中国城市土壤，城市道路扬尘和农业土壤中重金属污染的综述外文翻译资料

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中国城市土壤，城市道路扬尘和农业土壤中重金属污染的综述

作者：Binggan Wei,Linsheng Yang

关键词：重金属、城市道路扬尘、城市土壤、农业土壤、中国

综述：本文回顾了过去10年来中国几个城市的一些重金属污染相关研究。 本研究比较和讨论了城市土壤、城市道路扬尘和农业土壤中重金属的浓度、来源、污染水平、样品收集和分析工具。结果表明，在中国，几乎所有的Cr，Ni，Cu，Pb，Zn，As，Hg和Cd的浓度都高于其土壤背景值。 在所调查的城市中，重金属的污染水平在一个较大的范围内变化。 地堆积指数表明Cr，Ni，Cu，Pb，Zn和Cd的污染主要存在在城市土壤和城市道路扬尘中。通常，Cu，Pb，Zn和Cd的污染水平高于Ni和Cr的污染水平。 农业土壤中镉、汞和铅的变化明显是受到人类活动的影响。 综合污染指数（IPI）表明，发达城市和工业城市的城市土壤和城市道路灰尘的重金属污染程度较高。通过比较上海，杭州，广州和香港的城市土壤和城市道路灰尘中重金属的IPI（综合污染指数）表明，城市道路灰尘中的金属污染水平高于城市中城市土壤的污染水平。 此外，城市土壤，城市道路灰尘和农业土壤中金属的主要来源也不同。

目 录

1、 简介 2

2、 采样策略和样品处理方法 3

3、 重金属浓度 4

3.1 城市土壤中的重金属浓度 5

3.2 城市道路扬尘中的重金属浓度 5

3.3 农业土壤中的重金属浓度 6

4、 重金属浓度水平 7

4.1 城市土壤中的金属浓度水平 8

4.2. 城市道路扬尘中重金属的污染水平 9

4.3. 农业土壤中重金属的污染水平 10

5、重金属污染的来源 10

6、综合污染指数（IPI）的空间分布 11

7、结论 13

参考文献 15

1. 简介

目前所了解的城市土壤，城市道路灰尘和农业土壤中重金属的性质仍然是局部的。这个事实可以从在近年来增加文章的数量来看出来。[1]这个增长可能与摄入重金属而造成潜在公共健康风险有关。在城市里，城市土壤和城市道路灰尘中的重金属可以直接通过呼吸，摄取和皮肤接触吸收而在人体内积聚[2-10]。然而，通过土壤--作物系统摄入重金属被认为是人类暴露在农业地区重金属环境的主要途径[11]。许多研究表明，重金属在环境中的污染源主要是人为来源。在城市土壤和城市道路灰尘，重金属的人为来源包括交通排放（车辆尾气颗粒，轮胎磨损颗粒，风化的路面颗粒，制动衬片磨损颗粒），工业排放（电厂，煤燃烧，冶金工业，汽车修理厂等），家庭排放，建筑和路面的风化，大气沉积等[9,10,12-26]。然而，农业土壤中重金属的人为来源包括采矿，冶炼，废物处理，城市排放，车辆排放，污水污泥，农药，化肥的使用等[27-31]。

在中国，城市土壤，城市道路扬尘和农业土壤中的重金属污染随着过去二十年的工业化和城市化的快速发展而变得严重。Cheng（2003）报道，中国重金属的地质背景水平较低，而在某些研究中，土壤，水，空气和植物都有被重金属污染，甚至还会通过直接摄入或食物链的间接摄入来影响人类健康，而这都是近几十年的人为活动所造成的[32]。因此，在过去十年中，在一些城市中关于城市土壤，城市道路粉尘和农业土壤中的重金属污染已经有了相当多的研究。相关城市列在中国概要地图示意图中(图1）。然而，关于重金属污染浓度的定量数据，其污染水平和污染源没有系统的收集和比较。因此，本研究主要针对中国的城市土壤，城市道路扬尘和农业土壤中的重金属污染。本文阐述了重金属的来源，浓度，污染水平，样品采集和分析工具。本文还讨论了中国城市土壤和城市道路灰尘中重金属综合污染指数（IPI）的空间分布。

1. 采样策略和样品处理方法

采样策略，分析工具和金属的确定的相关研究列于表1-3。 城市和农业土壤样品主要收集的是10厘米或20厘米深度的。城市土壤样品主要收集的是城市公园，绿地和城市道路边缘的土壤，将采集到的样品充分混合，成为大块的样品，成为能代表北京，扬州等其他地方的采样点的样品。道路扬尘样本主要通过使用干净的塑料簸箕和刷子在每个采样点的路面约一平方米的区域来收集。然后将土壤样品和道路灰尘样品彻底干燥，再用lt;2mm筛子过筛。然后，将过筛的样品用混合酸如：氢氟酸、氯酸、硝酸、双氧水、醋酸、硫酸或硼酸来消化溶解。最后，通过ICP, ICP-MS, ICP-AES, ICP-OES, CV-AAS, AAS, XFS 或者XRF来测量Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, As 和Hg的浓度。这些样品处理方法和分析工具都是比较合适的。

1. 重金属浓度

城市土壤和城市道路灰尘中Cd，Cr，Cu，Ni，Pb和Zn的浓度分别在表4和表5中。农业土壤中Cd，Cr，Cu，Ni，Pb，Zn，As和Hg的浓度在表6中。为了方便评价和比较，在表4-6中还列出了中国环境保护局（CEPA，1990）[67]的土壤中金属的背景值，以及中国土壤质量标准（CEPA，1995）[68]中的农业土壤中的金属元素（PTE-MPC）的“潜在毒性元素的最大允许浓度”。此外，中国所有城市的金属浓度的平均值和范围也显示在表4-6中。

表1

中国城市土壤中重金属污染的材料和方法

表2

中国城市道路灰尘中的重金属污染的材料和方法

通过城市土壤、城市道路扬尘和农业土壤中重金属浓度的相互比较，不同环境中的金属浓度按照降序排列：城市道路扬尘gt;城市土壤gt;农业土壤。 城市金属浓度的范围也很宽。

3.1 城市土壤中的重金属浓度

中国城市土壤中Cr, Cu, Pb, Zn, Ni 和Cd平均浓度分别为78.43, 115.07, 1350.51, 266.40, 99.48 和1.58 mg/kg,金属浓度范围为23.1–194.7, 23.3–1226.3, 28.6–25380.55, 65.6–1964.12,27.8–910.3 和 0.15–8.59 mg/kg （表4）.也显著地表明，所有城市土壤中的Cd，Cu，Pb和Zn的浓度都超过其背景值。其它金属浓度值低于或稍高于背景值。沈阳，宝鸡，金昌等城市土壤中的Cr，Cu，Pb，Zn和Ni的浓度远高于其PTE-MPC，金属浓度最高的也是这三个城市。这可能是由于城市土壤样本主要是从沈阳，宝鸡和金昌的工业区采集的。除太仓和北京之外，其他城市中的Cd浓度均高于其PTE-MPC。

3.2 城市道路扬尘中的重金属浓度

中国城市道路扬尘中的重金属平均值Cr (109.16), Cu (149.62), Pb (238.66),Zn (655.94), Ni (56.75) and Cd (2.03) mg/kg明显高于中国土壤背景值。其浓度范围为 51.29–167.28, 94.98–196.8, 53.33–408.4, 294.47–1450, 23–86.26和1.17–3.77 mg/kg。

表3

中国城市农业土壤中重金属的材料和方法

表4

中国城市城市土壤中重金属浓度（mg / kg）（PTE-MPC =“中国农业土壤最大允许潜在有毒元素浓度”; 中国B. =中国土壤背景值）。

Cu, Zn, Ni 和Cd的平均浓度明显高于中国农业土壤最大允许潜在有毒元素浓度（PTE-MPC）（表5），类似地，每个城市的城市道路灰尘中的金属浓度也是高于其背景值的，除了杭州和乌鲁木齐的Cr和广州和杭州的Ni。此外，各城市的铜，锌和镉的浓度都超过其中国农业土壤最大允许潜在有毒元素浓度(PTE-MPC)，除了西安和乌鲁木齐的城市道路灰尘中的铜的浓度。但是，所有城市道路灰尘中的Cr浓度都低于中国农业土壤最大允许潜在有毒元素浓度（PTE-MPC）。Cu，Zn和Ni的浓度最高的地方是上海，而Cr，Pb和Cd的最高浓度分别在西安，宝鸡和香港。表5还显示了在三个研究的案例中，Cu，Pb，Zn和Ni的浓度在上海的变化很小。

3.3 农业土壤中的重金属浓度

12个城市的农业土壤中各元素的平均浓度Cu（31.71），Pb（37.55），Zn（117.72），Ni（27.53），Cd（0.43）和Hg（0.24）mg / kg均高于其背景值 ，而Cr（58.87）和As（10.18）mg / kg的平均浓度低于其背景值（表6）。在绝大多数城市里，农业土壤中的Cr, Cu, Pb, Zn, Ni, Cd, Hg和 As的浓度均高于背景值。但是所有城市农业土壤中的重金属浓度都低于中国农业土壤最大允许潜在有毒元素浓度（PTE-MPC），除了徐州和成都的Cd的浓度以及广州和成都的Hg的浓度。

1. 重金属浓度水平

城市土壤、城市道路粉尘和农业土壤中重金属的污染水平一般用Muller（1969）介绍的地质累积指数（I_geo）来评估。该方法自20世纪60年代后期就在欧洲广泛使用，主要用于痕量金属研究[69]。 I_geo通过比较当前和以前的工业浓度来评估城市中的重金属污染

，虽然它并不总是容易达到工业前沉积层。它还被用来评估城市道路灰尘中重金属的污染情况。地球累积指数的计算公式如下[69-70]：

其中C_n是测量的环境中元素的浓度，B_n是土壤中的地球化学背景值。 在本研究中I_geo值的背景值为城市土壤类型的背景地球化学成分[67]。

表5 中国城市城市道路灰尘中的重金属浓度（mg / kg）（PTE-MPC =中国农业土壤最大允许潜在有毒元素浓度;中国B =中国土壤背景值）。

表6 中国城市农业土壤中重金属浓度（mg / kg）（PTE-MPC =中国农业土壤最大允许潜在有毒元素浓度;中国B =中国土壤背景值）。

常数1.5允许我们分析环境中给定物质的含量中的自然波动，并检测非常小的人为影响[67,68]。根据Muller（1969）[69]，每种金属的I_geo计算后可分为：未污染的（I_geole;0）; 轻度污染（0 lt;I_geole;1）;中度污染（1 lt;I_geole;2）; 中度到重度污染（2 lt;I_geole;3）; 重度污染（3 lt;I_geole;4）;严重污染（4 lt;I_geole;5）; 极度污染（I_geoge;5）。 各个城市的城市土壤、城市道路扬尘和农业土壤中的金属的I_geo值分别记录在表7--9中。

4.1 城市土壤中的金属浓度水平

一般来说，Cr和Ni是所有城市中污染最小的元素，而Cu，Pb，Zn和Cd在大多数城市中显示出最高的I_geo值（表7）。 在所有的城市中，金属的I_geo值的变化范围非常大，确定了城市土壤性质和重金属污染源的变异性。在所以调查的城市中，北京，太仓，湘潭和漳州似乎是污染最少的城市，它们的Cr，Cu，Pb，Zn，Ni和Cd的I_geo值较低，而沈阳，宝鸡和金昌，这三个重工业城市的金属的I_geo值最高。长沙，青岛，宝鸡和金昌的Cr的I_geo值分别为0.12,0.15,0.11和0.74。这表明这些城市的城市土壤中Cr的污染还不到中等程度污染，而其他城市的城市土壤没有受到Cr的污染。除北京，太仓，湘潭，沉阳，宝鸡，金昌外，其他城市铜，铅，锌，镉的I_geo值均在0〜3之间。这表明这些城市的城市土壤所受到的金属污染还不到中度污染的水平。Pb（6.48）和Zn（2.87）的最高I_geo值出现在宝鸡。 在金昌发现Cu（3.70）和Ni（3.12）的最高I_geo值，而在长沙发现Cd（3.60）的最高I_geo值。 这表明这些城市的城市土壤被相应的金属明显污染了。

此外，中国所有城市的城市土壤中Cr，Cu，Pb，Zn，Ni和Cd的平均I_geo值分别为0.15，1.22，3.54，0.57，0.90和2.39。数据表明Cr属于“未受污染”的水平。Cu，Zn和Ni属于“未污染到中度污染”的程度，而Pb和Cd落入中国“中度污染至严重污染”的类别。

4.2. 城市道路扬尘中重金属的污染水平

城市道路灰尘中，几乎所有的Cr，Cu，Pb，Zn，Ni和Cd的I_geo值都高于0（表8）。这表明，这些城市的城市道路灰尘受到金属污染，而且其来源是人为活动。Pb，Zn，Cu和Cd的I_geo值表明，发达城市（如：上海和广州）和工业城市（如：宝鸡）的城市道路灰尘中的金属污染水平高于其他城市。Cr和Ni的I_geo值表明，所有城市的城市道路灰尘中这两种金属都属于轻度污染。

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