全 文 ：生态科学2006年2月第25卷第1期 ECOLoGICSC ENCEFeb．，2006，25(1)：59～63
不同土地利用方式对城市土壤质量的影响
康玲芬1，李锋瑞p，化伟2，谈建安2，杨发旺2，黑文龙2(1．中国科学院寒区旱区环境与
工程研究所，兰州730000；2．甘肃省中心实验室，兰州730050)
【摘要】 通过对兰州市西固区5种土地利用类型(工业园区、道路两侧、农业、居民区和公园)320个土壤样品的测
试，研究了不同土地利用方式对城市土壤理化性状和Pb、Zn、Cd、Cu、Hg元素积累的影响。在5种类型土壤中，工
业园区土壤的pH值最低而电导率最高，道路两侧土壤有机碳含量显著高于居民区、公园和农业土壤：Pb、zn、cu、
cd和Hg的含量在5种类型土壤中存在显著差异，并明显高于兰州市土壤背景值：计算得到的工业园区、道路两侧、
农业、居民区和公园土壤的内梅罗综合污染指数分别为4．9、3．7、4。O、2。4和2．2。结果表明，不同土地利用方式对城
市土壤质量的影响不同，工业活动的影响最大，交通污染次之，再依次为农业活动及居民生活。
关键词：城市土壤；土地利用方式；土壤理化性状；重金属积累；综合评价
中图分类号：X171．5 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2006)0l·059-05
Theeff．ectsofdif董erentland—usetypesonquaHtyofurbansoils
l@NGLing．fenl，LIFeng．mil-，HUAWei2，TANJian．an2，YANGFa．wan92，HEIWjn．10n92(1．Colda11dAriRegions
EnvironmentalandEngineeringResearchInstitute，ChineseAcademyofSciences，Lan吐ou730000；2．CenterLaboratoryof
GansuProvince，Lanzhou730050，China)．
Abstract320opso订s锄ples(O～10cm)werecollected行omfivedifferentla d-usesit s(i．e．indus订ialareas，．roadsides，
agricuIturalareas，residentialareasIldparks)inXiguDis仃ictofLanzhoucity，northwestC ina．Physical-chemicalpropert es
a11dcontentsofPb、Zn、Cu、GdandHgin廿Iesesamplesw reanalyzedtoexaminethefrectsofmediⅡ．erentIand-use母peson
qualityofurbansoils．Theresunsshowedmat(1)soilsamples仔omthein“s仃ialreashadthelowestpHbuthehi曲est
electricconductivityamongthefivesites：(2)thecontemsoforganiccarbonintheroadsidesoilsamplesw resignmcantly
highermanthoseint11eagricultural，residentialaflparkso ls；(3)thecont ntsofPb，Zn，Cu，CdandHgvariedsign湎eantly
betweent11efivesitesbutwereconsistentlyhigherthanthebackgfoundvaluesoflocalsoils；and(4)廿1ecalculatedNememw
integrated∞11utionindicesw re4．9，3．7，4．0，2．4and2．2fortheindus仃ialareas，madsides，agriculturalreas，residentialareas
aIldparkS，respectively．111issmdysuggestst11edi仃erentiale虢ctsofthefivedi仃eremland·usetypesont11ephysical—chemical
propertiesandaccumulationofheavyme协lsinurbansoilswiththestrongestinnuencebyindustrialactivities，followedby
仃a伍cactivities，agricultumlactivitiesandinhabitantliVingactiVities．
Key、Ⅳords：U而ansoils：L锄d-uSe臼pes；Physical_chemicalproperties；He vymetalcc啪ulation；ovemnevaluationofpollu廿on
城市土壤受人为活动强烈影响【lJ，是城市生态系
统的重要组成部分，它在吸收和降解城市污染物、净
化大气和水体环境等方面有着极为重要的作用【2j。然
而，各种人类活动引起的城市表层土壤理化性状的改
变以及重金属污染不仅使城市土壤的生态功能下降，
而且更为重要的是土壤中的重金属元素通过污染农产
品、大气和水体环境将会直接或间接地影响城市生态
系统的健康发展和危害城市居民的身体健康【2j。为了
合理、有效地控制城市土壤质量的恶化，提高城市生
态系统的功能，改善人居环境的质量，近年来国内外
学者针对城市土壤重金属元素含量及其分布状况进行
了大量的研究p~1⋯。尽管不少研究已经表明了工业、
交通及农业活动等对城市土壤质量的演变具有重要的
影响【3，4，71，但有关不同土地利用方式对城市土壤质量
影响的系统研究尚不多，特别是针对我国西北地区工
业城市的研究则更少。本研究以我国西北地区大气污
染最为严重的典型工业区一兰州市西固区为研究区，
采集了5种主要土地利用类型(工业园区、道路两侧、
农业、居民区及公园)的表土层(O～10cm)土壤样
品，测定了其理化性状和Pb、Zn、Cu、Cd和Hg的含
量，并计算了各元素的单因子污染指数及内梅罗综合
污染指数⋯J，探讨了不同土地利用方式下城市土壤理
化性状的变化及重金属积累的特征，旨在为城市土壤
环境污染的综合防治提供科学依据。
l材料与方法
1．1研究区概况
研究区位于兰州市西固区，地处东经103035’～
103040’，北纬36005’～36009’，海拔15 0m，总面积约
50km2。本区地处黄河河谷盆地，马兰黄土是主要成
土母质。该区属温带半于旱大陆I生气候，年最高气温可
达35℃以上，最低可至_23℃，年降雨量200～300mm，
收稿日期：2005．09．26；接受臼期：2006．0l一10
基金项目：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所知识创新工程项目
(2004121)和中国科学院“百人计划”项目(2000025)。
作者简介：康玲芬(1968一)，女，博士研究生，主要从事城市污染生
态学研究。 E—mail：zkyklf固163．com
+通讯联系人
万方数据
生态科学 25卷
表I土壤中各个元素污染程度分级标准’
Table1ThestandardofpoUution2radesofindividualeIementsi soils
等级划分Grade 1 2 3 4
单因子污染指数PollutionindeX只≤1 13
污染程度Pollutiondegree 非污染 轻度污染 中度污染 重度污染
’中国绿色食品发展中心，绿色食品产地环境质量现状评价纲要(试行)，1994．11leOrg蛐icF00dDevel叩mentcenterofchina，111eEnvironmentalQuality
EvaluationPr gramfor0rgaIlicFoodP刚uction，1994．
表2土壤综合污染程度分级标准’
!璺坠!竺兰!塾旦璺!璺翌璺璺!鱼壁!i望!￡g!璺!竺空巳竺!!望!i旦望g!璺堕宝苎i望璺垒!!苎
等级划分Gmde l 2 3 4 ．，
综合污染指数Integmtedpollutionindex P综≤0．7 O．73
污染程度P01lutiondegree 安全 警戒线 轻度污染 中度污染 重度污染
’中国绿色食品发展中心。绿色食品产地环境质量现状评价纲要(试行)，1994．111eorgallicF00dDevelopmentcemerofchina，TheEnvimnmentalQuality
EvaluationPmgmmforOrganicF00dPmduction，1994
年蒸发量1300～2loomm。二十世纪五十年代以前，
该区为农业区。第一个五年计划期间，国家在兰州市
开展了八项国家重点建设工程，其中有七项在西固区，
涉及石油、化工、机械、冶金四大产业。经过多年的
发展，目前已形成了电力、化学、冶炼、建材、轻纺、
制药、核能源等门类齐全的工业体系，是我国西北地
区一个典型的工业区。
1．2样品的采集
在研究区内的公园、居民区、道路两侧、工业园
区及农业用地(代表5种土地利用类型)上选择近年
来未受强烈人为活动干扰(如挖掘和填埋等)的区域
作为采样区，共确定了320个土壤采样点。在每个采
样点10m2的范围内随机采集9个子样品(0～10cm)，
将其混合均匀后用四分法取500g组成一个样品。在
采样过程中，应避免样品受到待测元素的污染。共采
集了农业土壤样品64个，公园土壤样品41个，居民
区土壤样品53个，工业园区土壤样品121个，道路两
侧土壤样品41个。
1．3样品处理与分析
土壤样品的处理与分析参照《土壤理化分析与剖
面描述》【12】和《岩石矿物分析》【131。所用分析仪器分
别为：pH值采用PHS．3C酸度计(上海雷磁仪器厂)；
电导率采用DDB一303A电导率仪(上海雷磁仪器厂)；
Cu、Pb和zn的含量采用理学3080E3型X荧光光谱仪
(日本理学株式会社)；Hg的含量采用XGY．10l1A
型原子荧光光度计(北京海光光学仪器厂)；Cd的含
量采用日立180一80原子吸收分光光度计(日本日立公
司)。在样品测定过程中采用二级标准样品40—3、40．5、
40．9、40一lO进行质量控制，所有项目的检出率为100％，
分析误差符合要求。所有测定结果以样品干重计。
1．4数据处理
单因子污染指数和内梅罗综合污染指数(简称综
合污染指数)分别按下式计算⋯】：
只=G／S (1)
P缘={I(McDcClfsI)2+(17鄙I7sI)。1×o．5Pu(∞
式中，只表示土壤中f元素的污染指数，P综表示土
壤中重金属元素的综合污染指数，Cf表示f元素的实测
值(mg·kg一)，S表示f元素的评价标准(mg·埏。1)，
选用何乱水等在二十世纪八十年代得到的兰州市土壤
背景值【l4|，疗表示重金属元素的种类数。
根据计算出的5种类型土壤中各元素单因子污染
指数和综合污染指数值，对5种类型土壤的单个元素污
染程度及综合污染程度进行了分级评价(标准见表1，
表2)。采用单因子方差分析对不同土地利用类型土壤
中主要理化性状、重金属含量及污染指数平均值的差
异显著性进行检验。统计分析前，对数据进行了正态
分布检验，对不符合正态分布的数据进行了对数转换。
2结果与分析
2．1 不同土地利用类型土壤的理化性状
在5种类型土壤中(表3)，工业园区土壤的pH值
最低，其次是道路两侧土壤，公园土壤的pH值显著高
于工业园区、道路两侧与居民区土壤，而与农业土壤
差异不显著。电导率是工业园区土壤最高，其次是道
路两侧土壤，农业、居民区和公园土壤的电导率均较
低。道路两侧土壤的有机碳含量显著高于农业、居民
区和公园土壤，与工业园区土壤相比差异不显著。道
路两侧土壤中砾石(>2mm)和中粗沙(2mm～
0．25mm)含量显著高于其它4种类型土壤，细沙和粉
粒(0．25～0．002mm)以及粘粒(<0．002mm)含量
显著低于其它4种类型土壤。
2．2不同土地利用类型土壤中重金属元素的积累
5种类型土壤中Pb、zn、Cu、Cd和Hg的含量均程
度不同地高于兰州市土壤背景值114J及中国土壤背景
值H5J(表4)。例如，工业园区、道路两侧、农业用地、
居民区和公园土壤中的Pb含量分别比兰州市土壤背
景值高165％、105％、46％、45％和25％，而Cd含量分
别高193％、221％、136％、114％和114％。
5种类型土壤相比，工业园区土壤中重金属元素
的积累程度最高。Pb和Cu的含量显著高于其它4种
万方数据
1期 康玲芬，等：不同土地利用方式对城市土壤质量的影响
表3不同土地利用类型土壤的主要理化性状
T曲le3 Mainphysical-chemicalpropeniesofsoilsunderthe矗vel粕d-Hsetyp船
工业园区土壤 道路两侧土壤 农业土壤 居民区土壤 公园土壤
h1血脚谢soils R0adsideoils．A醯ul咖lsoils Residefnialso ls Pa墩soils
理化性状Ph姆calIcIl蛐licm聊DpI删略
DH 7．71士0．05c 7．95士O．05b8．11士0．05ab8．00士0．08b 8．12土0．04a
电导率E1ec啊cc0耐l碰vity(us．锄。)2096士4lOa 1278士354b506士139c452士7lc 373土43c
有机碳Organiccarbon(％) 1．4士0．2ab 2．O士0．5a 1．3士O．2bc 1．0士0．2c 1．1士0．1bc
碳酸钙CaCO，(％1 13．1土0．7ab 12．2士O．7bc11．6士0．4c 14．0士0．2a 13．0士0．3ab
机械组成Particlesizedistribution
>2mmf％1 4．4士0．4bc 11．2士1．9a 1．6士0．3d 5．6士1．1b 3．1士0．6c
2～0．25mmr％、 6。4士O．7b 13。9士1．3a 7．3士1．2b 6．9士O．7b 6．2士0．8b
0．25～0．002mmf％1 77．4土1．0a 67．6士2．7b 81．5士1．4a 76．7士1．6a 80．3士1．4a
平均值的多重比较采用LSD，同一行具不同字母者平均值差异显著(P<0．05)．LSDtestswereusedtocomparedi仃crencesbet、veenm aIls．Di毹rentle钍 rsjn
samerowindicates；gnmcantdi任brencesbeMeenmeansofthe矗vesit satjP(O．05．
表4不同土地利用类型土壤中重金属元素的含量(mg·螬一)
Table4Heavymetalcontents(Mean士S．E．，mg·k91)ofsoils岫derthe6vedi仃erentIand—usetypes
土壤类型SoiItypes Pb(95％C．I．)Zn(95％C．I．)Cu(95％C．I．)Cd(95％C．I．)Hg(95％C．I．)
工、lk园区土壤 58．2士2．9a 124士5a 40．9士1．6a 0．41士0．02a0．168士0．013a
Indus仃ialso订s (52．4～64) (112～132) (37．7～44．0)(O．37～0．45)(0．142～0．193)
道路两侧土壤 45．O士3．5b 132土9a 36．9士1．7b 0．45土0．04a0．118士0．017b
Roadsidesoils (38．O～52．1) (114～149) (33．4～40．4)(0．36～0．53)(0．085～0．152)
农、Ik±壤 32．2土0．6c 123土5a 33．3士0．5b O．33土0．01bO．146士0．008a
AgricultLlralsoils (31．O～33．4) (114～132) (32．3～34．4)(0．31～0-35)(O．129～O．163)
居民区土壤 31．9士O．7c 95．9士2．4b‘28．2圭O．3c 0．30士O．01b0．080士O．006bc
Residentialsoils (30．5～33．3) (91．O～101)(27．5～28．9)(0．28～O．32)(O．068～0．092)
公园土壤 27．6士O．6d 90．3士2．1b 29．2士0．5c 0．30士O．OlbO，067士O．005c
Parksoils (26．4～28．8) (86．1～94．5)(28．2～30．3)(0．28～0．32)(0．056～0．078)
综合5种类型土壤 42．9士1．4 116土3 35．3士0．7 O．37士0．0l 0．129士0．006
P001edoverallnvesoils (40．2～45．7) (111～121) (33．9～36．7)(0．35～0．39)(0．17～O．141)
兰型亭专壤尊景竽¨：Bac坞mund22．o土3．1
ValUelnLanZnoU’SO“S
中，国士曼尊景值譬1 BackmuIld26．o士12．4
VaIUelnonIneSeSOlIS
67．1士6．9 22．9士2．2 0．14士0．03 0．030士O．014
74．2士32．8 26．6士11．4 0．097土O．0790．065士0．08
背景值以“平均值士标准差”表示，其它数据以”F均值土标准误”表示．ThebackgrouIldvaluesarc‘‘Me锄士s．D．”锄dt11eot}lersa e‘‘Me觚士s．E．”；平均
值的多重比较采用LsD，同一行具不同字母者平均值差异显著(JDmwindicatesign墒cantdi脆rencesbet、veenm 锄softlle矗vesit sat|P类型土壤，Cd含量显著高于居民区、公园和农业土壤，
Zn含量显著高于居民区和公园土壤，Hg含量显著高于
道路两侧、居民区和公园土壤(表4)。同时，工业园
区土壤中存在着Pb、Zn、Cu和Hg含量极高的异常情
况。例如，在某些采样点Pb含量高达607mg·蚝～，
zn含量高达2552mg·kg一，Cu含量高达512mg·蚝～，
Hg含量高达1．5mg·kg。以上，这些值是当地土壤背景
值的几十倍，几百倍，甚至上千倍。在进行统计分析
时，将这些数值作为异常值剔出。道路两侧土壤中zn、
Cu、Pb、Cd和Hg的含量显著高于居民区和公园土壤，
其中Pb和Cd含量还显著高于农业土壤。农业土壤中
zn、Cu和Hg的含量也显著高于居民区和公园土壤，其
中Hg含量还显著高于道路两侧土壤。上述结果与Chen
等pj、吴新明等【7】和管东升等【4】的研究结果相类似。
2．3 土壤重金属污染程度评价
从图1可以看出，5种土地利用类型土壤中各元素
的污染程度存在明显的差异。例如，Cd在工业园区和
道路两侧土壤中为重度污染(单因子污染指数分别为
3．0和3．2)，而在农业、居民区和公园土壤中为中度污
染(单因子污染指数分别为2．4、2．2和2．1)。Hg在工业
园区、道路两侧和农业土壤中为重度污染(单因子污
染指数分别为4．3、3．7和4．0)，而在居民区和公园土壤
中为中度污染(单因子污染指数分别为2．4和2．2)。
5种类型土壤的综合污染程度亦存在明显的差异
(图1)，工业园区、道路两侧及农业土壤的综合污染
程度均为重度污染(综合污染指数分别为4．9、3．7和
4．0)，而居民区和公园土壤为中度污染(综合污染指
数分别为2．4和2．2)。
3讨论与结论
研究结果表明，不同土地利用方式下城市土壤的理
化性状和重金属积累程度存在显著差异(表3)，这说明
不同土地利用方式对城市土壤质量的影响不同。究其原
因，造成工业园区和道路两侧土壤的pH值低于而电导率
万方数据
62 生态科学 25卷
善 2
．量
点
芎 】
靼
因号
暑‘
IS WS ASRS PS TS IS WS AS RS PS TS ISWS AS RS PS TS
lSWS AS RS PS TS
上壤类型sQiltypes
羹喜
耋‘；
帛皇
国百
鲁“
IS WS AS RSPSTS IS WS AS RS PS TS
土壤类型soiltypes 上壤类型soiItypes
IS：工业园区土壤Industrialsoils；wS：道路两侧土壤Roadsidesoils；AS：农业土壤Agriculturalsoils；
RS：居民区土壤Residentialsoils；PS：公园土壤Parksoils；TS：综合5种类型土壤PooledveraH6vesoils
图1研究区不同类型土壤中重金属元素的平均污染指数(具不同字母者差异显著，LsD检验，尸Fig．1Mean(士S．E．)poUutionindicesofheaVymetalsinsoilsunderthefiVedifferentIa d—usetypes(dif＆rentIettersi dicate
signi6cantdifferencesbetweenthe6vesitesatP<0．05)
高于其它3种类型土壤的原因可能是工业活动(研究区是
石油冶炼和化工基地)及汽车尾气产生的Nq、S02等气
体与水结合形成酸性物质，降低了工业园区及道路两侧
土壤的pH值；同时，这些酸性物质与土壤中的CaC03等
碱性化合物发生化学反应，增加了土壤中游离的离子数
量，导致了工业园区及道路两侧土壤的电导率升高。
Ⅺumpp等【16J对炼铜厂周围土壤pH值的研究结果也表明，
S02、NQ等酸性气体的大量排放可显著降低土壤的pH
值。另外，造成道路两侧土壤中有机碳含量显著高于其
它4种类型土壤的原因可能是交通污染造成了道路两侧
土壤中有机污染物的异常积累【l7，181，同时，重金属和有
机污染物在土壤中的大量积累降低了土壤中微生物的种
群数量及其生理活性，从而降低了土壤微生物对有机物
的分解速率ll6J，这可能也是导致道路两侧土壤中有机碳
含量较高的一个重要原因。许多研究表明，造成城市土
壤重金属积累的原因很多，其中，工业活动的影响是最
重要的原刚5’141。在兰州市西固区，工业活动主要有化工
生产、燃煤发电、机械加工、金属及石油冶炼等，这些
工业活动排放出的大量重金属元素不仅造成了工业园区
土壤重金属的严重积累【l4J，而且，工业废气和粉尘的沉
降以及工业废水灌溉也导致了研究区道路两侧、农业、
居民区及公园土壤重金属的较多积累11””圳。除了工业活
动的影响外，造成道路两侧土壤中重金属积累的另一个
重要原因是汽车尾气的排放、燃料及润滑油的泄漏以及
轮胎和机械部件的磨损【20】；造成农业土壤重金属积累的
另一重要原因是农业化学物质及农家肥料的使用【21也J；
造成居民区土壤重金属积累的原因还包括锅炉和小煤炉
产生的烟尘、生活污水和生活垃圾的排放。
城市土壤的重金属污染及理化性状的改变将对城
市居民的身体健康和城市生态系统的安全产生严重危
害。兰州市位于中国西北地区，干旱多风，受到重金属
污染的土壤颗粒很容易通过扬尘进入大气，再通过呼吸
进入人体，从而危害城市居民的健康。另外，在工业园
区，排放出的S02和Nq等酸性气体的沉降可能会导致
土壤中可交换态和碳酸盐结合态的重金属元素释放出
来【2jJ，经雨水淋洗，将进一步污染地下水和地表水。再
者，研究区农业土壤中H酹口cd的污染比较严重，可以预
测这些元素被农产品吸收后，再通过食物链进入人体，
将直接对居民健康产生危害。有鉴于此，对工业活动、
交通及农业活动等多种潜在污染源进行科学控制，降低
其对城市土壤系统的影响，是遏止城市土壤质量恶化，
从根本上改善城市人居环境质量的关键。
综上所述，兰州市西固区5种主要土地利用类型
(工业园区、道路两侧、农业、居民区和公园)土壤
的理化性状和Pb、zn、Cu、cd、Hg的积累程度存
在显著差异。这说明不同土地利用方式对城市土壤质
量的影响程度不同。从总体上看，工业活动的影响最
大，交通活动次之，再依次是农业活动及居民生活。
人类活动造成的城市土壤的重金属污染及理化性状
的改变将对城市居民的身体健康和城市生态系统的
安全产生严重危害，对此需要采取相应的措施加以防
范和治理。
0
4
3
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0
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(上接第58页)
残留率高。而灌喂法中，65zn出现阶段性排出，但变
化幅度也不大，这可能是在人工喂养条件下，动物不进
食而造成的结果。65Zn在灌喂组中，其分布出现变化，
转移现象明显，从大肠、小肠等器官转移到其它器官中。
已经有人用非放射性的方法证明青蛙可以通过皮
肤吸收Cu，但对Zn则没有得出确定的结果噶1，蟾蜍在
自然环境中能否通过皮肤吸收Zn和I尚待进一步研究。
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万方数据
不同土地利用方式对城市土壤质量的影响
作者： 康玲芬， 李锋瑞， 化伟， 谈建安， 杨发旺， 黑文龙， KANG Ling-fen， LI Feng-rui
， HUA Wei， TAN Jian-an， YANG Fa-wang， HEI Wen-long
作者单位： 康玲芬,李锋瑞,KANG Ling-fen,LI Feng-rui(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州
,730000)， 化伟,谈建安,杨发旺,黑文龙,HUA Wei,TAN Jian-an,YANG Fa-wang,HEI Wen-
long(甘肃省中心实验室,兰州,730050)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGIC SCIENCE
年，卷(期)： 2006,25(1)
被引用次数： 16次

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