北京市土壤Hg污染的区域生态地球化学评价

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1000km^2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0．41mg／kg，大气干湿沉降物中的Hg平均含量为0．194mg／kg，壤中气Hg的平均含量为559．65ng／m^3，大气颗粒物PM10和PM2.5中的Hg含量分别为0．59和0．67ng／m^3，大气中的Hg平均含量为3．13ng／m^3。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1．837mg·m^-2·a^-1,北京市城区（近1000km2）Hg全年沉降为1837kg，空气中总Hg浓度由1998年的8．3～24．7ng／m^3下降到2006年的3．13ng／m^3，大气颗粒物中Hg含量由2003年的1．18ng／m^3下降到2006年的0．59ng／m^3（PM10）和0．67ng／m^3（PM2.5），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=0．267，p〈O．01），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102．42ng·m^-2·h^-1，2005年土壤释放进大气的Hg通量为936．70kg。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176km^2，II级为808km^2，III级为24km^2，超III为36km^2。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364ng，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16．03k，地表土壤释放Hg的输出量为37．36kg，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。