1、临河市区地球化学元素特征内蒙古临河区城市土壤环境地球化学特征王喜宽1，2，廖蕾1，2 ，张青1 ，赵锁志1，2，苏美霞 1，李世宝1(1，中国地质大学（北京）地球科学学院，邮政编码：100083；2，内蒙古自治区地质调查院，邮政编码：010020)摘 要 通过对内蒙古临河市区土壤、浮尘中元素地球化学特征的研究分析，城市区中的土壤与浮尘中均存在Cd、Pb、Hg异常，在浮尘中各重金属元素含量明显高出对应土壤中元素含量。关键词 临河市；土壤；浮尘；地球化学特征 1、概况1.1 成果来源内蒙古河套地区主要城市包括呼和浩特市、包头市，其次有巴彦淖尔市政府所在地临河区以及其他旗县所在地。根据中国地质调查局
2、与内蒙古自治区政府合作开展的河套地区生态地球化学调查工作，在巴彦淖尔市政府所在地临河区进行了城市区土壤与浮尘测量工作，取得了工作成果，本文就该次工作成果进行总结，来研究分析临河市区城市土壤与浮尘的地球化学特征及其环境地球化学意义。1.2 城市环境概况城市是人类集中居住、生产生活的重要载体，在人类强烈的活动下，与人类活动密切相关的元素在城市表层土壤、大气、水中呈现与城市规模大小成正比的关系, 并形成有一定的浓集中心的地球化学异常区域1。由于大气、水体容易被发现、观察到，其造成的污染也会在1、临河市区表层土壤异常查证 (1)元素地球化学特征临河区表层土壤区域地球化学特征临河区是巴彦淖尔市政府所在地
3、，城区面积大约19km2。根据多目标区域调查结果，在深层土壤中没有异常出现，主要在表层土壤中出现异常，异常元素是Pb、Hg、Au、Ag、P、等元素，此外Cu、Zn、Mo等元素在城市呈现高背景特征。1：5万土壤加密元素地球化学特征对临河市区进行了1：5万土壤加密测量，采样密度为4点/km2，分析了As、B、Cr、Cu、F、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Cd共11项指标。根据土壤加密结果，在临河市区表层土壤中出现异常的元素主要是Pb、Hg、Cu、Cr、Mo。其他元素含量较低，与后套地区农田区含量背景基本一致。见图516。Pb：在城市区分布面积较大，主要在北部、东部、西南部，城中心偏南部分布。峰值为
4、97.8mg/kg。负异常主要在西北、东北，南部和东南部以小面积分布，在北部区以近东西向呈带状分布，其余地区为背景区。Hg：在城市中心区周围呈大面积的异常分布，峰值为1075g/kg。只在城市中心、西北部、南部局部地区为背景区。Cr：在城市区分布面积较大，主要在西部区、中部区、东部区和南部区分布。峰值为111.1mg/kg。异常沿南北向主要干道及周围城区分布，以南北向为主。除两点为负异常外其余地区为背景区。Cu：在城市区分布面积较大，主要在北部区、东部区和南部区分布。峰值为227mg/kg。异常沿城市区中心周围分布，以东西向为主。除三点为负异常外其余地区为背景区。Mo：在城市区分布面积较大，基
5、本以围绕市区中心地区分布，主要在北部区、东部区和西南部分布。峰值为4.17mg/kg。其余地区为背景区。只在东南角一点为负异常。As：在城市中心区出现点异常，峰值为20.1mg/kg；在城市西南部出现零星异常，峰值为15.7mg/kg。其他地方大部分为背景，只在东南部有两点呈负异常。As元素在临河市区基本与后套地区表层土壤含量一致。B：在城市中心区偏西南部出现点异常，峰值为95.9mg/kg。其他地方大部分为背景，只在东南部有一点呈负异常。B元素在临河市区基本与后套地区表层土壤含量一致。F：在城市区东南部出现点异常，峰值为1080mg/kg。城市北部为负异常区，南部地方大部分为背景，只在东南部
6、有一处呈负异常。Mn：异常区在城市区零星分布，主要在西部分布，峰值为1200mg/kg。其他地区主要呈背景分布，负异常只有三处以点状形式存在。Ni: 异常区在城市区零星分布，主要在西南部分布，峰值为33.5mg/kg。其他地区主要呈背景分布，负异常只在城市区西北到东南有三处局部异常存在。图516 临河市1:5万土壤加密测量异常剖析图图517 临河市1:5万浮尘测量异常剖析图1：5万城市浮尘元素地球化学特征在进行1：5万城市土壤测量的同时进行了同点位的1：5万城市浮尘测量，采样密度为4点/km2，浮尘与土壤在同点位处进行采集。分析了As、B、Cr、Cu、F、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Cd共1
7、1项指标。见图517。Cd：浮尘中含量明显高于表层土壤中含量。全部城市区基本为Cd元素的异常区。元素峰值为2580g/kg。Pb：浮尘中含量明显高于表层土壤中含量，在城市区基本为异常分布，峰值为1068.1mg/kg。Hg：浮尘中含量明显高于表层土壤中含量，在城市区基本呈异常分布，峰值为1720g/kg。Cr：在城市区分布面积较大，除城市区西北、偏西北、东南部分地区为局部负异常、背景区外，其他绝大部分地区为异常区，元素峰值为211.1mg/kg。浮尘中含量明显高于表层土壤中含量。Cu：在城市区分布面积较大，在浮尘中含量明显高于表层土壤中含量。除西北部、东北部为背景区分布外，其余均为高含量到异常
8、区分布。峰值为760.1mg/kg。As：含量明显比表层土壤含量高。在城市的东南部出现异常区，峰值为67.9mg/kg；其他地方大部分为背景，只在偏西北部有一点呈负异常。B：含量明显比表层土壤含量高。在城市的东部、南部、西部、北部的局部地区出现点状异常，峰值为136.4mg/kg。其他地方大部分为背景，只在南部有一点呈负异常。Mo：主要在城市东南部出部现局部异常，其次在北部、西北部和中心区出现局部异常，峰值为8.3mg/kg。在城市的东北、西北、西南和偏西北出现点状负异常。其余地区为背景区。F：在城市区浮尘中只零星出现点异常，峰值为840mg/kg，低于表层土壤中含量。城市南部为负异常区，其他
9、地区零星分布有负异常区。其余地区为背景区。Mn：异常区只在城市区西部分布，峰值为1015mg/kg，低于表层土壤中含量。其他地区主要呈背景分布，负异常只有西北、东北、偏西北部三处以点状形式存在。Ni:异常区在城市区东南部分布，峰值为58.1mg/kg。大部分地区以负异常形式存在，在北部部分地区和东南部呈背景分布。（2）数据统计特征临河市区土壤及浮尘地球化学特征值对比对临河市区的土壤加密特征值和浮尘特征值进行统计计算，由表57可见，上述元素在临河市土壤中与浮尘中含量均比河套背景值高，其中Cd、Hg、Mo、Pb、Cu在土壤与浮尘中均高出河套背景值1.4倍以上。特别是Cd、Hg、Pb、Mo、Cu在浮
10、尘中更是高出河套背景表57 临河市区土壤、浮尘地球化学特征值表元素介质XSCvminmaxC1X1C2X2Cu浮尘65.7785.621.3017.8760.11.919.33.422.31土壤34.6524.830.726.32271.8Mn浮尘634.7880.530.1336210151.01510.541.24567.27土壤628.17113.470.1829312001.23Ni浮尘26.635.130.191658.11.0524.551.0827.86土壤25.254.770.197.333.51.03Cr浮尘98.3530.770.3144.8211.11.3956.631.
11、7461.47土壤70.9911.180.1631.1111.11.25B浮尘57.3516.680.2923.4136.41.1451.2753.62土壤52.0411.140.2118.595.91.16Pb浮尘109.96133.511.2121.11068.14.1219.025.7819.61土壤26.6612.820.4815.697.81.40F浮尘554.61113.110.203108401.07509.71.09554.12土壤519.08141.230.2724010801.02Mo浮尘2.291.120.490.798.31.960.574.020.65土壤1.170.
12、460.390.464.172.05As浮尘13.547.190.537.467.91.099.711.3911.65土壤12.392.180.185.220.11.28Hg浮尘253.31227.410.9034.317201.4828.069.0325.07土壤170.63193.331.1315.910756.08Cd浮尘717.24511.470.7112025803.38117.436.11145.86土壤21223107970.51808401.81注C1为临河浮尘/临河土壤，C2为临河浮尘（临河土壤）/河套背景值，X1为河套背景值，X2为巴彦淖尔市背景值，值3倍以上。略比河套背景
13、值高的元素是Ni、F。从上述特征说明除Ni、F外其他元素在临河市区这些元素受人类生产生活的影响较大，这些元素含量呈异常分布是工业活动以及人类其他活动的结果。根据巴彦淖尔市背景值特征,这些元素在巴彦淖尔市除了Hg要略低于河套背景值外，其他元素均高于河套背景值，但均低于临河市土壤、浮尘背景值。在土壤中与浮尘中含量相比接近的元素是Mn、Ni、B、F、As，除了As在浮尘中变异系数较大外，其他元素在土壤与浮尘中元素变异性基本一致，说明这些元素在土壤与浮尘中含量变化比较均匀，但也存在一些特点，在浮尘中相对土壤中含量还是要略高一些。其他元素Cu、Cr、Pb、Mo、Hg在浮尘中含量明显高于土壤中含量，这些元
14、素中Pb主要是与汽车尾气有关，Hg主要是与燃煤有关，Cu、Cr、Mo则与金属加工、金属冶炼有关。图518 临河市区土壤加密测量聚类图多元统计分析对临河市区土壤加密、浮尘测量的数据结果进行了聚类分析、相关分析以及因子分析，从元素聚类分析结果，在土壤中元素被分成两大类，一类元素是Ni、As、Cr、Mn、Mo、B、Hg；另一类元素是Pb、Cd、Cu、F。见图518。在浮尘中也分为两大类，一类元素是Cu、Pb、Ni、Cr、Cd、As、Mn、Hg、Mo；另一类元素是B、F。见图519。图519 临河市区浮尘加密测量聚类图根据聚类分析结果，浮尘中物质与相应点位的土壤物质成分并没有十分明显的继承性，这也与实
15、际情况相符。因为浮尘是被风力作用下携带到空中再降落到地面，这会有一个物质位移的过程。表58 临河市区土壤加密元素相关关系表变量CuMnNiCrBPbFMoAsHgCdCu10.780.480.82Mn10.680.570.550.57Ni0.6810.760.76Cr0.570.7610.420.73B1Pb0.7810.83F0.480.421Mo0.551As0.570.760.731Hg1Cd0.820.831根据土壤、浮尘相关关系，见表58，表59，在土壤中Cu、Pb、Cd的相关性高；Mn、Ni、Cr、Mo、As具有一定的相关性；F与Cu、Cr具有较好的相关性；B具有独自的特征。在浮尘
16、中Cu、Ni、Pb具有较好的相关性，As、Cd、Cr相关性相对较好，Mn、Ni相关性相对较好，B、Mo具有独自的特点，F与Ni、Pb具一定的相关性，Hg与Cd相关性较差。从各元素相关性特征分析，在土壤中与浮尘中具有相同特征的元素是B，与其他元素不相关，说明在临河市区B元素没有受到人类活动的影响，与巴彦淖尔市所在的后套平原区背景值一致。大部分元素在土壤中与浮尘中的特征明显不同，说明了二者之间在物质来源上以及元素迁移转化的不同。表59 临河市区浮尘元素相关关系表变量CuMnNiCrBPbFMoAsHgCdCu10.810.530.920.44Mn10.51Ni0.810.5110.580.840.
17、470.480.53Cr0.530.5810.560.450.46B10.32Pb0.920.840.5610.450.57F0.471Mo1As0.430.480.450.451Hg10.36Cd0.440.530.460.571表510 临河土壤加密旋转因子矩阵结果表变量因子1因子2因子3因子4因子5因子6Cu0.899Mn0.6390.667Ni0.895Cr0.884B0.953Pb0.919F0.917Mo0.948As0.893Hg0.973Cd0.934利用分析的数据对土壤与浮尘进行了旋转因子分析，见表510，表511，在土壤旋转因子分析中，第一主因子是Mn、Ni、Cr、As，第
18、二主因子是Cu、Pb、Cd，第三主因子是Mn、Mo，第四主因子是Hg，第五主因子是B，第六主因子是F。在浮尘旋转因子分析中，第一主因子是Cu、Mn、Ni、Cr、Pb、Cd，第二主因子是B，第三主因子是Cr、Mo、Cd，第四主因子是Hg，其次是Cd，第五主因子是Cr、As，第六主因子是Mn，第七主因子是F。表511 临河市区浮尘测量旋转因子距阵结果表变量因子1因子2因子3因子4因子5因子6因子7Cu0.901Mn0.262-0.878Ni0.791-0.345Cr0.5320.4170.54B0.934Pb0.918F-0.931Mo0.912As0.892Hg0.959Cd0.6590.436
19、0.334（3）推断解释从浮尘结果可以看出，城市区浮尘中主要以Cd、Pb、Hg、Cr、Cu等元素为主，与表层土壤加密中主要异常元素一致，与多目标区域地球化学调查结果一致。在元素含量上，在浮尘中的各元素含量明显高于表层土壤中各元素含量，这主要与浮尘的物质成分有关。浮尘的物质成分主要是以细粒级物质成分存在，以粉砂质粘土、粘土成分为主，这些细粒级物质对各种元素具有较高的吸附性能。在城市区出现Cd、Pb、Hg、Cr、Cu及Au、Ag、C等元素的异常主要与人类活动密切相关。Pb是汽油中主要的重金属元素，长期以来汽车尾气排放出大量的Pb附着在地表，被粘土物质吸附，在风力作用下形成浮尘。此外，油漆中也含有P
20、b，人类的其他活动中也会产生Pb。Hg、Cd、C主要与大量的燃煤有关。研究表明燃煤中含有大量的各种元素，包括Se、F、Hg、Cd等。河套地区一直以来主要以燃煤作为主要能源，造成在城市区均会产生Hg等元素的高含量区。此外其他人类的工农业活动也会造成各种元素的富集。Au、Ag在城市区出现异常主要可能有以下几方面的原因：一是与人们配带大量的金银首饰有关，二是与燃煤有关，三是与其他的人类活动有关。浮尘中各元素均较地表土壤中含量高，与浮尘主要是细粒级物质有关。由于风力作用，使地表土壤中的细粒级物质被吹起降落在阳台、窗台，墙体等上面，高度基本在1.5米到2米左右，正是大多数人呼吸高度。城市土壤中以及浮尘中
21、各元素的含量与城市工业规模具有比较明显的相关性，临河市工业化发展较慢，工业水平较低，没有大的厂矿企业，特别是重工业企业，主要以食品加工等轻工业为主，在其土壤与浮尘中各元素含量尽管已是异常区，但绝对值还是相对较低。其异常元素组合为Pb、Hg、Cd、Au、Ag、C、Cr、Cu等代表了普通城镇的重金属元素含量特征。从统计分析以及相关分析可以看出，在土壤中与浮尘中元素特征既有联系也有不同，紧密联系的是在土壤中富集的元素在浮尘中也呈富集状态，说明了在城市区土壤中的含量影响着城市中浮尘中元素含量。不同的是在浮尘中的高含量点对应的下部土壤点并不全是高值土壤点，同时在土壤中的元素组合特征与浮尘中的元素组合特征
22、也不同。所分析的元素中唯一相同的是B，在土壤与浮尘中均与其他元素无关，含量特征与后套平原区特征一致。其他元素在土壤中与在浮尘土中不同的原因可能与这些元素的赋存状态有关。在土壤中各元素除了在原始的地质环境中赋存外，工业活动中产生的各种元素会形成各种矿物。土壤中各元素存在形态与土壤的原始物质成分有关，也与人类活动产生的各种重金属有关。浮尘的主要物质成分是细粒级的粘土质物质，对各种元素具有较强的吸附力，除此之外，根据已有研究这些重金属元素还会形成各种矿物赋存在土壤中，但这些成分不会进入已有矿物晶格内，主要在矿物表面赋存，在内力作用下这些物质会比赋存在矿物晶格内的物质更容易迁移，这样形成在土壤中与浮尘中元素含量以及分布特征的不同。参考文献1王恩德，矫琚 城市化过程中的地球化学作用V资源产业 2002 年第6期，89-93。2王恩德，矫琚 城市化过程中的地球化学作用V资源产业 2002 年第6期，89-93。
