多目标地球化学填图中土壤环境质量评价方法的探讨（赵传冬,成杭新,庄广民,张学雷《地质与勘探》2003.6）.pdf

第 3 9卷第 6期 2 0 0 3年 1 1月 地 质 与 勘 探 GEOL0GY AND PROSPECTI NG Vo l | 39 No ． 6 No ve mbe r， 2 0 03 多 目标 地球化 学填 图 中土壤环 境质量 评 价 方 法 的探 讨 赵传冬 ， 成杭新 ， 庄广民 ， 张学雷 2 1 ．中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 ， 廊坊0 6 5 0 0 0 ； 2 ． 中国科学院南京土壤研究所， 南京2 1 0 0 0 0 [ 摘要] 通过对 北京城近郊土壤 中 c d污染两种不 同评价方法的对 比研 究发现 ， 在对 某一区域进 行土壤环境质量评价时， 若研究区内存在不同质地的土壤 ， 则 由于不同质地土壤 的 自净能力的不同， 应 采 用不 同的评价 标 准进 行 分 区评 价 。 建议 多 目标 地球 化 学填 图 中进 行 土壤 环 境 质 量评 价 时 ， 采 用本 方 法 。 [ 关键词] 多 目标地球化学填 图 土壤环境质量评价方法c d污染北京 [ 中图分类号 ] P 6 3 2 [ 文献标识码 ] A[ 文章编号] 0 4 9 5 5 3 3 1 2 0 0 3 0 6 0 0 7 8 0 4 0 引 言 从 2 0 0 1年 起 ， 我 国在 广 东 、 四 川 、 吉 林 、 山西 、 湖 北 、 福 建 等省 的 平 原 区 大 规 模 开 展 多 目标 地 球 化 学 填 图 ， 获取 了元 素分布 的大量 基础数据 ， 这些数据正 在被用来解决平原 区的矿产资源 、 环境 、 农业等领域 的一些重大实 际 问题 。对 环境 领域 而 言 ， 许 多 单位 尝试着用这些 数据评 价 当地 的土壤 环境质量 。 土 壤 环 境 质量 评 价 的关 键 在 于 制 定 土 壤 环 境 质 量标准 ， 由于制定 土壤 环境质量标准极其不 易 ， 目前 全球绝大 多数 国家仍没有完 善的 国家土壤环境质量 标 准 。我 国科 学家经过 8年 的努力 ， 用综合 生 态 环境效应法制定了我国的 土壤环境质量标准 ， 编 号 G B1 5 6 1 81 9 9 5， 于 1 9 9 6年 发 布 实 施 。尽 管 土壤环境质量标准 已实施 了6年， 但由于跨部 门 以 及 知识 结 构 等 方 面 的 原 因 ， 我 国 的地 质 工 作 者 对 土壤环境质量标准 中各种标准的应用条件仍不 是十分清楚 ， 导致在 一些 多 目标地 球化 学 填 图的资 料解释中出现对 土壤环境质量标准 的误用、 错用 和机械套用 的现象 。针对 上述 情 况 ， 我们 以北 京城 近郊 的土壤环 境质量 的评 价 为例 ， 初 步探 讨 土壤环 境 质 量 评 价 的 基 本 方 法 。 l 样 品采集与分析测试 采 集 了表层 和深层 两个 土壤 环境层 位 的样 品。 78 表层环 境 的采样 密度 为 1点／ k m ， 采 样深度 为 0～ 3 0 c m； 深层环境 的采样 密度 为 1点／ 1 6 k m ， 采样深 度为 1 2 0～1 5 0 c m。 为增加 样 品 的代表 性 ， 在 每个 采 样 单 元 内 采集 3～4处 土 壤 组 成 1件 样 品 。 测 量 面 积 8 1 7 k m 。 样 品 重 金 属 全 量 及 其 不 同相 态 含 量 的测 定 由 地 科 院物 化 探 所 中 心 实 验 室 完 成 ， 有 机 污 染 物 的 测 定 由 中 国 科 学 院 生 态 环 境 研 究 中 心 完 成 ， 土 壤 理 化 性 质 的测 定 由中国科学 院南京 土壤研 究所完成。 2 北京城近郊土壤理化性质 的特 点 污染 物质在 土壤 中迁移 、 转 化 以及进 入食 物链 的数量和速度虽然 受 多种 因素 的制约 ， 但 土壤 的吸 附性能是 其 中最 为 重 要 的环 节 。土壤 的吸 附性 能是 由土壤 的理 化性 质所 决定 的 ， 其 中土壤 中粘 粒 矿物和有机 质的含量 、 组 成及 其性 质是 其 主要控 制 因素 。因此 ， 要科学合理 的评 价土壤环境质量 ， 需详 细研究 土壤质地 、 有机 质含 量 、 酸碱 性 、 阳离 子交 换 量 等 土壤 的 理 化 性 质 。 由不同粒级混合在一起所 表现 出来 的土壤粗细 状况 ， 称为土壤 的质 地。对 北京 城近郊 土壤 质地 的 分类 发 现 ， 本 区 土 壤 可 以分 为 两 个 大 类 砂 土 类 和壤 土 类 ， 进 一 步 又 可 细 分 为 5个 亚 类 ， 砂 土 类 可 分 为 砂 土 和 壤 质 砂 土 2个 亚 类 ； 壤 土 类 可 分 为 砂 质 壤 土 、 壤 土 、 粉沙壤 土 3个 亚类 。北 京城 近郊 8 1 7 k m [ 收稿 日期 】 2 0 0 3 0 90 9； [ 责任 编辑 】 余大 良。 【 基 金项 目 】 国 家重点 基础研 究项 目 编号 G1 9 9 9 0 4 5 7 0 7 、 科 技部 社会公 益研 究项 目 编号 2 0 0 1 DI Al 0 0 21 联 合 资助 。 【 第 一作者 简 介】 赵传 冬 1 9 6 9年 一， 男 ， 1 9 9 1年 毕业 于长春地 质学 院 ， 获 博士学 位 ， 现 主要从 事勘 查地球 化学 工作 。 维普资讯 第 6期 赵 传冬 等 多 目标 地球 化学 填 图 中土壤 环境 质量 评 价方法 的探讨 的 土 壤 中 有 9 7 ． o 6 ％ 为 壤 土 类 ， 并 以 砂 质 壤 土 和 粉 砂壤 土 为主 ， 分 别 占到 4 2 ． 8 4 ％ 和 4 1 ％ 表 1 。从 分 布上看 ， 粉 砂壤 土主要分布在研究 区的东 部 ， 而砂 质壤土主要分 布在研究 区 的西部 ， 壤土 、 砂土和壤质 砂土零星分 布在两者 之 中 图 1 。 表 1 北京城近郊土壤的质地分类 图 1 北 京 城 近 郊 土 壤 的 质 地 1 一 砂 质壤 土 ； 2 一 壤质 砂土 ； 3 一粉 砂壤 十 ； 4 一 壤 上； 5 一 砂上 研 究 区 土 壤 的 有 机 质 含 量 介 于 0 ． 3 l ％～ 5 ． 5 9 ％ 之问 ， 平 均 值 为 1 ． 7 1 ％ 。统 计 结 果显 示 随 着 土 壤 粒 级 的变 细 ， 有 机 质 含 量 逐 渐 升 高 ， 即从 砂 土 一 壤 质 砂 土一 砂 质 壤 土一 壤 土 、 粉 沙壤 土 ， 土壤 有 机 质含量逐步升 高 表 2 。从 分布 上看 ， 有机 质 的低 含 量 区主 要 分 布 在 研 究 区 的 西 南 部 及 北 部 。 与 砂 质 壤 土 的 分 布 情 况 大致 吻合 图 2 。 表 2不 同质地 土 壤的 理化 性质 口 1 ． 5 ％ 图 2 北 京城 郊 土壤 中有 机质 含 量分 布 图 研 究 区 土 壤 的 p H 介 于 7 ． 3 5～ 9 ． 0 6之 间 ， 平 均 值 为 8 ． 3 7 ， 表 明北 京 城 近郊 土 壤属 碱性 土壤 ， 其 中 p H 为 7 ． 0～7 ． 5的弱碱 性 土壤 有 4 k m ， 占全 区的 0 ． 4 9 ％ ， p H 为 7 ． 5～8 ． 5的碱 性 土 壤 有 6 2 6 k m ， 占 全 区 的 7 6 ． 6 2 ％ ， p H 为 8 ． 5～9 ． 5的 强 碱 性 土壤 有 1 8 7 k m ， 占全 区 的 2 2 ． 8 9 ％ 。随 着 土壤 粒 级 的 变 细 ， p H值有逐渐 降低 的趋势 。作 为本 区两个主要质 地类型 的土壤 ， 砂 质壤土 的 p H值 高于粉 沙壤土 ， 这 与强碱性 土壤 几乎都分布在砂 质壤 土区的实际情况 是 吻合 的 图 1 、 图 3 。 阳离 子交换量 C E C 是衡量土壤吸 附性能 的一 个重 要 参 数 。北 京 城 近 郊 土 壤 C E C介 于 2 ． 8 4～ 1 6 ． 0 2 e mo l ／ k g 之问 ， 平均值 9 ． 4 2 c mo 1 ／ k g 。 其 中 ， C E C5 c mo l ／ k g的面 积有 6 8 k m ， 均 分 79 维普资讯 地质 与勘 探 2 0 0 3正 布在研 究 区西 南 部 的 砂 质 壤 土 、 砂 土 中， C E C l O c mo l ／ k g的土壤 的分布 与砂质 壤土 的分 布范 图 3北 京 城 近 郊 土 壤 酸 碱 性 分 布 图 1 一 强 碱性 ； 2 一 弱碱性 ； 3 一 碱性 通过对北京城 近 郊 土壤 理 化性 质 的分析 表 明 北 京 城 近 郊 土 壤 质 地 绝 大 多 数 属 壤 土 类 ， 且 以砂 质 壤 土 和 粉 沙 壤 土 为 主 。 土 壤 的粒 级 是控 制 本 区土 壤 理化性质 的最重要 的 因素 ， 土壤的酸碱性 、 有机质含 量 、 阳离子交换量等都 与之 密切相关 ， 并呈有规律 的 变 化 。 作 为本 区两个 主要 类型 的土壤 ， 砂 质壤 土和粉 砂壤 土由于质地 的不 同 ， 其 物理 化学 性质 存 在着较 大 的差 异 。物 理 化 学 性 质 的 差 异 决 定 了两 者 的吸 附 性 能 不 同 。 吸 附 性 能 的 不 同 又 决 定 了两 者 的 自净 能 力 的不 同。砂质壤 土 的 自净 能 力相 对较 低 ， 粉砂壤 土的 自净能力较高 。而 自净能力 的不 同最终 决定 了 在 对本区进行环境 研究 和质 量评 价 时 ， 须对 两者 区 别对待 ， 需要研 究 出不 同的评 价标 准来 进行 土壤 环 境质量评价 ， 而不能 一概 而论 ， 机械 的搬 用 土壤 环 境质量标准 。 3 土壤环境质量的评价方法 为了合 理地评 价北 京城 近郊 土壤 的环境质 量 ， 须对北京城 近郊 的 土壤 进行 分 区 ， 采用不 同 的评价 标准来 进行评 价 。研 究 发现 ， 如果 简单地 以土壤 质 地进行 分区 ， 不 是很 合适 的方法 。这是 因为存 在着 8 0 围大体一致 图 4 。土壤 的 C EC， 随着 土壤粒 级 的 变细 ， 逐 渐升高 表 2 。 7 7 3 1 0 c 舯 1 ／ k g 图 4北京 城 近郊 土壤 阳离 子交 换量 分布 图 许多过度类 型的土壤 ， 如 砂质壤 土 与粉 沙壤 土之 间 的过渡型土壤 就不能简单地用质地将它们分 开。有 些 土壤从 质地 上说是 属 于砂质壤 土 ， 但 它们 的粒 级 已经非常接 近粉砂壤 土 ， 且 这种 土壤 中有些 样 品的 有 机质含量相对较 高 ， 吸 附性能 和 自净 能 力也 相应 较 高 ， 因此简单地将 它们归于砂质壤土 ， 而与典型 的 砂 质壤 土一并进行 评价 ， 必 将影 响到 评价 结果 的合 理 性 。 3 ． 1 土壤环境质量的评价标准 进一 步研究 表 明 利 用某些 能够衡 量 土壤吸 附 性 能 的参数来进行 土壤分 区是一个合理并且简单 易 行 的方法 。经 反 复对 比研 究 ， 最终 选 定 p H值 和 阳 离子交换 量 作 为 土壤 分 区评 价 的依 据。这 是 因 为 p H值是 土壤最 重要 的理化性质 ， 而 阳离 子交换量 是 衡量 土壤 吸 附性 能 的重要 参 数 ， 土壤 环 境 质量 标 准 中对它们都做 了严格的规定 ， 并且这两个参数 易于测定 ， 便 于推广 应用 。参照美 国土壤 环境 质量 评价 的思路 ， 制定 了北京 城近郊 土壤 环 境质量 评 价的标准 ， 进行 了分区评价 1 p H值 严格执行 土壤环境质量标准 的有 关 规 定 。 2 C E C 按 C E C1 0 c mo l ／ k g 维普资讯 第 6期 赵 传 冬等 多 目标地 球化 学填 图 中土 壤环 境 质量评 价方 法 的探 讨 将北京 城 近 郊 的 土 壤 划 分 为 三 级。 对 C E C 小 于 5 c m o l ／ k g的土壤 ， 土壤 中重 金属 的一 、 二 、 三级 标准值 为 相应标 准 值 的一 半 ； C E C介 于 5～1 0 e mo l ／ k g的土壤 ， 土壤 重金 属 的一 、 二 、 三 级标 准值 为相应 标 准 值 的 7 5 ％ 。C E C 大 于 1 0 e m o l ／ k g 的土壤 ， 执 行 国 家 标 准 值。 也 就 是 说 ， 其 比 例 为 1 1 ． 52。 3 ． 2 土壤中 c d 污染的评价 土壤环境质量标准 规定 c d的一 、 二、 三级标 准值分 别是 2 0 0 X 1 0一、 6 O O X 1 0一、 1 0 0 0 X 1 0一， 将 小 于一 级标准值的地 区定 为无 污染区 ； 一 、 二级标 准 值之 间的地区为轻一 中度污染 区 ； 二 、 三级标准值 之 间的地 区为重污染 区 ； 大 于三级 标准 值 的地 区为 严 重 污染 区。 据 上 述 土 壤 环 境 质 量 的 评 价 标 准 和 土壤 污 染 程 度的划 分 方法 ， 将 北 京城 近 郊 土壤 环境 中 C d的评 价 结 果 示 于 图 5 ， 不 难 看 出 ， 常 规 方 法 所 圈 出 的 C d 的污染 面积 约为 1 3 1 k m ， 占全 区 l 6 ． 0 3 ％ ， 分 布较 零散 ， 而研 究 区 的西 南部 丰 台区 一带 主要 为 砂质 壤土分布 区 无 任 何 异常 显 示 ， 据 此 可得 出北 京城 近郊 土壤 C d污染 的程 度并 不严重 的结 论 。而本 方 法 圈出的 C d污染面积为 3 0 3 k m ， 占全 区 3 7 ． 0 9 ％ ， 且污染 区成片分布 。在研究 区的西南部丰 台区一 带 以及东 部朝阳 区一带 的农 田中均 圈 出 了清晰 的 C d 的污染 。有资料表 明 1 9 9 7年与 1 9 7 8年 相 比， 北 京 地 区土壤 中 C d增 幅高达 3 7 2 ％ ， 污染地 区生产 的小 麦 、 稻米籽 粒 中铅 、 汞 、 镉 等 含量相 应增 加。显 然采 用 本 文 的方 法 评 价 土壤 环 境 质 量 与实 际情 况 更 为 相 符 。 图 5不 同方 法 C d污染评 价结 果 的对 比 1 一 无污 染 区 ； 2 一 轻一 中度污 染 ； 3 一 严重污 染 4 结 论 1 通 过 对 多 目标 地 球 化 学 填 图 中 土 壤 环 境 质 量评 价方法 的初步研 究 ， 发 现在对 某一 区域进 行 土 壤环境质 量评价时 ， 若研 究 区 内存 在不 同质地 的土 壤 时 ， 因考虑不 同质地 土壤的 自净能力 ， 应采用不 同 的评 价标 准 ， 分 区评 价 。 2 通过对北京城 近郊 土壤 中 C d污 染程度 的评 价 ， 发现北 京城近郊存在较严重 的 C d污染 。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 吴燕玉． 制定我国土壤环境标准 汞 、 镉 、 铅和砷 的探讨 [ J ] ． 应 用生态 学报 ， 1 9 91 ， 2 4 3 4 4～3 9 9 ． [ 2 ] 中国标准出版社第二编辑室． 环境质量与污染物排放国家标 准汇编[ M] ． 北京 中国标准出版社， 1 9 9 8 ． [ 3 ] 戴树桂． 环境化学[ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 2 ． [ 4 ] 夏家淇． 土壤环境质量标准详解[ M] ． 北京 中国环境科学出 版 社 ． 1 9 9 6 ． A STUDY o N UATI oN M ETH oD oF So Ⅱ ENVⅡt oNM哐 NT I N M ULTIPURPoSE REGI oNAL G EoCHEM I CAL L A J E ’ PI NG Z HAO C h u a nd o n g ， C HENG Ha n gx i n ， ZHUANG Gu a n gmi n ， ZHANG Xu e l e i 1 ． I n s t i t u t e o fG e o p h y s i c a l a n d g e o c h e m ic al E x p l o r a t i o n ， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0； 2 ． Na n j i n g I nst i t u t e of s 0 ，C A S， N a n j i n g 2 1 0 0 0 0 Ah t a r a c t B a s e d o n t h e c o mp a r a t i v e a n a l y s i s o f t w o e v a l u a t i o n me t h o d s o f s o i l C d p o l l u t i o n i n t h e s u b u r b s of B e i j i n g c i t y ，i t h a s b e e n f o u n d tha t the s o i l i s dif f e r e m n z o ne t o z o n e e v e n i n s a i n e i n v e s t i g a t i n g a r e a，r e s u l t i n g i n dif f e rem c a p a b i l i t y of s e rf c l e a n i n g ． Di ff e ren t e v a l u a tio n c rit e rio n s h o u l d th u s b e a d o p t e d fi - o m z o n e t o z o n e ． I t i s s u g g e s t e d t h a t th e e v a l u a t i o n p r o c e du r e f o r s o i l e n v i r o n m e n t u s e d i n the thi s s t ua y C an be g e n e r a l l y a d o p t e d i n mu l t i p u r p o s e r e g i o n al g e o c h e mi c al ma p p i n g． Ke y wo r d s m ult i p u r p o s e reg i o n al g e o c h e mic al m a p p i n g ， e v alu a ti o n of s o i l e n v i ronm e n t ， e v alu a t i o n me t h o d， C d poll u t i o n， B e ij i n g 8l 维普资讯