赵 超，王 琦，戴金平
（山东省生态环境监测中心，山东 济南 250101）
摘 要： 为了解山东省土壤重金属背景值状况，对山东省土壤背景点位8种重金属背景值含量和变化规律进行了分
析。结果显示，山东省土壤重金属背景值水平空间呈地域性分布，垂直空间呈减小趋势，不同土地利用方式下土壤重金属背景值无显著差异。与山东省“七五”背景值研究对比，A 和C 两层土壤中Cd 、Hg 和Ni 的含量均上升，As 、Cu 、Pb 和Cr 的含量均下降。
关键词： 土壤；重金属；背景值；山东省中图分类号： X833文献标志码： A DOI ：10.16803/jki.issn.1004 − 6216.2021.04.019
Investigation and analysis of background value of heavy
metals in soil of Shandong Province
ZHAO Chao ，WANG Qi ，DAI Jinping
（Shandong Provincial Eco-environment Monitoring Center, Jinan 250101, China ）
Abstract ： In order to understand the background value of heavy metals in soil of Shandong Province, the background value concentrations and the variation characteristics of 8 heavy metals were analyzed. The results showed that the background value of the heavy metals was distributed regionally in a horizontal space, and decreased from layer A to layer C in the vertical space. However,there was no significant difference under a different land use. Comparing with the results obtained from "The Seventh Five-year Plan" of Shandong Province, the background concentrations of Cd, Hg and Ni in layer A and layer C were increased in this study,while the concentrations of As, Cu, Pb and Cr were decreased.
Keywords ： soil ；heavy metals ；background value ；Shandong Province CLC number ： X833
土壤背景值是指土壤在自然成土过程中形成的物理化学特征值，是在不受或很少受人类活动影响下，
土壤本身的基本化学组成和结构特征[1 − 3]。土壤背景值研究是土壤环境科学的一项基础性研究工作，是指导土壤环境监测、评价和污染防治等工作的基础[4 − 5]，通过对特定区域开展调查与研究，摸清和掌握土壤中各元素的自然含量水平及分布特征，可以为科学制定地方性土壤环境质量标准和环境保护法规、进行区域环境质量评价研究、污染变化趋势分析、土地资源优化开发、地方性疾病防治、利用异常土壤背景值矿等方面提供重要科学依据[6 − 7]。
土壤背景值是受时空条件制约的相对概念，随着时间的推移和外在环境、气候、人为活动等因素
的改变，土壤背景值也会呈现出一定的变化规律[6 − 8]，所以有必要在一定时期内开展周期性、系统性土壤背景值调查，重新确定土壤背景值。为进一步摸清山东省土壤环境背景状况，深入研究全省土壤重金属迁移和累积变化规律，本研究在“七五”山东省土壤环境背景值研究基础上，“十三五”期间再次对全省土壤背景值进行了系统的调查研究，对比分析了30多年来山东省土壤背景值变化情况，探索了土壤背景值的分异规律，扩充了土壤环境基础数据库，对于全省土壤污染防治、耕地质量类别划分、土地管理和合理利用具有重要意义。
1 研究区概况
山东省位于中国东部沿海、黄河下游，地处34.381 7～
收稿日期：2020 − 12 − 05
作者简介：赵 超（1985 − ），男，硕士研究生、工程师。研究方向：土壤及农村环境监测与评价。E-mail ：843298138@qq 引用格式：赵 超，王 琦，戴金平. 山东省土壤重金属背景值调查与分析[J ]. 环境保护科学，2021，47（4）：
117 − 121.
38.400 2°N，114.791 6～122.705 0 °E之间。境内中部山地突起，西南、西北低洼平坦，东部缓丘起伏，主要山脉集中分布在鲁中南山丘区和胶东丘陵区。境内水系比较发达，较重要的河流有黄河、徒骇河、小清河、沂河、沭河和大汶河等。全省土壤类型有棕壤、褐土、潮土、粗骨土、砂姜黑土和盐碱土等18个土类、35个亚类。
2 材料与方法
2.1 样品采集
本次山东省土壤重金属背景值研究，充分利用“七五”山东省土壤环境背景值研究成果，同时考虑长期调查的连续性和可比性，对省级以上交通干线150 m以内、建设用地300 m以内、污染源600 m 以内的背景点位进行适当调整优化。全省共采集土壤典型剖面123个，其中，A层土壤123个，C层土壤119个。用竹铲或木铲自下而上在各层最典型的中部逐层采集，每个采样点的取土深度和取样量保持一致[9]，每层土壤均匀混合用四分法选取2 kg的土壤。2.2 样品分析
采集的土样在风干室进行自然风干，剔除砖瓦石块、石灰结核和根茎动植物残体等杂质，经研磨后过100目尼龙筛，分析测定Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni等8种常规土壤重金属元素含量。Cd、Pb元素含量采用石墨炉原子吸收分光光度法测定，Hg、As元素含量采用微波消解原子荧光法测定，Cu、Zn、Cr和Ni元素含量采用火焰原子吸收分光光度法测定。样品分析质量控制包括空白试验、平行样测定、实验室间比对等，准确度控制采用插入国家有证土壤标准样品和加标回收的方式进行，质控测定结果均符合国家相关技术要求[10]。
2.3 数据处理
采用Excel、SPSS21.0进行土壤重金属背景值统计和分析，应用Grubbs检验法和Dixon检验法对异常数据进行剔除。
3 结果与讨论
3.1 山东省土壤重金属背景值分布特征
山东省土壤重金属背景值含量统计，见表1。
表 1 山东省土壤重金属背景值含量统计
元素名称层次测点数/个
顺序统计值/mg·kg−1标准偏差
/mg·kg−1
变异
系数/%最小值中位值最大值算术平均值几何平均值
Cd A1230.050.120.410.1350.1230.06246 C1190.010.080.520.0970.0820.06668
Hg A123ND0.0280.7280.0400.0280.067169 C119ND0.0130.8550.0240.0130.078318
As A123 1.348.82239.138.23 3.8342 C1190.178.2331.28.837.33 5.1558
张哲瀚个人简介Cu A123421.714624.8622.2715.0460 C119319.412723.3620.3415.4866
Pb A123 6.62471.126.7325.0210.4439 C11910.122.716526.5023.5417.9767
Cr A1232759.119969.7164.2433.3147 C11915.96124969.6763.0435.8751
Zn A1232761.422667.8964.5924.2435 C11919.256.814061.3357.5223.1037
Ni A123ND32.714333.7630.3117.0050 C119ND31.5510333.0429.5115.6147
注：ND表示低于检出限，未检出；表中重金属浓度结果表示的小数位数或有效数字保留按其对应测定标准中的相关要求执行。
118环境保护科学第 47 卷
表1可知，在本研究土壤背景点剖面中A层的8种重金属元素中Hg含量的变异较大，变异系数为169%，Cd、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni的变异相对较小，变异系数范围35%～60%；C层土壤中Hg含量的变异最大，变异系数为318%，Cd、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni的变异相对较小，变异系数范围37%～68%。A层和C层中Hg的变异系数均大于其他元素，说明Hg含量受人为影响产生特异值，这与吕建树等[11]、戴彬等[12]的研究结果类似。
Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni等8种重金属元素含量在A层和C层土壤中均不符合正态分布。文献[2, 13 − 14]研究表明，几何平均值能够更好地反映元素背景值含量分布的集中趋势，因此本研究中采用几何平均值来表征土壤背景值含量并作比较分析。山东省A层和C层土壤重金属背景值几何均值均低于农用地土壤污染风险管控标准风险筛选值，说明山东省土壤重金属含量主要来源于土壤母质本身，无明显外源性污染物输入，与刘江生等[15]的研究结果一致。
3.1.1 不同区域土壤重金属背景值 土壤重金属含量受生物气候带的影响，一般呈地带性规律分布，不同区域、地带的重金属在土壤中的淋溶、迁移、累积等性状存在一定差异，导致不同区域间土壤中重金属的背景含量和分布规律也存在明显差异[16]。受环境条件及成土因素的影响，山东省自东向西存在明显的地域分异，根据成土条件大致可划分为鲁中低山丘陵区、鲁东丘陵区和鲁西北平原区3个区域。因此将3个区域土壤重金属背景值进行比较，探讨山东省土壤背景值地域分布特征，见表2。
表 2 不同区域土壤重金属背景值含量统计
研究区域层次测点数/个
土壤重金属含量/mg·kg−1
Cd Hg As Cu Pb Cr Zn Ni
鲁中低山丘陵区
A 470.1130.0247.9524.5324.2263.8561.6735.83
鲁东丘陵区350.1120.032 6.4420.4133.4176.5174.1023.23鲁西北平原区410.1450.03010.5421.4620.2955.7260.5833.15
鲁中低山丘陵区高铁座位
C 460.0830.0127.5422.7423.3060.7258.9634.75
鲁东丘陵区320.0690.015 4.9118.7333.4882.4960.0221.97鲁西北平原区410.0920.0139.7419.1418.1053.3154.1232.63
表2可知，山东省土壤重金属呈地域性分布。鲁中低山丘陵区土壤中Cu、Ni含量较高，鲁东丘陵区土壤中Hg、Pb、Cr和Zn含量普遍较高，鲁西北平原区土壤中Cd、As含量较高。结合山东省的特点分析认为，土壤重金属背景值除受自然因素影响外，人为活动及工业化、城市化进程也在一定程度上影响土壤重金属的分布。3个区域A层土壤中，Cd、Hg和Cu含量差异不显著，As、Pb、Cr、Zn和Ni含量存在显著差异；C层土壤中，Cd、Hg、Cu和Zn含量差异不显著，As、Pb、Cr和Ni含量存在显著差异。因此，在进行区域土壤环境监测、评价与污染防治中，应当以该地区土壤背景值作为参考依据，这样的评价结果才能更真实、准确反映该地区土壤重金属的累积情况。
瓷都是哪个城市3.1.2 不同土地利用方式土壤重金属背景值 为研究山东省不同土地利用方式对土壤背景值的影响，将土壤背景点所处的3种主要土地利用方式土壤重金属背景值比较，见表3。
表 3 不同土地利用方式土壤重金属背景值含量统计
土地利用方式层次测点数/个
土壤重金属含量/mg·kg−1
Cd Hg As Cu Pb Cr Zn Ni
耕地
A 790.1260.0298.4323.7225.3767.0864.1832.39
林地360.1200.0307.9621.0324.7059.2263.7729.99耕地-林地混种80.1060.0307.4615.4623.1060.4372.9721.58
耕地
C 780.0820.0147.2219.6322.5561.7957.2930.29
林地330.0860.0138.0322.1426.4067.6959.7331.34耕地-林地混种80.0670.016 5.9220.2222.3757.2051.2124.41
表3可知，耕地、林地、耕地-林地混种等不同土地利用方式下8种重金属含量均无显著差异。分层来看，
A层土壤中，除Hg外，耕地土壤中其他7种重金属含量均高于林地土壤中的含量；C层土
第 4 期赵超 等：山东省土壤重金属背景值调查与分析119
壤中，除Hg外，耕地土壤中其他7种重金属含量均低于林地土壤中的含量。相比林地土壤，耕地土壤人为扰动频繁，耕作过程中农药、化肥的施用主要富集在表层土壤，致使耕地土壤表层重金属含量较高[17 − 18]。而林地土壤质地疏松、有机质含量较高、理化性状较好，土壤淋溶性和重金属向下迁移能力较强，大部分重金属由表层迁移至底层，导致林地土壤底层重金属含量高于耕地土壤中的含量。
3.2 山东省土壤重金属背景值变化分析
3.2.1 土壤重金属背景值垂直变化 土壤重金属含量的分异包括水平空间分布和垂直空间分布两个方面的变异。为研究山东省土壤重金属背景值的垂直变化情况，探讨土壤背景值迁移规律，将A 层和C层土壤重金属背景值进行比对分析，见表4。
表 4 山东省土壤重金属背景值垂直变化情况
重金属变化率/%
Cd49.6
Hg110.4
As12.1
Cu9.5
Pb 6.3
Cr 1.9
Zn12.3
Ni 2.7
注：变化率为A层和C层重金属几何平均值相比较的变化百分率。
表4可知，8种土壤重金属背景值含量随剖面层由上向下均呈减小趋势，重金属含量主要富集在A层。这可能与山东省背景点主要土地利用类型为旱地，表层土壤重金属元素的累积可能与不合理耕作方式、化肥和农药的大量使用有关。另外，受土壤胶体吸附、络合和螯合等作用，大部分重金属被固定在土壤表层，而深层土壤更加紧密，重金属向下迁移难度加大也是导致重金属富集在表层的原因[19]。
8种重金属含量垂直变化趋势为Hg>Cd>Zn> As>Cu>Pb>Ni>Cr。按照“七五”土壤背景值变化程度分级标准[2]，变化率≤10为基本无变化，属于清洁；10<；变化率≤100为轻度变化，属于低积累；100<；变化率≤300为中度变化，属于中积累。本研究A层和C层土壤重金属含量相比，Hg背景值含量为中度变化，属于中积累；Cd、As、和Zn含量为轻度变化，属于低积累；Cu、Pb、Cr和Ni背景值含量基本无变化。3.2.2 与“七五”山东省土壤背景值研究变化对比 为进一步掌握山东省土壤重金属背景值30多年变化情况，探讨土壤重金属累积变化规律，将本研究与“七五”山东省土壤背景值研究比对分析，见表5。
表 5 与“七五”山东省土壤背景值研究比对变化情况重金属
变化率/%
A C
Cd45.818.3
Hg48.110.5
As−11.6−12.7
Cu−7.2−7.6
Pb−3.0−0.2
Cr−2.7−8.4
Zn 1.7−12.0
Ni17.511.4表5可知，与“七五”背景值研究结果相比，本研究A层土壤中Cu、Pb、Cr和Zn的含量属于基本无变化，Cd、Hg、As和Ni的含量为轻度变化，属于低积累；C层土壤中Cu、Pb和Cr的含量属于基本无变化，Cd、Hg、As、Zn和Ni的含量为轻度变化，属于低积累。
A层和C层土壤中，Cd、Hg和Ni的变化率为正值（上升）。山东是工业大省，工业生产无序排放、固体废弃物不当堆置、污水灌溉、化肥和农药大量施用以及污染物随大气干湿沉降短途迁移，是造成土壤中污染物含量不断累积的原因[19 − 20]。As、Cu、Pb和Cr变化率为负值（下降），这可能由于背景点土壤中As、Cu、Pb和Cr等元素主要受长期自然风化、雨水淋洗等作用影响，土壤化学特征发生演变[21]，近年来山东省深入践行绿生产方式和发展理念，工业污染物减排、农业生产化肥和农药施用量减少、固体废弃物综合治理等措施，造成土壤污染的外源因素得到有效控制，也是导致本研究部分重金属含量比“七五”调查结果降低的原因。
4 结论
（1）受区域、环境、成土母质、土地利用方式和人为活动等因素的影响，山东省土壤重金属背景值含量差异不一致。
120环境保护科学第 47 卷
（2）山东省土壤重金属呈地域性分布，鲁中低山丘陵区土壤中Cu、Ni含量较高，鲁东丘陵区土壤中Hg、Pb、Cr和Zn含量普遍较高，鲁西北平原区土壤中Cd、As含量较高。
（3）在耕地、林地和耕地-林地混种3种不同土地利用方式下8种土壤重金属背景值无显著差异。A层土壤中，除Hg外，耕地土壤中其余重金属含量均高于林地土壤中的含量；C层土壤中，除Hg外，耕地土壤中其余重金属含量均低于林地土壤中的含量。
（4）8种土壤重金属背景值含量随剖面层由上向下均呈减小趋势，重金属主要富集在A层，Hg的富集程度最大。
（5）与“七五”背景值研究结果对比，本研究的A层土壤中Cu、Pb、Cr和Zn的含量属于基本无变化，Cd、Hg、As和Ni的含量为轻度变化；C层土壤中Cu、Pb和Cr的含量属于基本无变化，Cd、Hg、As、Zn和Ni的含量为轻度变化。A层和C层中Cd、Hg和Ni的变化率为正值（上升），As、Cu、Pb和Cr变化率为负值（下降）。
参 考 文 献
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