京郊不同剖面土壤重金屬的分布與遷移.docx

1、第30卷第6期2007年11月Vol.30No.6Nov.2007河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報JOURNALOFAGRICULTURALUNIVERSITYOFHEBEI文章編號：1000-1573(2007)06-0011-05京郊不同剖面土壤重金屬的分布與遷移馬智宏微，王紀(jì)華2。，陸安祥占，潘瑜春2,王北洪"，閔順耕】（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京100094；2.國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京100097;3.北京市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)fit與農(nóng)田環(huán)境分析檢測中心，北京100097）摘要：通過對北京東南郊區(qū)3種種植方式下的土壤剖血或金屬元素的調(diào)查分析，獲得了不同種植模式下剖而更金屬元索的空間

2、分布特征。結(jié)果表明：不同種植模式卜.各削面土層中鉛、銅、鎘和銘的空間分布不同.菜地剖面上層互金屬含址較高，其土壤收金屬污染程度深；垂直分布重金屬元素含雖隨士壤深度呈降低趨勢.并在一定深度低于背景值。由于污染元素的址和遷移速度不同，在不同土層積累狀況不同.以鎘的應(yīng)層富集趨勢鼓為明顯。關(guān)鍵詞：土壤；制面；電金屬；分布中圖分類號：S153.6*1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADistributionandtransferofmainheavymetalsindifferentsoilsectioninBeijingsuburbMAZhihong1,2,WANGJi-hua2,3,LUAn-xiang2,3,PANY

3、u-chun2,WANGBei-hong2,3,MINshun-geng1(1.ChinaAgriculturalUniversity.Beijing100094,China;2.NationalEngineeringResearchC'enterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China;3.CenterforAgri-ProductsandEnvironmentQualityAnalysis,lieijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,Beijing10009

4、7,China)Abstract：Thespatialdistributionofheavymetalsatdifferentdepthintheverticalsectionunder3differenttypesofplantmodelswasanalyzedinthesoutheastsuburbofBeijing.Underdifferentcultivationsystems,Pb,Cu,CdandCrshoweddifferentdistributionpatternindifferentsoillayer.Theheavymetalcontentswerehighinthetop

5、soilofvegetableland,suggestinghighriskoftheheavymetalcontamination.Thecontentsofheavymetalsdecreasedwiththesoildepthintheverticalsection.Someheavymetalcontentatcertaindepthislowerthanthatofbackground.Thetransferspeedandquantityofdifferentheavymetalsvarywithdifferentsoillayers.Thesedimentsofdifferent

6、metalsvarywithdifferentlayers,withCdconcentratedmostheavilyatthetopsoil.Keywords:soil；section;heavymetals;distribution對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的載體土壤本身而言，其受污染具有不可逆性、隱蔽性和后果的嚴(yán)重性，不但會影響土壤本身的理化性質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境和人類的生存健康都具有較大的威脅重金屬的污染問題早在20世紀(jì)70年代就引起國內(nèi)外廣泛的關(guān)注我國許多省份對農(nóng)用土地的重金屬含址也進(jìn)行了大故收稿日期：2007-05-01基金項(xiàng)目：北京市自然基金（4061002）;農(nóng)業(yè)部“引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)”專項(xiàng)

7、基金項(xiàng)目（2006-G63）；北京市科委項(xiàng)目“北京市科技能力創(chuàng)新建設(shè)項(xiàng)目”作者簡介：馬智宏（1970-）,女，內(nèi)蒙古人，在職博上，高級農(nóng)藝師，北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心實(shí)驗(yàn)室主任.通訊作者：閔順耕（1963-）,男，教授.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品安全專業(yè)博士生導(dǎo)師.的調(diào)查和分析-4'6IO由于近年來土地利用的多樣性和投入物資的多變性，以及投入物資中污染元素的種類和量的變化，使得不同土壤受到污染的訶變性增加，如城市垃圾農(nóng)用、污水灌溉、不合格肥料使用等,使得不同土壤剖面中元素分布和遷移的不規(guī)律性增加，尤其是菜地、果園等高投入農(nóng)業(yè)，其有昏物質(zhì)引入的風(fēng)險性由于種植管理措施的單一化而加深，重金屬殘

8、留和向F遷移問題也日益突出并引發(fā)了土壤環(huán)境質(zhì)量的惡化。因此.制定和執(zhí)行嚴(yán)格的農(nóng)業(yè)投入物資的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加范、合理、有效地使用肥料和農(nóng)藥，對于保護(hù)農(nóng)業(yè)環(huán)境、保障農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。1996年以來北京地區(qū)陸續(xù)將大田作物種植區(qū)轉(zhuǎn)換成蔬菜種植區(qū)，果樹種植區(qū)等，作物種植面積不斷減少，使得土壤質(zhì)版變化向多元性發(fā)展,本文重,&選取r不同種植模式下的不同投入的土壤剖面，研究幾種重金屬的分布特征，進(jìn)一步反映近年來京郊土壤污染的多元化歷程和趨勢，為減緩和預(yù)防土壤污染提供參考。1材料與方法1.1樣品的采集選擇北京東南部郊區(qū)的自然村（E116°32116°3S；N39°4

9、O39°43）為調(diào)查研究對象.該村位于永定河沖積平原地區(qū)，土地面積141hn?,耕地110hm2,為第四紀(jì)覆蓋物地區(qū)，地勢較低，地下水源豐富，土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.7%左右,土壤（由北向南）為潮沙土、二合土、中鹽二合土，保肥能力較強(qiáng)。該村1995年以前耕地全部為小麥和玉米輪作.1995年后部分耕地陸續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?、菜地。菜地投入高，一年四季均生產(chǎn)不同蔬菜，農(nóng)事活動頻繁.有機(jī)肥與化肥使用較多；大田作物種植與林地管理粗放，大田作物主要是冬小麥和青貯夏玉米，農(nóng)事活動和農(nóng)藥、肥料投入少。在三種土地管理模式下選取了5個剖面進(jìn)行分析，其中削面1、2為蔬菜地，轉(zhuǎn)型時間相差5年；剖面3為林地，剖面4、5

10、為大用。每個剖面取樣深度最深為4m,部分樣點(diǎn)2m以F出現(xiàn)地下水，以出水層土樣為取樣的F層。樣品采后塑封袋封存，返回后立即風(fēng)干。1.2樣品的處理與分析將風(fēng)干后的樣品混勻，用木棒搟碎，除去石礫與植物殘體，使之全部通過18目尼龍篩，用四分法除去多余樣品，進(jìn)一步搟碎，過100目尼龍篩。密封保存。元素的測定采用硝酸、高氯酸、氫氟酸壓力罐法消解,0.5%稀硝酸定容15mL,鉛、銅、銘元素用美國熱電SolaarM6原子吸收火焰法測定，鎘用石墨爐法測定，結(jié)果以風(fēng)干基表示。2結(jié)果與分析2.1不同種植管理模式對剖面土填金屬元素水平分布的影響對選取的5個剖面4種元素的分析結(jié)果表明.不同元素在不同種植模式F的剖面中含

11、覓有一定差異。鉛在不同剖面分布明顯不同（見表1）,90cm以上土層中林地（剖面3）各層鉛含量高于其他剖面，3060cm±層不同剖面間鉛的變異系數(shù)最大，若以大由種植類型土壤（剖面4、5）作對照，菜地（剖面1、2）與林地匕層土中鉛含址增加，說明不同種植管理模式對該層土壤中鉛含坦影響很大;在90250cm土層中各剖面鉛的變化較小,說明人類活動對該層鉛含量影響非常小,250cm以下剖面間鉛的變異系數(shù)升高主要受地質(zhì)差異、地F水位差別等因素影響。表1不同剖面Pb含量Table1Plumbumcontentinsoilsectionmg/kg土四cmSoillayer剖面1Section1剖面2S

12、ection2剖面3Section3剖面4Section4剖面5Section5平均Average變異系數(shù)CV03019.719.122.018.217.919.0830-6017.916.321.515.916.117.914609015.914.9!7.614.515.615.199015014.012.615.714.616.115.29150-20012.212.113.913.613.712.910200-25010.010.811.510.610.76250-3008.811.513.8«.O10.52530035010.09.0一一350-40011.7馬智宏等：京郊不

13、同剖面土壤重金屬的分布與遷移13銅是-些植物生長的必需元素之一，但土壤中含量過高也會影響植物發(fā)育和人類食用的安全性。剖面1和剖面2（菜地）上層土中含士明顯高于其他剖面的上層，剖面3（林地）和剖面4、5（大田）上層含段差異不明顯.不同剖面間的變異系數(shù)較大（表2）,若以大由作對照，菜地削面含量高，與其差異大，說明人為農(nóng)事活動對上層銅的含址和分布影響很大，越是高投入的地塊，表層至90cm土壤Cu含量越高。但在90-150cm土層上各剖面間差異不大，變異系數(shù)達(dá)最低.說明此層土壤中銅含址受人為因素和作物因素影響最低，之后各剖面銅含量又出現(xiàn)了不同的變化，變異系數(shù)增加，可能與土壤成土母質(zhì)、地下水位和植物根系

14、的吸收有關(guān)（林地根系分布較深,90-250cm土層中含量最低）。表2不同剖面Cu含置Tabic2Coppercontentinsoilsectionmg/kg土層/cm制面1剖面2瀏面3削面4剖面5平均變異系數(shù)/%CVSoillayerSection1Section2Section3Section4Section5Average03039.127.124.223.523.727.522430-6025.223.826.718.922.224.341860-9030.115.921.218.219.720.041790-15018.717.516.717.618.617.785150-20018

15、.416.411.517.220.416.782()20025010.711.010.76.99.82520250-30()8.64.55.74.35.775343003508.43.9一350-4006.5鎘在土壤中的分布主要是背景值和人類污染源的引入造成的，各剖面030cm土層鎘的變異系數(shù)最大（見表3）,達(dá)114%030-60cm以下的各剖面中鎘含量均低于背景值，各剖面間變異小，說明鎘的含齦主要受農(nóng)業(yè)物資投入的影響大，且自然遷移慢，主要在上層土中富集。削面中富集程度與管理模式相關(guān)，蔬菜種植區(qū)由于農(nóng)業(yè)物資投入大，富集程度最高，而大田由于經(jīng)營粗放，化肥農(nóng)藥投入少，仍保持在背景值的水平，基本未受

16、到鎘的污染。表3不同剖面Cd含置Table3Cadmiumcontentinsoilsectionmg/kg土層/cmSoillayer剖面1Section1削面2Sscction2剖面3Scclion3利面4Section4剖面5Section5平均Average變異系數(shù)/%CV0300.4440.1350.1030.0380.0720.15?T14-30600.0500.0390.0340.0310.0380.0382260-900.0410.0360.0340.0340.0330.0369901500.0360.03().()2«0.0350.0300.0321215020()

17、0.0290.030.0260.0260.027().0287200-2500.0260.0260.0200.0210.02314250-3000.023().0210.0250.022().02383003500.0210.021一3504000.020銘在各剖面間變異系數(shù)小（見表4）,各剖面含影響較小，深層土中銘的變異系數(shù)增加，可能是由于堆均低于北京地區(qū)土壤背景值平均值（68.1）,說明地質(zhì)差異造成的，與人類的農(nóng)事活動關(guān)系不大。農(nóng)業(yè)投入的物資中該元素含量低，對土壤中銘含量mg/kg土層/cmSoillayer剖面1Section1剖面2Section2剖面3Section3削面4Secti

18、on4制面5Section5平均Average變異系數(shù)/%CV03059.665.366.757.160.061.8730-6057.558.260.254.458.557.7460-9058.951.962.151.357.756.499015049.450.859.554.756.056.1815020057.858.646.759.960.356.711200-25043.357.851.944.651.413250-30043.565637.352.642.81830035037.048.235040034.514河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報第30卷表4不同剖面Cr含量和分布變化Table4Chr

19、omiumcontentinsoilsection2.2不同種植管理模式對土壤元素遷移（垂直分布）的影響由于不同種植模式下的投入不同、元素在土壤中的遷移特性和被植物吸收利用不同，各元素在土壤中的分布規(guī)律存在一定的差別（圖14）。鉛在土壤中的分布由上至下呈平緩降低趨勢，在90cm以上的土層中各剖面鉛含最變化規(guī)律相近，不同剖面間鉛的縱向遷移主要與上層土中鉛的濃度有關(guān),上層含量高,向下遷移的多，下層含量也高。剖面3（林地）上層最高，其各層中鉛的濃度均較其他剖面的高。銅在不同剖面的垂直變化由于投入址和種植方式不同存在一定差異，但總體趨勢是隨土層加深呈遞減的趨勢。90cm以上土層中銅的含量以高投入的剖面

20、1（菜地）含量最高，但其在30-60cm土層明顯下降，可能是一些蔬菜在該層對銅有較大的吸收，使該層銅出現(xiàn)迅速下降的情況，由此說明銅的垂直分布不但與銅投入量有關(guān)，與種植的作物吸收情況也有一定的關(guān)系。其他剖面的銅隨土層的加深呈緩慢降低的趨勢。地下水位高的剖面（大田2）銅含量下降最慢。在150200cm土層，林地（剖面3）銅的快速下降可能與根系的分布和吸收有關(guān)。值得關(guān)注的是在250cm以下，菜地（剖面1、2）的銅含昆仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他剖面。°0306090150-200250-300350-40030-6090-150200-250300-350土層/cmLayer圖2各剖面銅的分布0Fig.

21、2Distributionofcopperinsoilsections0-3060-90150-200250-300350-400807030-6090-150200-250300*350七層/cmLayer圖3各剖面鎘的分布Distributionofcadmiuminsoilsections6050403003060-9030-6090危土層/cmLayer圖l各剖面鉛的分布Fig.lDistributionofplumbuminsoilsections0_|_!_!_II_I_U_l_I_III1JI1»0-3060-90150-200250-300350-40030-6090

22、150200-250300-350土層/cmLayer圖4各剖面銘的分布Fig.4Distributionofchromiuminsoilsections鎘在各剖面上層土中含量最高，尤其是高投入的菜地（剖面1）,是低投入的大田（剖面4）的11.5馬智宏等：京郊不同剖面土壤重金屬的分布與遷移15倍。但到3060cm±層急劇下降，之后各剖面土層的鎘含屆均緩慢降低，并趨于一致。說明鎘在土壤中的遷移很慢，極易在上層土中積累，不進(jìn)行土壤深翻的農(nóng)事活動很難使之在土中遷移。銘在土壤中的分布總體呈下降趨勢，其含址與種植管理方式無明顯相關(guān)性，說明該調(diào)查區(qū)的投入物資中信的含研很低。分析結(jié)果表明，銘在不同

23、剖面上層中均有一定的波動性，下層有增高的現(xiàn)象，這并非土壤銘下移的結(jié)果，而是由于土壤自然條件下剖面的砂、粘層分布所致，較粘重土層含銘較高(。3討論鉛、銅、鎘、銘4種重金屬元素在調(diào)查區(qū)的水平和垂直分布特征研究表明，鉛、銅、鎘三種重金屬元素均有在表面富集的趨勢，尤其鎘的富集現(xiàn)象最明顯，四種元素在90cm以上土中的垂直分布表現(xiàn)為隨土層加深而減少的趨勢，鎘在3060cm土層下降最迅速，說明其垂直遷移性最差，這一結(jié)果與夏增祿等對北京京郊潮褐土中重金屬的分布研究結(jié)果相似c但各元素含鼠在高投入剖面的下層(90cm以下)高于低投入(大田)下層，反映出其向下遷移的趨勢,這與夏增祿和多數(shù)學(xué)者認(rèn)為重金屬的遷移多在20

24、60cm以上的觀點(diǎn)不同。鉛、銅元素含量均表現(xiàn)為上層高,相對應(yīng)的下層也高的現(xiàn)象，尤其在250cm以下，菜地(剖面1)的銅含度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他剖面°說明隨著使用最和時間的延續(xù),重金屬有向更深層遷移的可能。這與夏增祿等對污泥沉淀池和污水灌溉渠下土壤重金屬遷移的研究規(guī)律相近。由此可見近年來農(nóng)業(yè)投入物資的鼠變已積累為質(zhì)變，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤質(zhì)量造成了極大的威脅。地下水位對元素縱向分布有一定的影響。從表】-4可見，5個剖面的地下水位不同，以剖面5的地下水位最高，約2m,剖面1的最低，大于4mo不同元素在地下水位高的剖面垂直分布有一定差別，其中銅、銘在地下水位高的剖面的近水層含量:有反彈現(xiàn)象，該層銅和

25、銘略有增高c由于本文沒有針對地卜水位對重金屬遷移的影響進(jìn)行研究，只作為一種現(xiàn)象提出，有關(guān)銅與銘向下遷移過程中是否與水位的高低相關(guān)，以及毛細(xì)現(xiàn)象是否影響一些重金屬元素的遷移，待于進(jìn)一步研究證實(shí)。不同種植方式對四種重金屬殘留有較大的影響°尤其是鎘和銅,投入越大這兩種金屬的污染風(fēng)險越大。5個剖面屬于3種種植管理方式，不同種植用地剖面重金屬含址的水平分布和積累現(xiàn)象表明：近年該地區(qū)使用的農(nóng)用物資中的主要污染物是鎘、銅。剖面污染程度依次為剖面1>2>3>4、5,從種植管理方式上看，高投入菜地>林地>大田。銅、鎘在剖面1、2(菜地)表層土中的含量(27.1、0.135;39.U0.440)已超過北京土壤背景值的平均值鉛、銘目前對土壤還未造成明顯的污染，說明該地區(qū)投入物資中銅、鎘含屆偏高，應(yīng)引起種植者的關(guān)注。參考文獻(xiàn)：1 陳維新.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)M.北京：農(nóng)業(yè)出版社,1993：100-257.2 MOLLERHW,MULLERA,A