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A study on heavy metal pollution in different greenbelts types of Shanghai

上海城市不同绿地类型土壤重金属污染研究


2006年秋季对上海城市不同绿地类型土壤进行采样,其中包括居住区:华东师范大学一村草地类型(A);公园:上海植物园乔木类型(B、C)、灌木类型(D)、草地类型(E);学校:华东师范大学校区绿化乔木类型(F、G)、灌木类型(H)、草地类型(I);路旁绿地:浦东生态林乔木类型(J)、草地类型(K);废弃地:南汇老港垃圾填埋场乔木类型(L、M),草地类型(N)。共获得土壤样品42份。研究结果表明,上海城市各绿地类型的土壤受到了较强烈人为干扰,重金属污染现象普遍:绿地土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的平均浓度分别为:39.84±17.37 mg·kg-1,157.05±81.91 mg·kg-1,41.33±23.14 mg·kg-1,0.3425±0.1420 mg·kg-1,居住区、公园、学校、路旁绿地、废弃地的内梅罗综合重金属污染指数分别为:2.4、2.8、2.6、1.9和1.5;同时还表明,不同绿地类型中土壤有其不同的污染方式:学校样地土壤重金属污染主要来自于交通因素,路旁绿化样地土壤的重金属来自于交通、客土等多方面因素共同作用,废弃地样地、公园样地和居住区样地土壤重金属污染则可能分别来自于固体废弃物、农林业活动和多种人类日常活动的共同作用。

In the autumn of 2006,a total of forty-two soil samples were collected from fourteen sampling sites,which belong to five different greenbelt types in Shanghai.They were grassland(A) in No.1 Estate of East China Normal University;woods(B,C),shrubbery(D) and grassland(E)in Shanghai Arboretum;woods(F,G),shrubbery(H) and grassland(I)in East China Normal University;woods(J)and grassland(K) in Pudong roadside greenbelt;woods(L,M) and grassland(N)in Laogang Landfill.The results revealed that soils of all the greenbelt types in Shanghai were disturbed intensively by human beings and generally polluted by heavy metals: the mean concentrations of Cu,Zn,Pb and Cd of the soil of all kinds of greenbelts were 39.84±17.37 mg·kg-1,157.05±81.91 mg·kg-1,41.33±23.14 mg·kg-1,0.3425±0.1420 mg·kg-1,respectively,with the composite pollution indexes of residential area,park,campus,roadside greenbelt and deserted land being 2.4,2.8,2.6,1.9 and 1.5,respectively.On the other hand,it also could be concluded that the way of pollution was variable in different greenbelt types: the main factor for heavy metal pollution of campus soil was vehicle,while the combination of both traffic and soil itself played a key role in the case of roadside greenbelt.On the contrary,the heavy metal pollution of deserted land,park and residential area was mainly caused by solid castoff,agricultural activities and the combination of different kinds of human beings daily behaviors.


全 文 :第27卷第1期
2008年2月
生态科学
EcologicalScience
27(1):12—16
Feb.2008
上海城市不同绿地类型土壤重金属污染研究
左 倬1,王金凤1,由文辉1,2。
1.华东师范大学环境科学系,上海200062
2.上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,上海200062
【摘要】 2006年秋季对上海城市不同绿地类型土壤进行采样,其中包括居住区:华东师范大学一村草地类型(A);公
园:上海植物园乔木类型(B、C)、灌木类型(D)、草地类型(E);学校:华东师范大学校区绿化乔木类型(F、G)、灌木类型
(H)、草地类型(I);路旁绿地:浦东生态林乔木类型(J)、草地类型(K);废弃地:南汇老港垃圾填埋场乔木类型(L、M),
草地类型(N)。共获得土壤样品42份。研究结果表明,上海城市各绿地类型的土壤受到了较强烈人为干扰,重金属污染
现象普遍:绿地土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的平均浓度分别为:39.84士17.37mg·kg~,157.05士81.91mg·k ,41.33士23.14mg·k季 ,
0.3425士0.1420mg·kg一,居住区、公园、学校、路旁绿地、废弃地的内梅罗综合重金属污染指数分别为:2.4、2.8、2.6、
1.9和1.5;同时还表明,不同绿地类型中土壤有其不同的污染方式:学校样地土壤重金属污染主要来tq于交通因素,路
旁绿化样地土壤的重金属来自于交通、客土等多方面因素共同作用,废弃地样地、公园样地和居住区样地土壤重金属污
染则可能分别来自于固体废弃物、农林业活动和多种人类日常活动的共同作用。
关键词:上海市;绿地类型;城市土壤;重金属污染
中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1008-8873(2008)01-12—05
AstudyonheavymetalpollutionindifferentgreenbeltstypesofShanghai
ZUOZhu01,WANGJin·fcn91,YOUWen-huil,
1.DepartmentofE vironmentalScience,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China
2.ShanghaiKeyLaboratoryfo,.EcologyofUrbanizationProcessandEco—restoration,Shanghai200062,China
Abstract:Intheautumnof2006,atotaloforty·twosoilsamplesw recollectedfromfourteensamplings tes,whichbelongto
fivedifferentgreenbelttypesinShanghai.Theyweregrassland(A1inNo.1EstateofEastChinaNormalUniversity;woods(B,C),
shrubbery(D)andgrassland(E)inShanghaiArboretum;woods(F,G),shrubbery(H)andgrassland(1)inEastChinaNormal
University;woods(J)andgra sland(K)inPudongroadsidegr enbelt;woods(L,M)andgrassland(N)inLaogaagL ndfill.The
r℃刚tsmvealedthatsoilsofallthegreenbelttypesinShanghaiweredisturbedintensivelybyhumanbeingsandgenerallypo lutedby
heavymetals:themeanconcentrationsofCu,Zn,PbandCdofthesoilofallkindsofgreenbeltswere39.84士17.37mg.kg-1,
157.05士81.91mg·kg~,41.33士23.14mg·kg~,O.3425士0.1420mg·kg-1,respectively,withthecompositepollutionindexesof
residentialarea,park,campus,roadsidegreenbeltandesertedlandbeing2.4,2.8,2.6,1.9and1.5,respectively.Ontheother
hand,italsocouldbeconcludedthatthewayofpollutionWasvariableindifferentgreenbelttypes:themainfactorforheavy
metalpollutionofcampussoilwasvehicle.whilethecombinationofbomtrafficandsoilitselfplayedakeyroleinthecuseof
roadsidegreenbelt.Onthecontrary,theheavymetalpollutionofdesertedland,parkandresidentialarewasmainlycausedby
solidcastoff,agriculturalactivitiesandthecombinationofdifferentkindsofhumanbei gsdailybehaviors.
Keywords:Shanghai;greenbelttypes;urbansoi ;heavymetalpollution
收稿日期:2007.10.30收稿,2008.01.28接受
基金项目:本研究受国家重点学科和华闵科技基金(2007)资助
作者简介:左倬(1986一),男,硕士。主要研究方向为城市生态学。E-mail:zhuozuo@yahoo.COnLfflL
‘通讯作者:由文辉,男,教授,博士生导师。E.mail:vouwh(-国visv.eenu.exlu.∞
万方数据
l期 左倬,等:上海城市不同绿地类型土壤重金属污染研究 13
1前言(Introduction)
土壤重金属污染的研究对象最初主要是集中在
农业、林地、草地土壤,而对城市土壤的研究在国
内则相对起步较晚【11。由于城市土壤重金属污染危害
的隐蔽性,对它的研究在以往很长一段时间内并不
是热点。事实上,由于受到频繁人类活动的强烈影
响,城市土壤中重金属污染源不仅量多,而且种类
繁杂。绿地作为城市土壤的主要存在方式,是城市
生态系统的重要组成成分。城市绿地土壤的重金属
污染,不仅影响到植被的生长和生物多样性【2】,也会
直接或间接影响人体的健康13J。
2材料与方法(Materialsandmethods)
2.1研究区概况
上海位于北纬3lol47,东经121029’,地处太平
洋西岸,亚洲大陆东沿,长江三角洲前缘。属于北亚
热带季风性气候,四季分明,日照充分,雨量充沛。
气候温和湿润,春秋较短,冬夏较长。2006年平均
气温18.4"C,日照1638.2h,降水量l042.6mln。上
海地区为长江三角洲的冲击平原,在江流海潮共同作
用下,由长江为主的河流所带的沙泥不断淤积而成,
其土壤均系发育于长江冲击物上之渗育型水稻土。目
前,上海城市园林绿地面积289km2,其中公共绿地
面积120km2。城市人均公共绿地面积达到l1 m,
绿化覆盖率达到37%。
2.2研究方法
2.2.1样地设置
在居住区、公园、学校、路旁绿地、废弃地这
五种绿地类型中分别选取五个样地,于2006年秋季
进行采样。同时考虑到植被可能导致的影响,又对
每个样地中不同植被类型下的土壤分别设置样点进
行采样。具体采样地点以及土壤基本性质如表1所
示。为保证数据的准确度,每个样点采集三个平行
样,总共获得土样42份。
2.2.2样品的测定方法
将新鲜土样内的石粒和植物根系等拣出,平摊
于室内通风处使其自然风干。土样风干后,经压碎、
碾细,分别过18、60及100目筛,存入自封袋备用。
土壤质地、pH值、有机质采用常规方法进行测定【4】。
采用三酸消煮法分别制取土样中的重金属溶液,然
后通过原子吸收光谱仪(S4,ThermoElemental公司)
对样品中的Cu、Zn、Pb、Cd进行测定【5J。
2.2.3数据处理
采用单因子污染指数法和综合污染指数法来评
价不同绿地类型的土壤重金属污染强度。
单因子污染指数法:
Pi=ci/Si
式中:Pi为污染指数:ci为污染物实测值;Si为
污染物的背景值;i代表某种污染物。
综合污染指数法(内梅罗公式):
PN={[(Maxci/Si)2+(1/nXci/Si)2】x0.5广
式中符号意义同前。PN≤1为非污染;l表1不同绿地类型土样的采集位置以及土壤基本特性
堡堡垒!竺! 坠壁!苎壁壁坠垒坠堕垒垒!堡墼坠!塾兰!垒!塑堕!垡竺!旦!!垒坐卫!i!坚!!!坠垫璺堑墅塑:!堂鱼!皇!坠垒竺堕!!卫皇!
绿地类型 地理位置 样地 土壤质地 土壤pH 土壤有机质
堂皇业曼!!!zP塑 生殳!璺堕塑 墨璺望望!i翌g!i塑! 墨旦!!旦墨坐堕 墨2i!巳坚(旦zQ) 墨壁i!Q坠fg:垦g:!!
居譬区⋯ 31翟37;3-3翌 A 塑砂质粘堡土 7.81
Residcntialare (n=3)121024’14.8”E

siltyclaylOalll
31哿8等一’辩
B、C、D、E12I 26I 2E。 ,2.”
’ ’ ’ .壤质粘士 7.33
loamyClaV
学校 3127恐6悄F、G、H、I 粘警土 7.44
Campus(n=12)121。24m.3rE
’ ’ ’‘
clayloa/n
⋯。
路旁绿地
31。。131⋯4.1"。N J、K
粉砂质粘土
7.71
Roadsidegre nbelt(n--6)121032’29,7”E

siltyclay
废煮地 ?1翟1麓·2N L、M、N 竺砂质粘篓土 7.85
DesertedIan (n--9)121。53’09.8"E
⋯⋯
siltyclayloam

注fNote):居住区:华东师范大学一村草地类型(A);公园:上海植物闶乔木类型(B、c)、灌木类型(D)、草地类型(E);学校:华东师范大学校区绿化乔
木类型(F、G)、灌木类型(H)、草地类型(I);路旁绿地:浦东牛态林乔木类型(J)、草地类型(K);废弃地:南汇老港垃圾填埋场乔木类型(L、M),草地类
型(N)Residentialarea"Grassland(A)ofNo.1EstateofEastChinaNormalUniversity;Park:Woods(B,C)shrubbcry(D)andgras land(E)ofShanghaiarboretum;
Campus:Woods(F,G),shrubbery(H)andgrassland(1)iofEastChinaNormalUniversity;Roadsidegreenbelt:Woods(J)andgrassl (K)ofPudongroadside
greenbelt;Desertedland:Woods(L,M)andgrassland(N)ofLaogangLandfill.









"
万方数据
14 生态科学EcologicalScience 27卷
表2不同绿地类型土壤中铜、锌、铅、镉的浓度
!璺坠!!兰堡壁里!!坠!!璺堕壁璺!壁!堡坚!圣里2£坠璺塑堡£堕!望堕i!堕!!望!g!!!壁垒!堑!垒塾!璺塑巳!曼!
绿地类型 重金属浓度Concentrationsofheavymetals(rag·k岔‘)
GreenbeltTypes Cu Zn Pb Cd
ResideI::i五:a(n:3)33·64+5·05 132·71坦95 38·0l±2·79 仉35514-0·2444
公园
Park(n=1∞
学校
Campus(n=12)
路旁绿地
Roadsidegreenbelt(n=6)
废弁地
Desertedland(n=9)
57.844-29t39 O.4339士0.1699
49.52士11.96 224.20士80.98 49.814-10.57 0.3517士O.1093
37.214-7.38 126.354-12.85 30.314-3.57 0.327l士0.2705
22.814-8.47 88.05+37.69 16.47+9.27 0.2142士0.2335
№焉篡嘲 3蜩4圳.37 157.054-81.91 4"3搦“ ∞425圳420
为轻度污染;23为
重污染。
利用SPSS—13软件分别对土壤不同重金属之
间相关性进行计算分析,以及不同样地中土壤重金
属污染的聚类分析和主成分分析。
3结果与分析(Resultsandanalysis)
3.1不同绿地类型土壤重金属的含量与重金属污染
程度
不同绿地类型土壤中重金属的浓度如表2所示。
除了在废弃地样地土壤中Cu、Pb以外,在本研究所
涉及到的上海城市不同绿地类型土样中,4种土壤
重金属元素的平均含量均超过了上海市土壤环境背
景值(上海市环境保护局,1992)。另外,本研究中
所涉及的样地,特别是废弃地和公园的土壤重金属含
量的标准差与平均值之比较大,说明了当地土壤的分
布不均,变异程度较高,受到了较强的人为因素干扰。
Cd在四种重金属中也表现出较大的变异程度。
表3为不同绿地类型土壤重金属的单项污染指
数(Pi)和综合污染指数(PN)。本研究中,Cu在不
同样地中污染大小依次为学校>公园>路旁绿地>居
住区>废弃地;Zn污染为学校>公园>居住区>路旁绿
地>废弃地;Pb污染为公园>学校>居住区>路旁绿地
>废弃地:Cd污染为公园>居住区>学校>路旁绿地>
废弃地。土壤重金属综合污染程度由大到小依次为:
公园>校园>居住区>路旁绿地>废弃地。
3.2不同绿地类型土壤重金属的来源分析
目前国内外大量研究对城市土壤中重金属污染
物的来源已经基本形成共识:含铅汽油的燃烧、汽车
表3不同绿地类型土壤重金属污染指数
Table3Pollutionindexofheavymetalsindifferentgreenbelt
soilsample
单项污染指数(Pi) 综合污染指数
绿地类型 墨!i望g!!砭旦!!坚!!Q塾垒坚燮(PN)
menbeltType8
Cu Zn Pb Cd c呷r.ehe.n吁vc
pOllUtlOnindex
居住区
Residentialare
(n=3)
公园
Park
(n=12)
学校
Campus
(n=12)
路旁绿地
Roadside
greenbelt
(n=6)
废弃地
1.2 1.6 1.5 2.9
1.6 1.9 2.3 3.2
1.7 2.7 2.O 2.8
2.4
2.8
2.6
1.3 1.5 1.2 2.7 1.9
Desertedlan 0.8 1.1 0.6 1.8 1.5
妲三22
轮胎老化磨损、车体的磨损会释放出Pb、Zn、Cu等
重金属元素;含铅锌铜的装饰材料和管材、电池等日
常生活用品和废弃包装物在自然界中的分解会导致
土壤中Pb、Zn、Cu含量的提高;含重金属的有机肥、
化肥和农药的长期施用,会增加土壤中相应重金属元
素的含量,如Cu和Zn等;土壤中Cd的污染主要来
自于污水灌溉、有色金属冶炼厂飘尘以及煤灰垃圾肥
等【1,7-12】。本研究根据重金属污染的相关性分析、主
成分分析的结果(表4、表5),结合当地的实际情
况探讨样地土壤中的重金属来源。
对土壤重金属做相关性分析,如果重金属元素
之间存在依存关系,说明它们的来源途径相似,否
万方数据
l期 左倬,等:上海城市不同绿地类型土壤重金属污染研究 15
则说明来源途径有所不同11引。从表4来看:在居住
区土样中,除了Pb、Cd之间有正相关外,其它重金
属含量之间的相关性并不显著;在公园与学校土样
中,Pb、Zn、Cu三者之间正相关性达到了极显著水
平,而Cd与其它三种重金属之间的依存关系不明显;
在路旁绿地土样中,仅有Cu、Zn之间达到了显著的
正相关水平,其它重金属之间依存关系不明显;废
弃地样地土壤中的Pb—Zn、Cu—Zn、Pb.Cd之间呈现
出了显著的正相关。这说明在居住区土样中,Pb与
Cd来源相近,Cu和Zn则分别有其各自的来源;在
公园与学校土样中,Pb、Zn、Cu三者的来源相近,Cd
有不同来源;在路旁绿地土样中, Cu与Zn的来源
相近,Pb与Cd有其它的来源;废弃地土样中Cu与
Zn相关性最显著,可能有着同一来源,此外一部分
Pb与Cd来源来近,另一部分的Pb与Zn也可能有
相似来源。
主成分分析能够对多个变量进行线性组合,产生
少数瓦不相关的新变量并使它们含有尽可能多的原
变量带有的信息,从而能有效地对重金属来源进一步
地推测并验证。把居住区、公园、学校、路旁绿地这
四个样地中土壤测得的莺金属含量超出上海市环境
背景值的那一部分看作当地土壤受到的重金属污染,
分别做主成分分析,废弃地样地土壤中除了Cd外,
其它三种重金属含量均在正常水平以内,因此不进行
主成分分析。分析结果如表5所示,从表5并结合
当地实际情况来看:居住区位于上海市交通繁忙的公
路旁,且土壤受生活垃圾影响较为强烈,PCI能解释
近99%的信息量,由此推测PCI代表的是交通和生
活垃圾组成的复合污染源;公园位置相对偏僻,而公
园的前身,龙华苗圃很可能曾大量施用过Cu和Zn
等霞金属含量很高的有机肥或杀虫剂,因此推测公园
样地中PCI代表的是农林业活动污染源,PC2上只
有Cd有正荷载,推测PC2为污水灌溉污染:学校位
于上海市区交通繁忙的内环线旁,交通对重金属污染
的影响不容忽视,PCI上Zn、Pb、Cu均有较高正荷
载,因此解释为交通污染源,PC2代表Cd的来源,
其可能来自于土壤自身;路旁绿地重金属污染情况较
为复杂,从其所处位置来看,当地土壤受城市交通的
影响大,另一方面又由于路旁绿地的表层土壤为客土
回填,受交通因素所造成的重金属积累尚不显著,重
金属之间依存关系未完全反映,因此把Cu、Zn有较
高正荷载的PCI,Pb有较高正荷载的PC2解释为交
通污染,PC3代表Cd的来源,其可能来自于客土本
身或污水灌溉。
废弃地的土壤中除了Cd外,其它三种重金属含
量都在正常水平之内。这可能是由于废弃地样地——
老港垃圾填埋场经常性地被来源于滩涂的客土所覆
盖,因此当地表层土壤重金属的含量主要取决于滩涂
客土本身。虽然在本研究中,废弃地土壤的重金属污
染相对较轻,但这并不意味着当地土壤不存在重金属
污染问题。有研究表明,固体废弃物在土壤中的分解
是导致其周围土壤中重金属浓度升高的一个重要原
因⋯】。从废弃地不同土样中重金属含量,特别是Cd
的变异程度来看,当地土壤重金属分布不均,很可能
存在着点状污染的格局。
4结论与讨论(Conclusionand scussion)
绿地作为城市十壤的主要存在方式,是城市生态
系统的重要组成成分,也是城市污染物重要的源与
汇。本研究发现,上海城市不同绿地类型的土壤均受
到了不同程度重金属污染,土壤重金属污染程度由大
到小依次为:公园>学校>居住区>路旁绿化>废弃地;
同一绿地类型不同土样中重金属含量的变异系数较
大,这说明上海城市土壤受人类活动强烈干扰,并在
当地土壤分布上造成了较为明显的非连续性。
另外研究发现,不同土地利用类型的土壤重金属‘
来源存在差异。学校样地土壤的污染主要来自于
表4土壤重金属间相关系数矩阵
Table4 CorrelationCoefficientamongHeavyMetalsin
望!!堕!!望!鱼!!!望垒!丛兰壁塾墨垒堡卫!!!
重金属元素HeavymetalsCu Zn Pb Cd
注(Note):显著性水平:‘表示PIeve[:’standsforP<0.05.“standsforP 万方数据
交通污染;路旁绿化样地土壤的重金属来自于交通、
客土等多方面因素;废弃地样地重金属主要来源于
城市垃圾带来的固体废弃物型污染;公园样地和居
住区样地土壤重金属污染则可能分别来自于农林业
活动和种人类活动的共同作用。在今后开展城市绿
地土壤恢复工作中,一方面需从重金属来源出发,
削弱或消除重大的污染源;另一方面对已经受到污
染的不同的绿地类型下的土壤,需根据其重金属污
染的特点,开展相应的改良工作。
在大多数样地土壤中,Cd与另外三种重金属有
一定差异。可见Cd在本研究中的确与其它重金属元
素有着不同的污染方式与来源。有学者认为,由于
Cu、Zn、Pb都为亲硫元素,在表生地球化学上具有
一定共性116】。这可能是造成本研究中Cu、Zn、Pb之
间存在较好的依存关系,而与Cd的相关性较差的原。
因之一,但具体还有待于进一步的深入研究。
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万方数据
上海城市不同绿地类型土壤重金属污染研究
作者: 左倬, 王金凤, 由文辉, ZUO Zhuo, WANG Jin-feng, YOU Wen-hui
作者单位: 左倬,王金凤,ZUO Zhuo,WANG Jin-feng(华东师范大学环境科学系,上海,200062), 由文辉
,YOU Wen-hui(华东师范大学环境科学系,上海,200062;上海市城市化生态过程与生态恢复重
点实验室,上海,200062)
刊名: 生态科学
英文刊名: ECOLOGICAL SCIENCE
年,卷(期): 2008,27(1)
被引用次数: 2次

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1. 龚惠红.邓泓 城市典型工业用地的土壤重金属污染及修复方案的研究[会议论文]-2006

引证文献(2条)
1.郝瑞军.方海兰.沈烈英 上海城市绿地土壤有机碳、全氮分布特征[期刊论文]-南京林业大学学报(自然科学版)
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