第卷第期 年物与化探五、 了《二五入’,,探郑州地区土壤背景研究在环境评价中的应用张华任天祥孔牡马生明蒋瑞金地矿部物化探研究所,有坊,摘要本文以郑州地区为例,讨论了冲积平原区用地球化学勘查方法进行环境背景值和环境评价方面的研究研究中选择了与人体健康密切相关的重金属、、凡元素,并对三个元 素的区域背景、环魔污染、污染 来源和污染程度进行了论述,指出了郑州地区子玫、元素的污染现状与应注盆的问肠关工润环境评价研究区地质、地理环境概况郑州地区地处华北平原西部,北临黄河,西靠秦岭山脉,向东为广阔的华北平原,年平均气温,多年平均降水量〔’〕卿研究区地势平坦,海拔一,由于河流的冲积作用,形成了西南略高,东北稍低的地势区内分布有黄河和淮河两 大水系,黄河以主干流的形式从研究区北侧由西 向东流经本区研究区西南部淮河上游水 系 的 贾鲁河、魏河、熊耳河、金水河等水系 由西南向东北汇入东风渠后转向西南流出研究区以黄、淮两大水系搬运为主形成了厚层沉积层研究区地 层分布图大体以京广铁路为界,西部为第四系上更新统轻、中、重砂土构成的洪积、冲积层〔’铁路以东为第四系全新统 亚砂土、粉砂土夹薄层淤泥层圃田集以南,十八里河以东出现不连续的风成沙堆积。
除风成沙分布区外,母质层之上发育的土坡主要是潮土类闭研究区内陇海、京广两大铁路千线在郑州交汇,公路四通八达,是我国的主要交通枢纽之一郑州是中原重镇,河南省政 治、经济、文 化中心优越的地理环境和发 达的交 通运输,使郑州市在近三十年内迅速发展成为新兴的工业城市,形成 了以轻纺、印染、化工、烟草、机械加工和制造为特色的工业体系乡镇企业迅速崛起,与城市工业相呼应城 区近郊种植供应市区的蔬菜,其余地 区以种植小麦、水稻、玉米等粮食作物为主农业灌溉用水来自三种不同水源①郑州市区南缘至圃田集一线以南为地下水和河水灌溉区②京水村一圃田集一线以东的黄河水灌区③其西部不包括郑州市区为污水和地下水灌溉区上述工业和农业的生产活动对研究区的背景值调查和环境评价带来不同程度的困难二年匀月‘日欣摘卷一时一同物探与化探丽丽丽匆冲’一一一明菊—币面西,一一一卿一矛矛 葺葺二月月胜胜盗盗封封封封封 亚亚亚亚亚呸呸呸卜一,’,一’,‘,·’,刘阳,, ,阴阴‘亘弓‘匣口巨口应 至习应更口图郑州地区地质图 一浅揭黄色中位砂层,一灰褐色亚砂土,夹浅红色薄层粘土一泥质砂岩与砂质泥岩互层,夹砾岩泥灰岩,一灰白色亚粘土、亚砂土、砂、砂砾石层,一土黄色土状轻一中一重亚砂土土壤垂直剖面元素分布特征元素在土坡垂直剖面上的分布不仅受成土母质和一定自然条件下成土过程的制约,人类活动包括工业、农业等生产活动也会改变土壤剖面上元素的原始分布状态。
研究郑州地区个土坡垂直剖面四种不同深度即一,一,一和上、、元素的分布发现,在土镶剖面上,这些元素分布出现了明显 差 异图①从土坡深部至地表,、、元素含量逐渐增高②升、元素呈明显地表富集型,一的表层、元素含量是深部的至倍③在表层土壤 中呈中等富士犷’ 产盯 、”人‘引哎甲今二粤礴犷馒乒奢罕二图、郑州地区土续中‘区城背最分布图、仓盗毅撼‘郑州市土族垂宜创面地球化学图期张华等郑州地区土壤背景研究在环境评价中的应用集型,其富集的程度不如、元素研究穿过郑州市区由个土 壤垂 直 剖面组 成的、、孙元素剖面地球化学图发现图,、、等元素的浓集中心主要集中在市 区的表 层一土壤中,并由市区向郊区呈逐渐扩散趋势只有一个浓集中心分布在市区偏东部,其含量 向两侧逐渐降低,较高含量偏向东部郊区元素的分布范 围和主要浓集 中心与吻合外,在郑州市区西侧还出现一个较高含量点,在市区东侧浓集区内见两个高值区从总体上看,、的较高含量区分布范围较大,向低含量区的元素含量变化较快,其中表现得尤为明显这种分布特征显示出城区各种物质的散落是导致表层土壤出现高含量的主要因素从图还可以看出,的高含量的分布特征显 示出,其散落物的引发源比较集 中,而含、的散落物较分散且具多个源区。
等人研究了西欧九个 国家十五种土壤剖面的分布表明,在城市的土壤 中,在表层有聚 集现象含量随剖面深 度的增加而减少他们将在土壤表层的积累归于人类活动在大工业 区附近,在 土壤表层的积累尤为明显‘”’郑州市是年代以后发展起来的新兴工业城市,随着工 业生产的飞速发展和人口急剧增长,生活和生产过程排放 的废弃物通过各种渠道进人 土壤,使一些元素随这些物质进入土壤表层等元素在土壤表层出现高含量,说 明其有较充足 的供给源和土壤本身对这些元素具较强的固定吸附能 力土壤中、、的环境背景分布特征土壤坏境背景值是指未受人类活动影响,土壤本身所固有的化学组分的含量,它表征一个区域环境的原始状态目前,地球上很难找到未受人类活动影响的区域,特别是未受人类活 动影响的表 层土壤少见因此,当前研究环境背景的办法多在人类活动影响较少,土壤类型相似的邻 区来实现在实际采样过程 中,很难辨别样品中是否带有人类活 动因素在求取背景值时,也将不可避免地带来人为因素对土壤垂直剖面中、、元素分布特征的研究表明,以下深层土壤 中 元素含量变化不大,受人类活动影响相对较少本 次背景研究为了避开人类活动 的影响,选择了深层一土壤测量方法,采样面积时,采样密度点耐。
研究三个元素异常含量即特异值发现,这些异常呈零星的孤岛状,其 含量 明显高出邻区数倍至十几倍,浓度梯度变 化陡直,无明显过渡梯度带这样的高值区面积不 到全 区的研究 中采用了平均值加减倍标准离差逐步迭 代法消除特异值结果表明,剔除的特异值比较适度,效果比较理想然 后用即名的“窗口”对剔除特异值后的数据进行移动平均处理图、、是经过移动平均后的、、背景分布 图从 图上可以清晰 地 看出、、元素的背景分布特征的高背景带主要出现在郑州市区特别是老市区,攀攀攀几一 以图郑州地区土镶中‘区城背景分 布图呈现近似等轴状,向南北两侧略有扩展郑州市曾是一古考雄市千百年的居民生活和各种物探与匕探卷 翼翼井井粼粼淤⋯角图郑州地区土壤中区域背景分布图图郑州地区土壤中区域背景分布图手工业生产活动可能使当时的土壤受到一定程度的污染,虽经后期运积物的覆盖,在深达 绳的土壤中仍 可发现较高的背景含量研究区西部靠近山 区,该区高含量可能一与含较高的 岩石风化产物及其沉积有关元素的区域背景分布具有一定的共性在研究区偏西部出现 一条展布方向为北东向的高背景带该带从研究区西南部边缘起,经郑州城 西 侧向北 与现 代黄河河床 相接。
对照地质图图发现,该高背带位 蹬 与流经本区的贾鲁河中上游河床 位置比较吻 合研究认为,该处外、高背景带的出现可能主要 与贾鲁河沉积有关,显示 出早期贾鲁河床的位置贾鲁河发源于 邻近的西南山区,有资料表 明,西南山 区为一套含、较高的沉积岩〔“〕这些岩石经风化后进入贾鲁河水 系,沿途 发生 沉积,形成、七高背景带,并呈西南宽,北东较窄的特 点研究发现,现代贾鲁河在郑州北 侧老鸦陈附近东折,一与、高背景带分离其原因可能是早期郑州段黄河尚未成为地上悬河,这 时 的贾鲁河向北直接汇入黄河,成为黄河 支流本次研究所获得 的一,深层土壤中、高背景带可能 是 当时沉积现状的反映而后,黄河逐渐 成为地上悬河,高悬的河床迫使贾鲁河改道东流研究区东北部出现 的高背景带,其分布连续、面积较大,并伴 有较高背景孙出现,反映出古 代黄河淤积 的含量水平上壤环境评价环境背景值和污染指数的确定区域土壤背景分布研究为确定环境背景值提供了良好的基础将、、币元素区域背景分 布中得到的每个点上 的背景值为基础求出算术平均值即得全 区的环境背景值 表土壤环境评价主要研究对象是受人类活动影响最为严重的表层土壤,并以深部土壤中元素含量作为本底对表 层上壤进行评价。
本次研究面积为耐,采用密度点产,采样深度为一的表层土壤用表中列 出的背景值加二倍标堆差得到污染起始值〔” 〕〔‘幻,取整后的污染起始值为卜,为“,为为了更好地对研究 区的土壤环境进行评价,使环境污染评价指标与污染物的生态效应,环境效应和毒理学相联系,研究中引用了中国科 学院地 理研究所等一单位夏增禄等,推荐的土壤临界值 表土壤临界值是期张华等郑州地区土壤背景研究在环境评价中的应用表环境背景值表单位林灯、、元,卜·参 兀霜丁蔽下丽丁丁厂 不露丁赢万丽万了表土魏临界值单位砰灯临界值通过对污染物在不 同生物气候类型和土壤上的生态效应与环境效应综合研究确定的数值〔·〕依据土 壤临界值和污染起始值计算出了各元素的污染分级指数表代表轻污染起始值,代表中污染值,代表重污染起始值即上壤临界值中污染值蔽由晋‘〔·计算得出〔·〕·的中度污 染值采用参考、外的污染分级后用‘倍 轻污染值计算得出根据上述分级标谁对表层土壤中、、外元素的含量进行分级和评价土壤环境评价轻度污染分布面积图染界线大致 与污水灌概区位置吻 合现,研究区污染来源大致有三种约占研究区的,主要分布在郑州市区及近郊其污中度污 染区主要分布在市区内,面积约“。
研究发来 自灌概用污水市区排放的生活和工业污水经表污染分级指数单位卜对月二月 ‘〔刁轻轻污染类类一一一一郑州地区土壤掩污染分布图、洲,月日日 ﹃‘、城气 ︸·,卜一图排水沟进入贾鲁河,金水河、熊耳河等河道,再经提水灌溉农田这些污水虽经污水站作工级污水净化处理,但水中含量仍高达处理后的污水经过河道沉积物吸附、水生生物净化和环境改变而发 生沉淀等降解作用,在一定程度上降低了水中的含量据本次测定结果,水中含量仍达一,比一般河流水中平 均含量刀高数十倍研究区采用污水灌溉始于年代长 期使用污水灌溉农田,可使在土壤 表层聚集可 以以气体形式 向大气中扩散,但被土壤中的有机质、粘上质、铁锰质吸附 滞留的速度大于以气体状态向大气逸散的速度这些土壤中滞留的中有很大部分为对人体危害较大的 甲基汞川大气污染是郑州地区,特 别是市区污染的重要组成部分研究 中挑选 出市区具代表性的七个工厂,并对其厂区抽取大气样采样器距地面高‘杨探与化探卷度为,取样时风 力小于级结果表明,七个工厂厂区大气中平均含 量二,,其 中中药厂和生产日用护肤脂的胜利油脂 化工厂最低,为和岁,农药厂最高,厂区内外分别为和信表这些工厂 内的气含量均 明显高于国家关于废气的最低排放量时的标堆。
研究发现,农药厂大气 中出现高含量主要与农一工厂厂区大气物农单位工一、一厂元素、农药厂中原铝厂化 肥厂火电厂中药厂胜利化工厂玻璃厂 内外农药生产过程中使用 了掩制剂或其它含纯制剂,生产 中的高温流程使从制剂 中挥发出来进入大气研究还发现,其它几个厂区内的较高含量,几乎均与工厂生产过程中的高温生产流程有关生产中或使原料,或使愚料,或在产成品之前经过一个高温过程,温度高达几百乃至上千度,燃料、原料或其它物品中以各种状态存留的在高温条件下释放出来,以气形式从生产中心向四周扩散,形成扩散晕图是从东向西沿郑州市主干大街,拓,护气只弃理黑桌母金谕谕谕图郑州市大气掩浦创圈图,郑州市工业区分布示愈圈一火电厂一中原铅厂,一化肥厂一玻璐 厂,一农药厂,一中药厂,了一胜利化工厂侧制的大气量剖 面郊区气量明显偏低,市区非工业区的气量接 近,高含量大气主要分布在市区的东西两侧,且分布范 围较宽对照 图发现,市区 大 气含量普遍偏高,且靠近工厂分布区,量显著增高,这些的高含量主要与工厂生产过程排放出的气有关靠近市区中心呈北西西向长条状分布的厂区为棉纺织厂集 中区,与高值关系不大进人大气的气态的比重是大气的五倍‘”,大气中主要滞留在大气底层,并通过气体扩散、渗滤、随大气降水和空气冷凝作用等渗入土壤 表 层。
随大气降尘带人土城表层一些工业生产过程向大气排放出大量粉尘,粉尘中或含 有较 高量,或通过化学、吸附等作用吸收大气中形成含较高的粉尘,在厂区及其邻近区城飘落进入土坡这种扩散特点与大气相似,并与气一起以生。