城市绿地不同管理方式土壤重金属污染及生态风险评价_孟婷婷.pdf

第 40 卷第 12 期2022 年 12 月环境工程Environmental EngineeringVol40No12Dec2022收稿日期:20210715基金项目:陕西省科技成果转移与推广计划(2021CGBX-03);长安大学重点科研平台开放基金(300102351501)第一作者:孟婷婷(1992)，女，工程师，主要研究方向为水土资源高效利用。1498643610 qqcom*通信作者:刘金宝(1989)，男，工程师，主要研究方向为土壤高光谱遥感。jinbaoliu xauteducnDOI:10.13205/jhjgc202212029孟婷婷，刘金宝，董浩，等 城市绿地不同管理方式土壤重金属污染及生态风险评价 J 环境工程，2022，40(12):217223城市绿地不同管理方式土壤重金属污染及生态风险评价孟婷婷1，2，4刘金宝1，2，3，4*董浩1，2，4王博1，2，4张国剑1(1陕西省土地工程建设集团有限责任公司，西安 710075;2陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，西安 710075;3西安理工大学，西安 710048;4自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，西安 710075)摘要:土壤重金属污染是威胁城市生态环境的关键问题，为探究城市绿地不同管理措施下土壤修复效果，以城市不同管理措施绿地土壤为研究对象，测定复垦土地不同管理措施土壤中的 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 含量，并通过单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数、地质累积指数法、潜在生态风险评价法定量分析了不同管理方式下土壤重金属污染及生态风险程度。结果表明:1)不同管理方式下土壤中 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 含量均高于陕西省背景值，不同管理方式下土壤重金属含量顺序为自然生长灌溉施肥;2)各重金属含量随土壤深度增加的变化趋势为逐渐减小或先减小后增加，且在2040 cm 深度取得最小值;3)Cd 是造成该地区生态风险的主要元素，为轻污染，且是污染程度最高的元素。灌溉和施肥措施对土壤重金属污染修复效果优于自然生长，合理布设城市绿地措施有利于城市绿地土壤重金属污染修复、城市生态环境质量改善。关键词:城市绿地;土壤修复;重金属污染;生态风险;管理方式SOIL HEAVY METAL POLLUTION AND ECOLOGICAL ISK ASSESSMENT OF UBANGEEN LAND UNDE DIFFEENT MANAGEMENT METHODSMENG Tingting1，2，4，LIU Jinbao1，2，3，4*，DONG Hao1，2，4，WANG Bo1，2，4，ZHANG Guojian1(1Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co，Ltd，Xi an 710075，China;2Institute of Shaanxi Land Engineering and Technology Co，Ltd，Xi an 710075，China;3Xi an University of Technology，Xi an 710048，China;4Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering，Ministry of Land and esources，Xi an 710075，China)Abstract:Treatment of heavy metal pollution in urban ecological environment becomes an urgent environmental problem Inorder to explore the difference of remediation effect of heavy metal pollution in urban green space under different managementmeasures，experimental plots with different management methods were established as the research object，and soil sampleswere collected to determine the contents of Cr，Ni，Cu，Zn，As，Cd and Pb in soil The quantitative analysis of soil heavymetal pollution and ecological risk under different management methods by combining the single factor pollution index method，the Nemerow comprehensive pollution index，the geo-accumulation index method and the potential ecological risk assessmentmethod The results showed:1)the contents of Cr，Ni，Cu，Zn，As，Cd and Pb in soil under different management methodswere higher than the background value of Shaanxi Province The contents of heavy metals in soil under different managementmethods were in an order of natural growth irrigation fertilization;2)the variation trend of heavy metal content with theincrease of soil depth was gradually decreasing，or first decreasing and then increasing，and the minimum value was obtained环境工程第 40 卷at the depth of 20 to 40 cm;3)Cd was the main element causing ecological risk in the region，which is in light pollution statebut with highest pollution level Irrigation and fertilization have better remediation effect on soil heavy metal pollution thannatural growth easonable layout of urban green space management measures is conducive to the remediation of soil heavymetal pollution in urban green space and improvement of urban ecological environment qualityKeywords:urban green land;soil remediation;heavy metal pollution;ecological risk;regulative measure0引言土壤重金属污染是指人类活动将重金属引入土壤中致使有害元素含量超过背景值，并造成土壤污染的现象1。相关研究表明，受重金属污染，我国有约16.1%土壤样本超 GB 156182018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准 二级质量标准2，3。重金属元素通过扬尘沉降、暴雨径流、污水灌溉等方式进入生态系统循环后，不仅影响土地质量、粮食作物生长质量4-6，还会扰乱土壤结构，改变土壤性质，破坏土壤环境稳定性7，8。重金属元素具有难降解、活动性强、累积性强等特点，且在极低的浓度下就可能对动物和人体健康产生严重影响，土壤重金属污染问题已成为城市化和工农业发展过程中不可忽视的环境问题2，9。目前，国内外学者们对于土壤重金属污染的研究主要集中于利用单因子指数法、地累积指数法、富集系数法和潜在生态风险评价法等方法10，描述区域重金属污染现状及其空间分布特征。作为城市生态系统的重要组成部分11-13，城市绿地不仅可以美化环境、净化空气，还可以修复受污染的土壤。植物修复(phytoremediation)是一种绿色清洁技术，一般利用富集植物超强的重金属富集能力，吸收土壤重金属后及时收获植株，从而降低土壤中的重金属含量14-16。在人类农业活动和工矿业等活动的影响下，造成城市绿地土壤的重金属污染问题将给城市环境和人类健康产生极大影响1，17，18。近年来，国内学者对于城市重金属污染的元素赋存形态19、来源解析、重金属的空间分布特征20 等方面展开了大量研究18，21，但对于不同管理措施下的土壤重金属污染修复效果研究尚不多见。鉴于此，本研究通过构建试验小区，以不同管理措施下的城市绿地土壤为研究对象，定量分析不同管理措施下土壤修复效果差异，旨在探明城市绿地重金属污染现状和生态风险程度，以期为城市绿地土壤重金属污染防治和修复提供参考。1材料与方法1.1研究区概况试验小区位于陕西省咸阳市渭城区兰池大道附近(1085038E，342326N)，地处关中中部渭河北岸，属暖温带大陆性半干旱季风性气候，四季冷暖分明，平均气温 14.7，平均风速 2.1 m/s，空气相对湿度 63%，无霜期 228 d，年均降水量 443 mm。试验区为村庄经撤、扩、并后的废弃宅基地，造林面积为3.07 ha;2018 年 4 月，试验区经推平、清表、翻耕后扦插栽植速生景观杨，栽植行距和株距分别为1.0，0.5 m。1.2试验设计2018 年 5 月，选择杨树长势基本一致的地块划定试验小区，如图 1 所示。每个试验区面积 60 m2(15 m4 m)，共有 9 个试验区。试验设置灌溉处理，施用农家肥+灌溉(简称“肥灌”)处理，自然生长处理。3 个处理在同方位内，每个试验小区长、宽间隔为3 m。灌溉方式为漫灌，单个试验小区的灌溉量为4 m3，施肥方式是将农家肥作为基肥在每年的第 1个月施入，每穴 8 kg，后期采用追肥方式，每穴施肥量为尿素 0.5 kg+农家肥 2 kg，施肥后灌溉，试验周期与灌溉施肥频次如表 1 所示。图 1试验小区Figure 1Experimental plot表 1试验周期与灌溉施肥频次Table 1Test period and frequency of irrigationand fertilization试验年限处理肥灌频次3 月5 月8 月11 月2018 年灌溉肥灌自然生长2019 年灌溉肥灌自然生长2020 年灌溉肥灌自然生长812第 12 期孟婷婷，等:城市绿地不同管理方式土壤重金属污染及生态风险评价1.3样本采集2020 年 9 月，使用环刀对 3 种管理方式杨树林地土壤进行样品采集，采集方法为以五点取样法，采样点及试验样地分布如图 2 所示，按照不同深度 020，2040，4060，6080，80100 cm 进行采样，将同一管理方式相同深度土壤混合装于自封袋，3 种处理下共采取 45 个样点，共 225 个土壤样本。去除石砾、植物根系等后，将样本带回实验室放置阴凉处自然风干。图 2采样点分布和采样图Figure 2Sampling pointsdistribution1.4指标测定采用王水微波消解作为土壤前处理方法，利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定土壤的重金属元素22。