潘瓊　潘峰

摘要：調(diào)查分析了湖南省的郴州、衡陽(yáng)市和株洲幾個(gè)主要冶礦城市的耕地、城市綠地及礦區(qū)土壤理化性質(zhì)，重金屬Pb、Cu、Ni、Zn、Cd含量，土壤酶活和土壤微生物群落特征，以期揭示該地區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀，并對(duì)重金屬污染土壤做出合理的評(píng)估和修復(fù)治理建議。結(jié)果表明：土壤理化性質(zhì)中pH值、有機(jī)質(zhì)含量、微生物數(shù)量、土壤酶活性等指標(biāo)與重金屬含量密切相關(guān)；各個(gè)城市土壤中重金屬含量大小依次是礦區(qū)周邊土壤>城市綠地>耕地，土壤中微生物多樣性指數(shù)大小依次是耕地>城市綠地>礦區(qū)周邊；其中，礦區(qū)土壤中脲酶含量最高，耕地土壤中過(guò)氧化物酶和淀粉酶含量最高；礦區(qū)土壤對(duì)重金屬的吸附能力最強(qiáng)。對(duì)各功能區(qū)土壤進(jìn)行評(píng)估發(fā)現(xiàn)，耕地及城市綠地土壤較為清潔，重金屬污染較少，而礦區(qū)周邊及礦區(qū)土壤為重金屬中度和重度污染，礦區(qū)周邊土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大，需要采取有效的治理措施來(lái)降低重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：湖南；冶礦城市；土壤；重金屬污染；評(píng)估；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)： X753；X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0405-06

城市是地球表層物質(zhì)、能量和信息高度集中的場(chǎng)所，是人類大量集中居住和活動(dòng)的主要地域空間[1]。土壤是環(huán)境要素的重要組成部分，它承擔(dān)環(huán)境中約90%的污染物[2]，而重金屬是嚴(yán)重危害生態(tài)安全的土壤環(huán)境污染物之一，土壤中重金屬元素的含量常用來(lái)作為土壤污染的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。土壤的重金屬污染問(wèn)題已經(jīng)成為全球最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一。有關(guān)重金屬污染的研究因其潛伏性、長(zhǎng)期性和后果的嚴(yán)重性，而受到了人們極大的關(guān)注[5]。造成土壤重金屬污染的原因有很多，如礦產(chǎn)開(kāi)采及冶煉、污灌、污泥施用、大氣沉降等。不像有機(jī)物那樣可以被降解，重金屬元素一般可以在土壤中穩(wěn)定存在，易于積累，甚至?xí)谝恍┉h(huán)境中發(fā)生甲基化作用，形成毒性更強(qiáng)的甲基化合物，通過(guò)食物鏈途徑，最終將影響人體的健康[6-12]。有毒重金屬在土壤污染過(guò)程中具有隱蔽性、長(zhǎng)期性、不可降解性和不可逆轉(zhuǎn)性的特點(diǎn)[13]，它不僅對(duì)植物生長(zhǎng)造成影響，還可以導(dǎo)致土壤肥力與作物產(chǎn)量品質(zhì)下降，甚至造成二次污染，引起大氣和水污染，通過(guò)食物鏈途徑在動(dòng)植物體內(nèi)及人體內(nèi)積累[14-16]。

湖南是我國(guó)重要的重金屬礦區(qū)之一，分布著大量?jī)?yōu)質(zhì)鉛鋅礦和銅鋅礦等重金屬礦，被稱為“有色金屬之鄉(xiāng)”，礦區(qū)在開(kāi)采過(guò)程中為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也給環(huán)境造成了極為嚴(yán)重的污染[17-18]。土壤重金屬污染不僅限于采礦，還有交通排放（汽車尾氣排放、輪胎磨損顆粒、制動(dòng)襯面磨損顆粒）、工業(yè)排放（金屬冶煉、化工、煤燃燒、汽車修理）、生活排放（生活廢水、市政污泥、廢棄物處理）、污水灌溉、農(nóng)藥和化肥施用、建筑和路面風(fēng)化、大氣沉降等[19-24]。重金屬是嚴(yán)重危害生態(tài)安全的土壤環(huán)境污染物之一，土壤中重金屬元素的含量常用來(lái)作為土壤污染的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[25-26]。近年來(lái)關(guān)于土壤及水體重金屬污染修復(fù)的研究逐漸成為熱點(diǎn)，而土壤重金屬污染的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)還處在百家爭(zhēng)鳴階段，并沒(méi)有很統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本研究針對(duì)湖南省土壤重金屬污染日益加劇這一嚴(yán)峻問(wèn)題，對(duì)省內(nèi)主要冶礦城市重金屬污染進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，以期進(jìn)一步優(yōu)化重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境污染的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并探討湖南省土壤重金屬污染防治對(duì)策，這也對(duì)湘江地區(qū)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境規(guī)劃和污染防治具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

郴州市位于湖南省東南部，地處112°13′～114°14′E、24°53′～26°50′N，南嶺山脈與羅霄山脈交錯(cuò)、長(zhǎng)江水系與珠江水系分流的地帶；“北瞻衡岳之秀，南峙五嶺之沖”，自古以來(lái)為中原通往華南沿海的“咽喉”，既是“兵家必爭(zhēng)之地”，又是“人文毓秀之所”；東界江西贛州，南鄰廣東韶關(guān)，西接湖南永州，北連湖南衡陽(yáng)、株洲，素稱湖南的“南大門(mén)”。郴州市四季分明，平地丘陵區(qū)的冬夏季長(zhǎng)而春秋季短，山區(qū)則冬季長(zhǎng)而春、夏、秋季短。郴州全市分屬長(zhǎng)江和珠江兩大流域，三大水系，即贛江、湘江和北江，屬長(zhǎng)江流域面積為15 718.8 km2，屬珠江流域面積為3 674.5 km2。郴州是全球有名的有色金屬之鄉(xiāng)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的礦物達(dá)110種，探明儲(chǔ)量的7類70多種，預(yù)計(jì)價(jià)值超萬(wàn)億元。其冶礦過(guò)程中產(chǎn)生的污染（尤其是重金屬）不可忽視。

衡陽(yáng)位于湖南省中南部，湘江中游，衡山之南，地處 110°32′16～113°16′32E、26°07′05～27°28′24N；東鄰株洲市攸縣，南接郴州市安仁縣、永興縣、桂陽(yáng)縣，西毗永州市冷水灘區(qū)、祁陽(yáng)縣以及邵陽(yáng)市邵東縣，北靠婁底市雙峰縣和湘潭市湘潭縣；南北長(zhǎng)150 km、東西寬173 km，總面積15 310 km2。衡陽(yáng)處于中南地區(qū)凹形面軸帶部分，周圍環(huán)繞著古老宕層形成的斷續(xù)環(huán)帶的嶺脊山地，內(nèi)鑲大面積白堊系和下第三系紅層的紅色丘陵臺(tái)地，構(gòu)成典型的盆地形勢(shì)。衡陽(yáng)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，降水充足，春秋季較為涼爽舒適，春季更加濕潤(rùn)，冬季冷涼微潮，偶有低溫雨雪天氣，夏季極為炎熱，較為潮濕，年平均氣溫18 ℃左右，年均降水量約1 352 mm。衡陽(yáng)已發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)68種，發(fā)現(xiàn)各類礦床、礦點(diǎn)876處，其中已探明儲(chǔ)量的51種，探明礦產(chǎn)地131處，已探明資源儲(chǔ)量居全省首位的有鐵、錫、金、銅、巖鹽、芒硝、高嶺土、鈉長(zhǎng)石等10種，鉛、鋅、鎢、銀居全省第二，煤炭?jī)?chǔ)量居全省第三，累計(jì)探明各種礦產(chǎn)資源總量約130億t，占全省的28.85%。

株洲，古稱建寧，湖南省轄地級(jí)市，112°17′～114°07′E、26°03′～28°01′N，位于湖南省東部偏北，湘江下游，東接江西省萍鄉(xiāng)市、蓮花縣、永新縣及井岡山市，南連省內(nèi)衡陽(yáng)、郴州2市，西接湘潭市，北與長(zhǎng)沙市毗鄰。株洲市境位于羅霄山脈西麓，南嶺山脈至江漢平原的傾斜地段上，市域總體地勢(shì)東南高、西北低；北中部地形嶺谷相間，盆地呈帶狀展布。株洲屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛、光熱充足，風(fēng)向冬季多西北風(fēng)，夏季多正南風(fēng)，無(wú)霜期在286 d以上，年平均氣溫 16～18 ℃。株洲是新中國(guó)成立后首批重點(diǎn)建設(shè)的8個(gè)工業(yè)城市之一，是中國(guó)老工業(yè)基地。株洲市工業(yè)密集，是全國(guó)有名的工業(yè)污染區(qū)，主要有株洲冶煉廠、化工廠、水泥廠、氮肥廠、塑料廠等210 家排污企業(yè)。endprint

1.2 樣品采集

在2014年9—11月期間，選取湖南郴州（CZ）、衡陽(yáng)市（HY）、株洲市（ZZ）3個(gè)市的礦區(qū)和金屬冶煉區(qū)，按照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》要求，在每個(gè)市隨機(jī)選擇3～4塊有代表性的區(qū)域作為采樣單元，土壤采樣按多點(diǎn)混合法。在每個(gè)采樣區(qū)布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)（間隔適宜），每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)抽取5個(gè)20 cm土層土壤樣品（取樣質(zhì)量不小于500 g），5個(gè)樣品混合成1個(gè)測(cè)試樣品，混合均勻后分別裝入無(wú)菌和普通樣品袋里，并做好記錄。在實(shí)驗(yàn)室中，一部分土壤樣品放在-20 ℃冰箱保存，一部分采用自然風(fēng)干方式干燥樣品，將風(fēng)干樣品用研磨棒壓碎，揀去瓦礫殘茬等雜物，以四分法留下土樣100 g（其余保存于樣品袋中），用研磨機(jī)研磨，過(guò)100目尼龍篩，再充分混勻，裝入小牛皮紙袋中待測(cè)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤理化性質(zhì)參考中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所方法[27]測(cè)定：土壤顆粒組成采用比重法測(cè)定；土壤pH值測(cè)定采用1 ∶ 2.5水土比浸提pH玻璃電極法；有機(jī)質(zhì)（M）含量采用重鉻酸鉀法測(cè)定；陽(yáng)離子交換量（CEC）采用NH4Ac交換法測(cè)定；氧化還原電位（Eh）采用鉑電極直接測(cè)定；利用烘干法測(cè)定土壤含水量；用電導(dǎo)率儀（水土比=1 ∶ 5）測(cè)定土壤電導(dǎo)率（EC）；用原子吸收分光光度法測(cè)定Ca2+含量；

1.3.2 土壤中重金屬含量測(cè)定 土壤樣品消解：準(zhǔn)確稱取0.500 0 g（準(zhǔn)確到0.000 1 g，以下都與此相同）風(fēng)干土樣于聚四氟乙烯坩堝中，用幾滴水潤(rùn)濕后加入20 mL濃HNO3，在電熱板上加熱至近粘稠狀，加入20 mL HF并繼續(xù)加熱，為了達(dá)到良好的飛硅效果，經(jīng)常搖動(dòng)坩堝。最后加入20 mL HClO4并加熱至白煙冒盡。對(duì)于含有機(jī)質(zhì)較多的土樣再加入HClO4之后加蓋消解，土壤分解物應(yīng)呈白色或淡黃色（含鐵較高的土壤），傾斜坩堝時(shí)呈不流動(dòng)的黏稠狀。用水沖洗內(nèi)壁及坩堝蓋，溫?zé)崛芙鈿堅(jiān)?，冷卻后，定容至100 mL或50 mL，最終體積依待測(cè)成分的含量而定。

重金屬標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的配制：（1）銅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1.000 0 g/L）：準(zhǔn)確稱取1.000 g（準(zhǔn)確至0.000 2 g）光譜純金屬銅于50 mL燒杯中，加入1.42 g/mL硝酸溶液20 mL，溫?zé)?，待溶解完全，轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻。（2）鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1.000 0 g/L）：準(zhǔn)確稱取1.000 0 g （精確至0.000 2 g）優(yōu)級(jí)純金屬鉛于50 mL燒杯中，加入20 mL硝酸溶液，微熱溶解。冷卻后轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻。（3）鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1.000 0 g/L） ：準(zhǔn)確稱取1.000 g（準(zhǔn)確至0.000 2 g）優(yōu)級(jí)純金屬鋅粒于50 mL燒杯中，加入硝酸溶液20 mL溶解完全后，轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻。（4）鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)蓄液（1.000 g/L）：準(zhǔn)確稱取1.000 0 g（精確至0.000 2 g）優(yōu)級(jí)純金屬鎘于50 mL燒杯中，加入20 mL硝酸溶液，微熱溶解。冷卻后轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻。（5）鎳標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液（1.000 g/L）：稱取預(yù)先在150 ℃洪2 h置于干燥器中冷卻至室溫的基準(zhǔn)重鉻酸鉀（K2Cr2O7）2.8289 g，置于 250 mL 燒杯中，加水溶解，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：按表1設(shè)定工作條件，待原子吸收分光光度計(jì)穩(wěn)定后，分別測(cè)定上述各重金屬標(biāo)準(zhǔn)液吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。土樣中重金屬含量測(cè)定：分別測(cè)定土樣消解液中吸光度，參照標(biāo)準(zhǔn)曲線分別計(jì)算土壤中銅、鉛、鋅、鉻、鎘含量。

1.3.3 微生物群落多樣性分析 參照平板稀釋法[28]進(jìn)行土壤微生物群落數(shù)量分析。配制牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基、高氏培養(yǎng)基，分別采用平板表面涂布法培養(yǎng)細(xì)菌、真菌以及放線菌，然后計(jì)算菌落數(shù)量。微生物多樣性指數(shù)采用的是辛普森多樣性指數(shù)（Simpson diversity index），計(jì)算公式[29]如下：

D=1-∑（Pi）2

。

式中：D為辛普森多樣性指數(shù)，Pi為群落中物種i的個(gè)體占總個(gè)體的比例。

1.3.4 土壤酶活測(cè)定 脲酶采用奈氏比色法、過(guò)氧化氫酶采用比色法、過(guò)氧化物酶采用比色法、蛋白酶采用銅鹽比色法、多酚氧化酶采用碘量滴定法、蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法、淀粉酶采用碘量滴定法等測(cè)定。

1.3.5 土壤吸附試驗(yàn) 為研究城市土壤對(duì)重金屬的吸附特征，采用單元素吸附法檢測(cè)：準(zhǔn)確稱取1.00 g 一系列土壤樣品分別放于100 mL離心管中。在每一離心管中分別加入離子強(qiáng)度為0.01 mol/L NaNO3，質(zhì)量濃度為32 mg/L的Pb、Cu、Ni、Zn、Cd的標(biāo)準(zhǔn)溶液 25.00 mL。在25 ℃條件下，往返連續(xù)振蕩，依次在1、10、20、40、60、80、120、180 min時(shí)離心，過(guò)濾，分別測(cè)定上清液中重金屬濃度，重復(fù)2次。

1.3.6 土壤重金屬污染狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)方法

1.3.6.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[30]，將土壤質(zhì)量分為3個(gè)等級(jí)，如表2所示。一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)區(qū)域自然生態(tài)、維持自然背景的土壤環(huán)境質(zhì)量的限制值，以評(píng)價(jià)區(qū)域土壤諸元素背景值為基準(zhǔn)。二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護(hù)人體健康的土壤限制值。鑒于多數(shù)重金屬元素即使在不影響植物生長(zhǎng)的濃度下，也易被植物富集，進(jìn)入食物鏈危及人類健康，二級(jí)主要針對(duì)幾種毒性較大的元素（如汞、鎘、鉛等）制定諸元素土壤限制值，保證土壤質(zhì)量基本上對(duì)植物和環(huán)境不造成危害和污染，常被用于環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，以判別評(píng)價(jià)區(qū)域是否受污染。三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：為保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)的土壤臨界值。第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)生態(tài)與環(huán)境效應(yīng)應(yīng)試結(jié)果，制定出不至于明顯產(chǎn)生毒害癥狀的土壤污染物限制濃度。endprint

1.3.6.2 評(píng)價(jià)方法 評(píng)價(jià)方法采用指數(shù)法，首先分別求出各因子的單項(xiàng)指數(shù)，然后計(jì)算各類土壤重金屬污染綜合指數(shù)，以這些指標(biāo)來(lái)表示土壤中重金屬污染現(xiàn)狀。公式如下[31]：

Pi=Ci/Si。

式中：Pi為第i種污染物的污染單項(xiàng)指數(shù)；Ci為實(shí)測(cè)濃度；Si為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。土壤單項(xiàng)污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010進(jìn)行整理，用SPSS 18.0進(jìn)行顯著差異分析、方差及相關(guān)性分析（平均數(shù)間的多重比較采用Ducans檢驗(yàn)方法，P

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

表4所示的是湖南省郴州、衡陽(yáng)和株洲3個(gè)城市不同功能區(qū)域的土壤理化性質(zhì)。其中3個(gè)城市礦區(qū)土壤都呈酸性，城市綠地和耕地土壤呈弱堿性；不同區(qū)域土壤中有機(jī)質(zhì)含量差異顯著（P城市綠地>礦區(qū)；土壤中透氣性是否良好通常用氧化還原電位強(qiáng)弱（Eh）來(lái)表示，表4中城市綠地土壤Eh值顯著低于耕地和礦區(qū)土壤的Eh值，說(shuō)明城市綠地通氣較差，這也可能是人類頻繁活動(dòng)所致；土壤的電導(dǎo)率（EC）能及時(shí)反映土壤中可溶性鹽含量的高低，表4表明礦區(qū)土壤中可溶性鹽含量顯著高于城市綠地和耕地；土壤中含水量顯著低于城市綠地和耕地，這將不利于植物的正常生長(zhǎng)。

2.2 土壤中重金屬含量

如表5所示，3個(gè)城市的礦區(qū)土壤中Pb、Cu、Ni、Zn、Cd等重金屬含量要顯著高于耕地和城市綠地。郴州土壤Pb、Cu、Ni、Zn、Cd含量變化范圍為82.3～378.4、32.6～69.9、19.2～58.2、124.5～243.3、0.46～3.44 mg/kg，其中耕地和城市綠地土壤Cu含量差異不顯著（P>0.05）；衡陽(yáng)市土壤Pb、Cu、Ni、Zn、Cd含量變化范圍為145.3～579.6、104.7～344.5、204～89.7、206.4～567.2、2.34～8.76 mg/kg，各功能區(qū)域土壤中重金屬含量差異顯著；株洲市土壤的Pb、Cu、Ni、Zn、Cd含量變化范圍是112.4～456.5、78.4～201.4、18.3～76.2、215.4～701.7、1.79～6.78 mg/kg，其中耕地和城市綠地土壤Pb、Cu含量差異不顯著（P>0.05）。3個(gè)城市土壤重金屬含量大小基本上呈現(xiàn)礦區(qū)>城市綠地>耕地。

2.3 土壤中微生物群落多樣性

隨著城市化進(jìn)程的加快、自然資源的無(wú)限度開(kāi)采，大量重金屬污染物的引入改變了土壤環(huán)境及土壤中微生物的構(gòu)成和功能。分別研究了不同城市不同功能區(qū)土壤中微生物群落多樣性（圖1），發(fā)現(xiàn)所調(diào)查的三大城市土壤中微生物主要由細(xì)菌、放線菌和真菌組成，其中細(xì)菌占所有微生物數(shù)量的70%以上，其次是放線菌和真菌。由于環(huán)境的不同，各區(qū)域土壤中微生物構(gòu)成也不盡相同，圖1中各城市不同功能區(qū)土壤中微生物數(shù)量差異明顯，耕地中微生物數(shù)量要明顯高于綠地和礦區(qū)，且礦區(qū)土壤中微生物數(shù)量最低。再對(duì)各城市不同功能區(qū)域土壤中微生物群落多樣性進(jìn)行分析（圖2），發(fā)現(xiàn)郴州土壤中微生物群落多樣性大小依次是耕地>城市綠地>礦區(qū)；衡陽(yáng)耕地和綠地土壤中微生物群落多樣性比較相似，差異不顯著，礦區(qū)土壤微生物群落多樣性最低；株洲土壤中微生物群落多樣性差異與郴州類似。

2.4 土壤酶活性

土壤酶催化土壤內(nèi)各種生物化學(xué)反應(yīng)，具有專一性和綜

合性特點(diǎn)，活性大小可較敏感地反映土壤中生化反應(yīng)的方向和強(qiáng)度[32-33]，另外，土壤酶活也在一定程度上反映土壤中重金屬污染。圖3表示的是各城市不同功能區(qū)土壤中脲酶、過(guò)氧化物酶和淀粉酶的含量，即酶活性，測(cè)定發(fā)現(xiàn)，郴州、衡陽(yáng)和株洲礦區(qū)土壤中脲酶含量要顯著高于城市綠地和耕地，郴州不同功能區(qū)土壤脲酶含量差異顯著，衡陽(yáng)和株洲耕地和綠地土壤脲酶含量都差異不顯著；而各城市土壤中過(guò)氧化物酶的含量則表現(xiàn)出耕地過(guò)氧化物酶含量顯著高于城市綠地，城市綠地顯著高于礦區(qū)；郴州和衡陽(yáng)市耕地、綠地和礦區(qū)3者土壤中淀粉酶含量差異顯著，株洲耕地中淀粉酶含量與綠地差異不顯著，且礦區(qū)中淀粉酶含量要顯著低于耕地和綠地中淀粉酶含量。

2.5 土壤中重金屬吸附

在溫度為25 ℃、初始pH值為6.2的條件下，研究了各城市不同功能區(qū)域土壤對(duì)主要重金屬Pb的吸附特征（圖4）。隨著重金屬平衡濃度的遞增，耕地、城市綠地和礦區(qū)土壤對(duì)重金屬Pb的吸附逐漸增強(qiáng)，在初始濃度為0的情況下，各土壤對(duì)重金屬Pb的吸附量差異不顯著，隨著平衡液濃度增大，各城市土壤對(duì)Pb的吸附量差異逐漸增大，其中郴州和株洲吸附特征類似，城市綠地對(duì)Pb的吸附量最低，再次是耕地，最高的是礦區(qū)土壤，而衡陽(yáng)市耕地土壤對(duì)Pb的吸附量最低，礦區(qū)土壤對(duì)Pb的吸附量最高。在測(cè)試過(guò)程中，要充分考慮到土壤pH值這一最主要因素。

2.6 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

根據(jù)表3的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各城市不同功能區(qū)域土壤重金屬Pb、Cu、Ni、Zn和Cd污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。如圖5所示，郴州耕地土壤中各重金屬污染指數(shù)Pi在0.7～1.0之間，土壤為較清潔；衡陽(yáng)耕地土壤中Cu和Cd的污染指數(shù)Pi在1～2之間，為輕度污染，Pb、Ni、Zn污染指數(shù)Pi在0.7～1.0之間，土壤較清潔；株洲耕地土壤各重金屬污染指數(shù)Pi在0.7～1.0之間，土 壤為較清潔。郴州城市綠地土壤中Pb、Cd的污染指數(shù)Pi

在1～2之間，土壤為輕度污染，其他為較清潔；衡陽(yáng)城市綠地土壤中各重金屬污染指數(shù)Pi都處在1～2之間，土壤為輕度污染；株洲城市綠地土壤中各重金屬污染指數(shù)Pi在0.7～1.0之間，土壤為較清潔。株洲礦區(qū)土壤中Pb、Cu污染指數(shù)Pi在2～3之間，土壤為中度污染，礦區(qū)土壤中Ni、Zn和Cd的污染指數(shù)Pi>3，土壤為重度污染；衡陽(yáng)和株洲礦區(qū)土壤各重金屬污染指數(shù)都大于3，說(shuō)明礦區(qū)及周邊土壤為重金屬重度污染。endprint

3 討論與結(jié)論

土壤重金屬含量不僅依賴于物質(zhì)來(lái)源（自然和人為的），而且與金屬類型、土壤理化性質(zhì)、土壤微生物活動(dòng)、土壤酶活性等因素有關(guān)。其中，土壤理化性質(zhì)中的pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換量（CEC）、氧化還原電位（Eh）、可溶性鹽含量（EC）等是影響土壤重金屬含量的主要因素[33]。它們通過(guò)影響重金屬在土壤中的吸附-解吸、沉淀-溶解、氧化還原等物理化學(xué)過(guò)程影響重金屬在土壤中的再分配和分異，進(jìn)而影響重金屬在土壤中的富集和含量[27]。由于人類活動(dòng)的影響，礦區(qū)開(kāi)采人為影響大，城市綠地人類活動(dòng)頻繁，其土壤理化性質(zhì)發(fā)生了變化，尤其是土壤pH值和有機(jī)質(zhì)發(fā)生顯著變化，耕地和綠地pH值接近于中性或是偏堿性，而礦區(qū)pH值呈酸性，這能促進(jìn)土壤中可降解的重金屬的分解，使含量增高。

土壤污染是由多種重金屬元素形成的復(fù)合污染，且微生物群落能反映土壤重金屬污染的整體特征，這主要是因?yàn)槲⑸镒鳛橥寥郎鷳B(tài)系統(tǒng)的重要成員，參與土壤中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的各種生物化學(xué)過(guò)程，如氨化作用、硝化作用、固氮作用、纖維分解作用等，這些生物化學(xué)過(guò)程受土壤重金屬脅迫影響，且能很快、準(zhǔn)確地反映土壤重金屬污染狀況。本研究測(cè)定各城市不同功能區(qū)域土壤中微生物多樣性，也能很好地反映重金屬污染的情況，其中在人類活動(dòng)頻繁的城市綠地和礦區(qū)土壤中微生物數(shù)量要顯著小于耕地中微生物數(shù)量，反過(guò)來(lái)微生物的活動(dòng)能促進(jìn)重金屬的分解，從而提高了土壤中重金屬含量，增加了土壤重金屬污染概率。

土壤酶種類很多，本研究從酶參與土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)專一性考慮，選擇參與碳素循環(huán)的淀粉酶、氮素循環(huán)的脲酶和氧化還原作用的過(guò)氧化物酶，研究了它們?cè)诟鞴δ軈^(qū)域土壤中的活性，結(jié)果表明土壤酶活與土壤重金屬污染有顯著相關(guān)性，同一種酶活性在不同功能區(qū)域土壤中不同，各城市土壤中脲酶、過(guò)氧化物酶和淀粉酶空間分布變異性較大，對(duì)土壤環(huán)境反應(yīng)較為敏感，都可以作為土壤環(huán)境質(zhì)量變化的衡量指標(biāo)[29]。利用Henry模型來(lái)研究城市土壤對(duì)重金屬吸附熱力學(xué)過(guò)程，并且比較單元素吸附和競(jìng)爭(zhēng)吸附過(guò)程的熱力學(xué)特征，能夠很好地反映影響土壤吸附重金屬的主要環(huán)境因子，吸附等溫線能夠反映吸附過(guò)程化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。本研究利用吸附模式探討不同功能區(qū)土壤對(duì)重金屬Pb的吸附能力，從一定程度上反映出人類活動(dòng)頻繁，重金屬背景值較高的土壤對(duì)重金屬的吸附能力相對(duì)較強(qiáng)，這也可能與土壤pH值大小有關(guān)聯(lián)；另一方面來(lái)說(shuō)，雖然土壤本身pH值會(huì)影響其對(duì)重金屬的吸附，但是在吸附體系中溶液pH值會(huì)掩蓋土壤自身pH值對(duì)吸附規(guī)律的影響，土壤對(duì)重金屬的吸附強(qiáng)弱是與土壤本身特征、重金屬類型及吸附條件有關(guān)的。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用了各種方法評(píng)價(jià)土壤重金屬污染狀況，例如最早的化學(xué)評(píng)價(jià)法（針對(duì)大氣和水體）被推廣到土壤污染評(píng)價(jià)中?；瘜W(xué)評(píng)價(jià)的優(yōu)點(diǎn)是可以提供土壤污染物濃度的絕對(duì)值，通過(guò)與土壤背景值的比較可以直觀地表現(xiàn)土壤重金屬污染程度。本研究中也對(duì)各城市不同功能區(qū)土壤重金屬污染物含量進(jìn)行測(cè)量并與土壤背景值比較，來(lái)對(duì)土壤污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。近年來(lái)的研究也表明，土壤微生物對(duì)重金屬的脅迫要比同一環(huán)境中的動(dòng)物和植物敏感得多，其被認(rèn)為是最具潛力的評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)[34]。本研究測(cè)定土壤中微生物群落構(gòu)成、多樣性以及微生物數(shù)量來(lái)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，表明微生物活動(dòng)弱，其所在土壤環(huán)境中重金屬污染較為嚴(yán)重。

土壤中重金屬污染狀況的評(píng)定固然重要，但最終還是要?dú)w結(jié)到重金屬污染的治理。重金屬污染土壤的治理已受到世界各國(guó)的廣泛重視，國(guó)內(nèi)外關(guān)于重金屬治理的措施很多，總結(jié)起來(lái)大體分為工程治理、生物治理和農(nóng)業(yè)化學(xué)治理3類。結(jié)合本研究對(duì)冶礦城市不同功能區(qū)土壤重金屬污染狀況的調(diào)查和評(píng)價(jià)，建議采取生物修復(fù)，即植物結(jié)合微生物的治理方法為宜。在城市化日益繁盛的時(shí)期，更需要人們的自律來(lái)逐步改善我們身邊的環(huán)境。

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