連續長度樣品。除上述區域性樣品外，另外還選擇沿江灘塗洪泛沖積層區分層採集了剖面樣，城區、沿江農地、主要廠區、湖區等典型景觀地段採集了進一步研究樣品。土壤采樣點由全球衛星定位系統定位，在平面上基本均勻分布。

樣品經自然乾燥，用木棒砸碎，過20目或40目篩後提取600g分析樣。樣品分析方案為：淺層樣每4km²分析1件組合樣，分析總數1628件；深層樣每16km²分析1件單樣，分析總數540件。

典型地區採集了植物樣品，經清洗、殺酶、烘乾、粉碎後過40目尼龍篩備用。採集了漢口大夾街街區的人發樣品。發樣采自後枕部距發根約3cm以內，1％溫熱洗發液洗滌2次、去離子水沖洗數次、晾乾。

樣品由國土資源部武漢測試中心用原子熒光法分析。測試過程採用國家一級標准物質監控、實驗室內部和送樣單位檢查、密碼抽查等質量監控手段。

2 土壤Hg含量及其分布特徵

2.1 含量特徵

土壤中元素的原生背景含量，可通過土壤圈中相對受人類活動影響較小的深層土壤的含量來分析，並與區域、全省、全國和世界土壤的含量相對照。在土壤化學元素調查試驗工作中，已基本證實深層土壤（＞150cm深度）能近似地反映第一（原生）環境元素分布、賦存狀態，代表土壤背景特徵；淺層土壤（＜20cm深度）是土壤圈中與生態環境聯系最直接的層位，也是近期受到人為干預最敏感的地帶^［8～9］。

武漢地區土壤深層不受污染的汞環境背景基準值0.033mg/kg。武漢地區全區深層土Hg含量（0.039mg/kg）比湖北的低，與全國的相當（表1）。因此其深層土Hg含量作為全區土壤背景的體現，為一低「原始」背景。

全區淺層Hg含量變化較大，平均含量明顯高於深層及湖北和全國值，表明在淺層土壤中有Hg的添加，並存在明顯的局部富集。

表1 武漢地區土壤Hg含量特徵 單位：mg/kg

2.2 分布特徵

土壤Hg含量分區依據土壤環境質量和容量的研究情況^{［3，11～13］}，其含量范圍和相應的污染指數見表2。

表2 武漢地區土壤Hg含量分區標准 單位：mg/kg

註：（土壤類型）142為瀦育型水稻土；31為黃棕壤；122為灰潮土；11為棕紅壤。（成土母質母岩）Q₄為第四系全新統現代沖積層、湖沖積層和湖積層；Q_1－3為第四系更新統紅色沖積層、湖沖積層、坡－沖積層和洪沖積層；Q為第四系殘坡積層粘土、亞粘土類碎石；P－C為石炭－二疊系碳酸鹽岩類；D－S為泥盆－志留系碎屑岩類。（產出礦產）K1為高嶺土；Cb為碳酸鹽岩；Sa為建築用石英砂礦；Au為金礦，Gp為石膏；Cy為粘土。

城市環境中的人為的Hg污染主要來源於工業「三廢」排放以及煤炭和石油的燃燒等^{［4，14～17］}。排放Hg污染物的工業主要有冶金、電鍍、化工、造紙、製革、制葯、紡織和肥料等，氯鹼、電器設備、塗料、儀器和農業等行業用Hg做原料或輔料^［4，14］。對於武漢地區的幾個Hg污染區而言，漢口中心城區包括17碼頭、天津路、六合路、黃浦路等排污口，其污染物含Hg0.243～0.967μg/L^［5］。城市生活垃圾中Hg釋放率可達54.8％^［18］，中心城區的城市生活排污污染也較嚴重。古田工業區包括有機化工廠、制葯廠、聯鹼廠、電纜廠等，漢陽城區包括漢陽鋼廠、農葯廠等排放Hg污染物的工業企業。其中漢陽東風閘排污口污染物含Hg0.405μg/L^［5］。機動車尾氣、大氣飄塵、粉塵和工業廢氣等通過氣媒介造成的污染也不容忽視，據研究^［19］，大氣總懸浮顆粒中重金屬含量是土壤中含量的2～200倍，可釋放比例也高於土壤釋放率。陽邏電廠的煙塵飄落物可能是陽邏Hg高背景區的主要污染源。根據對陽邏造紙廠和化肥廠排污口污染物監測，含Hg1.115～0.199μg/L^［5］。

4 結論

武漢地區深層土壤具低Hg背景，而淺層土壤Hg含量明顯高於湖北和全國含量值。

武漢地區土壤Hg污染面積239.3km²，分布形態上表現為以城市為中心構成的環帶狀、片狀，城市區內部形成以工業區和老城區為中心的污染區，並向外圍擴散。典型污染區包括葛店化工區、江岸區城區、東西湖區古田工業區、後湖南部的盤龍古城和武昌城區。土壤Hg高背景區面積826.3km²，近總面積的1：10，分布於武漢三鎮、蔡甸、陽邏等城鎮和葛店化工區。清潔區大面積分布於蔡甸南、黃陂—新洲和江夏區。

成土母質母岩、礦產和土壤本身不足以形成Hg污染，人為因素是造成城市地區Hg污染的決定因素。

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Spatial Characteristics and Pollution Origin of Mercury from Soils in Wuhan Area

Liu Hongying¹, Zhang Decun², Feng Xiaoming¹, Chen Guoguang¹, Guo Kunyi¹

(1. Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources, Nanjing 210016;2. Hubei Institute of Geological Survey, Wuhan 430056)

Abstract: The contents and distribution characteritics of mercury form soils in the whole region and the typical pollution areas of Wuhan Area are studies by contrast with the Hg background of soils in Wuhan Area and China in this paper. The results show that the Hg average value of soils in Wuhan Area is 0. 107 mg/kg. The distribution of the mercury pollution in the whole region, which acreage is 239. 3 km²,displays as zone-shaped and splinter-shaped surrounding city, formed the pollution areas surrounding the instrial park and old city zone within the city, and spread abroad. The high mercury background domains which acreage is nearly ten percent of the whole region distribute in Wuhan City Zone, Caidian District and G edian Town. The Mercury clear domains distribute in Huangpi District, Xinzhou District,Jiangxia District and the south of Caidian District. The soil parent rocks, mineral resources and soils themselves aren』 t enough to form mercury pollutions, artificial effect is decisive factor which results in mercury pollution.

Key words: Mercury; Spatial characteristics; Pollution origin; Soil; Wuhan area