兰州市土壤汞污染的现状及成因分析_苏静

城镇环

境

能源与环境

ＣＮ３５－１２７２／ＴＫ

兰州市土壤汞污染的现状及成因分析

苏

静

程金平

王文华

上海

（上海交通大学环境科学与工程学院

２００２４０）

摘要：为了探讨兰州市土壤汞污染的现状和迁移规律，对兰州市典型地区土壤进行分层取样分析，调查了兰州市土壤汞总含量水平和土壤剖面中汞的垂直分布规律。结果发现兰州市调查区各点土壤未达到汞污染水平，但表层土壤汞含量超出兰州市汞的背景浓度，有逐渐富集趋势。在对土壤中汞含量与有机质含量的相关性研究中，发现在未受到人为影响的地区，土壤中汞含量与总有机碳含量有较好的相关性，而在工业区，由于局部污染源的影响，土壤汞含量与有机质相关关系较差。

关键词：土壤

汞污染

兰州

成因分析

文章编号：１６７２－９０６４（２００６）０１－００６９－０４污染的进一步恶化提供了初步的参考。

中图分类号：Ｘ１７１．４

文献标识码：Ａ

土壤是汞元素的重要源集汇，土壤汞含量与其他环境介质中汞含量紧密相关［１］。对土壤中汞元素的分析对于了解各地整体的汞的污染状况具有重要的意义。甘肃省兰州市是一个典型的中国北方工业燃煤城市，其工业排放量较大，城市土壤环境质量遭“三废”到严重影响［２］。大气中的汞污染物可以通过干湿沉降向土壤转移［３］，并在土壤中富集和转化［４］，从而形成土壤汞污染

［５］，［６］

１

１．１

材料和方法

研究区可能汞污染源介绍

兰州市的主要污染企业包括原兰州钢厂和第二

热电厂，它们位于兰州市的城东，能耗及排污量大，同时又位于兰州市全年主导风的上风向，构成了市区大气颗粒物污染的主要来源。兰州炼油化工总厂、兰州化学工业公司位于西固区，也是大气颗粒污染物的主要来源。以上污染源通过含汞颗粒物的排放和沉降，进而影响到兰州市土壤的污染水平。

，破坏土壤功能。兰州市土壤中汞的元

素分析有助于分析北方燃煤型工业城市的工业发展对土壤污染的影响。刘清等认为兰州市土壤汞污染主要受到机械工业和道路交通的影响［７］。也有研究分析了兰州市大气及灌溉水对土壤环境质量的影响［２］。本文主要研究了兰州市典型城区土壤汞的污染状况及各点的竖向分布，分析揭示了兰州市土壤汞的现状，以及汞污染的可能来源和成因，为预防兰州市土壤汞

１．２采样点分布及采样方法

采样布点沿主风向（东风）从城东兰州钢厂开始，

经过市中心，一直延伸到城西的兰州铝厂，以仁寿山为对照点，共采集５个样点，各样点分布和描述见图

１和表１。

图１土壤采样点位置示意图

作者简介：苏静，女，上海交通大学环境科学与工程学院硕士研究生，研究方向：污染物在环境中的迁移转化。

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城镇环境

表１

采样点

行政区城关区城关区西固区西固区安宁区

采样点所在地区及分布情况

功能区类型原工业区种值区工业区工业区对照点

图表标注

地点／简称原兰州钢厂（兰钢）马滩

兰炼宾馆（兰炼）兰州铝厂（兰铝）仁寿山公园（仁寿山）

１２３４５

Ｓｔｅａｌｆａｃｔｏｒｙ（ＳＦ）Ｍａｔａｎ（ＭＴ）Ｏｉｌｒｅｆｉｎｅｒｙ（ＯＲ）Ａｌｕｍｉｎｕｍｆａｃｔｏｒｙ（ＡＦ）Ｒｅｎｓｈｏｕｓｈａｎｐａｒｋ（ＲＰ）

取样方法：以直径４０ｍｍ，长５０ｍｍ的土钻，取土壤剖面样，并分为８个采样层次，即０～５０ｍｍ、６０～

１００ｍｍ、１１０～１５０ｍｍ、１６０～２００ｍｍ、２１０～２５０ｍｍ、２６０～３００ｍｍ、３１０～４００ｍｍ、４１０～５００ｍｍ。每个采样区以蛇形

采样法采集１０个样点，对应的各层土壤混合均匀后用四分法获得该样区土样。

频数％

１．３样品的分析

田间新鲜土样去除植物残体及土壤侵入体后，于

阴凉通风处风干、研磨、混和均匀过２０目尼龙筛，再用玛瑙研钵磨细并通过１００目尼龙筛，所得土壤样品储存于塑料试剂瓶内用于化学分析。

采样后的土壤汞采用ＡＭＡ２５４－Ａｕｔｏｍａｔｉｃｓｏｌｉｄ／

＜０．００８０．００８－０．０４０＞０．０４０

汞含量／（ｍｇｋｇ－１）

图２

土壤汞含量的频数分布

ｌｉｑｕｉｄＨｇＡｎａｌｙｚｅｒ（Ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ公司，Ｉｔａｌｙ；检测限０．０１ｎｇ）进行分析。

ＴＯＣ的分析采用Ｎ／Ｃ３０００型总有机碳／总氮测

定仪（德国耶拿）。

高于兰铝及对照样点仁寿山公园土壤中Ｈｇ的含量，可见典型工业区周围的土壤仍然在一定程度上存在汞的人为输入富集效应，可以推断原兰州钢厂、马滩和兰炼地区土壤存在潜在受污染趋势或土壤汞正处于富集阶段。

２

２．１

结果与讨论

兰州市土壤剖面汞的频数分布状况

土壤环境质量标准（ＧＢ１５６１８－１９９５）规定土壤中

２．２土壤剖面层中汞含量的竖向分布

各采样点土壤汞浓度的竖向分布情况见图３。在

汞的自然背景值为０．１５ｍｇｋｇ－１［８］；卢子扬等［９］报道了兰州市市区Ｈｇ的背景值在０．０４ｍｇｋｇ－１以下到各采样点分析结果统计见图２。采０．００８ｍｇｋｇ－１之间。

集各土样中，Ｈｇ的最大含量值为０．１１７ｍｇｋｇ－１，出现在原兰州钢厂样点的１１～１５ｃｍ层土壤中。所有土样

仁寿山公园采样点处，剖面各层Ｈｇ的含量处于极低水平（０．００５～０．０１５ｍｇｋｇ－１），土体各层的汞的平均含量值为０．０１０ｍｇｋｇ－１。这主要是由于该点远离工业区，样区内植被覆盖率较高，并且与农用化学品的年施用量较少有关。在本文中，将该点土壤剖面各层汞含量的平均值作为对照，对其余各采样点土层汞污染现状进行评价。

兰钢采样点土壤汞含量在深度为１１０～１５０ｍｍ处出现最高峰值０．１１７ｍｇｋｇ－１，为所有采样点中的最高值。在０～１５０ｍｍ土层内，汞含量随深度增加逐渐增加，以１１０～１５０ｍｍ土层为界，向下逐渐降低至２１０～

Ｈｇ含量均低于国家标准的自然背景值０．１５ｍｇｋｇ－１，

可认为调查区土壤Ｈｇ含量尚未达到危害生态环境的污染水平，这可能是与兰州地区日照强烈、蒸发量大的气候条件有关。但是，相当量的表层土样中Ｈｇ含量高出兰州市Ｈｇ的自然背景值０．０４ｍｇｋｇ－１，占采集土样总数的１５．９％，这说明近年来土壤中Ｈｇ已经受到人为影响，表层土壤中Ｈｇ呈富集上升趋势。此外，原兰州钢厂、马滩和兰炼土壤中Ｈｇ的含量明显

２５０ｍｍ土层的０．０２３ｍｇｋｇ－１，２１０～５００ｍｍ土层内汞含

量在０．０２３～０．０３１ｍｇｋｇ－１之间作微小振荡变化，含量

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汞含量／ｍｇｋｇ－１

集阶段，这可能与采样点周围工农业生产、交通运输释放的外源汞进入大气后，经过干湿沉降进入土壤有关。

与马滩样点土壤汞情况类似，兰炼采样点土壤剖面各层汞含量随采样深度的减小而增加，表层（０～

５０ｍｍ）土壤中，Ｈｇ的含量最高为０．０９２ｍｇｋｇ－１。但兰

炼样点处土壤剖面内汞含量垂直分布规律显著不同于其他各点的是，土壤剖面各层汞的含量均相对较高，汞的含量在０．０３６～０．０９２ｍｇｋｇ－１之间变化。与对

土层深度／ｃｍ

照样点仁寿山比较，认为该样点外源汞的输入富集效应遍及整个土壤剖面（０￣５００ｍｍ），可能的原因是该样点区受到兰州炼油厂等工业污染源排放汞的长期持续影响，且不同时期的原油加工技术及原油中汞含量水平的差异对土壤中汞的富集影响不同。

兰铝采样点土壤剖面各层Ｈｇ含量均未超过对照背景值０．０１０ｍｇｋｇ－１。汞在土壤剖面的垂直变异极小，各土层汞的含量值波动幅度小，汞含量在０．００５～

０．００９ｍｇｋｇ－１范围内变化。可见兰州铝厂对周边土壤

汞污染的贡献甚微，土体内汞含量维持在背景水平。可能的原因是兰铝主要生产电解铝，生产过程中以电

图３

兰州市土壤剖面各层Ｈｇ的含量分布

为主要能源，几乎无因化石燃料燃烧产生的外源汞排放进入周边环境。

值基本趋于平稳。可以初步推断，０～１５０ｍｍ土层中汞含量随深度逐渐增加是由于兰钢停产后，表层土壤中汞的受污染态势逐渐减弱或停止，土壤汞的含量也随之逐渐降低，而１１０～１５０ｍｍ土层受兰钢汞排放的影响较大，故土层中汞的含量最高。从１６０ｍｍ向下土层中土壤Ｈｇ含量迅速下降到２１０～２６０ｍｍ土层的

２．３兰州市土壤汞的与土壤总有机碳含量的关系土壤的有机质含量和汞浓度密切相关，它的高低

强烈影响着土壤中汞的迁移和富集。一般认为，土壤中腐殖质含量越高，土壤吸附汞的能力越强［１０，１１］。另有研究表明，土壤中有机质增加１％，汞的固定率可提高３０％［１２］。主要原因为土壤中的有机质成分如腐殖质等可以与土壤中的汞络合形成结合态汞，从而使汞富集停留在土壤中。土壤ＴＯＣ含量与土壤Ｈｇ含量相关关系见图４。

０．０２３ｍｇｋｇ，说明汞在土壤剖面中不易向下迁移，移

－１

动性较小。２１０～５００ｍｍ土层中汞含量较上部各层明显较低，且含量基本趋于平稳，可认为其受兰钢污染影响较小，其含量保持在该区汞的背景水平。

与原兰州钢厂采样点不同的是，马滩地区土壤剖面在０～１５０ｍｍ土层内，汞的含量随着采样深度的增加逐渐减小，Ｈｇ含量范围在０．０９３～０．１０６ｍｇｋｇ－１之间，０～土体５０ｍｍ土层Ｈｇ含量最高，为０．１０６ｍｇｋｇ－１。剖面中汞的含量有剧烈的跃迁变化，由１１０～１５０ｍｍ土层的０．０９３ｍｇｋｇ－１陡降至１６０～２００ｍｍ土层的

０．００７ｍｇｋｇ－１，而在１６０～５００ｍｍ土层内，土壤汞保持

在较低背景水平，在０．００５～０．０１７ｍｇｋｇ－１之间变化。马滩采样点０～１５０ｍｍ土层内，汞含量分布规律正好与兰钢相反，在０～５０ｍｍ含量最高，向下逐渐降低，表明该地区表层土壤（０～５０ｍｍ）中的汞正处于缓慢富

汞含量／（ｍｇｋｇ－１）

ＴＯＣ／（ｍｇｋｇ－１）

图４土壤汞含量与总有机碳含量的相关性

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各采样点的相关系数分别为仁寿山公园（０．９０５６）＞马滩（０．８３９５）＞兰钢（０．５１７８）＞兰铝（０．２１８１）＞兰炼（０．０３４８）。可以看出，在受到工业污染较轻的地区，如仁寿山公园和马滩样点，土壤ＴＯＣ含量和Ｈｇ含量的相关性较好，而受到工业污染较大的地区，如兰铝、兰炼和兰钢采样点，其相关性较差。分析原因为仁寿山公园区和马滩样区未进行过大规模的基础建设，土壤受人为扰动作用小，土壤中汞主要来源于有机物对于汞的固定。而在附近存在大型燃媒企业或者其他排出大量颗粒态汞的污染源的情况下，外源性的颗粒态汞的输入主要影响了土壤中汞的浓度。此外，也可能存在着由于人为活动的影响，导致了土壤中有机物的组成的改变（如土壤总有机碳占总碳的比例、有机质中胡敏酸和富里酸的比例等）以及无机物（无机碳酸盐化合物）含量的改变影响了土壤对汞的吸附固定能力，进而影响土壤Ｈｇ含量与ＴＯＣ的相关性。

能的比重，减少煤炭的比重，进而防止兰州市土壤汞的污染。

参考文献：

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卢子扬，等．兰州土壤元素背景值的研究．环境研究，１９８７（１）：１７￣１９

３结论

对兰州市不同功能区土壤样品的调查分析可见，

兰州市土壤汞含量水平低于国家土壤环境质量标准（ＧＢ１５６１８－１９９５）值０．１５ｍｇｋｇ，多数土壤未受汞污

－１

染。但有一定量土壤样品中汞含量超过背景浓度兰炼及原兰州钢厂等燃０．００４～０．０８０ｍｇｋｇ－１，如马滩、煤量较大工厂附近地区表层土样，这说明兰州市部分地区表层土壤Ｈｇ含量有逐渐富集升高的趋势。对土壤汞与ＴＯＣ的相关分析表明，工业生产等人为活动直接影响了土壤对汞的吸附固定能力，外源性颗粒物的污染是直接导致土壤汞浓度升高的直接原因。总之，应该进一步合理布局城市功能区和工业结构，减少工业污染源和直接排污量，调整能源结构，提高电

１０．ＳｈｉｇｅｙｏｓｈｉＧｏｔｏｈｅｔａｌ．ＶｏｌｃａｎｉｃＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎＭｅｒｃｕｒｙｉｎ

ＳｏｉｌｓｏｆＫａｇｏｓｈｉｍａ，ＳｏｕｔｈｅｒｎＫｙｕｓｈｕ，Ｊａｐａｎ．ＳｏｉｌｓＳｃｉ，ＰｌａｎｔＮｕｌｒ，１９７９，２５（４）：５２３￣５３７

１１．Ｋｉ－ＨｙｕｎＫｉｍ，Ｍｉｎ－ＹｏｕｎｇＫｉｍ，ＧａｎｇｗｏｏｎｇＬｅｅ．Ｔｈｅｓｏｉｌ－

ａｉｒｅｘｃｈａｎｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｏｔａｌｇａｓｅｏｕｓｍｅｒｃｕｒｙｆｒｏｍａｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｍｕｎｉｃｉｐａｌｌａｎｄｆｉｌｌａｒｅａ．ｍｅｎｔ．２００１，３５（２０）：３４７５￣３４９３１２．

ＦＲＡＮＫＫｒｅｉｔｈ．

ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＳｏｌｉｄＷａｓｔｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔ．

Ｃｈｉｃａｇｏ：ＭｃＧｒａｗ－ＨｉｌｌＣｏｍｐａｎｉｅｓ，Ｉｎｃ，ｌ９９４

ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎ－

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美国农业部提供２２８０万美元支持投资可再生能源和节能

美国农业部这笔款项是用来资助农业生产者和农村小企业的。农业部长ＭｉｋｅＪｏｈａｎｎｓ说：“提高我们的能源效率是布什政府的重要目标，可再生能源是美国农业迅速增长的前线。实行总统革新的能源政策将提供机会增强国家安全和农业经济。”这笔基金将用

来支持包括生物质（包括厌氧发酵器）、地热、氢能、太阳能、风能和节能技术的进步。至今布什政府通过此项计划在３２州投资了近４５００万美元。２２８０万美元将分两个阶段提供，其中一半提供给可再生能源。另外一半将用于开发节能技术。

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