基于土壤磁化率的霍侯一级路两侧土壤重金属分布规律及其评价

摘要

本文以霍侯一级路两侧表层和剖面土壤为研究对象，测量土壤的重金属含量（Pb、Cu、Zn)、理化性质（pH值、有机质含量、土壤质地）和磁化率（低频、高频、频率磁化率），以重金属含量和磁化率等数据为基础，探讨其分布特征；利用扫描电子显微镜、X射线能谱分析、各个指标之间的相关性来揭示土壤重金属污染物和磁性矿物质的来源。同时，综合运用多种污染评价方法评估样区中土壤重金属对环境的污染状况。主要研究结果如下：
　　（1）研究区土壤样品中Pb、Cu、Zn含量平均值分别为74.40mg/kg、59.60mg/kg、80.95mg/kg，Pb和Cu元素含量全部超过山西土壤背景值，有61.48％的样品Zn元素含量超过山西土壤背景值，三种元素含量均未超过国家土壤环境质量二级标准；从变异系数来看，三种重金属的变异系数表现为Zn(36.46%)>Pb(33.97%)>Cu(33.44%)，重金属元素均处在中度变异范围内；土壤中三种重金属含量在表层土壤最高，随着深度的加深含量逐渐降低，随后趋于稳定，说明土壤中重金属可能为人为来源。
　　（2）土壤理化性质与重金属之间的相关性显示，土壤pH值与3种元素含量均呈正相关，且与Pb呈显著相关水平，说明土壤中pH值越高，土壤对Pb、Cu、Zn的富集作用越明显，这三种元素越容易在土壤中富集，不易迁移；有机质与3种重金属元素含量呈正相关，其中，有机质与Pb含量呈极显著的相关水平，与Cu与Zn含量呈显著相关水平，表明土壤中有机质含量越高，重金属元素的富集作用越强；三种重金属的含量都与土壤中黏粒显著正相关。土壤重金属与理化性质的相关性研究说明土壤重金属的含量在一定程度上受到土壤pH值、有机质含量和土壤黏粒的影响。
　　（3）在样区中，磁化率高值主要出现在距离路基5-15m处，这与重金属在样区中的高值范围具有一致的区域性；而在剖面土壤中，重金属与磁化率的高值都集中在0-5cm的深度范围内，也表现出相似的垂向迁移规律。相关性分析进一步得出，低频磁化率与三种金属都显著相关，其中与Pb含量呈极显著正相关；频率磁化率与三种金属都呈负相关，但相关性不显著。低频磁化率与三种金属的显著相关性表明磁化率的值越大，重金属含量越高。这种相关性表明重金属和磁性粒子间有着相似的来源、沉降和迁移过程，在一定范围内，磁化率值可以指示土壤中重金属的累积状况。
　　（4）在研究中，三种重金属均具有较高的变异系数，互相之间有极显著的正相关性，说明这三种重金属来源相同，可能来自于人为污染。通过扫描电子显微镜和X射线能谱分析相结合的方法可以辨别到指示交通污染的角状磁性粒子。由于样地周围没有其他污染源，所以这三种重金属元素均是来自于交通污染，该公路两侧土壤已经受到交通状况的影响。
　　（5）通过计算样区土壤中三种重金属的累积分担率、地质累积指数、单项污染指数、内梅罗综合污染指数和潜在生态危害对样区土壤环境质量进行评价。结果表明Pb元素的富集状况比较严重，已经对研究区域土壤环境造成一定的危害，Cu和Zn的生态威胁相对较轻，但也应该引起足够重视。