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1、第五卷第九期珠境科学丛刊4g北京土壤中汞的背景值及其区域差异李春兰徐谦(北京市环境保 护监 浏站 )五十年代日本水4吴病发现之后,引起人们重视汞在环境中通过食物链引起慢性中毒的研究。在我国近年来,个别地区也有发现汞慢性中毒的现象.研 究 土壤 中汞的背景值,对于探讨汞的区域环境地球化学特征,评价汞的污染水平,污染趋势的预测预报等等,是十分重要的一项基础性工作.本文是探讨北 京地区农业土壤中汞的背景值及其区域差异,它是“北京主要农业土壤和粮食作物中有毒物质背景值研究”成果的组成部分。用铁锹梅花铲取土.剖面样按土壤发生层次采集,取土时用竹片或木片等非铁工具.采集的土样经风干、磨细过10 0 目筛.
2、一、样品的采集、制备和分、析方法采样点的布设考虑了以下几个原则:避开污灌区 以 及 工厂、居民点等明显污染 源。在城镇和有污染的工厂盛行风向的下风向,采样点距污染源不少于5公里,一般村庄不小于1公里.在交通干线 两侧,采样点 离公路、铁路不小于50米。主要农业土壤类型为潮土与褐土。土壤母质,山区为母岩,平原按不同水系沉积 物和土壤质地.地貌类型:山区、山前倾斜平原、平原.行政区、县。全区共采集3 2个剖面样(共1 55层),97个混合样。合计1 27个耕 层土样,总样品数25 2 个。混合样是。一2 0 公分的耕层混合样.样点所在田块面积在两亩以上,距田埂5米以远,二、土壤中汞的背景值1、背最
3、值可靠性检验在布点时虽然考虑了避开污染源,但仍然难免还会有异常样品的混人,为此对所取得的样品数据,必须进行检验.对于背景值的检验,目前用的有:上、下层比较法( t检验)、平均数加 二倍标准差、富集系数法、4d法或 异常值舍弃法、相关分析法等等。这些方法,都有它定的使用范围,各有其优缺点,故应根据具体情况灵活应用。关于上、下层比较法,对汞来 说是不适宜的.这是因为目前上壤普遍受到了汞的污染,表层均有富集现象。关于这点,下文还将详细讨论。我们对汞的异常值剔除,首先计算总体样本的平均值和标准差.可以认为把大于平均值加三倍标准差的为污染异常值,给予剔除,把大于平均值加二倍标准差,而又小于加三倍标准差的
4、,为污染可疑值。对污染可疑值,进行具体分析,即实地调查一下,在 它所处的 周围,有无采集样品时,未能发现的污染源或有某种自然 因素(如局部小地形,土壤母质以及其它特性等),就是背景值偏高区,然后决定其取舍。根据上述原则,我们剔除了九个数据,剔除率占7.2%.被剔除数 据中的七个集中本文经李庭芳协助弓0坏珑井学丛刊第支卷第九期在朝阳区洼里村附近.根据实地调查,这是由于引用清河镇工业污水浇地的结果.2、兼含,分布类型的到剔背景值的统计方法,决定于元素含且分布类型。呈正态分布或近似正态分布,用算求平均值士标准差表示,呈对数正态或近似对数正态分布的,用几何平均值:标准差表示.因此,我们对北京地区主要农
5、业土城中汞含 t分布类型通过偏度、峰度法,X:、平法和食率纸法等进行检验。其结果表明,北京地区土族中汞含 t分布为对数正态分布,井有正偏斜趋势,即分布型有一长尾趋于较大的变t值(图1,表 1 ). J L L L_奋_. . . / / / / / 声声声 匕匕_里-_j j j 了了了 / / / / / f f f f f1 1 1.11 1 1了了I I I / / / / /了了. 一一了一. 一一一一一州州./ / /. . .乙乙_ _ _.(坎)截版落璐叨幼劝余) 任班贫恶l l ll l l , ,. . .日日山山 州州了犷一一 夕少I I I1 1 1.尹l l l ! !
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8、1琳琳2.6 23 3 3.。吸4, ,3。.U U U1二能第五卷第九期表2坏境科学丛刊孰北京地区农业土壤中来的 背景位(p pm)景一 样品数 土全距范围背景值几何 平均值 (二)范(二围 草S)全市合计0.0120.925005马0.031阳二1妞0.0120.2肚0.0310.2950.0420。07 10.022970.0360.妞1土土褐潮以看出北京农业土旗中汞的含量在一般报导的.值范围之内,而与 南 京、上海相比是偏低表3国内 外土壤中汞的含量样品数(个)背 地全 距范围景值 文献 平 均值范围北京农业土坡南京上海第二松花江流域世界土壤日本土坡U6230.012二2 950.02
9、40.4800.01 9心0.11 3美国密耀州农业土叫2.3 )以下各表中此栏,均同上说明.表5发育在不 同母 质土壤中禾含童的差异(pp.)点 个 )一一一一一二犷下, 丁一一一一一一一一一一一一一一,一一一一一一 母质平均值变异系数差异显著性a6大一6Jjlaaa的幼O曰.n自0101臼O.31 321 0 1 53 2们曰肠7 0T 4的 U一“一n 助的 Un”l的助几“n臼U n一1 11介 Un氏匕吐.上卜n片麻岩灰岩一沙页岩凝灰兴花岗岩黄土性物质洪、冲积物表9各区、县 平 原土攘中永含 量的差 异(p pm)县、区样点数 (个)平均值变异系数差异显著性111 1111,且x,l
10、Cd.ddCd.bCO Cbba.b,曰5介 Ugn翻9501nO臼启七,山暇甘心do臼暇口一托0.0390.081月几 n的U.0勺月性的0 40 4肠0 7U 2 0 1 1 朋的臼一n比U的“工n仙的”51 4 2 2了幼61 27业谷山义县兴平淀台阳平房顺通大昌海朝丰性水平,可认为是本质性 的差异。本文对区域差异的分析是应用方差分析、多 重 比较新复极差检验法,显著水平a=。.0 5整个计算过程应用T,一5,型计算器进行.表5中看出,不同母质土壤 中汞含量没有显著性差异,说明母质因素对汞 的区域差异影响不突出.温榆河水系沉积物土坡中汞含量显著偏高,大石河、永定河次之;远离城区的沟河、潮
11、 白 河 偏 低(详见表4、附图I).各区、县平原土坡相比,近郊的丰、朝、海显著偏高,远郊区县显著偏低(详见表6、附 图1 1 ).土坡 中汞含量的纵向分布,基本特征是表层最高,随深度的增加其含量是递减的.为了说明汞在不同层次 上富集状况,我们根据TO:抗风化能力强,相对不移动的特点,用TfO;作为参比元素,计算出汞的富集系数(假设# l l面各 层母 质 基本相同)进 行 比较.(见表7 )HgM/TIO:富集系 ”=思籍哥(土壤底 层)式中HgM为汞 的含 量。如富集系数1,表示有外来物质的侵入,富集系数1,表示有淋溶.从表7对比中,潮 土表层富集系数要大于褐土,随深度其富集系数的递减率也
12、高于褐上.耕作土与自然土壤相比,也是同样的情况。从上面北京地区土镶中汞含量区域差异和纵 向分布特征的分析,不难看出影响土壤中汞含量区域差异的主要因素是人类的经济活动,而自然因素(成土母质、土镶质地、第五卷 奋二二二二二二=之三二云=一呱一一一一一第九期二二二二二二二二二二=之二全三匕一二一三三公匕 言一一一一丝一兰璧_科学丛刊、 、 、 、矛矛矛矛 、 、 、 、子子子子土土土缸!)飞飞 举举举廊叫叫叫叫叫刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃曳曳曳丰气气L P P P P P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1巨巨巨巨巨口口田田巨巨 侧,
13、 固固巴巴【 三 二二下下! 叼I _l l l矛, 巴巴 日日L且且匕匕l、tL L L门门门r0大兴兴日酥酥下一一)“八八-匕匕 哆哆哆冷冷而一i 汗汗尸尸飞 卜U U U 口口口口口l 庄庄正正f马 附图I说明北京平 原 各水系沉积物上发育的土壤中H夕含 量的差异图1.土壤中Hg的平均值0.0 8pp二.区域系数为某一水系沉积土壤中元素平均含最与区域 内总习Z街乙卜昌白 5降左苏DJ下拍层币表7各土攘类型剖面各层 次来的富集状况土壤层次/3.01!_一一飞产一一荀一 i一一七 澳二)三奎二二自然土壤褐土一一-一,一一一一一一一一, 一一一-一一一一一一2.08山地棕壤山地淋溶褐土1.15
14、1.010.58一一. 一一一一一-一一-一2.211.奴0。660.65/环境科学丛刊第五卷第九期附图n北京各区、县平 原土壤中Hg元素含量差异图说明:平原士壤中Hg含量的平均值o.118pp“.有机质含量)相对地降为次 要因素.为 了进一步证实这 样 一个客观事 实,我 们分析了近郊(海、丰、朝区)与远郊土壤表层 和底层(6口公分以 下)汞含量的 差异(表 8 )。表层汞的含量,由于受到人类活动纯度的不同影响,使近郊显著地大于远郊;而土坡底层(成土 母质),这种差异就极不显著,全距范围也小。表8近郊 与远郊土攘表层 与底层含永量印p叫的比较. .侧 .,. . 目. . . . . . .
15、一一,.口 .叫 . . ., 曰近郊(5)份平竺一生一一全一竺一一。2。“”“ 一”2 “”_,_,_ 竺互_匕竺_i竺 卫兰._习_._,_远砰工匀值(11)全距表层(0、20em)底层(20e口以下)0.0460.01叨0.016一0.0710.010一0.029.为样品数第五卷第九期环境科学丛刊5 5北京农业土壤中,影响其它元素的区域差异的主要因素是 成土母 质和土壤形成条件.,所以汞是例外。这就 绘人们提出这 样的问题:前面论述的北京土壤中汞含 量能否作为背景值?!我们 的答复是肯定的.其理由是:由于汞在常温下具有很强的挥发性,它能随 大气环流而 迁移,扩 散面很广,故在工 农业 发达的今天,土壤普遍受到了污染,尤其像北京、上海这样的大 城市周围更是如此.根据有 关 文献报导,汞在化石燃料燃烧过程中,排放出来的量 与岩石风化过程中释放出来的大体相 当.它 的工艺可取指数仅次于碳、氯、金、铅,名列第五,说明了汞是人类环境中广为污染 的元素.所以,汞 的背景值,只能是避开明显的污 染源土壤中取得,它是 代表某个历史时期上壤中汞的含量。主要参考文献1中国科学院土壤背景 协作组,土壤学报,1 6,3妈( 19丫9 )2朱颜明等,第二松花江环境科学论 文集,1.吉 林人民出版社,19韶。(3高
