云南省镇雄县土壤重金属污染及潜在生态风险评估

doi:10.11720/wtyht.2019.0214

云南省镇雄县土壤重金属污染及潜在生态风险评估

周亚龙¹^,², 郭志娟¹^,², 王成文¹^,², 陈杰³, 彭敏¹^,², 成杭新¹^,²

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

3. 云南省地质调查院,云南昆明 650216

Assessment of heavy metal pollution and potential ecological risks of soils in Zhenxiong County,Yunnan Province

ZHOU Ya-Long¹^,², GUO Zhi-Juan¹^,², WANG Cheng-Wen¹^,², CHEN Jie³, PENG Min¹^,², CHENG Hang-Xin¹^,²

1. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, CAGS, Langfang 065000, China

2. Key Laboratory of Geochemical Cycling of Carbon and Mercury in the Earth's Critical Zone,CAGS, Langfang 065000, China

3. Yunnan Institute of Geological Survey,Kunming 650216, China

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2019-04-15 修回日期: 2019-07-6 网络出版日期: 2019-12-20

基金资助:

中国地质调查局地质调查项目联合资助. DD20160313
中国地质调查局地质调查项目联合资助. DD20189123

Received: 2019-04-15 Revised: 2019-07-6 Online: 2019-12-20

作者简介 About authors

周亚龙(1984-),男,高级工程师,资源勘查工程专业,主要从事地球化学勘查研究工作。Email:zhouyalong@igge.cn 。

摘要

为查明镇雄县调查区土壤重金属污染环境风险等级及空间分布特征,基于现行土壤环境质量评价和食品安全评价标准,开展土地质量地球化学调查;运用单因子指数法、内梅罗综合指数法和Hakanson潜在生态危害指数法开展土壤重金属污染及潜在生态风险评估。内梅罗综合评估结果表明:调查区土壤存在重金属污染,其土壤轻度污染、中度污染、重度污染比例分别为39.03%、16.62%和28.57%。但8种重金属中Cu、Hg、As、Ni、Pb、Cr、Zn潜在生态危害程度低,仅Cd存在较高等级的潜在生态风险,其潜在生态危害等级程度低、中、较高、高、严重的样品数比例分别为17.71%、39.21%、22.77%、12.31%和8.00%,潜在生态危害指数( $E_{r}^{i}$ )均值为118.24。土壤Cd高潜在生态危害和较高潜在生态危害样点主要位于下二叠统地层单元中。同时,调查区45件农作物玉米籽实重金属评价结果显示,仅1件玉米籽实样品Cd含量超标,农作物玉米籽实与其对应的农作物根系土中的重金属Cd全量无明显的相关性。调查区土壤Cd高含量主要受地质背景影响,对调查区内玉米籽实影响较小,在强酸性土壤环境下,随土壤中可溶态Cd含量增加,导致农作物对Cd的吸收富集风险加大。

关键词： 土壤污染 ; 重金属 ; 风险评价 ; Hakanson指数 ; 地球化学特征

Abstract

Based on the current evaluation standards of soil environmental quality and food safety, the authors used the single factor index method, Nemero composite index method and Hakanson potential ecological hazard index method to carry out soil heavy metal pollution and potential ecological risk assessment so as to find out the environmental risk level and spatial distribution characteristics of soil heavy metal pollution in the study area. The results of Nemero composite index evaluation indicate that high pollution occurs in the study area, and the proportion of slight pollution , moderate pollution and high pollution is respectively 39.03%, 16.62% and 28.57%. However, the potential ecological risk of Cu, Hg, As, Ni, Pb, Cr, Zn is low in soil in eight heavy metals, while the level of risk of Cd is higher, and the proportion of the samples with low, medium, slight, high, seriously potential risk is 17.71%, 17.71%, 22.77%, 12.31% and 8.00%, with the average of potential ecological harm index ( $E_{r}^{i}$ )being 118.24. The sites of high and higher potential ecological hazard of Cd in the soil are mainly located in the Lower Permian stratigraphic unit. Meanwhile, the heavy metal evaluation of 45 corn seeds shows that only one corn seed has excessive Cd content, and there is no obvious correlation between the content of Cd in corn seeds and the corresponding crop root soil. The high content of Cd seems mainly affected by geological background, but has no influence on corn seeds in the study area,and the risk of the absorption and enrichment of Cd by crops is higher with the increase of the soluble Cd content in a highly acidic soil environment.

Keywords： soil pollution ; heavy metal ; risk evaluation ; Hakanson index ; geochemical characteristics

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本文引用格式

周亚龙, 郭志娟, 王成文, 陈杰, 彭敏, 成杭新. 云南省镇雄县土壤重金属污染及潜在生态风险评估. 物探与化探[J], 2019, 43(6): 1358-1366 doi:10.11720/wtyht.2019.0214

ZHOU Ya-Long, GUO Zhi-Juan, WANG Cheng-Wen, CHEN Jie, PENG Min, CHENG Hang-Xin. Assessment of heavy metal pollution and potential ecological risks of soils in Zhenxiong County,Yunnan Province. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2019, 43(6): 1358-1366 doi:10.11720/wtyht.2019.0214

0 引言

耕地保护事关国家粮食安全^[1-2],开展土地质量地球化学调查,查明土壤重金属污染或超标的规模、强度、成因和生态风险,是落实耕地保护制度,支撑土地资源质量和生态管护的重要基础,对于充分发挥地质调查在生态文明建设中的基础先行作用、促进土壤污染防治意义重大。

2018年8月1日起我国实施《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》和《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》两项标准,为开展农用地分类管理和建设用地准入管理提供技术支撑,对于贯彻落实“土十条”,保障农产品质量和人居环境安全具有重要意义。目前,国内外评价土壤中重金属污染的方法较多^[3-6],如单因子指数法^[3]、内梅罗综合指数法^[7]、污染负荷指数法^[8-9]、富集系数法^[10]、地累积指数法^[10-12]、几何均值综合评价模式^[13]、模糊数学法^[14]、灰色聚类法^[15]、层次分析法^[16]、GIS多元统计分析法^[17]、潜在生态危害指数法^[18-22]、健康风险评价方法^[23]、理想点法^[24]、分形^[25]等。由于各种评价方法都有其适用范围、评价目的、优点及不足^[26],迄今为止尚没有成熟的方法和统一的标准,因此有必要采用多种方法进行综合评价,以便相互补充和借鉴,使评价结果更符合实际情况。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

调查区位于云贵高原西部镇雄县连片耕地分布区,调查面积288.5 km²,境内山峦起伏,沟壑纵横。调查区土壤类型主要为黄壤、黄棕壤、水稻土、石灰岩土,分别占调查区总面积的43.21%、10.97%、2.87%和42.95%。土地资源受地形地貌多样性的影响,各类用地分布零散,土地利用呈现出多样性和复杂性。区内主要为林地,其次为耕地、草地,零星分布有少量水田、园地、交通运输用地及建筑用地。

调查区大地构造位置属于上扬子陆块西南缘滇黔北拗陷^[27-28],属于扬子地块西南缘的川—滇黔—铅锌成矿域内^[29]。工区内主要发育寒武系娄山关群白云岩、泥质白云岩、含碎石白云岩,工区中部出露奥陶系观音桥组、五峰组、涧草沟组并层,宝塔组、湄潭组页岩、灰岩、白云岩夹砂岩,零星出露志留系黄葛溪组、龙马溪组并层。上古生界二叠系在工区内十分发育,出露遍及全区,其中二叠系下统以石灰岩为主,上统为火山喷发沉积的玄武岩,上部为煤系地层,玄武岩组在工区呈条带状出露,富含硫铁矿,是硫铁矿产资源的富存部位^[30]。中生界主要出露三叠系永宁镇组灰岩、泥质灰岩、粉砂岩和飞仙关组粉砂岩、细砂岩鲕状灰岩。新生界地层仅出露第四系冲积层^[31]。

1.2 样品采集

本次调查采用网格和耕地图斑相结合的样点布设方案,平均样品密度为8点/km²,采集0~20 cm深度的表层土壤样品,共采集表层土壤样品2 275件。样品采集及加工方法依据《DZ/T0295-2016土地质量地球化学评价规范》执行。根据调查区土地利用类型、玉米种植分布区域,全区范围内均匀采集玉米籽实样品45件。

1.3 分析测试及质量

分析指标包括砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、硒(Se)、土壤酸碱度(pH)等。样品测试由四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩测试中心按《生态地球化学评价样品分析技术要求》(DD 2005-03)执行。采用外部质量控制和内部质量监控相结合的方法控制分析质量,控制样监控由中国地质调查局分析质检组负责管理,通过对标准控制样及其他监控参数的检查显示,样品分析质量符合规范要求,分析数据可靠。

1.4 评价方法及评价标准

本次调查试图通过土壤重金属超标评价与农作物评价来综合考虑耕地的生态风险问题。土壤重金属污染评价选取单因子指数法(式(1))、内梅罗综合指数法(式(2))、潜在生态危害指数法(式(3))作为土壤重金属污染评价方法。

(1)

P_{i} = \frac{C_{i}}{S_{i}}

(2)

P_{综} = \sqrt[]{(\bar{P_{i}^{2}} + P_{i \max}^{2}) / 2}

(3)

RI = \overset{n}{\sum_{i = 1}} E_{r}^{i} = \overset{n}{\sum_{i = 1}} (T_{r}^{i} \times C_{f}^{i}) = \overset{n}{\sum_{i = 1}} (T_{r}^{i} \times \frac{C^{i}}{C_{n}^{i}})

式中,P_i为单因子污染指数,C_i为土壤中重金属i指标的实测浓度,S_i为污染物i在《GB15168-2018土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中给出的筛选值;P_综为某点的内梅罗综合指数, $\bar{P_{i}}$ 为单因子污染指数平均值,P_i_max为单因子污染指数最大值;RI为多金属潜在生态风险指数, $E_{r}^{i}$ 为单一金属潜在生态风险因子, $C_{f}^{i}$ 为重金属 i 相对背景参比值的污染系数;Cⁱ为重金属含量, $C_{n}^{i}$ 为土壤背景参考值, $T_{r}^{i}$ 为不同金属生物毒性响应因子(As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Cr、 Zn的响应因子分别为 10、30、5、5、40、5、2、1)。

依据上述方法得到3种无量纲的环境质量指数,依据《DZ/T0295-2016土地质量地球化学评价规范》将单因子污染指数P_i划分为5个等级,依据《土壤环境监测技术规范(HJ/T 166-2004)》将内梅罗综合污染指数P_综划分为5个等级,依据1980年Hakanson提出潜在生态危害指数法时的分类依据将潜在生态危害指数RI划分为4个等级,评价结果及其表达方式如表 1所示。

表1 土壤重金属环境质量等级划分及其表达

Table 1 Classification and expression of heavy metal environmental quality in soil

指标	一等	二等	三等	四等	五等
单因子污染指数	P_i≤1	1﹤P_i≤2	2﹤P_i≤3	3﹤P_i≤5	P_i>5
描述	清洁	轻微污染	轻度污染	中度污染	重度污染
内梅罗综合指数	P_综≤0.7	0.7﹤P_综≤1	1﹤P_综≤2	2﹤P_综≤3	P_综>3
描述	清洁	尚清洁	轻度污染	中度污染	重度污染
潜在生态危害指数	RI﹤150	150≤RI﹤300	300≤RI﹤600	RI≥600
描述	低	中	较高	高
颜色
R:G:B	0:176:80	146:208:80	255:255:0	255:192:0	255:0:0

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2 结果与分析

2.1 单因子指数法评价结果

按照单因子指数法评价公式计算土壤污染物i的单项污染指数P_i,依据土壤重金属环境质量等级划分标准,调查区土壤As、Cd、Cr、Cu、Ni、Hg、Pb及Zn单项环境质量污染指标地球化学等级评价结果显示(表2): As、Hg、Pb、Zn单指标符合一等(清洁)土壤环境质量标准的样点占90%以上,其中Pb及Zn存在中度污染及重度污染的土地,中、重度污染主要成点状零星分布,初步调查发现其与人类工业活动相关;Cr、Cu、Ni存在轻微污染现状;土壤Cd则存在严重污染,土壤Cd符合一等(清洁)土壤环境质量标准的样点数仅占8.97%,轻度污染、中度污染、重度污染的样点数分别占22.68%、15.34%、21.89%。从土壤Cd含量空间分布特征看,调查区土壤Cd在下二叠统地层单元中存在严重的中度、重度污染现象,其次是在奥陶—志留系地层单元中存在Cd的轻度污染现象(图1)。

表2 调查区土壤重金属元素地球化学等级评价样品数占比统计%

Table 2 Statistics on the number of samples of geochemical grade evaluation of heavy metal elements in the study area %

评价	指标	一等	二等	三等	四等	五等
单因子污染评价	P_i	P_i≤1	1﹤P_i≤2	2﹤P_i≤3	3﹤P_i≤5	P_i>5
	描述	清洁	轻微污染	轻度污染	中度污染	重度污染
	As	98.46	1.49	0.04	0	0
	Cd	8.97	31.12	22.68	15.34	21.89
	Cr	78.42	21.14	0.44	0	0
	Cu	69.76	16.22	7.43	6.37	0.22
	Hg	99.91	0.04	0	0	0.04
	Ni	81.67	17.67	0.44	0.18	0.04
	Pb	95.25	3.34	0.70	0.44	0.26
	Zn	93.58	5.45	0.62	0.31	0.04
内梅罗综合评价	P_综	P_综≤0.7	0.7﹤P_综≤1	1﹤P_综≤2	2﹤P_综≤3	P_综>3
	描述	清洁	尚清洁	轻度污染	中度污染	重度污染
	P_综	4.92	10.86	39.03	16.62	28.57
潜在生态危害评价	RI	RI﹤150	150≤RI﹤300	300≤RI﹤600	RI≥600
	描述	低	中	较高	高
	RI	72.75	16.40	9.63	1.23

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图1

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图1 调查区土壤Cd单因子污染指数评价

Fig.1 Single factor pollution index evaluation map of Cd in soil in study area

从土壤Cd含量在不同地质单元中的统计特征看,下二叠统茅口组、栖霞组地质单元中土壤Cd的含量显著高于其他地质单元,其次为中二叠统峨眉山玄武岩组(图2)。初步分析其主要与调查区二叠统茅口组、栖霞组灰岩、峨眉山玄武岩发育和调查区位于川—滇黔—铅锌成矿域内相关。调查区二叠系地层出露区,在风化作用强的地区,Cd富集程度较高,矿石中的Cd和Zn在表生风化淋滤过程中可以大量浸泡和淋滤出,且Zn要比Cd活泼的多,Zn往往在风化淋滤初期就被带出,而Cd一般要在中晚期才被淋滤或浸泡出,同时调查区植被发育,土壤成熟度比较高,Zn淋滤流失程度比较大,而Cd相对比较富集^[32-34],因此在调查区出现Cd的相对高强区。

图2

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图2 调查区不同地质单元土壤重金属Cd含量箱线图

Fig.2 Box plot of Cd content of soil heavy metal of different geological units in the survey area

2.2 内梅罗综合指数法评价结果

根据内梅罗综合指数法评价结果可知(表2,图3):调查区仅112件样点显示为清洁等级,清洁等级样点主要零星分布于调查区中部的寒武系、奥陶—志留系地层单元中。内梅罗综合污染程度为重度污染、中度污染、轻度污染的样点数分别为650、378和888件,中度污染、轻度污染的样点主要分布于调查区下二叠统地层单元中,其分布区域与调查区下二叠统茅口组、栖霞组黑色岩系分布一致。

图3

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图3 调查区土壤内梅罗综合指数评价

Fig.3 Evaluation map of nemero composite index of soil in study area

2.3 潜在生态危害指数法评价结果

根据潜在生态危害指数评价方法,分析单元素重金属潜在生态危害程度等级及均值可以发现(表3),调查区土壤潜在生态危害程度顺序为Cd>Cu>Hg>As>Ni>Pb>Cr>Zn。调查区内所有土壤样品的As、Cr、Cu、Ni潜在生态危害程度等级都较低,有2件样品的Hg、Pb和1件样品的Zn潜在生态危害程度等级为中,土壤潜在生态危害程度最大的元素是Cd,其潜在生态危害等级程度低、中、较高、高、严重的样品数占总数的比例分别为 17.71%、39.21%、22.77%、12.31%和8.00%,潜在生态危害指数指数( $E_{r}^{i}$ )均值为118.24,属“较高”潜在生态危害等级。

表3 调查区土壤重金属元素单因子潜在生态危害指数样品数占比统计%

Table 3 Statistics on the number of samples of potential ecological hazard index of single factor of soil heavy metal elements%

指标等级	一等	二等	三等	四等	五等	$E_{r}^{i}$ 特征值
危害程度	低	中	较高	高	严重	平均值	最大值	最小值	中位数
$E_{r}^{i}$ 指数	$E_{r}^{i}$ <40	40≤ $E_{r}^{i}$ <80	80≤ $E_{r}^{i}$ <160	160≤ $E_{r}^{i}$ <320	$E_{r}^{i}$ ≥320	平均值	最大值	最小值	中位数
As	100.00	0	0	0	0	3.92	21.17	0.40	3.42
Cd	17.71	39.21	22.77	12.31	8.00	118.24	2515.00	5.90	70.30
Cr	100.00	0	0	0	0	1.55	5.69	0.51	1.35
Cu	100.00	0	0	0	0	5.37	27.80	0.74	3.51
Hg	99.91	0.09	0	0	0	4.79	227.79	0.49	4.16
Ni	100.00	0	0	0	0	3.27	37.17	0.33	2.60
Pb	100.00	0.09	0	0	0	3.09	401.91	0.49	2.60
Zn	100.00	0.04	0	0	0	0.74	250.63	0.12	0.56

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调查区潜在生态危害综合指数评价结果显示,采集的2 275件土壤样品中,仅28件样品点存在高潜在生态危害, 219件样品点存在较高潜在生态危害,均位于调查区南北两端(表2,图4),绝大部分样品点(1 655件)潜在生态危害程度低。从不同地质单元中分布情况看,调查区存在高潜在生态危害和较高潜在生态危害样点主要位于下二叠统地层单元中,其他地层单元中基本无高潜在生态危害和较高潜在生态危害样点分布。

图4

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图4 调查区土壤潜在生态危害指数评价

Fig.4 Evaluation map of soil potential ecological hazard index in study area

2.4 农作物重金属超标状况

依据《食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中的相关规定,45件玉米籽实样品中,仅有1件样品Cd超标,超标率2.22%(表4),且超标样品中Cd的富集系数高达29.84%,其余玉米籽实样品Cd的富集系数均小于16.75%。这1件Cd超标样品所在的耕地土壤中Cd为轻度污染,而位于调查区土壤Cd中重度污染区内的20多件玉米样品Cd并不超标(图5)。Cd超标玉米籽实样品对应的根系土pH为4.55,显示为强酸性土壤,而位于土壤Cd中重度污染区内的20多件Cd未超标玉米籽实样品对应的根系土pH介于5.15~8.32,呈酸性和中性特征。

表4 调查区玉米籽实样品分析结果统计

Table 4 Statistical table of analysis results of corn seed samples in study area

元素	植物籽实重金属含量/10^-6				富集系数/%				GB2762-2017 上限值/10^-6	超上限值样品数
元素	最大值	最小值	平均值	中位数	最大值	最小值	平均值	中位数	GB2762-2017 上限值/10^-6	超上限值样品数
As	0.029	0.015	0.020	0.019	0.461	0.067	0.185	0.182	0.5	0
Cr	0.175	0.092	0.103	0.099	0.198	0.037	0.096	0.096	1	0
Cd	0.189	0.006	0.022	0.015	29.844	0.388	2.867	1.424	0.1	1
Cu	3.646	1.444	2.698	2.756	15.205	1.351	6.190	6.007
Hg	0.004	0.001	0.002	0.002	5.559	0.137	1.361	1.083	0.02	0
Ni	0.395	0.070	0.154	0.134	1.363	0.086	0.360	0.297	1	0
Pb	0.063	0.032	0.042	0.040	0.198	0.010	0.092	0.086	0.2	0
Zn	32.754	14.782	21.322	21.008	68.137	2.034	16.759	14.410

注:样本数N=45

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图5

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图5 调查区玉米籽实样品重金属Cd评价

Fig.5 Evaluation map of Cd of heavy metal in corn seed samples in study area

土壤中重金属元素仅有可溶态和部分可交换态对农作物有效^[35],重金属的生物有效性通常受土壤理化性质的影响。据杨忠芳等^[36]实验:pH<6.5时,水溶态Cd含量随着pH 减小迅速增加。pH<6时,被吸附的Cd中,其生物有效态Cd含量随pH的升高而增加;pH>6时,被吸附的Cd中,生物有效态Cd含量随pH升高而降低^[37]。因此造成这1件玉米籽实样品Cd超标的主要原因与根系土呈强酸性有关,在强酸性土壤环境下,土壤中可溶态Cd含量增加导致农作物对Cd的吸收富集。调查区农作物籽实与根系土土壤中8种重金属元素相关性分析结果显示(表5),玉米籽实与根系土中8种重金属元素均无Spearman相关性;Pearson相关统计中,玉米籽实As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb含量与其对应的农作物根系土中相应的重金属元素含量无明显的相关性,仅重金属元素Zn和有益元素Se在两者间存在Pearson显著相关性。故相关性分析表明,土壤重金属元素全量对农作物中重金属元素的富集呈非正相关关系。

表5 调查区农作物—根系土中土壤重金属元素相关性分析统计 (样品数N=45)

Table 5 Statistical table of correlation analysis of heavy metal elements in crop-root soil in the study area(N=45)

相关性分析
Pearson相关	相关性	0.169	0.034	0.031	-0.014	-0.243	-0.097	0.1	0.445^**	0.389^**
Pearson相关	显著性(双侧)	0.268	0.823	0.841	0.926	0.107	0.527	0.513	0.002	0.008
Spearman相关	相关系数	-0.008	0.137	0.062	-0.013	-0.107	-0.099	0.195	0.042	0.055
Spearman相关	Sig.(双侧)	0.959	0.37	0.684	0.931	0.485	0.519	0.2	0.784	0.72
偏相关	相关性	0.168	0.022	0.044	-0.004	-0.236	-0.143	0.099	0.431	0.383
偏相关	显著性(双侧)	0.275	0.885	0.776	0.978	0.123	0.355	0.522	0.004	0.01

注:“**”表示在置信度(双测)为 0.01 时,相关性是显著的。

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3 讨论

根据《土壤污染防治行动计划》中的第三条规定,按农用地土壤环境质量类别,以污染程度为衡量标准,将农用地划为3个类别:清洁和轻微污染划为优先保护类,轻度和中度污染划为安全利用类,重度污染划为严格管控类,分别采取相应管理措施,保障农产品质量安全。如果采用内梅罗综合指数法评价结果,调查区优先保护类土地面积仅15.78%,安全利用类土地面积55.65%,严格管控类28.57%;如果采用潜在生态危害指数法评价结果,调查区优先保护类土地面积56.92%,安全利用类土地面积 35.08%,严格管控类8.00%。而根据调查区农作物玉米籽实重金属超标调查情况,45件玉米籽实样品中,仅有1件样品Cd超标,超标率仅2.22%,调查区土壤Cd超标对农作物玉米籽实的危害影响并没有内梅罗综合指数评价结果显示的那么严重。造成梅罗综合指数及潜在生态危害指数与玉米Cd超标现象不符的原因可能与重金属元素生物有效性有关。重金属生物有效性是衡量重金属元素迁移性和生态影响的关键参数。重金属元素按活性大小可分为水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、有机—部分硫化物态、铁锰水合氧化物结合态和残留态6种形态,其中水溶及可交换态最易被生物吸收^[38],生物有效性强。调查区梅罗综合指数及潜在生态危害指数主要基于重金属元素全量评价,未考虑重金属元素形态对其生物有效性的影响。

调查区土壤重金属超标评价结果显示:单因子指数法可直观反映土壤中每种重金属的污染情况,但不能反映土壤重金属综合污染情况。内梅罗综合指数能够全面反映土壤中各污染物的平均污染水平,强调主导因子的影响作用,但在求均值过程中会弱化或强化一些因子的作用。潜在生态危害指数法引入毒性响应系数,将重金属的环境生态效应、环境效应与毒理学联系起来,能综合反映重金属对生态环境影响潜力,可以为生态环境的改善提供依据。在开展土壤污染防治中,对于因地质背景引起的土壤重金属超标现象,建议综合考虑农作物中重金属情况,综合评价其生态危害影响。

4 结论

1) 调查区土壤存在重金属污染现状,其中轻度污染、中度污染、重度污染比例分别为39.03%、16.62%和28.57%。调查区土壤主要污染元素是Cd,其次为Cr、Cu、Ni,存在轻微污染现状;As、Hg、Pb、Zn等单指标土壤环境质量以清洁为主,清洁比例占90%以上。

2) 调查区土壤8种重金属中Cu、Hg、As、Ni、Pb、Cr、Zn潜在生态危害程度等级低,仅Cd存在较高等级的潜在生态风险,其潜在生态危害等级程度低、中、较高、高、严重的样品数比例分别为17.71%、39.21%、22.77%、12.31%和8.00%,潜在生态危害指数指数( $E_{r}^{i}$ )均值为118.24。

3) 调查区土壤重金属污染空间分布位置与土壤Cd高潜在生态危害和较高潜在生态危害样点空间分布位置相同,主要位于调查区下二叠统地层单元中,其分布区域与调查区下二叠统茅口组、栖霞组黑色岩系分布一致。

4) 调查区45件农作物玉米籽实重金属评价结果显示,仅1件玉米籽实样品Cd含量超标,农作物玉米籽实与其对应的农作物根系土中的重金属Cd全量无明显的相关性。调查区土壤Cd高含量主要是受地质背景影响,对调查区内玉米籽实影响较小,在强酸性土壤环境下,土壤中可溶态Cd含量增加会加大农作物对Cd的吸收富集风险。

参考文献

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被引期刊影响因子

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Oliver M

Soil and human health: a review

[J]. European Journal of Soil Science, 2010,48(4):573-592.