土壤污染成因

❶ 武汉地区土壤Hg的空间分布特征和污染成因

刘红樱¹ 张德存² 冯小铭¹ 陈国光¹ 郭坤一¹

（1.南京地质矿产研究所，南京210016；2.湖北省地质调查院，武汉430056）

摘要：本文结合武汉地区和全国土壤含Hg背景，研究了武汉地区土壤Hg的含量特征、全区和典型污染区的分布状况。结果表明，武汉地区土壤Hg含量为0.107mg/kg。全区土壤Hg污染面积239.3km²，分布形态上表现为以城市为中心构成的环带状、片状，城市区内部形成以工业区和老城区为中心的污染区，并向外围扩散。土壤Hg高背景区面积826.3km²，近总面积的1：10，分布于武汉三镇、蔡甸、阳逻等城镇和葛店化工区。清洁区大面积分布于蔡甸南、黄陂－新洲和江夏区。成土母质母岩、矿产和土壤本身不足以形成Hg污染，人为因素是造成城市地区Hg污染的决定因素。

关键词：Hg；空间分布；污染成因；土壤；武汉地区

汞（Hg）在整个生态系统乃至地球表层的物质循环过程中都是非常活跃的^［1］。Hg是常见的土壤污染物，在土壤中以多种形态存在^［1～4］。汞蒸气、无机汞盐（除硫化汞外）、有机汞均有毒，特别是无机汞在微生物作用下转化成的甲基汞毒性更大。土壤中的Hg可通过蒸气和粉尘进入大气，通过元素的活化迁移进入水圈，通过生物地球化学循环进入生物体。植物根部、动植物呼吸均可吸收金属汞；而甲基汞具有强水溶性，几乎可全被生物体吸收，且很难分解排泄^［1～4］。

武汉作为综合性大城市和老工业基地，长期以来由于高污染、高消耗的工业基础，工艺水平的限制和薄弱

的环保意识等因素，城市工业固体排放物、废气飘尘、生活垃圾、污水均对武汉土壤环境产生着严重的污染。

一些老工业区固体排放物大量堆积、某些大工厂周围和道路汽车尾气排放的汞等重金属污染在武汉城区不同地段存在。仅长江武汉江段24个入江排污口每年排放汞70.973吨，污染物平均含汞2.31μg/L，最高可达22.408μg/L^［5］。武汉市郊易家墩土Hg含量0.095～0.516mg/kg，15个白菜样Hg含量0.0005～0.019mg/kg，2个超过国家食品卫生标准^［6］。加上长江、汉水在武汉交汇，府河、滠水、倒水、举水、巡司河等次级河流与湖库沟通流贯全区，形成交织水网。而水生生态系统中汞活动性较强，生物的浓集放大效应显著，生态后果也就更严重和突出^［7］。但对于武汉区域性Hg分布特征和污染状况仍缺乏研究。鉴于此，按照中国地质调查局的部署，我们对武汉区域性土壤Hg分布进行了调研工作，涉及武汉地区所属8个城区行政区，6个市郊行政区，总面积为8629.6km²的范围。

调查区——武汉地区位于江汉盆地东缘，主体属残丘性河湖冲积平原地貌，北部少部分为低山丘陵区。市域南部的江汉盆地为主体部分，面积6890km²。

区内广为第四纪河湖型冲积层所覆盖，间有少部分古中生界残丘山体。区内第四系，约占总面积的80％。其中，更新统由红色网纹状粘土、棕红色粘土、含砾粘土组成，基本发育于Ⅱ、Ⅲ级阶地上，构成垄岗剥蚀地貌；全新统属于一套现代冲积层、湖冲积层，分别由粉沙土、亚沙土、亚粘土或粘土、淤泥粘土组成，分布在长江、汉水及大别水系的冲积带内，构成诸水系Ⅰ级阶地。黄陂区北部造山带变质地体区，母质岩系分别为元古界红安群、大别群一套中高压区域变质岩系，主要岩性有石英片岩、片麻岩、浅粒岩等。局部地区为燕山期侵入的酸性岩体。

武汉地区土壤发育以地带性土壤为主，含有7个土类，14个亚类，主要土壤类型为水稻土、潮土、棕红壤、黄棕壤。其中潮土集中分布于长江、汉水及其他水系形成的现代冲积平原区，棕红壤、黄棕壤则广泛分布于更新统、古中生界、元古界母质层上，水稻土作为一种后成土壤则穿插分布上述3类土壤之中。

1 样品采取与分析

系统采集0～20cm深度的浅层土壤样品和150～200cm深度的土壤深层样品。采样密度和采样介质按不同环境区进行控制，浅层土壤样采样密度在区内广泛分布的平原－垄岗地区为1件/km²，城镇居民工业区为1～2件/km²，北部浅覆盖的低山丘陵区为1件/4km²；深层样采样密度为1件/16km²；对全市域分布的1100km²的湖沼区，每平方公里采集1～2个湖沼底积物样替代；对分布于长江滩涂地区的淤积层，则视为未壤性化的土壤而采集表层样品。土壤样品布置于可代表本采样单元（浅层0.5～4km²、深层16km²范围）的地质单元、土壤类型和土地利用类别的地段。浅层土壤样采集时以一个采样点为主，周围50m范围内采集3～5个子样组合成一件样品，采样介质为地表向下约20cm连续土柱。深层土壤样根据地形、地貌和土地利用现状用取样钻采集150～200cm深度范围的30cm连续长度样品。除上述区域性样品外，另外还选择沿江滩涂洪泛冲积层区分层采集了剖面样，城区、沿江农地、主要厂区、湖区等典型景观地段采集了进一步研究样品。土壤采样点由全球卫星定位系统定位，在平面上基本均匀分布。

样品经自然干燥，用木棒砸碎，过20目或40目筛后提取600g分析样。样品分析方案为：浅层样每4km²分析1件组合样，分析总数1628件；深层样每16km²分析1件单样，分析总数540件。

典型地区采集了植物样品，经清洗、杀酶、烘干、粉碎后过40目尼龙筛备用。采集了汉口大夹街街区的人发样品。发样采自后枕部距发根约3cm以内，1％温热洗发液洗涤2次、去离子水冲洗数次、晾干。

样品由国土资源部武汉测试中心用原子荧光法分析。测试过程采用国家一级标准物质监控、实验室内部和送样单位检查、密码抽查等质量监控手段。

2 土壤Hg含量及其分布特征

2.1 含量特征

土壤中元素的原生背景含量，可通过土壤圈中相对受人类活动影响较小的深层土壤的含量来分析，并与区域、全省、全国和世界土壤的含量相对照。在土壤化学元素调查试验工作中，已基本证实深层土壤（＞150cm深度）能近似地反映第一（原生）环境元素分布、赋存状态，代表土壤背景特征；浅层土壤（＜20cm深度）是土壤圈中与生态环境联系最直接的层位，也是近期受到人为干预最敏感的地带^［8～9］。

武汉地区土壤深层不受污染的汞环境背景基准值0.033mg/kg。武汉地区全区深层土Hg含量（0.039mg/kg）比湖北的低，与全国的相当（表1）。因此其深层土Hg含量作为全区土壤背景的体现，为一低“原始”背景。

全区浅层Hg含量变化较大，平均含量明显高于深层及湖北和全国值，表明在浅层土壤中有Hg的添加，并存在明显的局部富集。

表1 武汉地区土壤Hg含量特征 单位：mg/kg

2.2 分布特征

土壤Hg含量分区依据土壤环境质量和容量的研究情况^{［3，11～13］}，其含量范围和相应的污染指数见表2。

表2 武汉地区土壤Hg含量分区标准 单位：mg/kg

注：（土壤类型）142为潴育型水稻土；31为黄棕壤；122为灰潮土；11为棕红壤。（成土母质母岩）Q₄为第四系全新统现代冲积层、湖冲积层和湖积层；Q_1－3为第四系更新统红色冲积层、湖冲积层、坡－冲积层和洪冲积层；Q为第四系残坡积层粘土、亚粘土类碎石；P－C为石炭－二叠系碳酸盐岩类；D－S为泥盆－志留系碎屑岩类。（产出矿产）K1为高岭土；Cb为碳酸盐岩；Sa为建筑用石英砂矿；Au为金矿，Gp为石膏；Cy为粘土。

城市环境中的人为的Hg污染主要来源于工业“三废”排放以及煤炭和石油的燃烧等^{［4，14～17］}。排放Hg污染物的工业主要有冶金、电镀、化工、造纸、制革、制药、纺织和肥料等，氯碱、电器设备、涂料、仪器和农业等行业用Hg做原料或辅料^［4，14］。对于武汉地区的几个Hg污染区而言，汉口中心城区包括17码头、天津路、六合路、黄浦路等排污口，其污染物含Hg0.243～0.967μg/L^［5］。城市生活垃圾中Hg释放率可达54.8％^［18］，中心城区的城市生活排污污染也较严重。古田工业区包括有机化工厂、制药厂、联碱厂、电缆厂等，汉阳城区包括汉阳钢厂、农药厂等排放Hg污染物的工业企业。其中汉阳东风闸排污口污染物含Hg0.405μg/L^［5］。机动车尾气、大气飘尘、粉尘和工业废气等通过气媒介造成的污染也不容忽视，据研究^［19］，大气总悬浮颗粒中重金属含量是土壤中含量的2～200倍，可释放比例也高于土壤释放率。阳逻电厂的烟尘飘落物可能是阳逻Hg高背景区的主要污染源。根据对阳逻造纸厂和化肥厂排污口污染物监测，含Hg1.115～0.199μg/L^［5］。

4 结论

武汉地区深层土壤具低Hg背景，而浅层土壤Hg含量明显高于湖北和全国含量值。

武汉地区土壤Hg污染面积239.3km²，分布形态上表现为以城市为中心构成的环带状、片状，城市区内部形成以工业区和老城区为中心的污染区，并向外围扩散。典型污染区包括葛店化工区、江岸区城区、东西湖区古田工业区、后湖南部的盘龙古城和武昌城区。土壤Hg高背景区面积826.3km²，近总面积的1：10，分布于武汉三镇、蔡甸、阳逻等城镇和葛店化工区。清洁区大面积分布于蔡甸南、黄陂—新洲和江夏区。

成土母质母岩、矿产和土壤本身不足以形成Hg污染，人为因素是造成城市地区Hg污染的决定因素。

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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