城镇土壤重金属的化学形态组成特征与层次健康风险评价

目前，学界已经认可土壤中重金属对人群和环境的危害程度，绝大部分决定于其在土壤中的赋存形态组成，[41-42]且学界普遍认为可交换态和碳酸盐结合态的重金属相对不稳定、易迁移。基于经典的Tessier连续提取法，可将土壤中金属元素可以分为可交换态(S1)、碳酸盐结合态(S2)、铁-锰氧化物结合态(S3)、有机络合态(S4)和残渣态(S5)，对实验所得数据进行统计分析，将5种重金属的各形态对总量的贡献率表征于图2.7—图2.9。

图2.7　各采样点土壤样品中Cu和Zn的化学形态组成百分贡献率

由图2.7可知，先导区土壤中Cu主要以残渣态为主，全部采样点中Cu的可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机络合态和残渣态对于Cu总量的贡献率区间(平均贡献率)分别为0%—4.19%(0.72%)、0%—8.85%(1.65%)、0%—27.7%(9.36%)、0%—38.74%(14%)和47.2%—94.2%(74.27%)，Cu的化学形态总体分布趋势为:残渣态＞有机络合态＞铁锰氧化态＞碳酸盐结合态＞可交换态。根据各采样点所在的土地利用方式，可交换态平均含量的降序排列为:林地(1.26%)＞农地(0.61%)＞建设用地(0.46%)；碳酸盐结合态平均含量的降序排列为:林地(1.82%)＞农地(1.63%)＞建设用地(1.53%)；铁锰氧化结合态平均含量的降序排列为:农地(12.48%)＞建设用地(6.70%)＞林地(6.17%)；有机络合态平均含量的降序排列为:农地(19.77%)＞林地(8.74%)＞建设用地(8.59%)；残渣态平均含量的降序排列为:建设用地(82.71%)＞林地(82.00%)＞农地(65.5%)。综上说明较高迁移性的Cu主要与林地有关。

图2.8　各采样点土壤样品中Pb的化学形态组成百分贡献率

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图2.9　各采样点土壤样品中Cd和Cr的化学形态组成百分贡献率

先导区土壤中Zn也主要以残渣态为主，全部采样点中Zn的可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机络合态和残渣态对于Zn总量的贡献率区间(平均贡献率)分别为0%—9.88%(1.99%)、0.10%—10.73%(1.76%)、1.75%—42.60%(13.97%)、0.10%—11.32%(4.10%)和35.43%—96.84%(78.18%)。故Zn的化学形态总体分布趋势为:残渣态＞铁锰氧化态＞有机络合态＞可交换态＞碳酸盐结合态，这与Cu稍有不同。根据各采样点所在的土地利用方式，可交换态平均含量的降序排列为:林地(2.89%)＞农地(2.01%)＞建设用地(1.23%)；碳酸盐结合态平均含量的降序排列为:建设用地(1.92%)＞林地(1.77%)＞农地(1.67%)；铁锰氧化结合态平均含量的降序排列为:农地(17.49%)＞建设用地(11.49%)＞林地(9.75%)；有机络合态平均含量的降序排列为:林地(5.62%)＞建设用地(3.14%)＞农地(2.12%)；残渣态平均含量的降序排列为:林地(83.47%)＞建设用地(82.21%)＞农地(73.22%)。综上说明较高迁移性的Zn主要与林地、农地有关。

由图2.8可知，先导区土壤中的Pb也主要以残渣态和铁锰氧化态为主，全部采样点中Cd的可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机络合态和残渣态对于Cd总量的贡献率区间(平均贡献率)分别为0%—28.01%(7.60%)、0%—17.08%(6.60%)、9.37%—49.31%(28.48%)、0%—27.38%(9.54%)和20.31%—82.26%(47.77%)。故先导区Pb的化学形态总体分布趋势为:残渣态＞铁锰氧化态＞有机络合态＞可交换态＞碳酸盐结合态。根据各采样点所在的土地利用方式，可交换态平均含量的降序排列为:建设用地(9.64%)＞林地(8.33%)＞农地(6.03%)；碳酸盐结合态平均含量的降序排列为:林地(7.09%)＞建设用地(6.60%)＞农地(6.37%)；铁锰氧化结合态平均含量的降序排列为:农地(32.91%)＞林地(23.71%)＞建设用地(22.51%)；有机络合态平均含量的降序排列为:农地(10.71%)＞林地(9.73%)建设用地(7.45%)＞；残渣态平均含量的降序排列为:建设用地(53.80%)＞林地(48.14%)＞农地(43.98%)。综上说明较高迁移性的Pb主要与建设用地、林地有关。

由图2.9可知，先导区土壤中的Cd也主要以残渣态为主，全部采样点中Cd的可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机络合态和残渣态对于Cd总量的贡献率区间(平均贡献率)分别为0.49%—37.50%(12.07%)、0%—33.18%(12.71%)、0%—46.67%(10.51%)、0%—41.25%(7.98%)和14%—85.37%(56.73%)。故先导区Cd的化学形态总体分布趋势为:残渣态＞碳酸盐结合态＞可交换态＞铁锰氧化态＞有机络合态，整体分布较其他重金属比较特殊。根据各采样点所在的土地利用方式，可交换态平均含量的降序排列为:农地(13.40%)＞林地(11.03%)＞建设用地(10.70%)；碳酸盐结合态平均含量的降序排列为:林地(15.88%)＞建设用地(13.58%)＞农地(10.66%)；铁锰氧化结合态平均含量的降序排列为:农地(12.47%)＞建设用地(9.54%)＞林地(6.85%)；有机络合态平均含量的降序排列为:农地(10.39%)＞林地(6.85%)＞建设用地(4.87%)；残渣态平均含量的降序排列为:建设用地(61.31%)＞林地(58.62%)＞农地(53.07%)。综上说明较高迁移性的Cd与建设用地、农地和林地都有一定程度的相关，其中与林地最相关。

先导区土壤中的Cr也主要以残渣态为主，全部采样点中Cr的可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机络合态和残渣态对于Cd总量的贡献率区间(平均贡献率)分别为0%—22.34%(3.77%)、0%—11.26%(2.52%)、1.46%—22.87%(7.91%)、0%—20.92%(8.21%)和24.11%—95.86%(77.59%)。故先导区Cr的化学形态总体分布趋势为:残渣态＞有机络合态＞铁锰氧化态＞可交换态＞碳酸盐结合态。根据各采样点所在的土地利用方式，可交换态平均含量的降序排列为:建设用地(4.03%)＞林地(3.57%)＞农地(3.71%)；碳酸盐结合态平均含量的降序排列为:林地(2.88%)＞农地(2.74%)＞建设用地(1.85%)；铁锰氧化结合态平均含量的降序排列为:农地(10.80%)＞林地(6.22%)＞建设用地(4.45%)；有机络合态平均含量的降序排列为:农地(12.00%)＞林地(5.55%)＞建设用地(4.03%)；残渣态平均含量的降序排列为:建设用地(85.63%)＞林地(81.77%)＞农地(70.75%)。以上说明较高迁移性的Cr与建设用地、林地和农地相关度相近，其中农地中Cr的残渣态含量最低。

综上所述，先导区土壤中5种重金属都基本以残渣态为主要赋存形态，而其他形态对总量的贡献率则各有不同，且不同土地利用方式下城镇土壤重金属形态组成有明显差异，在后续研究中将进一步定量评价与分析各重金属的生物可利用性。