濟(jì)南西部地區(qū)不同類型污染源作用下土壤各類元素含量特征及選擇性種植淺析

于曉靜，成世才，白新飛

(1.中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院,山東 濟(jì)南 250101; 2.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院,山東 濟(jì)南 250013;3.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 濟(jì)南 250014)

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環(huán)境地質(zhì)

濟(jì)南西部地區(qū)不同類型污染源作用下土壤各類元素含量特征及選擇性種植淺析

于曉靜1，成世才2，白新飛3

(1.中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院,山東 濟(jì)南 250101; 2.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院,山東 濟(jì)南 250013;3.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 濟(jì)南 250014)

土壤污染；重金屬；水溶性元素；土壤常量養(yǎng)分；選擇性種植；濟(jì)南

農(nóng)業(yè)種植，一方面要考慮土壤中主要營(yíng)養(yǎng)元素含量，考慮到作物種植的長(zhǎng)勢(shì)產(chǎn)量；一方面要考慮到作物的品質(zhì)，也就是微量元素的含量；還要考慮到作物的安全，也就是重金屬元素的含量。以前對(duì)土壤的化學(xué)分析方法與角度較多，李非里等在不同酸堿條件下分析同一元素或離子在土壤中的賦存形態(tài)[1-2]，田媛等用聚類分析方法研究土壤中重金屬含量分區(qū)并與國(guó)家土壤重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較[3]，但將土壤分為重金屬元素、水溶性元素及常量營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行分類比較，然后利用選擇性種植[4]的觀點(diǎn)嘗試指導(dǎo)農(nóng)業(yè)種植的想法卻不多，該文從這一角度，對(duì)不同類型污染源作用下土壤各類元素含量特征及選擇性種植進(jìn)行分析。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理地質(zhì)概況

研究區(qū)位于濟(jì)南市的西部及南部，面積2000km2。東南部為泰山山脈，西北部為黃河沖積平原，研究區(qū)向NE緩傾，總體地勢(shì)東南高西北低，地形從SE向NW依次為低山丘陵、山前傾斜平原及黃河沖積平原。區(qū)內(nèi)主要河流有黃河、孝里河、南大沙河、北大沙河及玉符河。出露地層由新到老依次有新生代第四系，古生代寒武系，奧陶系及新太古代泰山巖群變質(zhì)巖系，總體為一單斜構(gòu)造。

1.2 污染源類型及分布

通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)40處較典型污染源的調(diào)查記錄，查明區(qū)內(nèi)污染源主要包括：工業(yè)廢水、生活污水、生活垃圾、工業(yè)廢棄物及養(yǎng)殖場(chǎng)禽畜糞便等。該次將區(qū)內(nèi)污染源類型歸納為：污水排放污染、垃圾堆放污染和禽畜糞便污染3類(圖1)?？傮w來(lái)看，研究區(qū)工業(yè)廢水和生活污水隨意排放的現(xiàn)象較為普遍，污水排放污染多集中在區(qū)內(nèi)三大河流下游，沿河流呈線狀分布；生活垃圾堆放污染多呈點(diǎn)狀分布于村莊及周邊的溝谷低洼處，規(guī)模一般較??；養(yǎng)殖場(chǎng)牲畜糞便污染主要分布在調(diào)查區(qū)中部和南部，規(guī)模多為小型，局部地區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)集中分布。

2 樣品布設(shè)與測(cè)試

2.1 樣品布設(shè)

該次工作布設(shè)土壤剖面7條，按污染源類型將剖面進(jìn)行劃分：污水排放污染類4條；垃圾堆放污染類1條；禽畜糞便污染類2條。

2.2 樣品采集與測(cè)試

探坑挖好后，用竹片去除與金屬接觸的部分，再分深度分別采集土壤樣品，每件采集重量1000g，用棉布袋包裝。樣品檢測(cè)由具有巖礦鑒定與巖礦測(cè)試甲級(jí)資質(zhì)、CMA計(jì)量認(rèn)證證書的國(guó)土資源部濟(jì)南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心承擔(dān)。測(cè)試項(xiàng)目分為重金屬元素、水溶性元素及營(yíng)養(yǎng)元素3類。

圖1 調(diào)查區(qū)主要污染源分布圖

3 結(jié)果與討論

3.1 重金屬元素含量特征及分析

在環(huán)境污染研究中特別關(guān)注的重金屬主要是生物毒性顯著的Hg，Cd，Pb，Cr以及類金屬As，還包括具有毒性的重金屬Cu，Zn等[3]。研究區(qū)各污染源類型重金屬元素含量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 各污染源類型重金屬元素含量平均值(mg/kg)

通過(guò)比較，垃圾堆放類污染對(duì)周邊土壤的重金屬含量的影響最為明顯。7條土壤剖面中Cr含量的順序?yàn)槔逊盼廴绢?禽畜糞便污染類>污水排放污染類；As含量順序?yàn)槔逊盼廴绢?禽畜糞便污染類>污水排放污染類；Hg含量順序?yàn)槔逊盼廴绢?污水排放污染類>禽畜糞便污染類；Cd含量順序?yàn)槔逊盼廴绢?污水排放污染類>禽畜糞便污染類；Pb含量順序?yàn)槔逊盼廴绢?污水排放污染類>禽畜糞便污染類；Cu，Zn亦然?？梢?jiàn)，研究區(qū)土壤剖面中，垃圾堆放類污染造成周邊土壤重金屬含量明顯升高，土壤剖面中重金屬含量的順序主要為：垃圾堆放污染類>污水排放污染類>禽畜糞便污染類。

垃圾堆放的污染方式主要為固體直接污染和滲濾液入滲污染。根據(jù)包丹丹[5]等的研究，重金屬是垃圾滲濾液的主要成分之一。研究結(jié)果表明垃圾場(chǎng)周邊農(nóng)田土壤Cd含量超過(guò)國(guó)家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，Hg，As，Pb，Cr四種元素的含量均高于非污染土壤。隨著距離的增加土壤重金屬含量呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，垃圾堆放點(diǎn)對(duì)周邊大約150m范圍內(nèi)的土壤產(chǎn)生重金屬污染。該次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)雖然目前各個(gè)村莊都設(shè)有垃圾箱和垃圾池，但部分村民固有的亂棄垃圾的習(xí)慣，加之垃圾清運(yùn)不及時(shí)，導(dǎo)致垃圾積存。積存的垃圾傾倒至溝谷、河道內(nèi)，豐水期時(shí)被洪水沖走，繼續(xù)污染下游河道水體。有些垃圾堆放在裸露或半裸露灰?guī)r地區(qū)或采礦石坑內(nèi)，滲濾液直接下滲，污染土壤及地下水。

圖2 各污染源類型重金屬元素含量平均值對(duì)比

曲蛟[6]等研究發(fā)現(xiàn)，葫蘆島市鉬礦區(qū)選礦廠周邊農(nóng)田土壤重金屬含量順序依次為：Cr>Zn>Ni>Cu>Pb>Mo>As>Cd>Hg。該研究區(qū)重金屬含量順序?yàn)椋篫n>Cr>Cu>Pb>As>Cd>Hg，除Cr，Zn順序有顛倒外，與葫蘆島鉬礦區(qū)情況基本一致。表明一般情況下重金屬含量的順序在各地都較為普遍。

3.2 水溶性鹽類含量特征及分析

土壤剖面中水溶性鹽類含量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各污染源類型水溶性鹽類含量平均值(mg/kg)

圖3 各污染源類型水溶性鹽類含量平均值對(duì)比

3.3 營(yíng)養(yǎng)元素含量特征及分析

土壤剖面中土壤常量養(yǎng)分含量結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各污染源類型土壤常量養(yǎng)分含量平均值(mg/kg)

從表3中可以看出，土壤主要常量養(yǎng)分P在三類污染源影響的土壤中的含量，污水排放污染類>垃圾堆放污染類>禽畜糞便污染類；有效P在三類污染源影響的土壤中的含量，污水排放污染類>垃圾堆放污染類>禽畜糞便污染類；全N在三類污染源影響的土壤中的含量，污水排放污染類>禽畜糞便污染類>垃圾堆放污染類；硝態(tài)氮在三類污染源影響的土壤中的含量，污水排放污染類>禽畜糞便污染類>垃圾堆放污染類；銨態(tài)氮在三類污染源影響的土壤中的含量，污水排放污染類>垃圾堆放污染類>禽畜糞便污染類。故一般情況下，土壤營(yíng)養(yǎng)元素受污水排放污染影響最為明顯。

圖4 各污染源類型土壤常量養(yǎng)分含量平均值對(duì)比

田媛等[3]研究認(rèn)為，污水排放可以為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)元素，增強(qiáng)土壤肥力，但是超過(guò)一定限度和量度會(huì)引起重金屬積累，從而造成土壤污染。污水排放后，通過(guò)與地表水體直接混合或者滲入地下的方式污染地表、地下水，污染影響范圍廣，影響速度快。

3.4 選擇性種植研究

不同種類的蔬菜對(duì)土壤中重金屬元素的富集具有差異性[9-10]，由植物自身的生化特性決定。選擇性種植的概念[4，11-12]，就是考慮土壤中重金屬含量特征蔬菜對(duì)重金屬的富集以及土壤的肥力，在查明規(guī)劃種植區(qū)土壤重金屬含量水平的情況下按照蔬菜對(duì)重金屬富集的差異性來(lái)選擇將來(lái)種植蔬菜對(duì)象。即在土壤肥力充足但某一種或幾種重金屬元素富集的土地，選擇對(duì)該重金屬元素富集較少的蔬菜(瓜果)進(jìn)行種植，可以一方面充分利用土壤肥力，另一方面較好的規(guī)避重金屬對(duì)作物的污染。如壽光地區(qū)Pb在各類蔬菜中含量依次為西紅柿>茄子>尖椒>油菜>甘藍(lán)>白菜[13]，則在該土壤含Pb較高的地區(qū)種白菜可較其他瓜果更好的規(guī)避重金屬Pb污染，從而獲得品質(zhì)更好的蔬菜。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)土壤剖面中，垃圾堆放類污染造成周邊土壤重金屬含量明顯升高，土壤剖面中重金屬含量的順序主要為：垃圾堆放污染類>污水排放污染類>禽畜糞便污染類。

(4)土壤主要常量養(yǎng)分在三類污染源影響的土壤中含量的一般順序?yàn)椋何鬯欧盼廴绢?垃圾堆放污染類>禽畜糞便污染類。

(5)污染源中的各類污染元素的擴(kuò)散一般都是以水為載體。排放的污水可以直接下滲，垃圾和糞便通過(guò)水的溶解和淋濾作用形成滲濾液，滲濾液入滲，污染周邊土壤進(jìn)而污染地下水。

(6)在土壤肥力充足但某一種或幾種重金屬元素富集的土地，選擇對(duì)該重金屬元素富集較少的蔬菜(瓜果)進(jìn)行種植，可以一方面充分利用土壤肥力，另一方面較好的規(guī)避重金屬對(duì)作物的污染。

(7)建議在查明地區(qū)土壤各類元素含量的情況下，按重金屬污染程度對(duì)工作區(qū)進(jìn)行分區(qū)，依據(jù)污染程度的不同，選擇不同類型的蔬菜種植，嚴(yán)格施肥，控制農(nóng)殘，以達(dá)到綠色蔬菜、無(wú)公害蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 李非里,劉叢強(qiáng).土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析綜述[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2005,21(4):22-27.

[2] 龐緒貴,戰(zhàn)金成,宋海林，等.山東黃河下游地區(qū)局部生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法與技術(shù)[J].山東地質(zhì),2005,21(9)：35-39.

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[5] 包丹丹,李戀卿,潘根興，等.垃圾堆放場(chǎng)周邊土壤重金屬含量的分析及污染評(píng)價(jià)[J].土壤通報(bào)，2011,42(1):185-189.

[6] 曲蛟,袁星,叢俏，等.鉬礦區(qū)選礦場(chǎng)周邊農(nóng)田土壤重金屬污染狀況分析與評(píng)價(jià)[J].生態(tài)環(huán)境，2008,17(2):677-681.

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Analysis on Characteristics of Various Element Concentration in Soil and Selective Cultivation under Different Pollution Sources in Some Areas in Jinan City

YU Xiaojing1, CHENG Shicai2, BAI Xinfei3

(1. Shandong Zhengyuan Geological Exploration Institute of Chinese Metallurgical Geology Bureau, Shandong Jinan 250101, China; 2. Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Gine Bureau, Shandong Jinan 250013, China; 3. No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Jinan 250014, China)

Soil pollution; heavy metal elements; water-soluble elements; soil constant elements; selective cultivation

2016-05-25；

2016-08-05；編輯：曹麗麗

于曉靜(1982—)，女，山東煙臺(tái)人，工程師，從事水文環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估等方面的工作；E-mail：chengshicai2008@163.com

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于曉靜，成世才，白新飛.濟(jì)南西部地區(qū)不同類型污染源作用下土壤各類元素含量特征及選擇性種植淺析[J].山東國(guó)土資源，2016,32(11)：49-53.YU Xiaojing,CHENG Shicai，BAI Xifei.Analysis on Characteristics of Various Element Concentration in Soil and Selective Cultivation under Different Pollution Sources in Some Areas in Jinan City[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(11)：49-53.