京杭大运河镇江段近岸土壤重金属含量与空间分布特征

李 健， 汪传胜， 吴桂松， 倪 俊， 梁 超， 李程飞， 李梦颖

(1. 江苏华东地质工程有限公司，江苏 南京 210007；2. 江苏省有色金属华东地质勘查局八一队，江苏 南京 210007；3. 江苏省有色金属华东地质勘查局八五队，江苏 南京 211599)

0 引 言

土壤污染物的来源较为广泛，主要来自工业及城市废水和固体废弃物、农药和化肥以及大气沉降物等(王庆仁等，1999；赵其国等，2002；张亚婕等，2007)，这些污染物极易导致土壤重金属类和有机污染物类污染，破坏土壤生态系统，影响人体健康(郭平等，2005；黄顺生等，2007；王军等，2007；郭炳跃等，2019)。目前，土壤污染研究已成为全球热点(郑喜坤等,2002；李广云等, 2011；张亚光等，2019)，重点关注的是具有毒性的重金属元素Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cr，以及致敏性重金属元素Ni等(于瑞莲等，2008)。

京杭大运河镇江段北通长江，南接太湖，为南北运河的重要交通枢纽。镇江地区的地质调查工作始于20世纪50年代，从区域性小比例尺普查到重点矿区和异常详查，积累了丰富的地质资料，但以往的工作比例尺较小，采样密度稀，导致重金属元素的具体分布和详细界线不明。通过对京杭大运河镇江段近岸表层土壤进行系统的采样和测试分析，研究土壤中重金属元素的含量特征、空间分布和污染来源，为运河流域土壤环境质量评价和修复治理提供基础数据。

1 研究区概况与采样分析

1.1 研究区概况

京杭大运河镇江段全长约42.6 km，流经区域包括镇江京口区谏壁镇、丹徒区辛丰镇、丹阳市区、丹阳陵口镇及吕城镇，主要支流有中心河、九曲河、丹金溧漕河、窦庄新河和永丰河等(图1)。京杭大运河镇江段作为苏南运河的起点，连通长江水系和太湖水系，承担着交通运输、文化、生态环境功能，并对我国南北地区间的经济、文化交流和运河流域工农业经济的发展起着巨大的推进作用。

图1 工作区位置及采样点位图(红色虚线内)Fig. 1 Bitmap of workspace location and sampling points (inside the red dotted lines)

1.2 土壤样品的采集

参照《土壤环境监测技术规范》《多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)》，在京杭大运河镇江段两岸1 km范围内采样，采样网格为自由网。在布设的采样点上，以GPS定位点为中心，距离20 m范围内向四周辐射确定4个分样点，采集地表0～20 cm样品，等分组合成1个混合样，共采集302件表层土壤样品，采样时间为2019年。

1.3 样品分析方法

每个样品混合后分取约250 g，使用棕色瓶子装填后送实验室分析。首先将样品进行干燥，然后使用球磨机研磨后过0.15 mm筛(100目)，充分混匀后装入样品瓶备用。样品分析项目有Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cr、Ni，其中Cu、Zn、Cr、Ni采用火焰原子吸收分光光度法，Pb和Cd采用石墨炉原子吸收分光光度法，As和Hg采用原子荧光法。每批样品分析按5%比例插入1组标准物质或1组空白加标试样，准确度合格率为100%，满足实验要求；每个检测项目均抽取5%的样品进行平行双样分析，精密度合格率为100%，满足实验要求。

1.4 数据处理

使用Excel软件进行数据分析，MapGIS软件绘制图件。

2 分析结果与污染评价

2.1 土壤重金属元素含量特征

京杭大运河镇江段近岸土壤中的重金属含量特征(表1)显示：Cu元素含量最大值为4 540 mg/kg，最小值为5.00 mg/kg，平均含量显著高于江苏土壤背景值(钟晓兰等,2007)和全国土壤平均值(Teng et al.，2014)，略高于江苏表层土壤平均值(廖启林等,2009)；Pb元素含量最大值为141 mg/kg，最小值为5.80 mg/kg，平均含量低于江苏土壤背景值，显著低于江苏表层土壤平均值和全国土壤平均值；Zn元素含量最大值为3 240 mg/kg，最小值为29.7 mg/kg，平均含量分别为江苏表层土壤平均值、江苏土壤平均值和全国土壤平均值的1.35、1.35、1.33倍；As元素含量最大值为35.2 mg/kg，最小值为1.62 mg/kg，平均含量略低于江苏土壤背景值，低于江苏表层土壤平均值，显著低于全国土壤平均值；Hg元素含量最大值为3.53 mg/kg，最小值为0.041 mg/kg，平均含量分别为全国土壤平均值、江苏表层土壤平均值和江苏土壤背景值的3.54、2.80、1.41倍；Cd元素含量最大值为25.5 mg/kg，最小值为0.020 mg/kg，平均含量分别为全国土壤平均值、江苏土壤背景值和江苏表层土壤平均值的1.96、1.64、1.26倍；Cr元素含量最大值为232 mg/kg，最小值为12.0 mg/kg，平均含量低于全国土壤平均值和江苏土壤背景值，显著低于江苏表层土壤平均值；Ni元素含量最大值为100 mg/kg，最小值为5.00 mg/kg，平均含量高于全国土壤平均值和江苏土壤背景值，略低于江苏表层土壤平均值。

2.2 污染评价

选用单项污染指数法对Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cr、Ni的污染程度进行评价，依据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中土壤污染风险筛选值，对研究区内8种重金属元素测试数据与农用地土壤污染风险筛选值(不同pH值下)进行比值(Pi)计算。比值1.0作为污染下限，Pi>1.0表明测试样品的重金属含量超过农用地土壤污染风险筛选值，Pi>5.0表明测试样品的重金属含量超过农用地土壤污染风险管控值。

京杭大运河镇江段近岸土壤样品中重金属污染评价分析结果(表2)显示下列特征。

表2 京杭大运河镇江段流域土壤重金属元素污染评价结果

(1) 4个样品的Cu元素实测值与筛选值的比值Pi>1，超标率为1.32%。其中，3个15，超过土壤污染风险管控值。98.68%的样品中Cu元素含量没有超过土壤污染风险筛选值，表明京杭大运河镇江段近岸土壤中Cu元素含量总体达标，仅局部地区存在Cu污染情况。

(2) 2个样品Pb元素实测值与筛选值的比值Pi>1，超标率为0.66%；无Pi>5样品。99.34%的样品的Pb元素含量未超过土壤污染风险筛选值，表明京杭大运河镇江段近岸土壤中Pb含量总体达标，仅局部地区存在Pb污染情况。

(3) 4个样品Zn实测值与筛选值的比值Pi>1，超标率为1.32%。其中，3个15，超过了土壤污染风险管控值。98.68%的样品的Zn元素含量未超过土壤污染风险筛选值，表明京杭大运河镇江段近岸土壤中Zn元素含量总体达标，仅局部地区存在Zn污染情况。

(4) 1个样品As实测值与筛选值的比值Pi>1，超标率为0.33%，超标的比值Pi=1.173，数值较小；无Pi>5样品。99.67%的样品的As元素含量未超过土壤污染风险筛选值，表明京杭大运河镇江段近岸土壤中As含量达标。

(5) 9个样品Hg实测值与筛选值的比值Pi>1，超标率为2.98%。其中，7个15，超过了土壤污染风险管控值。97.02%的样品的Hg元素含量没有超过土壤污染风险筛选值，表明京杭大运河镇江段近岸土壤中Hg含量总体达标，仅局部地区存在Hg污染情况。

(6) 7个样品Cd实测值与筛选值的比值Pi>1，超标率为2.32%。其中，6个15，超过土壤污染风险管控值。97.68%的样品的Cd元素含量没有超过土壤污染风险筛选值，表明京杭大运河镇江段近岸土壤中Cd含量总体达标，仅局部地区存在Cd污染情况。

(7) 1个样品Cr实测值与筛选值的比值Pi>1，超标率为0.33%，超标的比值Pi=1.16，数值较小；无Pi>5样品。99.67%的采样点Cr含量未超过土壤污染风险筛选值，表明京杭大运河镇江段近岸土壤中Cr含量达标。

(8) 3个样品Ni实测值与筛选值的比值Pi>1，超标率为0.99%，3个超标的比值Pi分别为1.01、1.05、1.09，比值较小，均接近1；无Pi>5样品。99.01%的样品的Ni元素含量未超过土壤污染风险筛选值，表明京杭大运河镇江段近岸土壤中Ni含量达标。

Cr、Ni、As元素具有相对较小的变异系数(表1)，变化范围分别为0.30、0.40、0.53，反映了Cr、Ni、As元素在区域上分布的相对均一性；Cu、Pb、Zn、Hg、Cd元素具有较大的变异系数，均在0.6以上，Cd高达7.87，反映这些元素在京杭大运河镇江段区域分布上具有较大波动性。上述表明，京杭大运河镇江段近岸土壤中的重金属含量总体达标，仅局部地区存在重金属污染情况，其中Cr、Ni、As未见污染，而Cu、Pb、Zn、Hg、Cd在局部地区存在不同程度的污染情况，尤其是Cd污染最严重。

2.3 土壤重金属异常分布特征

京杭大运河镇江段流域近岸土壤中重金属元素的异常分布特征(图 2)表明，区内重金属异常主要有3个区域。

图2 京杭大运河镇江段近岸土壤中重金属元素组合异常图(1∶5万)Fig. 2 Anomaly combination map of heavy metal elements in near-shore soil of the Zhenjiang Section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal (scale 1∶50 000)

(1)位于辛丰镇民治沟以东某电器公司附近，面积约0.75 km2，污染元素以Cu为主，伴有Hg、Cd污染，呈面状，规模较小。该区污染主要来自某电器公司，排污口附近可见明显的孔雀绿色的碱式碳酸铜，该处东侧还有两家金属制品公司，也是该处重金属污染的重要污染源(董铮等，2014a、b)。

(2)辛丰镇塔岗河附近前湖田和麻村之间，主要为Zn元素污染，呈点状，强度小。该处为单点污染，该区域周边的轴承厂、电子设备厂、汽车零配件制造厂等金属制品厂为该处重金属污染的主要污染源(罗后巧等，2018)。

(3)王家桥城北分洪道至丹阳九曲河之间，面积约4.6 km2，呈条带状，南北走向。以Cu、Cd、Pb 3种元素污染为主，Zn、Hg元素污染轻微。该区域北侧某钢铁厂在产，区内同时存在一已经停产的钢铁厂，推测重金属污染由2家钢铁厂引起(耿婷婷等，2011)。由于该区位于丹阳市区附近，城市汽车尾气以及居民生活对该处重金属污染也有一定的影响(黄顺生等,2007；华明等，2008；郝社锋等，2012；董铮等，2014a)。

3 结 论

(1)京杭大运河镇江段流域近岸土壤中的重金属含量总体达标，仅局部地区存在重金属污染情况，其中Cr、Ni、As未见明显污染，Cu、Pb、Zn、Hg、Cd在局部地区呈现不同程度的污染，尤其是Cd污染最严重。

(2)京杭大运河镇江段流域近岸土壤的污染区域主要位于辛丰镇和丹阳城区附近。辛丰镇所在区域内有较多的电镀行业，在20世纪七八十年代，环保防治不严，大量含重金属的废水渗入土壤，导致该地区土壤中的重金属含量较高。丹阳城区内的钢铁厂是重金属污染的主要来源，汽车尾气排放也是该区土壤重金属含量高的原因之一。