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金华市各功能区表层土壤磁化率与重金属的相关性分析

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广东微量元素科学 GUANGDONG WEIHANG YUANSU KEXUE 第18卷第12期 文章编号:1006—446x(2011)12—0043—07 金华市各功能区表层土壤磁化率 与重金属的相关性分析 陈艳瑛 李凤全 王志刚 王思思 谢建 吴征南 (1.浙江师范大学地理系,浙江金华321004; 2.浙江师范大学计算机系,浙江金华321004) 摘要:对金华市不同功能区的59个表层土壤土样磁化率和重金属含量的相关关系进行了比较。 结果表明,(1)居住区、文教区、商业区、果园和荒地的磁化率与重金属之间的相关性不显著; (2)重金属污染严重的功能区磁化率与重金属的相关性较为显著。以城市的工业区、绿化区和菜 园最为典型,工业区土壤磁化率与Cu、Pb呈正相关关系,农业区(菜园)土壤磁化率与Cr、Ni含 量成显著的负相关关系,绿化区土壤磁化率与Pb、cr、Ni的含量成显著的负相关关系;(3)不 同土地利用方式的表层土壤磁化率和重金属含量的相关方向与强度不同,揭示各个功能区土壤磁 化率和重金属的相关性关系,有利于特定功能区的重金属含量指示。 关键词:磁化率;重金属;土壤;环境磁学;金华市 中图分类号:x 53 文献标识码:A 在快速发展的城镇化进程中,土壤正遭受有史以来最为深刻和持久的人为活动的影响,这使 得土壤面临着巨大的环境压力¨j。由于重金属元素在土壤中有较长的残留时间和较大的潜在危 害,其污染还表现出不可逆性的特点,已有很多学者利用磁信息特征探讨了土壤重金属污染情 况 ]。土壤磁化率是指土壤在外磁场中受感应产生的磁化强度与外加磁场强度的比值,是环 境磁学研究中一个重要的磁参数 J。磁化率测量具有简单、快速、经济、无破坏等优点¨…, 因此将磁化率与地球化学元素相结合,探索环境变化对磁性质的影响以及磁化率与地球化学元素 的相关性,是近些年环境磁学研究新的发展趋势之一_】卜12]。BECKWITH等¨ 曾研究了城市来 源沉积物中重金属与磁性的关系;WILLIAMS[141在苏格兰Loch Dee盆地将磁化率曲线同沉积物 中重金属的化学分析和1820年以来欧洲煤炭燃烧的资料做对比,得出磁化率与Pb、zn、Cu高 度相关;CARADOR等¨纠曾探讨了葡萄牙塔霍河河口盐化沼泽地沉积物中重金属的积聚与磁性 情况;CROOK等¨ 对照磁信息特征确定了现代碳酸盐沉积物中的污染情况。 . 但是不同土地利用方式之间,土壤磁化率和重金属的相关关系是否有差异,这有待进一步探 讨。本文针对金华市市辖区的居住区、文教区、商业区、工业区、绿化区、菜园、果园、荒地等 共8种不同土地利用方式进行采样与测试,对不同功能区之间磁化率和重金属的相关性进行了比 较分析 收稿日期: 2011一l1一O9 基金项目: 浙江省大学生科技创新活动计划(新苗人才计划)(编号:201lR404016) 作者简介: 陈艳瑛(1991一),女,在读学士。 通讯作者: 李凤全(1971一),男,博士、副教授,从事环境地理研究。 ・43・ 2011生 广东微量元素科学 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE 第1 8卷第12期 1对象方法 1.1研究区概况 金华市位于浙江省中部,北纬28。32 ~29。41 ,东经119。14 一120。46 30”,面积10 941 km , 地处金衢盆地东段,为浙中丘陵盆地地区,土壤以红壤和黄壤为主 J。金华城市沿金华江两岸 分布,江北为老城区,江南为新城区。金华市三产业结构为5.2:51.8:43.0;在农业上,经济 作物占主导;在工业上,重工业产值多于轻工业,但轻工业增速明显快于重工业_l 。金华市工 业区主要分布在城西的乾西工业园区、金华市工业园区,城北的金华市城北综合园区、金东综合 园区。农业种植从一环向外开始分布,N--环外则多为农业种植区,其中又分为菜园和果园。居 住区从老城区和新城区年龄跨度较大,选取典型的有四季人家、时代花园、茶花庭院、银桂苑 等。文教区在年龄跨度上也存在差异,选取的采样点有实验小学、十五中等。另选取6个荒地点 作为参考。 1.2实验方法 1.2.1 样品采集考虑到不同土地利用类型对土壤磁化率和重金属含量的影响,故将金华城郊 划分为居住区、文教区、商业区、工业区、绿化区、菜园、果园和荒地共8个功能分区。采用网 格法在各功能区内较均匀地采集了5~9个样品(表1),共采集59个样品,每个样品采集深度均 在0~20 cm内,并用GPS定位。 表1 金华市不同功能区采集样品数 Table 1 Numbers of soil sample in different functional zone,Jinhua city 1.2.2样品处理与测定方法将采集土样自然风干后,剔除植物根系等杂质,平均称取8 g的 土样,装于直径2.54 cm、高3 cm的无磁性塑料小圆盒中。采用英国Bartington MS2磁化率仪进 行低频(470 Hz)磁化率的测定。另取采集土样置于110℃烘箱烘干后,剔除小碎石等杂质,粉碎 研磨,取4 g样品制片。利用英国帕纳科公司生产的波长色散型x射线荧光光谱仪Axios测定土 壤样品中元素的含量。 2结果与讨论 2.1磁化率和重金属含量特征 2.1.1磁化率磁化率反映土壤中磁性矿物的数量¨引,本文测定了土壤样品的低频磁化率 ( f)。在所采集的全部土样中,测得的磁化率值高低悬殊(表2)。 】f最小值为10.5 X 10 m /kg出现在清风苑居住小区,最大值为120.8×10 m。/kg,出现在佳友园居住小区。其中, 51.61%的土样磁化率<30×10 m /kg,75.81%的土样磁化率<50×10-镥m /kg,只有6.45% 的土样其磁化率>100×10~m。/kg,分别分布于在银泰广场、兴家纸业、金华十五中和佳友园 小区。其余17.74%的土样在(50~100)×10 m /kg之间。因此,从整体上看,研究区范围内 土壤的磁化率普遍较低。低频磁化率的变异系数为0.693,较大的变异可能与环境中磁性矿物来 源和成土过程的多样性有关 。 ・44・ 广东微量元素科学 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE 第18卷第12期 表2金华市各功能区土壤磁化率基本统计 Table 2 Statistical summa ̄of soil magnetic susceptibility content in different functional zone,Jinhua city 单位:10 nl /kg 2.1.2重金属研究区范围内Pb质量分数范围在15.6—46.0 mg/kg之间(表3),变异系数为 0.27。最高值出现在金华市工业园区的兴家纸业附近。对照金衢盆地区土壤环境Ph的背景上限 值42.4 …,96.6%的土样Pb的含量都在背景值以内,这说明金华地区Pb的污染并不严重。cu 的质量分数范围介于4.2~90.1 mg/kg,变异系数为0.75。对照金衢盆地区土壤环境cu的背景 上限值24.8 ,86.4%的土样cu的含量在背景值以内,但出现个别点cu含量为背景上限值的 3.6倍,出现在四季人家小区。Cr的质量分数处于21.7—153.6 mg/kg间,只有27.1%的土样Cr 含量在金衢盆地区土壤cr的背景上限值60.6_20 以内,并有22.0%的土样Cr质量分数已大于 100 mg/kg。Co的质量分数范围介于8.9~40.0 mg/kg,变异系数0.26,是这5种重金属中变异 系数最低的,可见Co含量在空间分布上相对较为均匀。但98.3%的土样Co含量大于金衢盆地 区土壤co的背景上限值10.9 L2O],可见金华地区已存在较为普遍的co污染。Ni的质量分数处于 6.5~31.8 mg/kg,对照金衢盆地区土壤Ni的背景上限值18.5_2 ,49.2%的土样Ni含量已超出 该值。  ‘表3 金华市5种重金属含量的基本统计 Table 3 Statistical summary of ifve soil heavy metal content in Jinhua city 2.1.3磁化率和重金属相关性分析 将所有样品的磁化率和5种重金属的含量综合起来考虑, 进行相关分析,得出其相关系数表(表4),可知从总体上来说,Pb在0.05置信水平上和磁化率 存在显著的正相关关系,磁化率和其它元素的相关性较弱,其中和Ni呈现负相关关系。 表4金华市土壤磁化率与重金属元素的相关系数 Table 4 The correlativity between soil magnetic susceptibility content and soil heavy metal contents,Jinhua city ・45・ 广东微量元素科学 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE 第18卷第l2期 2.2城市不同功能区间磁化率和重金属相关性分析 根据土地利用方式的不同,可将金华市城郊土地划分为8个功能区,包括居住区、文教区、 商业区、工业区、绿化区、菜园、果园和荒地,对各功能区的土壤磁化率与重金属的相关性进行 分析,相关系数见表5。 表5 金华市各功能区土壤磁化率和重金属元素的相关系数 Table 5 The correlativity between soil magnetic susceptibility contents and soil heavy metal content in different functional zone,Jinhua city 注:显著性水平: 表不P<0.10, 表不P<0.05,其余表不两兀素同相关性不显著。 根据检验相关系数P=0的临界值表,对土壤磁化率与重金属的相关性分析表明,居住区、 文教区、商业区、果园、荒地的土壤磁化率与重金属相关性不显著。 工业区污染比较严重,且工业区的土壤磁化率与cu、Ph成显著的正相关,相关系数分别为 0.771、0.645。推测出对于污染严重的功能区,土壤磁化率与cu、Ph呈正相关关系。 对于较多施用农药,重金属含量相对也较高的功能区——菜园,其土壤磁化率与cr、Ni含 量成显著的负相关关系,相关系数分别为一0.608和一0.622。 绿化区Ni、co含量相对较高,分布于城市中心、临近人口密集区,并多处于道路两侧,环 境条件比较复杂,其土壤磁化率与Pb、cr、Ni的含量成显著的负相关关系,相关系数分别为一 0.882、一0.971、一0.876。 由图1可知,土壤磁化率和重金属的相关关系随着所在功能区的不同也会有所不同:一方面 说明各功能区与磁化率相关的重金属元素种类不同;另一方面说明若各功能区土壤磁化率与同一 种金属相关,其相关性的大小、方向也有所差异。具体分析,将菜园和果园相对比,说明由于不 同的种植方式,不同功能区的重金属污染不同,磁化率与重金属的相关性也存在差异,对于大量 农药施用导致重金属污染的菜园,其磁化率的大小对于cr、Ni含量具有指示作用,而果园没有 此关系;同样是受重金属污染相对严重的功能区,工业区和菜园(农业区)由于土地作业方式、 生产方式的不同其磁化率对重金属所起的指示作用不同,工业区磁化率指示cu和Pb,菜园指示 Cr和Ni。 ・46・ 2011正 广东微量元素科学 GUANGDON( WEIUANG YUANSU KEXUE 一T 吕 。'【一 第18卷第l2期 Y=2.619 8 一6.245 6 Y=2.134 7 一16.631  ’÷ 昌 叩 2 、-, w(Cu)I ̄/(mg・kg ) Y=一0.181 8 +37.209 50 40 ’ w(Pb)r /(mg・kg ) Y=一1.21l 3 +43.551 D 30 0 20 吕 叩 0 呈1O 0 0 50 100 150 w(Cr) ̄/(mg・kg ) Y=一1.732 +74.177 w(Ni) ̄m/(mg・kg ) Y=一0.421 4 +59.977 二-、 l∞ 暑 昌 呷 2 、√ 2 、√ w(Pb) /(mg・kg一 ) w(Cr)u ̄ /(mg・kg一‘) Y=一1.025 3 +53.779 。 D 吕 呷 、 (Ni) /(mg・kg一 ) 图1金华市不同功能区中土壤磁化率与cu、Ph、Cr和Ni线性相关图 Fig 1 Linear correlative map of the soil magnetic susceptibility and Cu,Pb, Cr and Ni content in different functional zone,Jinhua city 3 结论 (1)居住区、文教区、商业区、果园和荒地的磁化率与重金属之问.的相关性不显著。 ・47・ 2011生 广东微量元素科学 GUANCD0NC WEITJlANG YUANSU KEXUE 第18卷第l2期 (2)重金属污染严重的功能区磁化率与重金属的相关性较为显著。以城市的工业区、绿化 区和菜园最为典型,但它们各自与其磁化率相关的重金属种类,磁化率与重金属的相关关系的程 度和方向又有所差异。 (3)不同产业利用的土地,土壤磁化率与重金属的相关关系不同。如工业和农业的对比, 工业区土壤磁化率与cu、Pb成正相关关系,农业区——菜园土壤磁化率与cr、Ni含量成显著 的负相关关系。 (4)相同产业利用的土地内如农业区,磁化率与重金属的相关关系不同。菜园土壤磁化率 与cr、Ni含量成显著的负相关关系,果园的土壤磁化率与重金属无显著相关性。 (5)土壤磁化率和重金属含量的相关性是不唯一,找出各个功能区土壤磁化率和重金属的 相关性关系,可以此作为特定功能区的重金属含量指示。 参考文献: [J].China [1]CHEN J,CHEN J,TAN M.Impact of urbanization on soil resource and environment of surrounding area Population Resources And Environment,2002,1 2(2):70—74 [2] 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[20]汪庆华,董岩翔,周国华,等.浙江省土壤地球化学基准值与环境背景值[J].生态与农村环境学报, 2007,23(2):81—88. The Correlativity between Surface Soil Magnetic Susceptibility and Soil Heavy Metal Content in Diferent Functional Zone in Jinhua City CHEN Yanying ,LI Fengquan ,WANG Zhigang ,WANG Sisi。, XIE Jian .WU Zhengnan (1.Department of Grography,Zh ̄iang Normal University,Zhejiang Jinhua 321004,China; 2.Department of Computer Science,Zhejiang Normal University,Zhejiang Jinhua 321004,China) Abstract:The correlativity between magnetic susceptibility and heavy metal content of the surface soil sample of 59 in different functional zone were reserched.The statistics show that: (1)The relativitv between magnetic susceptibility and heavy metal is not obvious in the areas of living,education, business,orchard and wasteland.(2)The relativity is obvious in the highly heavy meta1 p0lluted functional zone,including the areas of industry,greening and vegetable farm in the city.In the industrial zone,soil magnetic susceptibility has the positive relation with Cu and Pb.In vegetable farm,soil magnetic susceptibility has the negative relation with Cr and Ni.In greening zone,soil magnetic susceptibility has the obvious negative relation with Pb,Cr and Ni.(3)The kind and degree of relation between surface soil magnetic susceptibility and heavy metal content is depend on the way people use the soil.We can indicate the heavy metal content of the special zones easily and scientiifcally bv revealing the relativity between magnetic susceptibility and heavy metal in each functional zone. Key words:magnetic susceptibility;heavy mentla;soil;environmental magnetism:Jinhua ・49・ 

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