城市土壤污染的磁学监测研究_李晓庆

土 壤(Soils), 2006, 38 (1): 66~74

城市土壤污染的磁学监测研究①

李晓庆1,2， 胡雪峰1,2， 孙为民2， 张甘霖1

( 1 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所)，南京 210008；

2 上海大学环境科学与工程系，上海 200072 )

摘 要：对上海市典型工业区（宝山区淞南镇）与农业区（宝山区罗泾镇）土壤磁性特征和重金属含量进行研究，结果表明：工业区土壤磁化率(χlf) 平均为271 × 10-8 m3/kg，最高达1660 × 10-8 m3/kg，频率磁化率(χfd)平均＜2%；农业区土壤χlf平均为32.5 × 10-8 m3/kg，变化范围为：(15 ~ 58.6) × 10-8 m3/kg。工业区土壤磁性异常增值，与工业活动与交通运输中含Fe磁性颗粒的排放有关；工业区土壤χlf与土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn、Fe的含量存在极显著正相关性，表明土壤磁性可作为监测城市/工业土壤污染的有效手段。农业区土壤χlf接近土壤背景值，与土壤重金属的相关性不显著。

关键词：城市土壤；磁化率；重金属

中图分类号： X53

在过去20多年里，环境磁学的理论与方法被逐步用于古气候与古环境变化、土壤发生过程、河流沉积物来源，以及流域侵蚀历史等领域的研究[1]。如今，国内外专家学者更加注重环境磁学在环境污染研究中的应用。一些研究表明在城市中心和工业周围地区土壤磁化率与重金属存在密切的关系。例如，Thompson和Oldfield [2]研究指出靠近城市和工业中心地区的土壤磁化率要高于其他地区。Beckwith[3]研究表明城市地区和高速公路附近的土壤中，磁化率与Fe、Pb、Zn、Cu含量存在线性关系。Strzyszez[4]和Heller等[5]研究了波兰不同地区土壤磁化率的分布，结果表明土壤磁化率的分布方式与地区性大气尘降有关，说明磁性测量能被用于监测不同地区土壤重金属的状况。Bityukova[6]的研究表明，受钢铁工业与交通污染的土壤，其磁化率与重金属Cr、Pb、Zn、Cu存在极显著的相关性。Hay 等[7]指出在英国，表层土壤磁化率可用来指示污染土壤的空间分布，并提出污染土壤的磁化率标准是χlf＞38 × 10-8 m3/kg 和频磁化率（χfd）＜3%。最近，Lecoanet等[8]的研究又认为，利用磁学方法研究受钢铁工业污染的土壤，不仅能够反映亚铁磁性矿物的含量，而且还可以反映其粒径大小，以此鉴别磁性颗粒的污染成因或成土作用成因。

由于磁性监测简便、快速、灵敏度高，不易损坏样品，它为城市地表污染研究提供了一项非常实用有效的方法，因此有关磁学方法在土壤污染研究中的应用正成为当前环境磁学研究的一个热点。本文以上海市宝山区工业区（淞南镇）和农业区（罗泾镇）为研究对象，对其土壤磁化率与重金属含量进行比较研究，探讨磁学手段用于城市土壤污染监测的可行性。

1 材料与方法

1.1 研究区简介

上海市位于长江三角洲冲积平原，其陆域多由长江为主的河流所带的泥沙，在江流海潮共同的作用下，不断淤积而成。宝山区位于上海市的北部，北濒长江，东临黄浦江，西北与江苏省太仓市为邻，面积约415.85 km2，总人口82.96万，人口密度为1998人/km2。宝山区既是上海的重要工业基地，又是主要蔬菜基地。

淞南镇（以SN标记）位于宝山区东南部，面积13.65 km2，总人口为58527人。该镇地处吴淞工业区的南部，是上海市老工业基地，也是宝山区的污染大户，现有上海第一钢铁厂、上海铁合金厂、上海吴淞煤气厂、吴淞化工厂、水泥厂、金属冶炼

①基金项目：国家自然科学基金重点项目（40235054）和面上项目（40101013），中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验

室基金项目、上海市高等学校青年科学基金项目联合资助。

作者简介：李晓庆（1977—），女，内蒙古包头市人，工学硕士，主要从事土壤环境污染的研究。E-mail：lixiaoqing021128@https://www.docsj.com/doc/9a15919826.html,

DOI:10.13758/https://www.docsj.com/doc/9a15919826.html,ki.tr.2006.01.012

第1期李晓庆等：城市土壤污染的磁学监测研究67

厂等10家大中型企业。

罗泾镇（以LJ标记）位于宝山区的西北部，面积30.54 km2，总人口为21365人。该镇西北与江苏省为邻，北濒长江，以农业生产为主，受工业化和城市化的影响较小，是宝山区的重要蔬菜基地。

1.2 样品采集

根据空间分布的均匀性和典型性，分别在淞南镇（SN）、罗泾镇（LJ）选取17和10个样点（图1）。淞南镇（工业区）采样，按0 ~ 5 、5 ~ 10 、10 ~ 20 、20 ~ 30 cm层次采集；罗泾镇（农业区）按0 ~ 10 、10 ~ 20 、20 ~ 30 cm层次采集。样品去除石块和植物的根、叶等，放在通风处自然风干。土壤风干后磨碎，过10目的尼龙筛保存备用；用四分法取部分土样进一步研磨，使其完全通过100目筛，供重金属全量分析用。

1.3 分析测定方法

(1) 土壤重金属全量测定[9]：称取通过100目筛的土壤样品0.2 g左右（精确到0.0001g），用氢氟酸-高氯酸消化，在50 ml容量瓶中定容，成为重金属总量的待测液。样品待测液中的Pb、Cd采用石墨炉原子吸收分光光度法测定，其他重金属元素用火焰原子吸收分光光度法测定。为确保测定结果数据的准确性，测定过程中每隔5 ~ 6个试样插入一次监控标样（标样编号：ESS-1，中国环境监测总站制）。在全过程中各监控标样测定结果的总标准偏差＜4.6%。

(2) 土壤磁化率测定[10]：称取10 g左右自然风干且通过10目塑料筛的土壤样品，置于10 ml的圆柱状聚乙烯样品盒中，采用英国Bartington MS-2型

图1 上海市宝山区工业区（淞南镇）和农业区（罗泾镇）样点分布图

Fig. 1 Spatial distribution of soil sampling sites in Songnan and Luojing Towns of Baoshan District, Shanghai

68 土壤第38卷

双频磁化率仪测定低频（0.47 kHz）和高频（4.7 kHz）磁化率。频率磁化率的计算式为：χfd% =(χlf -χhf) × 100／χlf。式中χlf为低频磁化率，χhf为高频磁化率，磁化率的测量相对误差＜0.3%。

(3) 土壤基本性质测定[9]：土壤pH值测定采用水浸提法（土液比1:2.5），有机质含量测定采用重铬酸钾-硫酸亚铁消化法。

1.4 评价标准与评价方法

1.4.1 评价标准采用《土壤环境质量标准》（GB15618─1995）[11]。

1.4.2 评价方法采用单因子指数评价法和内梅罗指数综合评价法[12]对研究区域土壤进行现状评价。

(1) 单因子指数评价法：计算公式为：P i = C i/S i，式中：P i为第i种污染物的污染指数；C i为第i种污染物的实测值；S i为第i种污染物评价标准值。

(2) 内梅罗指数综合评价法：计算公式为：P j综合= [(P ijmax2+P ijave2)/2]1/2。式中：P j综和为第j个监测点的质量综合指数；P ijmax为第j个监测点i污染物所有单项污染指数中的最大值；P ijave为第j个监测点i污染物所有单项污染指数的平均值。

当P j综和＞3时，表示土壤受到重度污染；2＜P j 综和≤3，表示土壤受到中度污染；1＜P j综和≤2，表示土壤受到轻度污染；0.7＜P j综和≤1，表示警戒值；P j综和＜0.7，表示土壤清洁。P j综和值越大土壤污染程度越重。

2 结果与讨论

2.1 土壤磁学特征

土壤磁化率是土壤在外磁场中受感应产生的磁化强度与外加磁场强度的比值，是环境磁学的常用参数。磁化率能够反映土壤中铁磁性矿物（主要为磁铁矿、磁赤铁矿）的含量。本研究测量了土壤样品的低频磁化率、高频磁化率和频率磁化率，统计结果见表1。

表1 工业区（SN）与农业区（LJ）土壤磁化率

Table 1 Magnetic susceptibility of the soils in the industrial and agricultural areas of Baoshan District, Shanghai

χlf（10-8 m3/kg）χfd（%）功能区

最大值最小值平均值标准偏差最大值最小值平均值标准偏差

工业区（n＝68） 1660 11.9 271 433 5.8 0.1 1.6 0.66 农业区（n＝30）58.6 15 32.5 11.7 5.6 0.3 2.1 1.6 注：n代表样品数。

由表1可见，工业区土壤χlf远远大于农业区土壤χlf，而χfd的平均值小于农业区土壤，反映了工业污染土壤的磁性增强且磁性颗粒较粗。这与旺罗等[13]研究的结果一致。工业区土壤χ

lf

的最大值出现在海光金属冶炼厂附近表层土壤中（SN-10, 见表2），χlf高达1660 × 10-8 m3/kg。在钢铁厂附近和立交桥下的表层土壤中磁化率也很高，χlf＞600 × 10-8 m3/kg （SN-3，SN-16，见表2）。工业区土壤χlf的异常增值与这里的各种工业生产有密切的关系。例如，在工业生产过程中产生的冶金尘粒、燃料飞灰、水泥尘粒等，都含有强磁性物质，可使土壤磁化率出现异常。

χfd可反映磁性矿物的粒径大小，表明超顺磁颗粒（SP，d＜0.03μm）的相对含量，因此它能够鉴别土壤颗粒物的不同来源。一些研究表明人类活动释放出来的磁性颗粒粒径主要在单畴（SD，d = 0.03 ~ 0.10 μm）和多畴（MD，d≥1-2 μm）范围内[7]。SD和MD存在相似的χfd，它们共同的特征是χfd＜2%[14]。但成土作用产生的次生铁磁性矿物主要为SP与SD[15]。本研究表明，工业区大部分土壤的χfd 值均＜2%，尤其在钢铁厂和冶炼厂附近的表层土壤中，χfd＜1%（表2），说明工业区土壤中的磁性颗粒多为MD，而SP很少。同时也说明了工业区土壤磁性颗粒物主要来源于人为活动，而非成土作用。

2.2 土壤重金属含量

本研究还对工业区和农业区土壤重金属元素（Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn、Fe）的含量进行了分析，并采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤环境质量进行评价，结果见表3和表4。工业区土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Cr的平均含量分别是上海市土壤背景值和国家背景值的 2.0、3.7、3.5、10.4、3.1倍和1.4、2.8、2.1、18.1、2.6倍；农业区土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Cr的平均含量分别是上海市土壤背景值和国家背景值的2.0、2.4、0.3、12.1、1.6倍和1.3、1.8、0.2、8.1、1.3倍。由内梅罗综合污染指数计算表明，工业区属重度污染，农业区属中度污染。

第1期 李晓庆等：城市土壤污染的磁学监测研究 69

表2 典型样点土壤重金属含量和磁化率

Table 2 Heavy metal contents and magnetic susceptibility of the soils at the typical sites in Baoshan District, Shanghai

有机质

χlf

χfd Cu Zn Pb Cd Cr Mn Fe 样点

样点描述

深度 （cm ）

pH

（g/kg ） (10-8 m 3/kg)(%) (mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)(g/kg)0 ~ 5 8.2224.3 145 0.7 35.3 125 82 2.97 353 966 46.5 5 ~ 10 8.2910.2 55.1 2.0 36.7 133 84.0 3.56 344 976 49.1 10 ~ 20 8.2610.3 33.5 0.5 23.5 120 58 2.9 276 671 33.3 SN-2

吴淞煤气厂附近

20 ~ 30

8.2814.5 155 1.1 26.3 114 58.0 2.33 202 789 30.7 0 ~ 5 8.0945.5 935 0.8 44.7 281 87 1.49 676 1120 41 5 ~ 10 8.1121.3 202 1.5 38.4 177 83.0 2.09 643 991 42.5 10 ~ 20

8.14 5.97

237

2.5

25.9

109

51

2.15

690

759

38.7

SN-3

上钢一 厂外

20 ~ 30 8.16

37.5 703 3.3 89.8 525 169 4.04 695 2708 37.4 0 ~ 5 8.1936.9 596 2.5 80.7 383 158 3.76 619 1588 49.8 5 ~ 10 8.1613.8 90 1.4 79.1 338 69.0 1.82 360 874 37.1 10 ~ 20

8.22

7.20

150

0.7

22.0

89.5

33.0

1.58

247

795

34.2

SN-4

铁合金 厂外

20 ~ 30 8.25

40.1 688 1.5 66.6 688 283 3.60 644 3524 51.9 0~5 8.0510.8 39.6 0.9 16.8 111.6 52.5 4.16 5.24 674 24.5 5 ~ 10 8.1214.2 155 0.5 17.0 85.7 52.5 5.03 5.50 667 14.9 10~20 8.267.48

95.3

1.5 21.3 137.1 57.5

5.95

77.5

612

26.0

SN-5

工业铁路 和公路路 口附近

20~30 8.06

10.5 88.9 5.8 36.3 164.1 70.0 7.43 105 883 35.6 0~5 8.0513.1 141 0.7 26.0 925 57.5 3.15 10.0 928 35.6 5 ~ 10

8.26

6.81

21.2

2.9

19.8

918

45.0

3.68

6.10

1007

30.0

10~20 8.22 5.85 11.9 1.3 14.5 304 20.0 0.60 5.37 522 26.8 SN-8

吴淞化工厂对面树林内

20~30 8.35

6.40 14.1 1.3 20.8 88.2 20.0 0.45 3.51 1240 34.8 0~5 8.0644.2 925 1.9 203 1385 218 5.75 375 2280 6

7.3 5 ~ 10

8.023

9.8 1453 0.4 227 1854 203 7.60 483 2522 76.0 10~20 8.2818.2 495 3.4 48.0 332 47.5 2.68 80.5 757 31.6 SN-9 上海硫 酸厂外 花坛内

20~30 8.35

9.33

223

0.4 52.8

169

42.5

3.30

87.5 1168 44.3

0~5 8.4044.6 1660 0.1 83.8 507 218 6.13 513 4266 71.3 5 ~ 10

8.64

45.5

1152

0.7

98.8

832

248

6.08

1193

4226

76.0

10~20 8.3845.5 1200 4.2 102 927 208 7.18 1123 3707 69.7 SN-10 金属冶 炼厂外

20~30 8.39

45.5 1182 1.4 224 1217 358 8.20 913 5166 83.2 0~5 8.2821.3 205 1.5 62.8 177 17.5 1.95 55.0 837 40.3 5 ~ 10

8.34

15.0

74.5

3.0

31.0

103

8.26

1.40

57.2

577

37.5

10~20 8.379.80 189 0.4 35.5 122 6.38 0.95 40.0 678 36.4 SN-15

远离工业 区的居 民土壤

20~30 8.40

20.3 123 0.8 57.3 174 4.16 2.00 32.5 1256 33.2 0~5 8.0745.5 716 1.4 224 611 85.0 3.35 393 1523 57.8 5 ~ 10

8.10

37.1

228

3.1

56.8

207

66.2

2.00

378

978

42.7

10~20 8.0413.8 64.8 1.9 13.8 33.5 102 7.25 2.15 370 976 SN-16 逸仙路 立交桥下

20~30 8.09

16.2 39.8 2.8 16.2 24.8 71.4 6.39 0.90 360 649 0 ~ 10 7.9037.7 52.9 0.4 37.5 117 13.8 3.16 82.5 603 29.4 10 ~ 20 8.0627.4 25.4 3.9 31.5 121 11.2 2.37 72.5 595 28.6 LJ-1

受污水和 交通影响 的农田

20 ~ 30 8.0914.9 22.1 1.4 27.0 143 10.4 2.37 82.5 529 26.1 0 ~ 10 7.5124.7 32.9 4.3 34.3 128 9.73 4.74 100 663 31.9 10 ~ 20 7.8116.4 29.1 1.7 32.5 113 8.32 3.95 92.5 670 30.3 LJ-2

受污水影 响的农田

20 ~ 30

8.22

9.95

24.8

3.2

30.0

152

8.45

3.85

82.5

660

31.1

70 土 壤 第38卷

续表2

0 ~ 10 8.0725.1 44.9 3.6 34.5 105 8.52 0.32 57.5 680 28.6 10 ~ 20

8.13

13.1

42.5

1.2

46.5

142

5.42

0.27

52.5

741

23.5

LJ-5

无明显污 染的农田

20 ~ 30 8.36

6.75 32.4 0.3 29.5 83.8 8.22 0.16 52.5 666 2

7.7 0 ~ 10

8.21

9.36 18.2 4.9 37.8 89.3 5.03 1.58 82.5 722 23.5 10 ~ 20 8.12

7.15 17.7 4.0 28.8 89.8 4.20 1.58 62.5 733 25.2 LJ-7

受建筑垃圾影响的

农田 20 ~ 30 8.07

8.35 15.0 3.3 33.8 88.7 3.90 1.58 97.5 667 25.2 0 ~ 10 6.24

29.8 58.6 0.7 158 976 9.27 3.16 633 629 50.4 10 ~ 20 5.8831.1 55.4 1.1 163 929 9.99 2.16 725 620 50.1 LJ-9

受污水和

垃圾影响 的农田

20 ~ 30 7.6117.6 36.2 0.3 40.0 136 4.83 0.18 87.5 627 36.1 0 ~ 10 7.7921.5 44.1 1.8 36.3 127 6.17 3.95 62.5 619 23.5 10 ~ 20

7.78

20.4

35.6

5.6

30.3

110

4.91

1.58

67.5

647

24.4

LJ-10

受工厂和 交通影响

的农田 20 ~ 30 7.9813.2 31.4 1.6 31.8 94.2 3.79 0.95 62.5 645 21.8

表3 工业区与农业区土壤重金属全量（mg/kg, Fe 为g/kg ）

Table 3 Contents of heavy metals in the industrial and agricultural areas of Baoshan District, Shanghai （mg/kg, Fe in g/kg ）

工业区 (n = 68) 农业区 (n = 30)

上海市 国家 元素

最大值

最小值

平均值

标准偏差

最大值

最小值

平均值

标准偏差

背景值[21]

背景值[22]

Cu 227 10.2 48.1 48.7 163 27 47.1 35.8 23.5 35.0 Zn 1854 42.5 282 342 929 83.8 181 212 75.8 100 Pb 358 4.16 74.2 69.5 13.8 3.79 6.89 2.54 21.3 35.0 Cd 9.25 0.45 3.63 2.20 4.74 0.16 1.62 1.36 0.349 0.200 Cr 1193 2.5 238 271 725 52.5 120 153 75.8 90.0 Mn 5166 316 1187 955 741 508 633 70.0 818 - Fe 83.2 14.2 37.5 14.3 50.4 21.8 28.2 6.79 - -

注：n 代表样品数。

表4 工业区与农业区土壤单因子与综合污染评价

Table 4 Single factor pollution evaluation and synthetic pollution evaluation of the soils in the industrial and agricultural areas of Baoshan District, Shanghai

单因子污染指数均值

内梅罗 功能区

P Cu

P Zn

P Pb

P Cd

P Cr

综合指数

工业区 0.48 0.94 0.21 6.04 0.93 4.44 农业区

0.58 0.72 0.02 3.41 0.61

2.52

通过计算单因子污染指数可以清楚看出土壤中各重金属的污染程度。表4表明了工业区土壤的主要污染元素是Cd 、Zn 、Cr ；农业区土壤为Cd 。在本研究调查的土壤中，Cd 的污染是相当普遍的，在工业区有100% 的土壤样品都受到Cd 不同程度的污染，其中有78% 的土壤样品达到Cd 的重度污染水平；在农业区有70% 的土壤样品受到Cd 的污染，其中达到重度污染占37%。农民常年施用大量的化肥（如磷肥），是农业土壤Cd 超标的主要原因[16-

19]。

工业区土壤中，除Cd 外，Zn 、Cr 污染的土壤样品

比例也达27% 和38%。淞南镇分布有钢铁厂、煤气厂、合金厂、冶炼厂等等，土壤受重金属污染显然与工业活动（如金属冶炼、钢铁制造、燃料燃烧等

[20]

）排放的污染物有关。

2.3 磁化率与重金属累积的关系

对土壤磁化率与重金属的相关性分析（表5，图

2）表明：工业区表土 χlf 与 Cu 、Zn 、Pb 、Cd 、Cr 、Mn 、Fe 都存在极显著的正相关关系（P ＜0.01），说明了工业区土壤中Cu 、Zn 、Pb 、Cd 、Cr 、Mn 、Fe 来源与磁性矿物颗粒有关。而农业土壤 χlf 与重金

第1期李晓庆等：城市土壤污染的磁学监测研究71

表5 表层土壤磁化率与重金属的相关性分析

Table 5 Correlation between contents of heavy metals and magnetic susceptibility of the topsoils 项目Cu Zn Pb Cd Cr Mn Fe 工业区χlf 0.708** 0.693** 0.841** 0.444** 0.649** 0.883** 0.840**

农业区χlf0.400 0.566 0.496 0.242 0.540 -0.062 0.661

属之间不存在显著的相关性。

对工业区土壤磁化率进一步分析，我们发现χlf 偏高处，重金属的含量都很高。如，SN-10样点表层土壤χlf高达1660 × 10-8 m3/kg，重金属Mn、Cr、Pb、Zn的含量分别为4266、1123、218、507 mg/kg；SN-3样点表层土壤χlf达935×10-8 m3/kg，重金属Mn、Cr、Pb、Zn的含量分别为1120、676、87.0、281mg/kg；SN-16样点表层土壤χlf达716×10-8 m3/kg，重金属Mn、Cr、Pb、Zn、Cu的含量分别1523、393、85、611、224 mg/kg。

工业区工厂的燃料以煤为主，煤中黄铁矿（Pyrite）、白铁矿（Marcasite）、菱铁矿（Siderite）经燃烧形成磁铁矿（Magnetite）和赤铁矿（Hematite）。黄铁矿是煤中最重要的矿物质之一。当燃烧温度达到1000℃或更高时，黄铁矿分离形成磁黄铁矿（Pyrrhotite）和硫磺气体；当温度继续升高时，磁黄铁矿分解成Fe离子和S离子，Fe离子被氧化形成球状磁性颗粒物。根据燃烧类型和燃烧

72 土壤第38卷

温度，球形颗粒物包含了各种数量和粒径大小的磁铁矿（Fe3O4）或赤铁矿（α-Fe2O3）。钢铁生产和冶炼加工过程中会释放出大量重金属（如Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn），由于吸附作用使球状磁性颗粒物与重金属结合在一起，沉降在土壤中，造成工业区表层土壤磁性与重金属含量同时增加。Hansen等[23]已指出燃煤释放的飘尘中含有不少磁性成分，Cr、Mn、Co、Cu、Zn、Ni、Be等重金属元素明显富集于飘尘中的磁性组分。Stzyszez[24-25]也指出冶金尘埃与飞灰是强磁性物质，它们易与重金属共存，并研究出土壤磁性参数与重金属存在一定的关系，这与本研究的结果一致。可见工业生产释放出的飞灰与冶金尘埃是引起工业土壤磁化率随重金属含量增加而增加的主要原因。

除了上述原因外，交通污染也是引起土壤磁化率随重金属含量增加而增加的原因之一。交通污染主要来源于含Pb汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘[26]。Olsen 和Skogerboe [27]已阐明有些与燃烧有关的非球状颗粒物，经汽车尾气排放或发动机的磨损或汽车本身材料的磨损而产生。Linton等[28]研究出汽车尾气颗粒物Pb的来源与磁性Fe有关。Hunt[29]的研究也表明汽车尾气是磁性污染物的主要来源。Hoffmann[30]认为在高速公路沿线表层土壤磁化率的增加与交通污染有关。最近Muxworthy等[31]指出来源于汽车和有轨电车燃烧产物是磁性矿物质，包括磁赤铁（Maghemite）和金属Fe，粒径是0.1 ~ 0.7μm，而这种磁性矿物质易结合其他重金属如Pb、Zn、Cr等。在本研究中工业区土壤χlf与Pb 的相关系数R2 = 0.71，证明了表层土壤磁化率的增加与交通污染有关。并且我们看到SN-16样点位于立交桥附近，SN-3、SN-4样点位于交通路口附近，土壤中重金属含量与磁化率都很高，说明一方面受工业污染的影响，另一方面也受交通污染的影响。

有关城市土壤磁化率与重金属的密切关系，国内外也有相关的报道。卢瑛等[32]在研究南京城市土壤时，发现土壤χlf与重金属Cu、Zn、Pb、Cr存在极显著的正相关性。Bityukova等[6]研究表明，塔林市（爱沙尼亚首都）工业中心土壤χlf与重金属Cr、Cu、Zn、Pb、Ni存在极显著的相关性，说明钢铁生产、机械加工和交通污染是引起磁化率与重金属密切联系的主要原因。然而，我们也看到环境中磁性矿物质与重金属存在复杂的联系。工业区表层土壤磁化率χlf与重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn、Fe都存在极显著的正相关；但农业区表层土壤磁化率与重金属之间不存在显著的相关性。这种复杂性与城市不同环境受人为活动影响的差异有关。

目前大多数研究利用磁学手段监测的城市土壤环境，主要局限于城市中心与工业中心受工业污染和交通污染的土壤环境；而受农业活动污染的土壤，利用磁学监测重金属污染现状其结果不够理想。这一方面由于农业土壤受工业污染与交通污染较少，所以土壤中含有人为释放的磁性颗粒物较少；另一方面由于农业耕作方式会“稀释”人类活动释放的磁性颗粒物，特别在耕作层（大约20 cm）这种现象较为突出 [33]。另外，在农业地区，大部分土壤重金属的污染（如Cd）主要由于来源于施加农药、化肥等化学物质，这些物质中不含有磁性物质，因此也就无法用磁学的方法来解释重金属污染状况。

笔者认为磁学监测的方法在一定程度上可以用来追踪工业土壤重金属污染状况。尽管如此，选定合适的磁学参数和阙值来指示污染土壤，仍需作很多研究。

3 结论

(1) 通过对上海市宝山区工业区与农业区土壤磁性特征的研究表明，工业区土壤χlf的平均含量为271 × 10-8 m3/kg，最高达1660 × 10-8 m3/kg，χfd 平均＜2%；农业区土壤χlf平均为32.5 × 10-8 m3/kg，变化范围为：（15 ~ 58.6）× 10-8 m3/kg。工业区土壤磁性异常增值，与工业活动与交通运输中含Fe磁性颗粒的排放有关；

(2) 工业区属重度污染，农业区属中度污染。工业区以Cd、Zn、Cr为主要污染元素，农业区以Cd 为主要污染元素，Cd污染的普遍性应该引起高度的重视；

(3) 工业区表层土壤χlf与Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn、Fe存在极显著的正相关（P＜0.01），而农业区土壤χlf接近土壤背景值，与土壤重金属的相关性不显著；

(4) 土壤磁性可作为监测城市/工业土壤污染的有效方法。

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Magnetic Techniques Used for Monitoring Urban Soil Pollution

LI Xiao-qing2, HU Xue-feng1, 2, SUN Wei-min2, ZHANG Gan-lin1

（1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture (Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences), Nanjing 210008, China;

2 Department of Environmental Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China）

Abstract:Magnetic susceptibility and heavy metal contents of the soils in typical industrial (Songnan Town) and agricultural (Luojing Town) areas in Baoshan District, Shanghai, were analyzed. The results show that the average value of magnetic susceptibility (χlf) of the industrial soils is 271×10-8 m3/kg, with the highest reaching 1660×10-8 m3/kg, and the average value of χfd being less than 2%. The average value of χlf of the agricultural soils is 32.5×10-8 m3/kg, varying in the range of (15~58.6)×10-8 m3/kg. The extreme enhancement of χlf in the industrial soils is mainly attributed to the accumulation of ferrimagnetic particles emitted from industrial activities and automobiles. The χlf values in the industrial soils are significantly correlated with contents of Cu, Zn, Pb, Cd，Cr, Mn and Fe, which implies that the magnetic technique can be used for monitoring industrial/urban soil pollution. The χlf values in the agricultural soils are close to the background value, showing no significant correlation with contents of heavy metals.

Key words:Urban soil, Magnetic susceptibility, Heavy metals