浅析缙云县大气干湿沉降物对土壤的影响

马俊祥

浙江省第七地质大队浙江丽水 323000

大气沉降是大气圈的物质下沉或者降落到地表的过程，通过降水过程表现的大气沉降为湿沉降，通过气溶胶等颗粒物降落过程的大气沉降为干沉降。大气干湿沉降是有害物质进入土壤的一种重要途径，是影响农田生态系统安全的重要因素。重金属可通过化石燃料燃烧、汽车尾气、工业烟气和粉尘等进入大气，吸附在气溶胶上，然后通过干湿沉降的方式进入土壤，并可在表层土壤中不同程度的累积。

1、工作方法

本次大气干湿沉降物收集样点均布设在大片农田种植区、省级现代农业园区以及基本农田保护区，避开道路扬尘、餐饮和工矿企业废气排放等明显影响地区，大气干湿沉降物样品布设密度为1～2个点/百km²，共布置了19个大气干湿沉降物收集桶，放置于农户房顶，离地面高度3～12m，放置采样桶前首先固定三脚架，防止被台风刮倒，放置期间委托专人不定期检查监护。采样口一般距平台1.5m，以避免平台扬尘的影响。同时为防止不属于沉降范围的异物（如鸟粪、树叶等）落入集尘桶内，桶口上用尼龙网罩盖。大气干湿沉降样品接收周期为13个月，其中有效回收17件。样品采集执行《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295-2016）。对样品进行了Cd、Hg、As、Pb、Cr、Ni、Cu、Zn、Se等9项指标进行化验分析。

2、大气干湿沉降对土壤重金属累积的影响

2.1 大气干湿沉降通量

某元素大气干湿沉降通量计算公式如下：

Qi_通量=(Qi_湿沉降＋Qi_干沉降 )×A=（Ci_湿×Vi_湿+Ci_干×Wi_干）×A

式中：Qi_通量：元素 i 的年沉降通量，单位：mg/ ha·a （毫克/每年·每公顷）

Qi_湿沉降：元素 i 的年湿沉降通量，单位：mg/ha·a （毫克/每年·每公顷）

Qi_干沉降：元素 i 的年干沉降通量，单位：mg/ ha·a （毫克/每年·每公顷）

Ci_湿：元素i 在湿沉降中的含量，单位：mg/mL（毫克/毫升）

Vi_湿：湿沉降体积，单位：mL（毫升）

Ci_干：元素i 在干沉降中的含量，单位：mg/kg(毫克/千克)

Wi_干：干沉降总量，单位：g 或kg（克或千克）

A：换算常数，A=10⁸cm²/907.8cm²，10⁸cm²为1公顷土壤面积，907.8cm²为集尘缸口面积。根据上式计算所得调查区大气干湿沉降物中重金属元素沉降通量结果列于表1。

表1 调查区大气干湿沉降重金属元素干沉降通量一览表

样号	乡镇	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb	As	Hg
JYQ01	壶镇镇	61.52	26.28	31.97	821.7	3.23	86.65	2.43	0.16
JYQ02	壶镇镇	256.21	97.74	105.49	2227.8	8.61	166.50	8.72	0.27
JYQ03	前路乡	128.45	59.52	57.85	1940.8	24.00	144.24	3.76	0.21
JYQ04	东方镇	53.18	28.57	25.57	387.8	2.86	73.25	1.46	0.21
JYQ05	五云街道	107.11	43.77	47.94	2481.7	5.78	72.42	1.76	0.26
JYQ06	新碧街道	121.19	54.68	27.60	427.5	2.05	29.29	1.26	0.23
JYQ07	新建镇	27.90	11.59	18.06	152.5	0.90	17.51	0.67	0.24
JYQ09	仙都街道	9.08	6.97	15.43	100.2	0.24	19.05	0.18	0.20
JYQ10	舒洪镇	98.13	47.98	77.39	1340.2	5.94	119.67	5.73	0.33
JYQ11	东渡镇	114.65	49.41	53.43	2181.1	5.86	98.42	3.34	0.27
JYQ12	东渡镇	165.04	55.35	79.90	1053.8	7.93	143.57	4.73	0.27
JYQ13	三溪乡	71.72	26.70	40.91	537.4	2.10	110.53	2.58	0.29
JYQ14	大源镇	35.22	19.23	54.16	444.0	1.52	42.01	2.77	0.26
JYQ15	大源镇	50.62	26.36	51.71	3675.4	9.09	81.63	3.04	0.22
JYQ16	大洋镇	46.78	26.86	53.64	807.4	3.15	71.28	2.70	0.21
JYQ17	方溪乡	24.89	12.15	19.66	345.1	1.89	34.25	1.53	0.07
JYQ19	新建镇	19.24	11.67	9.89	190.0	0.58	18.42	0.31	0.06
平均值		81.82	35.58	45.33	1124.36	5.04	78.16	2.76	0.22
浙江省平均沉降通量		169.43	76.74	330.63	2097.6	9.79	414.92	13.79	0.46

注：重金属元素沉降通量单位：g·ha^-1·a^-1（克/每年·每公顷）

由表2可知，缙云县与浙江省年沉降通量均值相比，各重金属元素均值均低于全省通量均值。从大气干湿沉降通量分布图1可以看出：As、Cr、Ni重金属元素高沉降区位于壶镇镇，分布范围较小，总体呈中低沉降；Cd重金属元素高沉降区位于前路乡，该地区位于壶镇工业园区南部，可能与工厂废气排放有关，其他地区均呈现低沉降。Cu、Pb重金属元素中高沉降区主要位于壶镇镇、东渡镇、舒洪镇一带，低沉降区主要位于缙云县北西部，而南东部（大洋镇、大源镇）一带主要呈现中沉降。重金属元素Hg整体呈中高沉降，仅方溪乡一带呈低沉降，高值分布区主要位于东渡镇、舒洪镇、前路乡一带，走向呈北东，向两侧逐渐减弱。重金属元素Zn整体呈中低沉降，而高沉降区呈点状分布，影响范围较小，高沉降区主要位于大源镇。

图1 缙云县重金属元素大气干湿沉降通量分布图

2.2 大气干湿沉降物对土壤重金属含量变化的影响

如果大气干湿沉降某元素主要来源于土壤（干沉降元素浓度与土壤相当），那么该元素沉降对土壤影响不大；如果大气干湿沉降中的元素来源于人为排放，干沉降元素浓度远大于土壤，那么大气干湿沉降将使土壤中元素含量增加。在不考虑施肥、灌溉、作物带出等其他输入输出途径的影响时，可用下式估算研究区经大气干湿沉降一年后土壤中重金属元素的含量：

式中：C为大气干湿沉降输入一年后土壤中元素的含量(μg/kg)；C_原为土壤中元素的现时含量(μg/kg)；W_干为每公顷范围内大气干沉降的年输入总质量（kg）；W_土为每公顷土壤耕作层(0～20cm)的质量（kg），根据《浙江省缙云县土壤志》，水稻土表层容重均值为 1.08g/cm3 计算，每公顷耕作层(0～20cm)质量约为 2160000kg；Q_总为每公顷土壤上元素的大气干湿沉降年总输入通量（μg）；

由大气干湿沉降引起的土壤中重金属元素含量的年净增量则为：



按照上述公式计算了调查区表层土壤中重金属的年变化量，列于表2。

表2 调查区大气干湿沉降引起的表层土壤中重金属的年变化量

样号	乡镇	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb	As	Hg
JYQ01	壶镇镇	28.48	12.16	14.80	367.09	1.47	30.11	1.12	0.07
JYQ02	壶镇镇	98.53	35.22	38.80	975.59	3.86	57.03	1.97	0.12
JYQ03	前路乡	49.45	27.55	16.77	862.61	11.04	56.75	1.74	0.10
JYQ04	东方镇	24.62	13.23	11.84	171.91	1.30	33.91	0.68	0.10
JYQ05	五云街道	49.58	20.26	22.19	1138.40	2.66	33.52	0.81	0.12
JYQ06	新碧街道	56.10	25.31	12.78	190.59	0.93	13.56	0.58	0.11
JYQ07	新建镇	12.92	5.37	8.36	66.72	0.41	8.11	0.31	0.11
JYQ09	仙都街道	4.20	3.23	7.14	44.64	0.11	8.82	0.08	0.09
JYQ10	舒洪镇	35.42	22.21	35.82	601.34	2.71	45.39	2.65	0.15
JYQ11	东渡镇	43.06	22.87	14.73	975.08	2.63	25.55	1.55	0.12
JYQ12	东渡镇	66.38	25.62	26.98	456.18	3.60	46.44	2.19	0.12
JYQ13	三溪乡	23.20	12.36	18.94	232.53	0.94	41.16	1.19	0.13
JYQ14	大源镇	16.30	8.90	25.07	191.64	0.67	19.45	1.28	0.12
JYQ15	大源镇	13.43	12.20	13.93	1670.15	4.15	27.78	1.41	0.10
JYQ16	大洋镇	11.65	12.43	14.83	340.58	1.38	22.99	1.25	0.10
JYQ17	方溪乡	11.52	5.62	9.10	146.74	0.85	5.85	0.71	0.03
JYQ19	新建镇	8.91	5.40	4.58	84.05	0.26	8.53	0.14	0.03

注：重金属年变化量单位，μg/kg。

由表3可知，土壤中所有重金属元素含量都会因大气干湿沉降而增加，增加最明显的元素有 Cu、Pb、Zn、Cr、Ni 等元素。调查区中 Cr、Ni、Cu、Pb元素年平均增加量在壶镇镇最大，仙都街道最小；Zn元素大源镇年增量最大，仙都街道最小；Hg在缙云县各乡镇增量基本持平。

由于土壤元素含量级次差异很大，因此，元素增加或减少的量并不能直接反映大气干湿沉降对土壤重金属元素含量的影响程度。为量化大气沉降对研究区土壤重金属含量影响的差异，本报告计算了元素含量的增加率。增加率以土壤中元素年增加量占元素初始含量的百分数表示，以便更准确地描述大气干湿沉降对土壤重金属元素含量的年变化速率。用下式表示：

式中，P 为土壤中元素的年变化率（％）；为年大气干湿沉降引起的土壤元素增加含量；

C_原为土壤元素初始含量。

调查区表层土壤中重金属元素的年变化率见表3。

表3 调查区大气干湿沉降引起的表层土壤重金属的年变化率

样品	乡镇	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb	As	Hg
JYQ01	壶镇镇	0.10	0.13	0.10	0.46	0.82	0.08	0.02	0.09
JYQ02	壶镇镇	0.35	0.37	0.27	1.22	2.14	0.16	0.02	0.15
JYQ03	前路乡	0.15	0.25	0.10	0.91	5.81	0.17	0.03	0.17
JYQ04	东方镇	0.10	0.13	0.10	0.21	0.72	0.09	0.01	0.14
JYQ05	五云街道	0.30	0.40	0.17	1.35	1.66	0.09	0.01	0.13
JYQ06	新碧街道	0.27	0.43	0.09	0.27	0.52	0.04	0.01	0.11
JYQ07	新建镇	0.06	0.07	0.05	0.08	0.24	0.02	0.01	0.14
JYQ09	仙都街道	0.03	0.06	0.07	0.06	0.06	0.02	<0.01	0.11
JYQ10	舒洪镇	0.16	0.31	0.29	0.85	1.94	0.12	0.04	0.25
JYQ11	东渡镇	0.17	0.27	0.10	1.13	1.38	0.05	0.03	0.17
JYQ12	东渡镇	0.27	0.31	0.18	0.53	1.89	0.09	0.04	0.17
JYQ13	三溪乡	0.06	0.09	0.12	0.25	0.59	0.13	0.02	0.22
JYQ14	大源镇	0.05	0.07	0.14	0.20	0.35	0.07	0.03	0.20
JYQ15	大源镇	0.04	0.10	0.08	1.74	2.18	0.10	0.03	0.17
JYQ16	大洋镇	0.03	0.09	0.10	0.34	0.58	0.06	0.02	0.13
JYQ17	方溪乡	0.04	0.04	0.07	0.16	0.53	0.01	0.02	0.05
JYQ19	新建镇	0.04	0.07	0.03	0.10	0.15	0.02	<0.01	0.04
平均值		0.13	0.19	0.12	0.58	1.27	0.08	0.02	0.14

注：重金属年变化率单位%。

从表3可知，大气干湿沉降对土壤重金属元素变化影响较小，年变化率平均在1 %以内。个别重金属元素个别乡镇年变化率相对较高，如前路乡Cd元素，年变化率达到5.81%,部分乡镇Zn元素年变化率在1%以上，说明这些元素对土壤重金属累积的贡献率相对较大。As元素在年变化率及低，部分地区低于0.01%，说明大气干湿沉降对土壤重金属元素变化基本无影响。

3、结论

综上所述，缙云县大气干湿沉降对表层土壤重金属累积虽有一定增量，但整体影响较小，其中Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、As、Hg元素年变化率均在1%以内，对表层土壤重金属的积累基本无影响；Cd元素年变化率平均值为1.27%，相对影响非常小；工业发达地区会增加干湿沉降物重金属的含量，但对土壤的影响不大。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国土资源部.土地质量地球化学评价规范，2016

[2] 董岩翔、郑文、周建华等.浙江省土壤地球化学背景值，2007

[3] 魏迎春、冯立新、康占军等.浙江嘉兴典型地区1:5万土地质量地球化学调查成果报告，2018

[4]张良红、黄雯、彭振宇等，浙江临安市1:5万土地质量地球化学调查成果报告，2018

浅析缙云县大气干湿沉降物对土壤的影响

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1、工作方法

2、大气干湿沉降对土壤重金属累积的影响

3、结论

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