長島縣南五島土壤地球化學(xué)特征及環(huán)境質(zhì)量評價

衣偉虹，王松濤，王江波，郭志謙，厲耘

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021)

長島縣南五島土壤地球化學(xué)特征及環(huán)境質(zhì)量評價

衣偉虹，王松濤，王江波，郭志謙，厲耘

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021)

以長島縣南五島土壤為研究對象，對區(qū)內(nèi)土壤元素的含量特征進(jìn)行分析，并對土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價。結(jié)果表明：研究區(qū)土壤平均含量與煙臺市、山東省以及全國土壤平均水平相比，除CaO,Na2O,Hg,S,Se,P,F元素含量差異較明顯，其他大部分元素含量相對穩(wěn)定，元素含量的高低不僅與研究區(qū)背景條件有關(guān)，也與人類活動密切相關(guān)。研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量整體較好，大部分區(qū)域?qū)儆谇鍧崊^(qū)和尚清潔區(qū)，僅城區(qū)局部受到一定程度的Cd,Hg,Zn污染。

土壤地球化學(xué)；質(zhì)量評價；重金屬；長島縣

土壤不僅是環(huán)境演變的產(chǎn)物，也是承載環(huán)境演變信息的重要載體。地球化學(xué)元素在土壤中的遷移、分散和富集，直接影響到土壤質(zhì)量的變化。對海島土壤元素地球化學(xué)分布特征的研究，有助于進(jìn)一步了解和掌握海島土壤質(zhì)量狀況，為合理開發(fā)利用海島資源，保護(hù)海島生態(tài)環(huán)境提供更好地幫助和地球化學(xué)理論依據(jù)。

1 研究區(qū)背景

長島縣地處渤海海峽，膠東和遼東半島之間，黃海、渤海交會處，南臨蓬萊，北倚大連，是我國唯一的海島國家地質(zhì)公園，是國家級重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)。研究區(qū)位于長島縣南部，包括南長山島、北長山島、大黑山島、小黑山島和廟島在內(nèi)的5個海島，總面積31.35km2。

該區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)氣候，因受冷暖空氣交替的影響，加之海水的調(diào)溫作用，春季風(fēng)大回暖晚，夏季雨多氣候涼，秋季干燥降溫慢，冬季風(fēng)頻寒潮多。區(qū)內(nèi)以低山丘陵為主，局部可見黃土地貌、海積平原和海蝕地貌。島上第四系不發(fā)育，沉積主要為殘坡積層。土地類型主要為林地、耕地和居民開發(fā)建設(shè)用地等。

2 樣品采集與分析

長島縣南五島土壤環(huán)境調(diào)查按照每平方公里采集10件土壤樣品，每件樣品由5個不同位置的土壤組合而成，土壤采集深度為20cm以淺的表層樣，總計(jì)取表層土壤樣品342件，其中南長山島取樣147件，北長山島取樣87件，大黑山島取樣80件，小黑山島取樣12件，廟島取樣16件。土壤樣品經(jīng)干燥、揉碎、過篩等系列過程，送實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析，送樣重量250g。分析測試主要依據(jù)地球化學(xué)普查規(guī)范(DZ/T0011-1991)，采用Axios熒光光譜儀、PF6-3非色散原子熒光光度計(jì)、XGY-1011A原子熒光光度計(jì)等儀器設(shè)備，在溫度20℃～24℃，相對濕度52%～62%的環(huán)境條件下進(jìn)行。

3 土壤元素地球化學(xué)特征

3.1 元素含量統(tǒng)計(jì)特征

土壤元素受自然條件和人類活動影響，其空間分布具有明顯差異性。研究區(qū)土壤各元素含量平均值及其與各地區(qū)比值統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 研究區(qū)土壤部分元素地球化學(xué)參數(shù)

注：①SiO2，TFe2O3，Al2O3，CaO，MgO，K2O，Na2O的單位含量為%；pH無量綱；其余元素含量單位為μg/g。②Ky為研究區(qū)土壤與煙臺市土壤比值，Ks為研究區(qū)土壤與全省比值，Kg為研究區(qū)土壤與全國比值。

(1)與煙臺市土壤元素含量對比[1]：研究區(qū)CaO，Hg，S，P，Se元素含量明顯偏高；是煙臺市土壤元素平均水平的2倍以上；MgO，Pb，Cd，Zn，As，Cu，Cr，Mo，pH含量略高于煙臺市平均水平；其他元素含量均低于煙臺市平均水平，其中Na2O，F(xiàn)元素表現(xiàn)最明顯，僅為煙臺市的0.60，0.56倍。

(2)與全省土壤元素含量對比[2]：研究區(qū)土壤元素含量偏高的有CaO，MgO，Pb，Cd，Hg，Zn，As，Se，pH；其中Hg元素含量是全省平均水平的3.16倍。其他元素含量基本偏低，其中Na2O，F(xiàn)含量僅為全省平均水平的0.69，0.51倍。

(3)與全國土壤元素含量對比[3]：CaO，MgO，K2O，Na2O，Pb，Cd，S，P，pH含量相對于全國平均水平偏高；其中S元素偏高倍數(shù)高達(dá)3.23。其他元素大部分低于全國平均水平，其中F，Se元素含量僅為全國平均水平的0.54和0.69倍。

3.2 元素特征探討

(1)土壤中元素含量的多少不僅與土壤背景值有關(guān)，也與人類活動密切相關(guān)。通過對研究區(qū)土壤元素含量的對比分析，區(qū)內(nèi)CaO，S，P含量明顯高于各地平均水平。P是土壤一級營養(yǎng)元素，CaO和S是土壤二級營養(yǎng)元素[2]，其含量的多少與耕作施肥有一定關(guān)系。

此外，工、農(nóng)業(yè)污水的排放和灌溉也會對土壤中S，P元素的含量產(chǎn)生影響，進(jìn)而對土壤造成一定的污染。CaO是建筑降塵的特征元素[4]，海島景區(qū)、道路等建設(shè)施工中使用的大量水泥、石灰等建筑材料在一定程度上造成了CaO含量的升高。

(2)F也是土壤污染元素之一，含量過高和過低都是引起潛在污染和地方病的隱患。土壤中F元素的來源主要有2種，火山噴發(fā)是自然界土壤累積氟化物的主要來源；人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的含F(xiàn)廢棄物是土壤中F元素的另一個來源，其中以工業(yè)F源為主。

研究區(qū)F元素含量明顯低于煙臺市、全省和全國的平均水平，而缺F易發(fā)生蛀齒、骨質(zhì)變形和貧血等癥狀。推測區(qū)內(nèi)土壤中F元素的含量與土壤母質(zhì)、巖石類型密切相關(guān)，此外研究區(qū)的特殊地理位置也可能對土壤的淋溶作用造成一定的影響，進(jìn)而影響到F元素的遷移。

(3)與煙臺市土壤重金屬元素平均水平相比，研究區(qū)8種重金屬元素Hg，Cu，Pb，Zn，Ni，As，Cd，Cr中Hg，Cu，Pb，Zn，As，Cd含量均偏高；Ni含量偏低，Cr元素含量基本一致；與全省土壤重金屬元素平均水平相比，Hg，Zn，Cd元素含量偏高；Cu，Ni，Cr含量偏低；Pb，As基本一致；與全國含量相比，僅Cd元素含量偏高，Ni，As含量偏低；其余5中元素含量基本一致。

重金屬含量的多少不僅受研究區(qū)自然條件的影響，還與海島居民的生產(chǎn)生活密切相關(guān)。島上巖石風(fēng)化破碎形成的松散碎屑和土壤，是重金屬的部分來源；海島耕地和果園等農(nóng)業(yè)用地中大量農(nóng)藥、化肥的使用是重金屬元素的重要來源之一；城區(qū)開發(fā)建設(shè)過程中的一些工業(yè)排放，以及生活污水的排放等也是重金屬的重要來源之一[5]。

(4)此外，Cu，Zn，K，Mg，Mn，Mo等元素的含量變化還與植物的吸收有關(guān)；Se元素的含量與污染程度密切相關(guān)[6-7]。

4 土壤環(huán)境質(zhì)量評價

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[8-9]，采用單因子評價和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評價法對研究區(qū)土壤質(zhì)量進(jìn)行評價分析，分析采用二級土壤標(biāo)準(zhǔn)，選取Cu，Pb，Zn，Cd，Cr，Hg，As，Ni 8種重金屬元素為評價因子。

4.1 單因子污染評價

單因子評價計(jì)算公式：

Pi=Ci/Si

式中：Pi為i污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)，Ci為i污染物的實(shí)測值，Si為i污染物的標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)單因子污染評價，區(qū)內(nèi)污染元素為Cd，Hg，Zn 3種；Cd元素污染主要集中在南長山島雀嘴村至北山社區(qū)居委會之間的部分區(qū)域，屬于輕度至中度污染。Hg元素污染主要集中在黑石嘴村至餑山之間的部分區(qū)域，屬于輕度至中度污染；葫蘆頭山至大紅礁之間的部分區(qū)域，屬于輕度污染。Zn元素污染主要集中在南長山區(qū)鎮(zhèn)人民政府附近區(qū)域，屬于輕度污染；英山小區(qū)南海邊附近區(qū)域，屬于輕度污染；南長山島雀嘴村至北山社區(qū)居委會之間的部分區(qū)域，屬于輕度至重度污染。其他5種元素未見污染。

4.2 綜合污染評價

土壤綜合污染指數(shù)評價是根據(jù)內(nèi)梅羅污染指數(shù)公式，采用五級劃分標(biāo)準(zhǔn)對綜合指數(shù)P進(jìn)行分級(表2)。計(jì)算公式：

根據(jù)土壤綜合評價結(jié)果(圖1、表3)，區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域?qū)儆谇鍧崊^(qū)，面積可達(dá)30.7km2，占總面積的97.9%；尚清潔區(qū)面積較少，約0.38km2，占1.2%；輕度污染區(qū)面積約為0.18km2，占總面積的0.6%；中度污染區(qū)面積約為0.06km2，占總面積的0.2%；重度污染區(qū)面積約為0.03km2，占總面積的0.1%。污染主要分布于長島縣城區(qū)一帶，這種分布特征是由于該區(qū)人類活動密集，各種工業(yè)、生活廢棄物、污水以及汽車尾氣的排放量大，造成重金屬元素含量的增加。

表2 土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)

圖1 研究區(qū)土壤綜合污染分布圖

等級分布范圍面積/km2備注Ⅰ大黑山島、小黑山島、廟島以及南北長山島內(nèi)大部分區(qū)域30．7清潔Ⅱ南長山島英山小區(qū)南海邊、南長山區(qū)政府、黑石嘴村東；北長山島葫蘆山頭西北附近區(qū)域0．38尚清潔Ⅲ南長山區(qū)政府、雀嘴村東附近區(qū)域；北長山島葫蘆山頭西北0．18輕度污染Ⅳ南長山島雀嘴村東附近區(qū)域0．06中度污染Ⅴ南長山島雀嘴村東附近區(qū)域0．03重度污染

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)土壤與煙臺市土壤元素含量對比，CaO，Hg，S，P，Se，Cd，As元素含量明顯偏高；Na2O，F(xiàn)元素含量明顯偏低；與全省土壤對比，Hg，Se元素含量明顯偏高，Na2O，F(xiàn)含量顯著偏低；與全國土壤相比，S元素含量顯著偏高，F(xiàn)，Se元素含量偏低。元素含量的高低不僅與土壤背景值有關(guān)，也與人類活動密切相關(guān)。

(2)根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量分析，研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量整體較好，大部分區(qū)域?qū)儆谇鍧崊^(qū)和尚清潔區(qū)，僅局部受到一定程度的重金屬污染，污染元素主要為Cd，Hg，Zn。

[1] 龐緒貴，陳鈺，劉漢棟，等．山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值與背景值[J]．山東國土資源，2014，30(8)：21-26．

[2] 王存龍，蔣文惠，趙西強(qiáng)，等．山東樂陵河口地區(qū)土壤質(zhì)量評價與地力提升技術(shù)研究[J]．山東國土資源，2013，29(12)：57-63．

[3] 鄢明才，顧鐵新，遲清華，等．中國土壤化學(xué)元素豐度與表生地球化學(xué)特征[J]．物探與化探，1997，21(3)：161-167．

[4] 代杰瑞，祝德成，龐緒貴，等．濟(jì)南市土壤元素地球化學(xué)特征及環(huán)境質(zhì)量[J]．中國地質(zhì)，2015，42(1)：308-316．

[5] 王蕾．城市內(nèi)河沉積物重金屬的分布特性及異位生態(tài)修復(fù)研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012．

[6] 龐緒貴，陶建玉，李建華，等．山東省小清河中下游地區(qū)土壤地球化學(xué)特征[J]．山東地質(zhì)，2002，18(5)：44-47．

[7] 衣偉虹，王松濤，王江波，等.長島縣南五島地下水環(huán)境質(zhì)量評價與分析[J].山東國土資源，2015，31(11)：47-50.

[8] GB15618-1995．土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[9] HJ/T166-2004．土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]．

Geochemical Characteristics and Environment Quality Evaluation of Soils in Five Islands of Southern Changdao County

YI Weihong, WANG Songtao, WANG Jiangbo, GUO Zhiqian,LI Yun

( No.4 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Weifang 261021, China)

：Taking the soil of five islands in the south of Changdao county as the study objects, characteristics of elements content have been analyzed, and soil environment quality has been evaluated. According to the results, comparing with average content of soil in Yantai city, Shandong Province and the whole country, there is an obvious difference in CaO, Na2O, Hg, S, Se, P, F; however, for other element content, it is relatively stable. The element content is not only related to the background conditions of the study area, but also closely related to human activities. The soil environmental quality of the study area is generally good, most of the areas belongs to clean zone and proximity clean zone, while only parts of the urban areas are polluted by Cd, Hg and Zn.

Soil geochemisty; quality evaluation; heavy metal elements; Changdao county

2016-03-23；

2016-04-11；編輯：曹麗麗 基金項(xiàng)目：山東省地勘項(xiàng)目“山東省海島綜合地質(zhì)調(diào)查”(魯勘字(2013)77號) 作者簡介：衣偉虹(1985—)，女，山東棲霞人，工程師，主要從事水工環(huán)及海洋地質(zhì)調(diào)查工作；E-mail:dz_ywh@163.com

S15；P595

B

衣偉虹，王松濤，王江波，等.長島縣南五島土壤地球化學(xué)特征及環(huán)境質(zhì)量評價[J].山東國土資源，2016,32(12)：37-40.YI Weihong, WANG Songtao, WANG Jiangbo, etc.Geochemical Characteristics and Environment Quality Evaluation of Soils in Five Islands of Southern Changdao County[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(12)：37-40.