城市土壤中的鉛可以通過手-口接觸、 呼吸道吸入和皮膚接觸等途徑進入人體,造成人體鉛暴露并危害人體健康,因此了解城市土壤鉛含量狀況有十分重要的意義。 近年來,國內外大量文獻報道了我國城市土壤鉛的污染現狀,研究顯示廣州、南京和杭州等城市土壤均受到不同程度的鉛污染. Cheng 等在2013 年的綜述中報道我國 31 個省會城市土壤環境鉛含量平均值為 45.3 mg/kg,其 在采樣時考慮了城市土壤的功能,但是在分析時沒有對不同使用功能的城市土壤進行描述。 而我們在文獻整理分析時發現城市土壤的使用功能不同,鉛含量也存在明顯的差異。 本文的主要目的是描述我國城市生活環境土壤鉛含量和污染狀況, 在收集國內外相關文獻資料的基礎上,通過整合分析描述我國城市生活環境土壤鉛含量的現狀,以期為我國城市生活環境土壤鉛污染的管理決策和治理提供科學依據。 本文的城市生活環境土壤包括城市生活區、商業區、城市廣場、居民區和交通區的土壤。
1 材料與方法
1.1 文獻收集及篩選
采用中文關鍵詞“城市土壤/鉛/污染/重金屬”和英文關鍵詞 “urban soils/lead/ pollution/heavy metals”在CNKI、 萬 方 、 維普和 Science Direct、Google Scholar、PubMed 等 數據庫檢索 2000-2014 年 公開發表的相關中英文文獻,并按以下原則進行篩選:1)文獻明確報道了采樣城市及土地利用方式;2)可從文獻中得到土壤鉛含量平均值或能計算出平均值;3)土壤鉛含量的單位為 mg/kg 或 μg/g;4)土壤采樣深度為 0~20 cm.
共篩選出相關中英文文獻 44 篇, 涉及 20 個省的 33個城市,有效樣本量大于 4705 個,土壤樣品的采樣時間為 1999-2013 年。 鉛的測定方法包括原子吸收分光光度法 (52.3%)、 電感耦合等離子體發射光譜法(22.7%)、X 射線熒光光譜法(15.9%)和電感耦合等離子體質譜法(9.1%)。
1.2 數據整合與評價
根據文獻報道的城市土壤鉛含量計算相應城市的算術平均值, 并用計算的城市平均值與當地土壤鉛背景值的比值評價城市土壤鉛的累積程度;采用單因子污染指數法評價城市土壤鉛污染的程度。 單因子污染指數是土壤中金屬的濃度與其標準限值的比值,當P ≤ 1 時,表示土壤未受污染;當 1 < P ≤ 2 時,表示土壤受輕度污染;當 2 < P ≤3 時,表示土壤受中度污染;當 P > 3,表示土壤受重度污染。 根據相關研究,本文采用 100 mg/kg 作為城市土壤環境鉛含量的標準參考值[7].
2 結果分析
2.1 城市土壤鉛含量
整合分析結果顯示,我國城市生活環境土壤鉛含量平均值為 65.0 mg/kg ± 44.7 mg/kg(范圍:1.7 mg/kg~207.2 mg/kg);84.8%(28/33)的城市土壤平均鉛含量高于當地土壤環境背景值,表明我國城市土壤環境普遍存在鉛的累積現象;土壤鉛的污染指數平均值為 0.65(范圍:0.02~2.07),12.1%(4/33) 的城市土壤鉛污染指數大于 1,其中廣州、杭州和上海 3 個城市屬于輕度污染,福建省泉州市城市土壤鉛的污染指數大于 2,為中度污染。 卓文珊等報道了廣州市城區的鉛含量平均值為 187.0 mg/kg, 是廣州市土壤鉛背景值的 4.0 倍,污染指數為 2.97,主要與廣州城市化進程中交通流量急速增大以及工業物質運輸有關[8]. 2005 年正在改建中的上海世博會規劃區土壤的鉛含量平均值為 127.6mg/kg,是上海市背景值的 7.4 倍,污染指數為 1.28,土壤受到輕度污染,這和工地施工等有一定的關系[9]. 吳新民等報道了南京市土壤的鉛含量平均值為 117.1mg/kg, 是南京市土壤鉛背景值的 5 倍, 污染指數為1.17, 研究發現工業區中的廢氣沉降對城市功能區土壤中的鉛含量影響很大[10]. 另外有研究指出南京市土壤鉛污染主要受道路交通和人為活動的影響[3]. 王美青等報道杭州市區土壤中的鉛含量平均值為 137.3mg/kg,是杭州市土壤鉛背景值的 5.8 倍 ,污 染指數為1.37,杭州市作為浙江省政治、經濟和文化中心,交通流量大、各項經濟貿易、文體和商業等活動較為頻繁是導致鉛污染的主要原因[11]. 林曉峰用因子分析法對泉州市城市表層土壤中的鉛污染來源進行探討,認為鉛主要來自交通污染和工業污染[12].Lu 等研究指出廣州市區土壤鉛含量的平均值為 121.6 mg/kg,是廣州市土壤鉛背景值的 2.6 倍,污染指數為 1.21,作者認為可能與樣品多采集于工業區和商業區有一定關系[2]. 我國部分城市土壤環境鉛含量詳見表 1.
2.2 城市土壤鉛含量的空間分布特征
我國不同城市土壤環境鉛含量差異較大,總體來看南方城市土壤鉛含量高于北方地區。 在我國的東南沿海地區、西南的成都以及北方的烏魯木齊和長春等城市土壤鉛污染相對較重,這可能與城市土壤鉛含量的高低、城市工業結構及經濟水平有一定的關系。
2.3 城市土壤鉛含量的變化趨勢按照土壤樣品的采集時間,選擇 2005 年作為分界將研究數據分為兩組,對于未報道采樣時間的文獻,以其發表時間減去兩年作為其樣品的采樣時間。 采樣時間在 1999-2005 年之間的研究, 鉛含量平均值為71.9 mg/kg, 在 2006-2013 年之間的為 45.1 mg/kg,表明我國土壤環境鉛含量有隨時間下降的趨勢。
3 討論
3.1 我國城市土壤鉛含量水平及鉛污染的整體情況
本研究顯示, 我國城市土壤環境鉛含量總體不高,但是局部地區存在輕度或重度污染;土壤的污染水平有隨著時間變化降低的趨勢,其原因可能與我國禁用含鉛汽油,同時與我國環境污染治理,重工業企業逐漸遷出市區,各類污染企業被關閉或整改使城市工業污染情況逐年改善有密切關系。 國外對一些城市土壤環境鉛含量進行了廣泛研究,如墨西哥城市土壤鉛含量平均值為 82.0 mg/kg[49],格魯利亞斯科城市土壤鉛含量平均值為 77.0 mg/kg[50],工業區較多的加濟阿巴德城市土壤鉛含量平均值為 147.0 mg/kg[51]. 本次研究中,我國城市土壤環境鉛含量為 65.0 mg/kg,總體低于墨西哥、格魯利亞斯科和加濟阿巴德等城市土壤環境鉛含量水平。 本研究結果高于 Cheng 等報道的我國城市土壤鉛平均值(45.3 mg/kg),其原因之一是Cheng等所研究的城市均為省會城市,沒有包括其它土壤鉛含量較高的非省會城市(如泉州市等);其二,本研究納入分析的文獻土壤樣品采集時間為 1999-2013年, 也會在一定程度上影響城市土壤環境鉛含量水平,導致土壤鉛含量偏高。
3.2 我國城市土壤鉛的污染來源情況
對城市土壤鉛含量及其污染來源進行分析發現,工業活動、城市交通以及人為活動是土壤鉛污染的主要來源。 工業污染主要是城區的工業企業排放的煙塵或粉塵(包括城市建筑行業產生的建筑粉塵)等通過大氣干濕沉降致土壤污染;交通污染主要是機動車輛排放的廢氣以及車輛構造磨損物通過大氣擴散沉降和降雨攜帶進入土壤。 另外,有研究表明,含鉛汽油的使用也對土壤鉛污染有貢獻,盡管我國已經普遍使用無鉛汽油,但是原來使用含鉛汽油時進入土壤中的鉛仍累積在土壤中[52]. 經濟貿易、文體和商業活動等產生的大量生活垃圾和固體廢棄物也可以直接污染城市土壤。
4 小結
本研究主要對我國部分城市土壤環境鉛含量進行了整合分析,并評價了我國城市土壤環境鉛的累積與污染狀況,并結合文獻報道對我國城市土壤環境鉛污染來源進行了簡要的分析。 結果表明:1)有 84.8%(28/33)的 城市土壤鉛含量超過當地背景值,我國城市土壤環境鉛的累積現象普遍;2)12.1%(4/33) 的城市土壤環境鉛的污染指數大于 1,廣州、杭州和上海 3 個城市的污染指數介于 1 和2 之間, 土壤存在輕度鉛污染; 泉州市污染指數大于2,土壤受到鉛的中度污染;3)土壤環境鉛含量有隨時間下降的趨勢。 1999-2005 年 間采集樣品的鉛含量平均值為 71.9 mg/kg,2006-2013 年間的為 45.1 mg/kg;4) 根據文獻報道城市土壤鉛的污染來源分析發現,在工業活動頻繁和交通密集的地區,土壤受到的污染較嚴重。