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物探与化探  2023, Vol. 47 Issue (4): 1109-1117    DOI: 10.11720/wtyht.2023.2130
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贵州典型重金属高背景区耕地土壤重金属生态风险评价
王惠艳1,2,3(), 彭敏1,2,3, 马宏宏1,2,3, 张富贵1,2,3
1.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
2.中国地质调查局 土地质量地球化学调查研究中心,河北 廊坊 065000
3.中国地质科学院 地球表层碳—汞地球化学循环重点实验室,河北 廊坊 065000
Ecological risk assessment of cultivated land in typical areas with high heavy metal background values in Guizhou Province
WANG Hui-Yan1,2,3(), PENG Min1,2,3, MA Hong-Hong1,2,3, ZHANG Fu-Gui1,2,3
1. Institute of Geophysical & Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China
2. Research Center of Geochemical Survey and Assessment on Land Quality, China Geological Survey, Langfang 065000,China
3. Key Laboratory of Geochemical Cycling of Carbon and Mercury in the Earth's Critical Zone, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China
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摘要 

耕地土壤重金属污染问题是热点也是要点问题,开展小尺度土壤重金属生态风险调查,能够更精准地掌握重金属的污染状况及机理。对贵州威宁县盐仓—炉山一带典型重金属高背景区的耕地土壤和主要农作物进行重金属生态风险调查,采用地累积指数和Hakanson潜在生态风险指数法对土壤重金属的污染状况和生态风险进行评价,结果显示:耕地土壤存在重金属复合污染,其中Cd的污染程度和生态风险最高;农作物马铃薯和玉米存在Cd超标情况,与水溶态和离子交换态Cd密切相关,今后应更加重视土壤污染监测与修复中重金属污染与形态的研究。
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王惠艳
彭敏
马宏宏
张富贵
关键词 ： 耕地,  根系土,  作物,  重金属,  形态,  生态风险    
Abstract：

The heavy metal pollution in cultivated land is a hot and key issue, and the pollution status and mechanisms can be accurately grasped through small-scale ecological risk surveys of heavy metals in soil. In this study, the heavy metal ecological risk survey of cultivated land and major crops was carried out in Yancang and Lushan towns, Weining County, Guizhou Province. Meanwhile, the pollution status and ecological risks of heavy metals in soil were assessed using the geoaccumulation index and the potential ecological risk index proposed by Hakanson. The results are as follows. The compound pollution of heavy metals exists in the soil of the cultivated land, with Cd showing the highest pollution level and ecological risks. Meanwhile, Cd exceeds the standard in some potato and maize samples, which is closely related towater-soluble and exchangeable Cd. Therefore, more attention should be paid to the studies on the pollution and speciation of heavy metals in the monitoring and remediation of soil pollution in cultivated land in the future.
Key words： cultivated land    root soil    crop    heavy metal    speciation    ecological risk
收稿日期: 2021-03-11      修回日期: 2023-03-20      出版日期: 2023-08-20
ZTFLH:  P632  
基金资助:中国地质调查局地质调查项目(DD20190522)
作者简介: 王惠艳(1988-),女,硕士,工程师,从事土地质量地球化学调查与评价工作。Email:wanghuiyan@igge.cn
引用本文:   
王惠艳, 彭敏, 马宏宏, 张富贵. 贵州典型重金属高背景区耕地土壤重金属生态风险评价[J]. 物探与化探, 2023, 47(4): 1109-1117.
WANG Hui-Yan, PENG Min, MA Hong-Hong, ZHANG Fu-Gui. Ecological risk assessment of cultivated land in typical areas with high heavy metal background values in Guizhou Province. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(4): 1109-1117.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2023.2130      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2023/V47/I4/1109
Fig.1  研究区采样点位
序号 指标 分析方法 检出限/10-3 重复性检验合格率/% 报出率/%
1 As 原子荧光光谱法AFS 1 91.67 99.48
2 Cd 等离子体质谱法ICP-MS 0.03 100 100
3 Cu X射线荧光光谱法XRF 1 100 100
4 Pb X射线荧光光谱法XRF 2 100 100
5 Zn X射线荧光光谱法XRF 4 100 100
6 有机碳 容量法VOL 0.01 100 100
Table 1  分析方法与质量控制
元素 分析质量 土壤
全量 水溶态 离子交
换态		 碳酸盐
结合态		 腐殖酸
结合态		 铁锰结
合态		 强有机
结合态		 残渣态

As		 RE/% 3.33 5.56 -3.87 9.85 7.67 -4.41 10.71 -7.74
RSD/% 5.15 9.12 3.34 10.26 4.61 7.93 9.73 5.43

Cd		 RE/% 2.48 -6.52 5.63 -2.42 -1.59 4.64 -3.45 6.63
RSD/% 7.60 4.02 3.65 3.29 0.81 1.79 5.38 5.18

Cu		 RE/% 6.42 0.104 2.833 -5.75 -3.056 2.875 2.458 -1.786
RSD/% 1.53 4.14 5.24 28.16 3.67 2.45 2.98 3.01

Pb		 RE/% 4.38 -0.737 -2.024 -5.621 5.536 2.639 -9.574 0.067
RSD/% 3.16 3.41 3.86 3.47 4.15 3.68 8.83 2.17

Zn		 RE/% 3.82 3.1 -5.96 2.57 3.83 -4.06 5.07 3.17
RSD/% 1.22 6.84 6.67 3.59 5.32 4.86 3.29 5.11
Table 2  元素分析质量统计
Table 3  研究区土壤重金属元素含量特征值
Fig.2  5种重金属元素地球化学分布
Fig.3  根系土重金属As、Cd、Pb、Zn和Cu形态分布比例
形态 占比/%
As Cd Pb Zn Cu
生物有效组分 水溶态+离子交换态+
碳酸盐结合态		 2.76 66.07 7.51 9.58 1.11
潜在生物有效组分 腐殖酸结合态+铁锰
结合态+强有机结合态		 15.44 28.96 55.10 28.18 21.32
残渣态 81.70 4.97 37.39 62.23 77.57
Table 4  重金属元素各组分形态赋存比例
元素 Igeo≤0 0<Igeo≤1 1<Igeo≤2 2<Igeo≤3 3<Igeo≤4 4<Igeo≤5 Igeo>5
无污染 无污染到中度污染 中度污染 中度污染到强污染 强污染 强污染到极强污染 极强污染
样品数 比例/% 样品数 比例/% 样品数 比例/% 样品数 比例/% 样品数 比例/% 样品数 比例/% 样品数 比例/%
As 112 99.12 1 0.88 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Cd 0 0 7 6.19 49 43.36 55 48.67 2 1.77 0 0 0 0
Cu 6 5.31 28 24.78 52 46.02 26 23.01 0 0 0 0 0 0
Pb 65 57.52 46 40.71 2 1.77 0 0 0 0 0 0 0 0
Zn 5 4.42 103 91.15 5 4.42 0 0 0 0 0 0 0 0
Table 5  根系土地累积指数统计
级别 RI风险点位占比/% Er风险点位占比/%
As Cd Cu Pb Zn
轻度 20.35 100 0 91.15 100 100
中度 65.49 0 3.54 8.85 0 0
强度 14.16 0 35.40 0 0 0
很强 0 0 57.22 0 0 0
极强 0 0 3.54 0 0 0
Table 6  根系土重金属生态风险评价指数统计
指标 As Cd Cu Pb Zn Al Corg
As 1
Cd 0.420** 1
Cu -0.590** -0.148 1
Pb 0.674** 0.563** -0.344** 1
Zn 0.388** 0.834** -0.002 0.655** 1
Al -0.532** -0.360** 0.557** -0.394** -0.199* 1
Corg 0.445** 0.474** -0.347** 0.526** 0.434** -0.406** 1
Table 7  土壤重金属元素之间的相关性
参数 As Cd Cu Pb Zn
最大值/10-6 0.022 0.155 3.35 0.117 39.1
最小值/10-6 0.013 0.009 1.16 <0.02 14.2
玉米(n=93) 限量值/10-6 0.5 0.1 10 0.2 50
超标个数 0 11 0 0 0
最大值/10-6 0.006 0.300 2.211 <0.02 7.703
最小值/10-6 0.002 0.056 0.337 <0.02 3.079
马铃薯(n=20) 限量值/10-6 0.5 0.1 6 0.2 15
超标个数 0 12 0 0 0
Table 8  玉米和马铃薯重金属含量特征
指标 马铃薯Cd 总Cd 水溶态 离子交换态 碳酸盐
结合态		 腐殖酸
结合态		 铁锰结合态 强有机
结合态		 残渣态
马铃薯Cd 1
总Cd 0.023 1
水溶态 0.636** -0.026 1
离子交换态 0.473* 0.824** 0.235 1
碳酸盐结合态 -0.253 0.820** -0.239 0.458* 1
腐殖酸结合态 -0.144 0.832** -0.121 0.586** 0.641** 1
铁锰结合态 -0.296 0.866** -0.258 0.489* 0.948** 0.715** 1
强有机结合态 -0.224 0.696** -0.166 0.390 0.878** 0.398 0.891** 1
残渣态 -0.333 0.840** -0.216 0.452* 0.801** 0.749** 0.898** 0.708** 1
Table 9  根系土中Cd含量与马铃薯Cd含量相关性
指标 玉米Cd 总Cd 水溶态 离子交换态 碳酸盐
结合态		 腐殖酸
结合态		 铁锰结合态 强有机
结合态		 残渣态
玉米Cd 1
总Cd -0.214* 1
水溶态 0.482** -0.285** 1
离子交换态 0.195 0.716** 0.055 1
碳酸盐结合态 -0.390** 0.755** -0.387** 0.263* 1
腐殖酸结合态 -0.389** 0.639** -0.358** 0.337** 0.640** 1
铁锰结合态 -0.348** 0.641** -0.341** 0.068 0.537** 0.332** 1
强有机结合态 -0.289** 0.581** -0.307** 0.135 0.626** 0.077 0.658** 1
残渣态 -0.333** 0.559** -0.390** 0.049 0.450** 0.144 0.808** 0.744** 1
Table 10  根系土中Cd含量与玉米Cd含量相关性
作物种类 自变量 回归方程

马铃薯		 水溶态 Y=4.2164x+0.0403,R2=0.8285,sig.=0
离子交换态 Y=0.0454x+0.0591,R2=0.2459,sig.=0.003
玉米 水溶态 Y=0.9730x+0.0290,R2=0.2163,sig.=0
Table 11  作物Cd与根系土中Cd线性回归分析结果
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