system: [SYSTEM]

user: 3. 结果与讨论 3.1. 重金属含量总体特征 针对土壤样品中重金属检测结果进行统计分析，并与上海市土壤重金属含量背景值 [ 7 ] 以及《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)风险筛选值 [ 7 ] (6.5 < pH ≤ 7.5)进行比较，结果见表5。 Table 5 The content of heavy metals in soil (n = 460 元素 统计结果 农用地筛选值 [ 9 ] 背景值 [ 7 ] 含量范围 中值 平均值 变异系数 水田/果园 其他 Pb 7.8~47.8 17.50 19.87 33% 140 120 27 Cd 0.02~0.36 0.08 0.11 49% 0.6 0.3 0.12 Cu 3~66 23.00 23.82 37% 200 100 28 Ni 6~59 36.00 35.67 23% 100 100 37 Hg 0.01~0.492 0.050 0.06 66% 0.6 2.4 0.075 As 1.88~16 7.31 7.58 35% 25 30 7 表5. 土壤重金属含量统计(n = 460)。单位：mg/kg 调查范围内土壤样品重金属的含量由高到低依次为：Ni > Cu > Pb > As > Cd > Hg，含量最高的是Ni和Cu，平均含量分别为35.67 mg/kg和23.82 mg/kg；含量最低的是Cd和Hg，平均含量分别为0.11 mg/kg和0.06 mg/kg。Pb、Cu、Ni和As的变异系数低于40%，其中Ni和Pb的变异系数分别为23%和33%，表明这4种重金属可能来自土壤背景或者面源污染。 所有土壤样品中重金属含量平均值与背景值较为接近，其中As含量平均值略高于上海市土壤As含量背景值，高出约8%。土壤中的重金属背景值通常是指在未受重金属污染的情况下，土壤环境中重金属的含量。上海市土壤中重金属背景值的获取方法是在区域内设置多个采样点，每个采样点上分别采集表层(0~20 cm)和深层(150~180 cm)土壤样品，将两者结合作为该区域的土壤重金属背景值。其中，表层土壤样品不仅包括了成土母质中化学元素的自然地质背景含量，还将人类活动带来的外源化学物质也包含在其中；而深层土壤样品因受到较少的人类活动影响，其化学元素组成更接近成土母质 [ 7 ]。这可能是As含量与背景值含量略有区别的原因 [ 10 ]。 所有土壤样品中重金属含量平均值均低于GB15618-2018中农用地土壤污染风险筛选值，但部分土壤样品中的Cd含量略高于农用地(其他类)筛选值，超标倍数最高为0.2。土壤中采样点所在区域历史上均为农田或空地，Cd超过农用地(其他类)筛选值可能是与大气沉降、以及肥料中含有Cd等有关 [ 11 ]。 3.2. 不同地貌重金属含量特征 不同地貌土壤样品重金属含量特征如图2所示。滨海平原中重金属含量总体最高，河口、沙嘴、砂岛中重金属含量总体最低。镉和砷含量排序依次为：滨海平原 > 潮坪地带 > 湖沼平原 > 河口、沙嘴、砂岛；铜和镍含量排序依次为：潮坪地带 > 滨海平原 > 湖沼平原 > 河口、沙嘴、砂岛；铅含量排序依次为：滨海平原 > 湖沼平原 > 河口、沙嘴、砂岛 > 潮坪地带；汞含量排序依次为：湖沼平原 > 滨海平原 > 河口、沙嘴、砂岛 > 潮坪地带。 图2. 各地貌重金属含量 湖沼平原，滨海平原，河口、砂嘴、砂岛由于成型原因不同，浅部土壤中淤泥质土的含量有所差异。淤泥质土指天然含水率大于液限、天然孔隙比在1.0~1.5之间的粘性土，属于有机土的范畴之内。一般情况下，土壤有机质含量的增加并不会增加土壤中重金属的含量。但是由于土壤有机质在重金属的络合与螯合过程中会起到一定作用，因此在一定程度上能够影响重金属的迁移转化过程，进而影响重金属在土壤中的积累 [ 12 ]。许多研究表明 [ 13 ]，土壤有机质含量与土壤有效态重金属含量大多呈显著正相关。田兆君等就发现Pb、Cd、Cu等重金属在土壤颗粒有机质中都有显著的富集，且在不同土壤类型中的富集程度有所不同 [ 14 ]。这可能也是滨海平原中重金属含量总体最高，河口、沙嘴、砂岛中重金属含量总体最低的原因。 由于上海地区的东、南沿海地区，有着显著的潮汐作用，面向大海的地波能缓坡带及长江丰富的粉砂供应，在上海东南沿海区域发育了潮坪地带。潮坪地带浅部砂性土和粉砂遍布。由于潮滩滩面上的沉降滞后效应以及区域内水深和动力条件的差异使其区域内沉积物颗粒的粒径较河口、砂嘴、砂岛区域内的更细，因此其对重金属的结合能力也更强，区域内浅部土壤中重金属含量也总体较河口、砂嘴、砂岛区域更多 [ 11 ]。 3.3. 不同深度重金属含量特征 不同地貌、不同深度所采集的土壤样品重金属含量统计结果见图3。土壤中重金属浓度总体随采样深度增加而降低。 虽然站在地质历史的角度上，上海地区深层土壤与表层土壤都属于第四系沉积物的范畴，同一区域位置的土壤都是在同一沉积来源、沉积环境沉积形成，但是两者在粒度、结构上表现出了些许不同。在沉积来源保持不变的情况下，原始的地球化学含量会存在一些细小差异。这是因为水动力条件的变化，产生分异，从而造成局部的沉积物的粒度、结构发生变化，进而使表层和深层土壤中元素含量产生些许差别。根据杨楠楠等 [ 8 ] 的研究发现，上海地区深层土壤中的As等重金属含量低于表层土壤中的含量。除此之外，虽然本项目选择采样点位均选择农田或空地区域，但是表层土壤中重金属含量除了受到周边人为扰动外，仍在一定程度受大气中重金属影响，少量重金属随大气沉降富集在表层土壤之中 [ 11 ]，这些都可能也是土壤中重金属浓度总体随采样深度增加而降低的原因之一。 3.4. 重金属污染程度分析 3.4.1. 地积累指数法 6种重金属的地积累指数见表6~9 [ 15 ]。所有重金属样品的各种重金属污染程度均不超过偏轻度污染，河口，砂嘴，砂岛处的土壤样品最为洁净，除了Hg外，其余均为无污染，湖沼平原Pb和Cu也无污染，其余重金属样品均有部分属于轻度污染。统计I geo 平均值后发现6种重金属在湖沼平原的污染程度由高到低依次为：Cd > Pb > Cu > Ni > Hg > As；滨海平原的污染程度由高到低依次为：Pb > Hg > Cu > Ni > As > Cd；河口，砂嘴，砂岛的污染程度由高到低依次为：Cd > Cu > Ni > Pb > As > Hg；潮坪地带的污染程度由高到低依次为：Pb > Hg > Cu > Cd > Ni > As。 3.4.2. 潜在生态风险指数法 不同地貌下6种重金属的潜在生态风险指数贡献见图4。根据不同地貌浅部土壤中重金属平均潜在生态风险系数值，湖沼平原处土壤中各重金属RI介于4~37之间，平均值为13，RI从高到低依次为：Hg > Cd > As > Ni > Cu > Pb；滨海平原处土壤中各重金属RI介于4~38之间，平均值为16，RI从高到低依次为：Cd > Hg > As > Ni > Cu > Pb；河口，砂嘴，砂岛处土壤中各重金属RI介于2~34之间，平均值为11，RI从高到低依次为：Hg > Cd > As > Pb > Ni > Cu；潮坪地带处土壤中各重金属RI介于3~29之间，平均值为14，RI从高到低依次为：Hg > Cd > As > Ni > Cu > Pb。不同地貌下浅部土壤中6种重金属在所有样品中的 E r ， i 均小于40，均属于低生态风险。Hg和Cd的含量虽然较低，但其潜在生态风险占比却最高。 图3. 各地貌不同深度重金属含量 Table 6 Pollution evaluation results of heavy metals geo-accumulation index in limnological plai 地累积指数(I geo ) 污染等级 污染程度 所占比例(%) Pb Cd Cu Ni Hg As ≤0 0 无污染 100 91 100 100 79 97 0~1 1 轻度污染 0 9 0 0 21 3 1~2 2 偏中度污染 0 0 0 0 0 0 2~3 3 中度污染 0 0 0 0 0 0 3~4 4 偏重污染 0 0 0 0 0 0 4~5 5 重污染 0 0 0 0 0 0 >5 6 严重污染 0 0 0 0 0 0 平均值 - - −0.99 −1.18 −0.77 −0.74 −0.68 −0.45 表6. 湖沼平原重金属地积累指数污染评价结果 Table 7 Pollution evaluation results of heavy metals geo-accumulation index in littoral plai 地累积指数(I geo ) 污染等级 污染程度 所占比例(%) Pb Cd Cu Ni Hg As ≤0 0 无污染 98 92 99 97 96 98 0~1 1 轻度污染 2 8 1 3 4 2 1~2 2 偏中度污染 0 0 0 0 0 0 2~3 3 中度污染 0 0 0 0 0 0 3~4 4 偏重污染 0 0 0 0 0 0 4~5 5 重污染 0 0 0 0 0 0 >5 6 严重污染 0 0 0 0 0 0 平均值 - - −0.85 −0.23 −0.76 −0.58 −0.79 −0.42 表7. 滨河平原重金属地积累指数污染评价结果 Table 8 Pollution evaluation results of heavy metals geo-accumulation index in estuary， sand spit， sand islan 地累积指数(I geo ) 污染等级 污染程度 所占比例(%) Pb Cd Cu Ni Hg As ≤0 0 无污染 100 100 100 100 95 100 0~1 1 轻度污染 0 0 0 0 5 0 1~2 2 偏中度污染 0 0 0 0 0 0 2~3 3 中度污染 0 0 0 0 0 0 3~4 4 偏重污染 0 0 0 0 0 0 4~5 5 重污染 0 0 0 0 0 0 >5 6 严重污染 0 0 0 0 0 0 平均值 - - −1.11 −1.81 −1.75 −1.17 −0.81 −0.89 表8. 河口，砂嘴，砂岛重金属地积累指数污染评价结果 Table 9 Pollution evaluation results of heavy metals geo-accumulation index in tidal fla 地累积指数(I geo ) 污染等级 污染程度 所占比例(%) Pb Cd Cu Ni Hg As ≤0 0 无污染 97 94 94 97 99 95 0~1 1 轻度污染 3 6 6 3 1 5 1~2 2 偏中度污染 0 0 0 0 0 0 2~3 3 中度污染 0 0 0 0 0 0 3~4 4 偏重污染 0 0 0 0 0 0 4~5 5 重污染 0 0 0 0 0 0 >5 6 严重污染 0 0 0 0 0 0 平均值 - - −1.14 −0.67 −0.74 −0.54 −1.03 −0.43 表9. 潮坪地带重金属地积累指数污染评价结果 图4. 不同重金属对潜在生态风险指数的贡献