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为我国城市土壤“体检”

2014-06-11 13:46:00    来源: 中国国土资源报    作者:滕 艳

城市是人类密集分布与工业活动的主要空间区域,城市土壤是人类活动的主要场所。作为城市生态环境的重要组成部分,我国城市土壤的环境质量现状如何?中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所成杭新研究团队以我国31个省会城市为研究对象,研究了土壤52种化学元素及pH和有机碳的地球化学背景值、基准值及它们的变化区间,为定量研究中国城市土壤的环境质量状况及演变趋势提供了参考标准。最新研究成果发表在新近出版的《地学前缘》上。

地球化学背景为定量研究中国城市土壤的环境质量状况及演变趋势提供了参考标准

地球化学背景是指无矿地质体中元素的正常丰度或者一个地区元素含量的正常变化。超出正常丰度或正常变化范围的数据,对勘查地球化学而言,通常是指所研究的元素具有异常含量,可能是矿床存在的一种指示或蚀变过程导致的元素迁出。对环境地球化学而言,可能是污染存在的一种指示或生态系统中该元素的严重缺乏等。因此,地球化学背景值是判断城市土壤是否遭受污染的重要标尺。

1978年至今,我国的工业化和城镇化进程取得了未曾预料到的重大进展,城市数量已从1978年的122个增加到2011年的655个,城镇人口数量也从1978年的占全国总人口的17.9%增加到51.3%。由于城市人口众多、工业密集,是人类活动及化学元素污染释放的主要场所,许多城市的大气、水及土壤环境质量已全面恶化。

我国曾于20世纪80年代开展过全国土壤背景值研究,但因受采样密度及样品布局的制约,未能颁布城市土壤化学元素的背景值数据,严重制约了对我国城市土壤环境质量现状的认识和评价。

研究人员利用中国地质调查局组织实施的多目标区域地球化学调查与评价项目及全国土壤现状调查及污染防治专项的数据资料,计算了我国香港、澳门和台北以外的31个省会城市的土壤52种化学元素及pH和有机碳的地球化学背景值、基准值及它们的变化区间,为定量研究中国城市土壤的环境质量状况及演变趋势提供了参考标准。

各城市土壤有机碳等6个元素的基准值显著高于背景值,与中国大规模工业进程中释放的主要污染物相互佐证

研究发现,我国城市土壤中,三氧化二铝、钡、氧化钙等23种元素或化合物的背景值高于中国土壤背景值,而银、砷、硼等22种元素或化合物的背景值低于中国土壤背景值;银、金、钡等28种元素的基准值明显高于背景值,其中,有机碳、汞、硒、硫、总碳、氮6个元素的地球化学背景发生了极显著的增加。

资料研究显示,最近30年,中国化石燃料燃烧释放的碳已从1980年的4亿吨增加到2010年的22亿吨,汞、硒释放量也由1980年的73.59吨、639.7吨,增加到2007年的305.9吨和2353吨。这些释放物在大气干湿沉降作用下,最终沉降到地表,显著改变了地表土壤有机碳及总碳、汞、硒的分布模式,这也是城市地表土壤有机碳、汞、硒、硫、总碳、氮背景值发生显著变化的主要原因。研究人员表示,上述结果与中国大规模工业进程中煤燃烧及矿业活动释放的主要污染物相互佐证。

由于地理位置及地质背景不同,各城市的土壤地球化学基准值/背景值特征存在差异

研究还显示,各个不同城市因其所处地理位置及地质背景的差异,其中氯、氧化钙、汞、氧化钠和硫的背景变化特征明显区别于其他元素。

不同城市土壤的氯元素背景差异巨大,中国城市土壤氯元素的背景值为70mg/kg,几个北方城市,如:兰州、乌鲁木齐、西宁、天津、呼和浩特、拉萨和济南的背景值均超出中国城市土壤氯地球化学背景变化的上限,表明在长期的自然演化过程中,这几个城市的具有较高的氯地球化学背景。

全国城市土壤氧化钙的背景值为1.65%,华北和西北的城市土壤氧化钙背景值普遍高于南方和东北,中国城市中氧化钙背景值最高的是西宁市,最低的是海口市,显示出成土母质及不同的气候带对氧化钙地球化学背景的控制作用。

全国城市土壤氧化钠的背景值为1.41%。虽然各城市的氧化钠背景值均在背景变化区间之间,但不同城市的氧化钠背景值存在数量级之间的差异,其中乌鲁木齐氧化钠背景值为2.22%,是南宁的22倍之多,总体规律表现为北方城市氧化钠的背景值高于南方城市,也充分显现出成土母质及不同气候条件对氧化钠地球化学背景的控制作用。

全国城市土壤汞的背景值为0.042 mg/kg,其中,贵阳、广州、昆明、南宁、福州和拉萨城市土壤的汞背景值属于高背景地区,沈阳、太原、北京、合肥、天津等16个城市,低于全国城市土壤汞的背景值。

全国城市土壤硫的背景值为146 mg/kg,全国有18个城市的土壤硫背景值高于全国背景值,其中西宁、乌鲁木齐、兰州、福州、海口、广州、上海、太原和天津的背景值大于全国城市土壤硫背景变化的上限值。

数据显示,城市土壤中有机碳、氮、钙、汞、银等16个元素的自然背景发生了显著变化,清晰显示出中国大规模的城镇化和工业化对这些元素在城市土壤中累积的重要贡献。

我国主要城市土壤有机碳和氮的自然背景较过去均发生显著改变,各元素最大值分布的城市也不尽相同

最新研究成果显示,全国31个省会城市土壤有机碳和氮的自然背景较过去均发生显著改变。除呼和浩特外,其他所有城市的土壤总碳和有机碳均呈增加趋势。

全国有22个城市土壤氮的自然背景呈极显著增加;海口、昆明、福州、重庆、沈阳、银川和西宁7个城市表现为显著增加,拉萨和呼和浩特则为增加状态。研究认为,农田施肥是地表土壤氮、磷增加的主要原因,但过量的氮、磷肥可通过大气循环沉降到地球表面,使城市土壤地表也出现氮、磷的显著累积。

除南宁、拉萨、呼和浩特外,全国城市土壤汞的自然背景普遍发生改变,地表土壤汞已显著累积,并以北京、成都、天津、石家庄、沈阳、济南等成为最为严重,贵阳、海口、重庆、昆明、西宁的情况则好一些。银、金、铋等元素表现出与汞类似的变化特点。

各元素最大值分布的城市也不尽相同。银、金、铋、镉、铜、汞、钼、铅、硫、锑、硒、硫、氮和锌的最大值分别分布在天津、上海、沈阳、长沙、广州、北京、上海、沈阳、成都、上海、石家庄、杭州和广州。金、钼和锑的最大值同时出现在上海,铋和铅的最大值同时出现在沈阳,铜和锌同时出现在广州,充分显示出大型综合性城市工业结构或悠久的工业发展历史与重金属累积复杂组合之间的因果关联。

城市土壤氧化钙自然背景含量也呈显著增加的特点,这可能与我国城市发展过程中的大规模建设活动有关。出乎研究人员意料的是,除金属元素及氮、磷、总碳外,城市土壤中氯和溴的自然背景也普遍发生变化,需引起关注。

目前,欧美国家根据各自的法律需求和管理流程,基于不同类型风险和风险水平,制定了不同用地类型土壤污染筛选值的指标判断体系,并规定出各种指标体系下的管理措施要求。中国迄今仅颁布过一个《土壤环境质量标准》国家标准,主要适用于农林用地,不适用于城市居住、商业等土地利用方式。研究人员呼吁,应尽快建立我国城市土壤的环境质量国家标准及地方标准,并在此基础上制定满足我国城市土壤环境质量监管要求的相关法律法规,扼制我国城市土壤环境质量不断恶化的趋势。

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