西藏土壤汞的分布特征及污染评价

祝玉杰，张毅强，刘 明，陈来国，何秋生，叶芝祥，孙家仁

1. 成都信息工程学院资源环境学院，四川 成都 610225；2. 环境保护部华南环境科学研究所城市生态环境研究中心，广东 广州 510655；3. 太原科技大学环境与安全学院，山西 太原 030024

西藏土壤汞的分布特征及污染评价

祝玉杰1,2，张毅强2*，刘 明2，陈来国2，何秋生3，叶芝祥1，孙家仁2

1. 成都信息工程学院资源环境学院，四川 成都 610225；2. 环境保护部华南环境科学研究所城市生态环境研究中心，广东 广州 510655；3. 太原科技大学环境与安全学院，山西 太原 030024

为了解西藏地区土壤汞的污染水平与现状，采集西藏四区一市(拉萨、林芝、那曲、阿里、日喀则)耕地、冲积土、草地、荒地4种类型的土壤，其中表层土壤54个，剖面样品18个。利用直接加热-金管富集-原子吸收法对土壤中汞含量进行分析，结果表明，西藏地区土壤中汞含量平均含量为0.026 mg·kg-1，低于我国土壤中汞的背景值，与先前西藏土壤中汞的含量相近。部分样品中汞的含量较高,其中最大值为0.563 mg·kg-1，可能与人为源点状污染有关。西藏土壤汞的分布具有显著的地势分布特征，土壤中汞含量从东南到西北逐渐降低。这与西藏的地势条件和人为活动有关。由于土壤中有机质与人为影响的差异，不同类型土壤中耕地土壤汞含量最高(0.051 mg·kg-1)，冲积土最低（0.015 mg·kg-1），偏远地区荒地汞含量最稳定。西藏东南和西北地区土壤汞的垂直分布特征有明显的差异，西北低汞含量地区垂直分布特征主要表现为表层＞中层＞底层,而东南地区分布规律并不明显，人为翻动频繁和较复杂汞来源与迁移是造成都东南部耕地土壤和河滩土汞含量垂直分布的主要原因。以西藏土壤背景含量水平为单因子污染评价标准，结果显示西藏27.4%的土壤处于中度或重度污染，31.5%处于无污染状态，人为活动对西藏地区土壤中汞含量的升高有较大的贡献。

西藏；土壤；汞；分布特征；污染评价

汞（Hg）是一种非生物体必需的有毒有害重金属元素。自20世纪50年代日本发生水俣病事件后，汞污染在全世界引起了广泛关注。2013年包括中国在内的92个国家正式签署了《关于汞的水俣公约》，由于我国是汞排放大国，这对于我国控汞提出了新的挑战。土壤是汞的汇与源，它在汞的生物地球化学循环中起重要作用。西藏由于地理条件独特加之人为污染较少，上个世纪其土壤中汞含量处于较低水平（张晓平和朱延明，1994；Zhang，2002），并作为土壤中汞背景值的参比数据（张晓平，1994）。汞能随大气长距离迁移并通过干湿沉降进入土壤（Loewen等，2007；Yang等，2010；Huang等，2012；Huang等，2013）。研究表明，青藏高原背景地区大气汞在西南季风和东北季风的作用下，明显受到了印度和我国西北地区汞的长距离迁移的影响（Fu等，2012），另外，随着西藏当地和周边地区社会经济发展和人为活动的加强，含汞污染物的排放呈增加趋势，这势必对其土壤汞含量产生一定的影响（Zhang等，2002），但是目前缺乏现阶段西藏土壤汞含量数据。本研究采集西藏4区1市大区域的土壤样品，目的在于获得西藏地区当前土壤汞的含量数据，这有助于进一步研究西藏高原表生环境中汞的地球化学过程。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

西藏位于我国青藏高原西南部，是世界平均海拔最高的地区，被誉为“世界屋脊”和“第三级”。西藏下辖2个地级市和5个地区，西藏气候总体上具有西北严寒干燥，东南温暖湿润的特点。气候类型自东南向西北跨热带、亚热带、高原温带、高原亚寒带，高原寒带等各种类型。在藏东南和喜马拉雅山南坡高山峡谷地区，由于地势迭次升高，气温逐渐下降，气候发生从热带或亚热带气候到温带、寒温带和寒带气候的垂直变化。在冬季西风和夏季西南季风的交替控制下，西藏干季和雨季的分别非常明显，一般每年10月至翌年4月为干季，5月至9月为雨季，雨量一般占全年降水量的90%左右。不同地区年降水量差异巨大，自东南低地的5000 mm，逐渐向西北递减到50 mm。

1.2 样品采集与前处理

于2010年10月13日─2010年10月25日在西藏共采集土壤样品72个（图1），其中表层样品54个，剖面样18个，采样范围覆盖了西藏阿里、那曲、日喀则、林芝和拉萨4区1市，土壤类型涵盖耕地、冲积土、草地、荒地（人为活动较少地带，包括莎嘎土、寒漠土、无植被冻土等）（表1）。土壤样品经过冷冻干燥、研磨、过100目筛后冷藏待用。

表1 土壤样品基本信息表Table 1 Information of soil samples

1.3 样品分析

称取0.2～0.3 g土壤样品于镍舟中（预先用马弗炉500 ℃烘烤1 h），利用全自动总汞分析仪（Hydra-C，Leeman）进行分析，该仪器检出限为0.5 ng·g-1。

1.4 质量控制与保证

土壤标准物质GBW07405（黄红土壤，总汞含量0.29±0.04 mg·kg-1）和GBW07404（石灰岩土壤，总汞含量0.59±0.06 mg·kg-1）被用来测试分析的准确度，2种标准物质的实测值分别为0.30±0.01 mg·kg-1（n=10）和0.56±0.02 mg·kg-1（n=8），回收率为95%～107%。空白样品低于检出限。每个样品分析2次取平均值，平行样分析结果标准偏差＜10%。

1.5 单因子评价方法

各样点土壤汞污染程度的分析采用单因子指数法（国家环境保护总局，2004），以人为划定的土壤污染起始值为参考值，反映土壤中重金属较污染起始值的累积程度（张铭杰等，2010）。计算公式如下：

式中：Pi为污染指数；Ci为污染物实测值；Si为污染物评价标准；当Pi＜0.7时，为清洁；当0.7＜Pi≤1为尚清洁；1＜Pi≤2时，为轻度污染；当2＜Pi≤3时，为中度污染；当Pi＞3时，为重度污染。

图1 采样分布图Fig. 1 Sampling sites of soils in Tibet

2 结果与讨论

2.1 表层土壤中汞的含量水平

西藏土壤中汞含量（表层，下同）不符合正态分布，但符合对数正态分布（图2），故用几何均值评价西藏的汞污染水平。西藏地区表层土壤汞的平均浓度为0.026 mg·kg-1，与Zhang（2002）的研究一致（0.026 mg·kg-1），低于我国背景土壤的平均汞含量（0.04 mg·kg-1）（中国环境监测总站，1990），远低于广州（0.614 mg·kg-1）（尹伟等，2009）、深圳（0.07 mg·kg-1)（张铭杰等，2010）、桂林（0.288 mg·kg-1）（钱建平等，2000）、长春（0.118 mg·kg-1）（杨忠平，2008）等土壤中汞的含量。但在我们的结果中也发现有较高值，其中最大值（0.563 mg·kg-1）位于色林错周边，远大于之前研究的最高值（0.188 mg·kg-1），由于附近并没有污染源也非耕地，且在色林错周边其他采样点相同类型土壤汞的含量也远低于此含量，考虑可能为人为源的点状污染。

2.2 表层土壤汞的空间分布

从空间分布来看，总体上西藏土壤汞浓度呈东（南）高西（北）低的趋势（图3），这与张晓平和朱延明（1994）的研究一致（张晓平和朱延明，1994），一方面这与西藏的地势倾向、水热变化走向及其土壤水平地带性分布密切相关，因为西藏的地势是由东(南)-西(北)逐渐升高，西藏土壤类型也是主要沿着东(南)-西(北)方向演替，而不同土壤类型中汞的本底含量不同（张晓平和朱延明，1994）。铜、氟等元素也具有同样的分布特征（张晓平，1998；张晓平等，2001），另一方面，西藏东南部人口分布较为密集，更多的人为活动也是导致东南部土壤汞浓度较高的原因。

图2 Hg和-ln(Hg)的频率直方图Fig. 2 The frequency histogram of Hg and -ln(Hg) in soils of Tibet

图3 采样点土壤总汞含量分布图Fig. 3 The distribution diagram of mercury level in soils of Tibet

图4 西藏不同土地类型中汞的含量分布Fig.4 Distribution of mercury concentration in different types of soils in Tibet

2.3 不同土壤类型中汞的含量分布

西藏地区海拔差异大，土壤类型多样，按土地利用类型、生态环境功能，本研究将采集的土壤分成耕地、草地、河谷冲积土、荒地（包括莎嘎土、寒漠土、冻土等）4类。如图4所示，耕地土壤汞含量（0.051 mg·kg-1）要明显高于其他几种土壤类型。因为耕地土壤经常施肥导致土壤有机质（OM）含量较高，而汞含量与土壤OM之间具有极显著的相关性（张晓平，1994；尹伟等，2009）。另外含有微量汞的肥料也可能导致耕地土壤中汞含量增高（钱建平等，2000）。冲积土平均汞含量最低（0.015 mg·kg-1），但是波动范围较大(SD=0.03 mg·kg-1)，这可能与由于冲积土受到河流和地形的影响，汞的来源和迁移较复杂（何文鸣等，2011），另外荒地汞波动范围较小（SD=0.027 mg·kg-1），这与荒地采集地点偏僻，人为活动少以及OM含量较低有关。同时，本研究荒地中汞含量（0.024 mg·kg-1）也处于较高水平，表明可能与大气汞的迁移沉降有关，已有研究表明，西藏偏远地带森林土壤是大气汞的“汇”（Gong等，2014）。

2.4 土壤剖面层汞的垂直分布特征

西藏因其特殊的地貌及土壤发生环境，汞在土壤中的含量分布明显地表现出垂直变化的特点（张晓平和朱延明，1994）。一般而言表层土壤汞含量高，因为其最容易受到外来汞的污染，另外富OM土壤对汞具有强有力的吸附和累积作用（陈静生等，1990）。目前许多研究也表明表层土壤汞的浓度要大于中层和底层土壤（钱建平等，2000；邢登华等，2011）。本研究中人为活动较少的西北阿里地区多数采样点符合此规律，但是东南部拉萨和林芝地区部分耕地和河滩土壤剖面中汞含量垂直分布规律并不明显，其中部分样品为耕地型土壤（S47、S48）和河滩土（S40），如图5所示。耕地土壤由于人为翻动频繁导致汞含量垂直分布发生变化，而河滩土由于处于近裸露状态，土壤和汞的来源和迁移都较复杂（何文鸣等，2011）。

图5 土壤剖面汞含量水平Fig. 5 The mercury level in soil profile of Tibet

2.5 土壤汞的污染等级

利用单因子评价法评价西藏地区表层土汞的污染程度，以西藏土壤汞的背景值0.02 mg·kg-1为评价标准（中国环境监测总站，1990），31.5%的土壤处于清洁状态，轻度污染的土壤所占比例为40.7%，中度以及重度污染土壤占27.4%（表2）。这说明西藏地区近70%的土壤汞含量都有一定程度的积累，且采集的四区一市中都有中度以及重度污染的土壤，表明部分土壤明显受到当地的人为活动影响。

表2 采样点汞浓度分级统计Table 2 The pollution levels of Hg in soils of Tibet

3 结论

西藏地区土壤汞含量均值为0.026 mg·kg-1，低于我国土壤的背景值，处于较低水平。

西藏土壤中汞含量具有明显的空间分布特征，东南至西北方向逐渐递减。西藏的地理特征和人口分布是影响汞空间分布主要原因。

西藏西北底汞含量地区大部分土壤剖面汞的含量由表层到底层逐渐递减，东南部分耕地和河滩土汞的垂直分布不符合这一规律。

西藏27.4%的土壤处于重度或中度污染。当地人为活动对西藏土壤汞含量升高有一定的贡献。

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Distribution and Pollution Assessment of the Mercury in Soils of Tibet

ZHU Yujie1,2, ZHANG Yiqiang2*, LIU Ming2, CHEN Laiguo2, HE Qiusheng3, YE Zhixiang1, SUN Jiaren2
1. College of Resource & Environment, Chengdu university of Information Technology, Chengdu 610225, China; 2. Center for Research on Urban Environment Ecology, South China Institute of Environmental Sciences (SCIES), Ministry of Environmental Protection (MEP), Guangzhou 510655, China; 3. College of Environment and Safety, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China

To investigate mercury pollution level in soils of Tibet, four types of soils (farmland, atteration, grassland and uncultivated land), including 54 surface and 18 profile soil samples, were taken from five different sites in Tibet (Lasa, Linzhi, Naqu, Ali and Rikaze) during October, 2010. Mercury content in soils was analyzed using the Direct Heating-Gold Cartridge Preconcentration-Atomic Adsorption Spectrometric Method. The results show that the geometric mean mercury level was 0.026 mg·kg-1, which was similar to former studies and lower than background mercury value of soils in China. Mercury in some samples was high, with the highest content of 0.563 mg·kg-1, which may be related to anthropogenic point-source pollution. The distribution of the level of mercury showed a notable topography characteristic with a trend of descending from the Southeast to the Northwest, which was related to the topography and human activities of Tibet. Due to the differences of organic matter in soils and human influence, the mercury concentration was the highest in farmland (0.051 mg·kg-1) among all types of soils, the lowest in atteration (0.015 mg·kg-1), and the most stable in uncultivated land. The vertical distribution of mercury content in soils of Southeast Tibet differed obviously from that of Northwest Tibet. In Northwest Tibet, the mercury content was low and decreased from the surface to bottom layer soils. In Southeast Tibet, the vertical distribution didn’t show a distinctive feature, resulting from frequent digging by human and complex sources and transport of mercury. By the Single-factor Pollution Assessment Method, 27.4% of soils in Tibet were moderately or severely polluted and 31.5% unpolluted. Human activities played an important role in increased mercury content in soils of Tibet.

Tibet; soil; mercury; distribution; pollution assessment

X53

A

1674-5906（2014）09-1487-05

祝玉杰，张毅强，刘明，陈来国，何秋生，叶芝祥，孙家仁. 西藏土壤汞的分布特征及污染评价[J]. 生态环境学报, 2014, 23(9): 1487-1491.

ZHU Yujie, ZHANG Yiqiang, LIU Ming, CHEN Laiguo, HE Qiusheng, YE Zhixiang, SUN Jiaren. Distribution and Pollution Assessment of the Mercury in Soils of Tibet [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(9): 1487-1491.

中央级事业单位公益性科研院所业务专项；国家环保公益性行业科研专项（200809011）；国家自然科学基金项目(41105082)

祝玉杰（1989年生），男，硕士研究生，研究方向为环境污染物的监测，Email: zhuyujie90@126.com*

2014-08-05