全 文 ：南京城市土壤重金属含量及其影响因素 3
卢　瑛1 3 3 　龚子同1 　张甘霖1 　张　波2
(1 中国科学院南京土壤研究所 ,南京 210008 ,2 华南农业大学 ,广州 510642)
【摘要】　研究了南京城市土壤重金属含量、来源及其与土壤性质的关系. 结果表明 ,南京城市土壤中 , Fe、
Ni、Co、V 污染不明显 ,但受到了不同程度的 Mn、Cr、Cu、Zn、Pb 污染 ,其中 Pb 污染非常严重 ;重金属在土壤
剖面分布没有规律性 ; Fe、Ni、Co、V 元素主要来源于原土壤物质 ,Cu、Zn、Pb、Cr 元素主要来源于人为输
入 ,Mn 可能在不同的土壤中来源不同 ; Fe、Cr、Ni、Co、V 元素含量之间均呈极显著正相关 ,Cu、Zn、Pb、Cr 元
素含量之间均呈极显著正相关. Fe、Co、V、Ni 含量与粘粒含量、CEC 呈极显著正相关 ; Cu、Zn、Pb 含量与粘
粒含量呈极显著负相关 ;Cu、Zn、Pb、Cr 含量与有机碳呈极显著正相关 ,Pb 含量与 p H 呈极显著正相关.
关键词 　城市土壤 　重金属 　含量 　主成分分析 　南京
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 01 - 0123 - 04 　中图分类号 　X171. 5 　文献标识码 　A
Heavy metal concentration in Nanjing urban soils and their affecting factors. LU Ying1 , GON G Zitong1 ,
ZHAN G Ganlin1 , ZHAN G Bo2 (1 Institute of Soil Science , Chinese Academy of Sciences , N anjing 210008 ,
China;2 South China A gricultural U niversity , Guangz hou 510642 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15
(1) :123～126.
The concentration and source of heavy metals in Nanjing urban soils and their relationships with soil properties
were studied. The results indicated that the soils in Nanjing urban were not obviously polluted by Fe , Ni , Co
and V , but polluted by Mn , Cr , Cu , Zn , and Pb to a certain extent . The heavy metals were irregularly dis2
tributed in soil profiles. Fe , Ni , Co , and V were originated from soil materials , but Cu , Zn , Pb , and Cr were
anthropogenic input . Probably , Mn had different origins in different soils. There were positive correlations a2
mong Fe , Cr , Ni , Co , and V concentration , and among Cu , Zn , Pb , and Cr concentration. The Fe , Co , V ,
and Ni concentration were positively correlated with soil clay content and CEC , and the Cu , Zn and Pb concen2
tration were negatively correlated with clay content . There were positive correlations between Cu , Zn , Pb and
Cr concentration and organic C content , and between Pb concentration and soil p H.
Key words 　Urban soil , Heavy metal , Concentration , Principal component analysis , Nanjing.
3 国家自然科学基金重点资助项目 (40235054)和中国科学院特别资
助项目.3 3 通讯联系人. 现在华南农业大学资源环境学院 ,广州 ,510642
2002 - 04 - 28 收稿 ,2002 - 08 - 13 接受.
1 　引 　　言
城市土壤是构成城市环境的一个重要部分 ,其
中重金属元素可通过吞食、吸入和皮肤吸收等主要
途径进入人体 ,直接对人特别是儿童的健康造成危
害 ,还可通过污染食物、大气和水环境间接地影响城
市环境质量和危害人类健康. 因此 ,在城市化进程不
断加快的今天 ,研究城市土壤的重金属元素污染 ,是
评价城市环境质量的一个重要方面 ,并且日益受到
广泛关注[6 ,11 ,20 ] . 国外对城市土壤重金属元素的研
究有许多报道[2 ,5 ,13～15 ,17 ,19 ] ,而我国有关城市土壤
重金属元素研究报道不多[3 ,10 ,12 ,16 ] . 本文通过研究
南京城市土壤重金属元素的含量及其影响因素 ,籍
以了解城市土壤重金属元素特性 ,为合理利用和保
护城市土壤资源、提高城市环境质量、保障城市居民
健康提供理论和决策依据.
2 　材料与方法
211 　样品采集
根据城市土壤主要分布区域和利用状况 ,采集城市公
园、居民住宅区绿地、城市行道树下、校园绿地、城市周围菜
地、荒废地等 20 个南京城市土壤剖面的不同层次的土壤样
品 (138 个) ,层次是根据土壤发生特性以及填埋、堆积和混
合物质的特性来划分的. 根据中国土壤系统分类 [8 ] ,供试 20
个土壤类型分别为扰动人为新成土 (12 个) 、简育湿润雏形
土 (4 个) 、肥熟旱耕人为土 (2 个) 、粘盘湿润淋溶土 (1 个) 、
简育湿润潜育土 (1 个) ,采样点分布见图 1.
212 　土壤重金属元素与理化性质测定
　　Fe、Mn、Cr、Ni、Co、V、Cu、Zn、Pb 含量用 HNO32HF2
HClO4 混合酸溶 ,等离子发射光谱仪 ( ICP)测定 ;土壤颗粒组
成用吸管法测定 ;p H 值用水土比 2. 5∶1 电位法测定 ;土壤有
机碳用重铬酸钾容量法测定 ;阳离子交换量 (CEC) 用醋酸铵2EDTA (p H8. 5)交换法测定.
213 　数据处理
数据处理应用 SAS统计软件包中相应的程序在计算机
上进行.
应 用 生 态 学 报 　2004 年 1 月 　第 15 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2004 ,15 (1)∶123～126
图 1 　土壤样品采集点
Fig. 1 Location of the sampling sites
3 　结果与分析
311 　城市土壤重金属元素含量
　　南京城市土壤重金属元素含量分析结果表明
(表 1) , Fe 平均含量比南京土壤背景值略高 ,明显
高于中国土壤背景值 ,与世界土壤的中值相近 ; Ni
平均含量略高于南京土壤背景值 ,明显高于中国土
壤背景值 ,低于世界土壤中值 ; Co 平均含量略高于
南京地区土壤背景值和全国土壤的背景值 ,是世界
土壤中值的 2 倍 ;V 平均含量略高于南京地区土壤
背景值 ,明显高于中国土壤背景值和世界土壤中值 ;
Mn 平均含量明显高于南京地区土壤背景值和中国
土壤背景值 ,低于世界土壤的中值 ; Cr 平均含量高
于南京地区土壤背景值、中国土壤的背景值和世界
土壤的中值 ; Cu、Zn、Pb 平均含量是南京地区土壤
背景值、中国土壤背景值和世界土壤中值的 2 倍以上.
　　南京城市土壤重金属元素的污染指数 (土壤重
金属元素含量与南京地区土壤背景值的比值)列于
表 1. 由表 1 可以看出 , Fe、Ni、Co、V 平均污染指数
在 1. 1～1. 2 之间 ,Mn、Cr 在 1. 5 左右 ,Cu、Zn 大于
2 ,Pb 大于 4. 在 138 个城市土壤中 , Fe、Ni、Co、V 含
量在南京地区土壤背景值上限 (平均值 + 标准差)范
围之内的分别占 78. 26 %、95. 65 %、100 %和 81.
88 % ;而 Mn、Cr、Cu、Zn、Pb 含量超过南京地区土壤
背景值上限的分别达 54. 34 %、64. 49 %、52. 17 %、
63. 77 %和 98. 5 % ,且 Pb 含量超过背景值上限 1
倍、2 倍的分别占 23. 91 %、28. 99 %. 因此 ,南京城市
土壤的 Fe、Ni、Co、V 污染不明显 , Mn、Cr、Cu、Zn、
Pb 有不同程度的污染 ,其中 Pb 污染严重.
　　土壤中重金属元素在剖面不同深度的分布没有
规律性 ,底土层含量仍然很高 ,不同于自然土壤 ; Fe、
Pb 元素分布状况如图 2 所示 ,且 Mn、Cr、Ni、Co、V、
Cu、Zn 元素剖面分布状况也完全相同.
　　由于城市的建设 ,如建筑、修路等以及工业废弃
物、生活垃圾、交通运输尾气等排放 ,城市土壤受到
人为因素的严重改变 ,土壤中有许多不同来源物质
的混入 ,土壤剖面经常受到人为扰动 ,自然土壤发生
层被破坏 ,导致许多土壤剖面上下土层没有发生学
上的联系[2 ,11 ,17 ,20 ] . 这些导致城市土壤中重金属含
量在土壤剖面分布没有规律 ;且土壤受到不同程度
Mn、Cr、Cu、Zn、Pb 污染 ,研究结果与其它城市土壤
研究结果一致[3 ,5 ,15 ,17 ,19 ] .
　　相关分析表明 (表 2) ,城市土壤中 Fe、Cr、Ni、
Co、V 元素含量之间均呈极显著正相关 ,Mn 与 Pb、
Ni 呈极显著或显著相关性 ;Cu、Zn、Pb、Cr 元素之间
均呈极显著正相关 ,Cu、Zn、Pb 与 Fe、Ni、Co、V 之间
均没有显著相关性. 由于 Fe、Co、Ni、V、Cr、Mn 为亲
铁元素 ,Cu、Zn、Pb 为亲硫元素 ,同类元素在表生地
球化学上具有一定共性 ,因而具有显著相关性.
312 　城市土壤重金属元素的主成分分析
　　对 138 个城市土壤的 Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cr、
Ni、Co、V 含量 9 项特征指标进行主成分分析 ,得到
大于1的特征值共有3个 ,与其对应的3个主成分
表 1 　南京城市土壤重金属含量 ( mg·kg - 1)及污染指数
Table 1 Heavy metal concentration and pollution indexes of urban soils in Nanjing
元素
Element
含量变幅
Range of
content
平均值±标准差
Mean ±S. D.
南京土壤背景值[18 ]
Background value
in soil of Nanjing
中国土壤背景值[4 ]
Background value
in soil of China
世界土壤中值[4 ]
Median in soil
of world
污染指数
Pollution index
平均污染指数
Mean pollution
index
Fe 29400～57300 39700 ±5340 33300 ±9900 29400 ±9480 40000 0. 88～1. 72 1. 19
Ni 30. 1～68. 0 41. 4 ±5. 9 35. 0 ±17. 8 26. 9 ±14. 4 50 0. 86～1. 94 1. 18
Co 11. 8～21. 5 16. 1 ±2. 1 14 ±7. 9 12. 7 ±6. 4 8 0. 84～1. 53 1. 15
V 83. 2～163. 8 119. 3 ±14. 2 102. 9 ±28. 5 82. 4 ±32. 7 90 0. 81～1. 59 1. 16
Mn 473. 6～1324. 6 799. 3 ±173. 3 511 ±226 583. 0 ±362. 8 1000 0. 84～2. 59 1. 56
Cr 48. 1～139. 7 84. 7 ±17. 0 59 ±20 61. 0 ±31. 1 70 0. 82～2. 37 1. 44
Cu 13. 6～869. 4 66. 1 ±84. 0 32. 2 ±13 22. 6 ±11. 4 30 0. 38～27. 0 2. 05
Zn 57. 7～851. 7 162. 6 ±123. 9 76. 8 ±29. 5 74. 2 ±32. 8 90 0. 75～11. 1 2. 12
Pb 36. 3～472. 3 107. 3 ±62. 6 24. 8 ±16. 3 26. 0 ±12. 4 35 1. 46～19. 1 4. 33
421 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
图 2 　南京城市土壤 Fe 和 Pb 的剖面分布
Fig. 2 Depth distribution of Fe and Pb in urban soil of Nanjing.
表 2 　南京城市土壤重金属元素含量相关系数
Table 2 Correlation coeff icients of heavy metal concentration in urban
soils of Nanjing
Fe Ni Co V Mn Cr Cu Zn Pb
Fe 1. 000
Ni 0. 870 3 3 1. 000
Co 0. 868 3 3 0. 836 3 3 1. 000
V 0. 843 3 3 0. 852 3 3 0. 857 3 3 1. 000
Mn 0. 120 0. 175 3 0. 143 0. 118 1. 000
Cr 0. 266 3 3 0. 407 3 3 0. 317 3 3 0. 381 3 3 1. 000 - 0. 067
Cu - 0. 002 0. 148 0. 057 0. 171 0. 046 0. 400 3 3 1. 000
Zn - 0. 037 0. 076 - 0. 041 0. 068 - 0. 020 0. 404 3 3 0. 838 3 3 1. 000
Pb - 0. 102 0. 062 - 0. 042 0. 059 0. 358 3 3 0. 355 3 3 0. 815 3 3 0. 814 3 3 1. 0003 P < 0. 05 , 3 3 P < 0. 01.
累计贡献率为 86. 29 %(表 3) . 前 3 个主成分因子的
负荷量列于表 4 ,从表 4 可看出 , Fe、Co、V、Ni 元素
为一类 ,对主成分 1 有很大的负荷量 ;Cu、Zn、Pb、Cr
元素为一类 ,对主成分 2 有很大的负荷量 ;Mn 元素
单独为一类 ,对主成分 3 有很大的负荷量. 同一类元
素在性质上具有相似性 ,如相同的来源[1 ] .
　　Wilcke 等[19 ]认为 ,含量在正常范围以内 ,并与
土壤粘粒含量呈显著正相关的重金属元素 ,主要来
源于母质 ;其他元素可能来源于人为排放. 本研究结
果表明 ,对主成分 1 有很大负荷量的 Fe、Ni、Co、V
元素含量基本在土壤背景值范围之内 ,且它们均与
粘粒含量呈极显著正相关 (表 5) ,所以它们主要来
源于原土壤物质. 对主成分 2 有很大负荷量的 Cu、
Zn、Pb、Cr 元素含量大部分超出了土壤背景值的范
围 ,它们与土壤粘粒含量呈极显著负相关 ( Cr 除
外) ,因此主要来源于人为输入. 对主成分 3 有很大
负荷量的 Mn 元素含量大部分超出了土壤背景值的
范围 ,但与粘粒含量没有相关性 ,可能在土壤中来源
比较复杂 ,需进一步探讨.
表 3 　主成分分析的特征值及其贡献率
Table 3 Eigenvalues and variance of principal component analysis
主成分 (PC) Principal component
1 2 3 4 5 6 7 8 9
特征值 Eigenvalue 3. 85 2. 79 1. 13 0. 58 0. 120 0. 15 0. 13 0. 10 0. 08
贡献率 ( %) Percent of variation 42. 75 30. 99 12. 55 6. 44 2. 17 1. 63 1. 47 1. 14 0. 86
累积贡献率 ( %) Cumulative 42. 75 73. 74 86. 29 92. 72 94. 90 96. 53 98. 00 99. 14 100. 0
percent of variation
表 4 　前 3 个主成分( PC) 负荷量
Table 4 Loading for f irst three principal components
Fe Co Ni V Cr Zn Cu Pb Mn
PC1 0. 944 0. 941 0. 939 0. 934 0. 415 - 0. 026 0. 049 - 0. 053 0. 125
PC2 - 0. 067 - 0. 020 0. 104 0. 105 0. 548 0. 936 0. 928 0. 909 0. 077
PC3 0. 032 0. 049 0. 061 0. 014 - 0. 320 - 0. 062 0. 008 0. 336 0. 959
313 　南京城市土壤性质对土壤重金属含量的影响
　　南京城市土壤重金属元素含量与土壤性质的相
关分析结果表明 (表 5) ,Fe、Co、V、Ni 元素含量与粘
粒含量呈极显著正相关 ,与砂粒含量呈极显著负相
关 ,这表明它们主要富集在粘粒部分. Cu、Zn、Pb 元
素含量与粘粒含量呈极显著负相关 ,与砂粒含量呈
极显著正相关 ,说明它们主要富集在土壤粗颗粒部
分. Mn 元素含量与粉粒呈极显著正相关 ,与砂粒含
量呈极显著负相关 ,Mn 主要富集在粉粒部分. Cu、
Zn、Pb、Cr、Ni 元素含量与土壤有机碳呈极显著或显
著正相关 ; Fe、Co 含量与有机碳呈显著负相关. Pb
含量与 p H 呈极显著正相关 ,Co 含量与 p H 呈显著
负相关. 因此 ,土壤颗粒组成及其化学性质影响土壤
中重金属元素含量及富集特性.
　　研究表明 ,我国自然土壤 Zn、Pb、Co、Cr、V 含量
和粘粒含量呈显著正相关[9 ] ,土壤中 Fe、Ni、Co、Cu
表 5 　重金属元素含量与土壤性质的相关系数
Table 5 Correlation coeff icient bet ween heavy metal concentration and soil properties
Fe Ni Co V Mn Cr Cu Zn Pb
粘粒 Clay( < 0. 002 mm) 0. 540 3 3 0. 471 3 3 0. 411 3 3 0. 391 3 3 0. 011 - 0. 106 - 0. 346 3 3 - 0. 447 3 3 - 0. 471 3 3
粉粒 Silt (0. 05～0. 002 mm) - 0. 033 0. 011 0. 072 0. 038 0. 438 3 3 - 0. 084 - 0. 165 - 0. 247 3 3 - 0. 011
砂粒 Sand(2～0. 05 mm) - 0. 355 3 3 - 0. 337 3 3 - 0. 330 3 3 - 0. 315 3 3 - 0. 277 3 3 0. 119 0. 339 3 3 0. 455 3 3 0. 330 3 3
有机 C Organic C - 0. 198 3 0. 175 3 - 0. 172 3 0. 099 - 0. 128 0. 342 3 3 0. 463 3 3 0. 693 3 3 0. 578 3 3
p H - 0. 142 - 0. 128 - 0. 180 3 - 0. 095 0. 164 0. 008 0. 124 0. 147 0. 281 3 3
CEC 0. 427 3 3 0. 471 3 3 0. 297 3 3 0. 387 3 3 0. 088 0. 155 - 0. 060 - 0. 060 - 0. 0333 P < 0. 05 , 3 3 P < 0. 01.
5211 期 　　　　　　　　　　　　　　卢 　瑛等 :南京城市土壤重金属含量及其影响因素 　　　　　
等富集在土壤粘粒中[7 ] . 南京城市土壤的 Fe、Ni、
V、Co 元素主要来源于原土壤物质 ,因此它们的富
集规律与自然土壤一致 ;而 Cu、Zn、Pb、Cr 元素主要
来源于人为输入 ,这可能是导致它们在城市土壤中
的富集规律有别于自然土壤的原因.
4 　结 　　论
411 　南京城市土壤中 , Fe、Ni、Co、V 污染不明显 ,
但受到了不同程度的 Mn、Cr、Cu、Zn、Pb 污染 ,其中
Pb 污染非常严重. 重金属在土壤剖面中分布没有规
律性. Fe、Cr、Ni、Co、V 含量之间均呈极显著的正相
关 ;Cu、Zn、Pb、Cr 元素之间也均呈极显著正相关.
412 　南京城市土壤 Fe、Ni、Co、V 元素主要来源于
原土壤物质 ;Cu、Zn、Pb、Cr 元素主要来源于人为输
入 ;Mn 可能在不同土壤中来源不一致.
413 　南京城市土壤中 ,Fe、Co、V、Ni 含量与粘粒含
量呈极显著正相关 ,与砂粒含量呈极显著负相关 ;
Cu、Zn、Pb 含量与粘粒含量呈极显著负相关 ,与砂
粒含量呈极显著正相关 ; Mn 含量与粉粒呈极显著
正相关 ,与砂粒含量呈极显著负相关. Cu、Zn、Pb、
Cr、Ni 元素含量与土壤有机碳呈极显著或显著正相
关 ;Fe、Co 含量与有机碳呈显著负相关. Pb 含量与
p H 呈极显著正相关 ,Co 含量与 p H 呈显著负相关.
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(in Chinese)
作者简介 　卢 　瑛 , 男 , 1966 年生 ,博士 , 副教授 , 主要从
事城市土壤、土壤质量与环境、废弃物资源化利用等研究 ,发
表论文 27 篇. E2mail : luying @scau. edu. cn
621 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷