城市樣帶土壤環(huán)境磁學(xué)空間變異規(guī)律與重金屬磁學(xué)響應(yīng).pdf

1、城市表層土壤是重金屬元素的主要蓄積庫，重金屬含量的高低是指示城市環(huán)境污染程度的主要指標(biāo)之一。日益頻繁的人為活動，如生活垃圾、工業(yè)三廢、汽車尾氣等，將大量的有毒有害化學(xué)元素帶入環(huán)境之中，造成重金屬元素在地表的累積。土壤重金屬元素一方面在風(fēng)力和水力的作用下分別進(jìn)入到大氣和水體中，污染大氣、地表水、地下水等，影響城市環(huán)境質(zhì)量。另一方面，在“風(fēng)、車流、人流”等動力作用下，以吞食、吸入和皮膚吸收等途徑進(jìn)入人體內(nèi)，直接對人類健康造成危害。傳統(tǒng)的重金

2、屬分析測試方法過程復(fù)雜、費(fèi)用昂貴，制約了城市土壤規(guī)模化、系統(tǒng)性的樣帶采集與分析。而土壤磁學(xué)指標(biāo)的測定具有快速、靈敏、經(jīng)濟(jì)、無破壞性和信息量大的優(yōu)點(diǎn)，而且能指示重金屬的污染。因此開展城市土壤環(huán)境磁學(xué)特征的研究及其對重金屬污染指示性研究具有重要意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴χlf通常與亞鐵磁性礦物含量成正相關(guān)。樣帶、徐匯、閔行以及奉賢區(qū)土壤χlf的變化范圍分別為12.13-262.6×10-8m3·kg-1、24.57-112.7

3、5×10-8m3·kg-1、15.00-220.21×10-8m3·kg-1、12.13-262.62×10-8m3·kg-1，χlf的變化范圍奉賢區(qū)>閔行區(qū)>徐匯區(qū)。對比χlf平均值，不難發(fā)現(xiàn)徐匯區(qū)（66.82×10-8m3·kg-1）>閔行區(qū)（47.76×10-8m3·kg-1）>樣帶（45.17×10-8m3·kg-1）>奉賢區(qū)（36.40×10-8m3·kg-1）。χlf反映樣品中亞鐵磁性礦物含量，市區(qū)（如徐匯區(qū)）和交通流量大、

4、工業(yè)集中的地區(qū)受到人為擾動強(qiáng)烈，亞鐵磁性礦物含量總體呈現(xiàn)相對較高值。郊區(qū)（如奉賢區(qū)）車流量相對較小，人類活動相對較少，亞鐵磁性礦物含量整體低于市區(qū)繁華地段?？傮w而言，由中心城區(qū)到近郊到遠(yuǎn)郊，亞鐵磁性礦物含量依次降低，反映了城市化程度對亞鐵磁性礦物含量的影響。⑵上海城市樣帶土壤 S-100mT的變化范圍為54.23-101.34％，平均值為79.35%。S-300mT的變化范圍為55.36-101.34%，平均值為92.38%。S-100

5、mT均值大于70%，S-300mT在90-99.9%之間變動。樣帶土壤S-100mT約88%數(shù)據(jù)大于70%，S-300mT約80%數(shù)據(jù)在90-99.9%之間變動，表明在樣帶范圍內(nèi)，土壤樣品主要為亞鐵磁性礦物，但同時(shí)存在少量不完整反鐵磁性礦物。χfd%主要反映的是超順磁晶粒（SP）對土壤磁性的貢獻(xiàn)。樣帶土壤χfd%的變化范圍為0-31.22%，平均值為1.96%，約83%的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)小于3%，說明樣帶土壤SP晶粒含量較少。上海城市樣帶土壤樣

6、品中，χARM/χlf均值為3.57，約70%數(shù)據(jù)χARM/χlf<4，χARM/SIRM均值為27.23×10-5mA-1，約64%的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)χARM/SIRM<30×10-5mA-1，說明上海樣帶土壤中亞鐵磁性礦物晶粒以假單疇（PSD）、多疇（MD）為主。⑶從行政區(qū)尺度上看，徐匯區(qū)、閔行區(qū)、奉賢區(qū)的磁學(xué)參數(shù)表明各行政區(qū)范圍內(nèi)亞鐵磁性礦物主導(dǎo)了土壤樣品的磁性特征，同時(shí)存在少量不完整反鐵磁性礦物。并且亞鐵磁性礦物晶粒以假單疇（PSD）、

7、多疇（MD）晶粒為主。對比各區(qū)磁學(xué)參數(shù)值，徐匯區(qū)樣品中所含有亞鐵磁性礦物含量最高，其次是閔行區(qū)，亞鐵磁性礦物含量最低的是奉賢區(qū)。⑷對工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、農(nóng)田、公園、交通綠地各功能區(qū)的磁學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析比較，結(jié)果表明各功能區(qū)范圍內(nèi)亞鐵磁性礦物主導(dǎo)了土壤樣品的磁性特征，同時(shí)也存在少量不完全反鐵磁性礦物。亞鐵磁性礦物晶粒的粒徑在各個(gè)功能區(qū)各不相同。對比各功能區(qū)χlf值，可以發(fā)現(xiàn)，公園(27.39×10-8m3·kg-1)<浦江農(nóng)田(38.5×10-

8、8m3·kg-1)<居民區(qū)(43.35×10-8m3·kg-1)<工業(yè)區(qū)(45.17×10-8m3·kg-1)<交通綠地(63.46×10-8m3·kg-1)。χlf反映樣品中亞鐵磁性礦物含量，亞鐵磁性礦物含量由高到低依次為交通綠地、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、農(nóng)田、公園。公園、工業(yè)區(qū)、交通綠地土壤亞鐵磁性礦物晶粒以假單疇（PSD）、多疇（MD）晶粒為主。居民區(qū)、浦江農(nóng)田土壤亞鐵磁性礦物晶粒為多疇（MD）和超順磁晶粒（SP）的混合物。⑸土壤磁性參數(shù)

9、的空間插值的結(jié)果顯示，土壤磁性礦物分布存在明顯的地域性，在居民區(qū)出入口、道路附近、公園出入口、工業(yè)區(qū)等人類活動密集區(qū)，土壤磁性礦物含量較高，SP顆粒含量較少。這與工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和商業(yè)等人為活動產(chǎn)生的磁性礦物有關(guān)。⑹空間結(jié)構(gòu)分析可知，從大尺度到中尺度再到小尺度上，隨著研究尺度的減小，土壤磁性參數(shù)的塊金系數(shù)不斷減小，土壤磁性參數(shù)的空間相關(guān)性逐漸增強(qiáng)。在土壤環(huán)境磁學(xué)參數(shù)多尺度變化分析的基礎(chǔ)上，建立了多尺度空間結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行了空間插值。結(jié)

10、果顯示，大尺度空間結(jié)構(gòu)模型與中小尺度的結(jié)構(gòu)模型提高了土壤磁性參數(shù)的空間預(yù)測精度。⑺對上海城市樣帶不同尺度土壤重金屬含量與土壤磁性參數(shù)值進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果顯示，土壤Cu、Cr、Pb、Zn、Fe與χlf、χARM、SIRM之間相關(guān)性顯著。土壤磁化率濃集因子與 Tomlinson污染指數(shù)（PLI）正相關(guān)，表明上述磁性參數(shù)可用于指示土壤重金屬污染。通過建立環(huán)境磁學(xué)評價(jià)體系，根據(jù) PLI和Si標(biāo)準(zhǔn)，上海城市土壤整體處于中等污染。各功能區(qū)土壤污染程