地学前缘 ›› 2008, Vol. 15 ›› Issue (5): 126-146.
1.北京大学 化学与分子工程学院, 北京 100871
2.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所, 河北 廊坊 065000
3.北京地质勘察技术院, 北京 102218
Liu Fei2,Huang Hongku2,Fan Hui2,Ruan Qihe3,Feng Hui31College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871,China
2Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Science, Langfang 065000,China
3College of Geological Exploration Prospecting Techniques of Beijing, Beijing 102818,China
摘要:
城市土壤Hg异常/污染是中国普遍存在的重大生态环境问题。文章对北京市近1 000 km2范围内的地表土壤、壤中气、大气干湿沉降、大气颗粒物、大气中的Hg含量水平和空间分布模式进行了系统研究,查明北京地表土壤Hg平均含量为041 mg/kg,大气干湿沉降物中的Hg平均含量为0194 mg/kg,壤中气Hg的平均含量为55965 ng/m3,大气颗粒物PM10和PM25中的Hg含量分别为059和067 ng/m3,大气中的Hg平均含量为313 ng/m3。北京市自2000年起实现了由燃煤转变为燃气的减排措施,导致干湿沉降物中的Hg沉降通量显著减少,2006年大气干湿沉降物中Hg的沉降通量1837 mg·m-2·a-1,北京市城区(近1 000 km2)Hg全年沉降为1 837 kg,空气中总Hg浓度由1998年的83~247 ng/m3下降到2006年的313 ng/m3,大气颗粒物中Hg含量由2003年的118 ng/m3下降到2006年的059 ng/m3(PM10)和067 ng/m3(PM25),表明北京市煤改气减排措施的实施显著改善了大气环境质量。通过对土壤中Hg的存在形式研究,发现土壤中有硫化物(辰砂)及各种Hg盐(HgCl2)的含Hg矿物,Hg也可以各种吸附方式或壤中气方式存在。研究证实北京壤中气Hg与大气Hg存在显著的相关性(n=131,R=0267,p<001),表明壤中气Hg是大气Hg的重要来源之一。利用2005年地表土壤总Hg与Hg释放速率的线性方程估算,土壤Hg平均释放速率为10242 ng·m-2·h-1,2005年土壤释放进大气的Hg通量为93670 kg。在查明土壤中存在大量辰砂矿物的同时,还分布有大量具有高温熔融特征的金属微球粒和玻璃质微球粒,证明燃煤和冶金烟尘是地表土壤Hg的主要来源。土壤中Hg、S、pH和辰砂颗粒浓度在空间上的高度耦合性表明,碱性条件下,土壤中高含量的S和Hg是辰砂形成的重要原因。按国家土壤环境质量标准,北京市I级土壤Hg环境质量的面积为176 km2, II级为808 km2,III级为24 km2,超III为36 km2。III级、超III级主要分布在二环路以内的中心城区。城南(长安街为界)大气Hg环境质量明显优于城北,在北四、北五环之间的部分地区,大气颗粒Hg的环境质量为III级或超III级。在地表土壤Hg含量较高的中心城区,居民每天因呼吸摄入的Hg高达364 ng,对人体健康构成潜在风险。根据我国“十一五”规划中每年实现10%节能减排的目标,对北京市未来50年土壤Hg含量的时空演变趋势预测,预测2050年北京因干湿沉降带来的Hg输入量为1603 kg,地表土壤释放Hg的输出量为3736 kg,明显大于Hg的输入通量,土壤Hg的环境质量将得到根本改善。预测到2040年III级土壤Hg环境质量的区域将完全消失,到2060年以I级土壤为主。
中图分类号: