E-mail Alert Rss
 

物探与化探, 2022, 46(4): 988-998 doi: 10.11720/wtyht.2022.1398

生态地质调查

湖北红安县生态地质调查土壤重金属分布特征及生态风险评价

居字龙,, 秦志军, 万翔,, 袁航, 张小波, 王登

湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034

Accessing the distribution and ecological risks of heavy metals in soil in Hong’an County, Hubei Province through ecological geological surveys

JU Zi-Long,, QIN Zhi-Jun, Wan Xiang,, YUAN Hang, ZHANG Xiao-Bo, WANG Deng

Hubei Geological Survey, Wuhan 430034, China

通讯作者: 万翔(1989-),男,硕士,工程师,就职于湖北省地质调查院,从事环境地球化学研究及管理工作。Email:wxzgdz@hotmail.com

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2021-07-16   修回日期: 2021-12-24  

基金资助: 湖北省地质局项目“武汉城市群健康地质调查与风险评价”(MSDZ202211)
“湖北省红安县生态地质调查(方法示范)”([2017]13号)

Received: 2021-07-16   Revised: 2021-12-24  

作者简介 About authors

居字龙(1988-),男,硕士,工程师,就职于湖北省地质调查院,从事土壤及生态地质调查工作。Email: zilongcug@163.com

摘要

为探索湖北省红安县土壤重金属空间分布特征,选定金沙湖和觅儿寺工业园两个重点调查区,系统采集表层及垂向剖面土壤样品,测定Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg含量。采用单因子污染指数法和潜在生态危害指数法评价重金属元素空间分布特征及生态风险。研究表明:调查区上述8种重金属元素平均含量分别为21.48×10-6、21.75×10-6、63.60×10-6、53.24×10-6、20.25×10-6、0.13×10-6、5.44×10-6和0.04×10-6,其中Cu、Cr、Ni和Cd污染积累相对富集,以轻微污染为主;重金属元素分布规律特征明显,轻微污染集中于高桥—永佳河基性—超基性混杂岩带和觅儿寺工业园周边,重度污染仅存在于八里湾东北侧零散锰钴矿化点, Pb和Hg含量在表层土壤富集,深层减少, Cr和Ni则在深层土壤富集,而表层减少,其他4种元素规律不明显; Cd和Hg单元素潜在生态风险较高,基于这两种元素的综合生态风险评价认为金沙湖城关镇周边、基性—超基性混杂岩带、觅儿寺工业园周边和八里湾镇锰钴矿化带为中等潜在生态风险地区,需加强生态监督保护。该研究成果可为红安县后期生态治理提供科学依据,并为其他生态地质调查的土壤工作提供借鉴意义。

关键词： 生态地质; 土壤; 重金属; 分布特征; 生态风险

Abstract

This study selected the Jinsha Lake and the Miersi Industry Park as key survey areas to study the distribution of heavy metals in soil in Hong’an County, Hubei Province. Samples were collected from surface soil and vertical soil profiles to assay the contents of eight heavy metals, i.e., Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, Cd, As, and Hg. Both the single factor pollution index method and the potential ecological hazard index method were used to assess the distribution and the ecological risk of heavy metals. The study results are as follows:The average contents of the above eight heavy metals were 21.48×10-6, 21.75×10-6, 63.60×10-6, 53.24×10-6, 20.25×10-6, 0.13×10-6, 5.44×10-6, and 0.04×10-6,respectively. The cumulative Cu, Cr, Ni, and Cd are relatively enriched in the soil and their pollution is slight. The heavy metals show distinct distribution patterns. Minor pollution exists in the Gaoqiao-Yongjiahe basic-ultrabasic melange zone and around the Miershi Industrial Park, while severe pollution exists in Mn-Co mineralized points scattered in the northeastern Baliwan. Pb and Hg are enriched in the surface layer but decrease in the deep layer, Cr and Ni show an inverse trend, while other elements show indistinct distribution patterns. Cd and Hg have high potential ecological risk individually in the soil in the surveyed areas. The comprehensive ecological risk assessment based on Cd and Hg shows that the surrounding area of the Jinsha Lake Chengguan Town, the basic-ultrabasic melange zone, the surrounding area of the Miersi Industrial Park, and the Baliwan manganese-cobalt mineralization zone are areas with moderate potential ecological risks, where ecological supervision and protection should be strengthened. This study can provide a scientific basis for later ecological management in Hongan. It also serves as a good soil reference for other ecological geological surveys.

Keywords： ecological geology; soil; heavy metal; distribution characteristic; ecological risk

PDF (7362KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

居字龙, 秦志军, 万翔, 袁航, 张小波, 王登. 湖北红安县生态地质调查土壤重金属分布特征及生态风险评价[J]. 物探与化探, 2022, 46(4): 988-998 doi:10.11720/wtyht.2022.1398

JU Zi-Long, QIN Zhi-Jun, Wan Xiang, YUAN Hang, ZHANG Xiao-Bo, WANG Deng. Accessing the distribution and ecological risks of heavy metals in soil in Hong’an County, Hubei Province through ecological geological surveys[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(4): 988-998 doi:10.11720/wtyht.2022.1398

0 引言

土壤作为陆地生态系统的组成部分,是各类生命活动进行的重要媒介。重金属作为典型的累积性污染物,具有显著的生物毒性和持久性,过量的重金属元素能进入到生物圈,并参与到地球整体的循环,进而危害整个生态环境[1-2]。因此,研究土壤污染中重金属元素空间分布特征及其对环境的潜在危害程度,对于生态环境保护具有十分重要的意义[3⇓⇓⇓⇓-8]。

生态地质调查是将地质背景和生态地质问题有机结合,呈现出一体化的地质调查思维[9⇓⇓-12]。目前开展的生态地质调查中的土壤工作,主要侧重于岩石—土壤—水—生物—大气多圈层交互作用研究,厘清地质建造对不同土壤类型平面分布的控制作用[13⇓⇓⇓-17],而较少关注土壤重金属元素的空间分布特征及其生态环境影响。

本文依托湖北省地质局“湖北省红安县生态地质调查(方法示范)”项目,在红安县开展湖北省生态地质调查试点,结合县域的经济及地质分布特征,筛选金沙湖、觅儿寺镇工业园两个重点调查区,系统开展土壤重金属元素空间分布特征及其生态风险评价工作,以期为红安县后期生态治理提供科学依据,并为其他生态地质调查的土壤工作提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

红安县地处大别山南麓低山丘陵地带,隶属于湖北省黄冈市,地理坐标介于114°23'E~114°49'E,30°56'N~31°35'N,总面积约1 796 km2 [18]。区内气候属亚热带气候,平均温度15.7 ℃,年平均降水量为1 116.2 mm。区内地貌类型为由北向南逐渐倾斜的低山丘陵地貌,北部为低山,坡度陡,植物分布茂密,最高海拔为840.5 m,平均海拔200 m,整体上为天台山自然风景保护区;中部城关镇为县政府所在地,另有金沙湖流经,为全县饮用水一级保护地;南部为觅儿寺工业园开发区,主要有天然生物科技、机械电子、家具生产等相关产业[18]。

研究区地质背景处于扬子陆块和华北陆块的交接部位,属于秦岭—大别造山带。红安县分为3个构造区带,以中部NW向永佳河—高桥蛇绿混杂岩带为界,北部为华北板块南缘构造区之卡房—龟峰山构造区,南部为扬子板块北缘构造区之大悟—河口构造区,区内总体构造线方向为NW向[19]。岩性上以沉积变质岩和岩浆变质岩为主,具体有白云钠长石英片麻岩、白云钠长片麻岩、二云钠长片麻岩、黑(二)云斜长片麻岩等。成土母岩主要为片麻岩、石英片岩风化物和河流冲积物,还有少量泥质岩、基性岩、石灰岩风化物[19]。

1.2 样品的采集

着力于土壤调查工作的针对性,笔者结合县域的地质、经济背景,选定县域中部的金沙湖和南部觅儿寺工业园为重点调查区(图1),面积分别为309 km2和73.2 km2。两个调查区分别旨在调查金沙湖水源地附近土壤质量及工业园对周边土壤质量的影响。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   研究区概况及采样点分布

Fig.1   Overview of study area and the distribution of sampling points


依照《生态地质调查技术要求(1∶50 000)(试行)》(DD 2019—09)以及中国地质调查局多目标区域地球化学调查规范,样品采集密度为1个点/km2,居民区和工业园区周边局部加密为4个点/ km2,总体采样为740件(金沙湖402件、觅儿寺338件),采样时兼顾土壤类型、利用方式等多重因素,采样深度为0~20 cm,剔除动植物残体、石块等杂物。

依照内部《湖北省县级土地质量地质调查术要求》中土壤垂向剖面的部署密度要求,共部署17条垂直土壤剖面(金沙湖9条、觅儿寺8条),剖面深度为100~150 cm。土壤剖面样品采集时,一般采取自然剖面为主,人工剖面为辅的原则,以20 cm点距连续采样并编号。

1.3 评价方法

1.3.1 单因子污染指数法

分别以湖北省土壤背景值[20-21]及《土壤环境质量 农用地污染风险》(GB 15168—2018)的风险筛选值作为参比值,采用单因子污染指数对研究区重金属进行污染评价[22-23],并利用主成分分析方法辨析重金属来源[24]。

Pi=Ci/Si

式中:Pi 为单因子污染指数;Ci 为土壤中重金属i指标的实测浓度;Si 为污染物的的参考标准,分别取湖北省土壤背景值[21,25]及《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15168—2018)中的筛选值(表1)。

表1   单因子指数评价重金属元素含量参考值

Table 1  Reference value of heavy metal contents in single factor index method10-6

元素土地
类型		土壤环境质量标准(GB 15168—2018)湖北省
背景
值[21,25]
pH≤5.55.5<pH
≤6.5		6.5<pH
≤7.5		pH>7.5
Cu其他506010010030.7
果园150150200200
Pb其他709012017026.7
水田80100140240
Zn所有20020025030083.6
Cr其他15015020025086
水田250250300350
Ni所有607010019026.9
Cd其他0.30.30.30.60.17
水田0.30.40.60.8
As其他4040302512.3
水田30302520
Hg其他1.31.82.43.40.08
水田0.50.50.61

新窗口打开| 下载CSV


1.3.2 潜在生态危害指数法

Hakanson从沉积学角度,根据重金属性质及环境行为特点,建立了一套评价重金属潜在生态危害的方法[26⇓⇓-29],主要包括单个重金属潜在生态风险因子Ei和综合生态危害指数RI。计算公式如下:

Ei=Ti·Pi
RI=∑i=1nEi

式中:Pi 为单因子污染指数;Ti 为某重金属i的毒性相应系数,反映重金属的毒性水平及土壤对重金属污染的敏感性,参考相关研究[1,3-4],Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg的毒性相应系数分别为5、5、1、2、5、30、10和40;RI为重金属的综合潜在生态危害指数。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量数据统计特征

实验室获得Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg共8种重金属含量,利用箱型图直观表示调查区重金属的数理统计特征(图2)。统计结果表明:Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg平均含量分别为21.48×10-6、21.75×10-6、63.60×10-6、53.24×10-6、20.25×10-6、0.13×10-6、5.44×10-6和0.04×10-6,平均值都处于国标(GB 15618—2018)重金属污染筛选值和湖北省背景值以下,只有少量数据点含量超标。初略判断这8种重金属元素含量整体污染程度较低。

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   调查区土壤重金属含量统计

Fig.2   Statistics for soil heavy metal contents in the study area


以湖北省背景值为参考标准,运用单因子污染指数法统计重金属元素的超标情况(表2),可以看出, Cu、Cr、Ni和Cd在调查区表层土壤污染积累相对富集,其超标率分别达到14.59%、11.89%、21.49%和14.59%,其余4种重金属元素在10%以内。单因子的污染指数(Pi)的平均值大部分为2以下,只有Cd由于局部高值导致单因子污染指数达到2.75。

表2   调查区土壤重金属含量超标情况统计

Table 2  Statistics of heavy metals exceeding the standard in the survey area

重金属以湖北省土壤背景值为参考以GB15618—2018为参考
超标个数超标率单因子污染指数
最小值~最大值(平均值)		超标个数超标率单因子污染指数
最小值~最大值(平均值)
Cu10714.59%1~5.21/(1.37)101.48%1.07~3.2/(1.43)
Pb7910.81%1~8.31/(1.26)10.14%3.1
Zn17023.11%1~13.77/(1.28)10.27%1.41~5.75/(3.58)
Cr8811.89%1~2.95/(1.47)192.57%1~1.69/(1.26)
Ni15821.49%1~9.03/(1.6)152.16%1.04~4.05/(1.42)
Cd10714.59%1~191.17/(2.75)142.03%1~9.33/(8.66)
As324.46%1~6.17/(1.63)10.27%1.02~1.9/(1.46)
Hg658.78%1~7.68/(1.57)00

新窗口打开| 下载CSV


以国标(GB 15618—2018)风险筛选值为参考标准,并以1<Pi≤2、2<Pi≤3、3<Pi≤5、Pi >5区间分别定义轻微污染、轻度污染、中度污染和重度污染,统计各重金属超标点的污染程度。结果表明,Hg没有含量超标,超标点以轻微污染为主;Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As的点位超标率分别为1.48%、0.14%、0.27%、2.57%、2.16%、2.03%和0.27%;8种重金属元素整体的超标率为3%以下(表2)。从超标点污染程度占比(图3)可以看出,Cu、Cr、Ni、Cd和As的超标点位绝大部分属于轻微污染,Cu、Pb、Zn、Ni和Cd出现局部中度—重度污染,经过数据核实这些中度—重度污染点集中于八里湾镇东北侧附近的锰钴矿点,有研究表明锰钴矿多伴随Mn、Cd、Cr、Pb等重金属污染,且具有点状分布特点[30-31],外围扩散能力较弱,不具有整体的代表性。

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   调查区重金属含量超标点污染评价

Fig.3   Pollution assessment of heavy metal content exceeding standard in study area


综上所述,调查区表层土壤中Cu、Cr、Ni和Cd重金属污染积累相对富集,Hg没有超标,超标点以轻微污染为主,只有单个锰钴矿点出现重金属元素中度—重度污染。

2.2 土壤重金属元素平面分布特征

综合分析重金属污染数据点空间特征,明确污染点空间分布规律,可以为后续的污染治理提建设性意见。从金沙湖调查区各元素污染点分布情况(图4)看出,金沙湖调查区存在Cu、Cd、 Ni和Cr重金属污染,但主要集中分布于西南部的高桥永佳河基性—超基性混杂岩带,其中Cd污染点主要集中在基性—超基性混杂岩带,部分散落在城关镇周边位置;Ni污染点主要集中在基性—超基性混杂岩带及金沙湖西侧萤石尾矿点;Cr污染相对较分散,出现在混杂岩带、萤石矿尾矿点以及废弃砖瓦厂。

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   金沙湖调查区重金属污染评价及超标点分布

Fig.4   Distribution of heavy meatal pollution assessment and samples exceeding standard in Jinshahu investigation area


觅儿寺重点调查区存在Cu、Cd、Ni、Cr、Pb、Zn和As重金属污染,但以Cu、Cd、Ni和Cr为主,Pb、Zn和As只有单个样点零散分布(图5)。其中,Cu、Ni和Cr集中分布于觅儿寺工业园周边,另有单点分布于南部及西南部矿石堆积点。Cd主要分布在八里镇东北侧的锰钴矿化点周边,而局部单个矿化点还存在Pb、Zn和As的中度—重度超标。

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   觅儿寺调查区重金属污染程度及超标点分布

Fig.5   Distribution of heavy meatal pollution assessment and samples exceeding standard in Miersi investigation area


2.3 土壤重金属元素垂向分布特征

土壤剖面中的重金属含量分布与外界条件变化密切相关,具有非常复杂的分布特征,且和重金属来源有一定的关联[32⇓⇓⇓⇓⇓-38]。土壤本身是一个复杂的巨系统,重金属在土壤中的富集取决于很多因素,不仅与元素含量有关,还与土壤类型、质地、理化性质以及重金属与其他因子之间的关系有关。

本次研究选择基性—超基性岩混杂带的HAP15剖面,金沙湖西北角矿山村HAP7剖面、觅儿寺工业园东南角的HAP3剖面以及工业园西北部的HAP16剖面作为典型垂向土壤剖面,分析8种重金属在特殊岩性体、矿山开采、工业活动区域垂向剖面的分布特征。

垂向剖面数理统计及重金属元素含量变化结果(表3、图6)表明: HAP15剖面重金属元素显著比其他剖面含量高; Cu、Zn、Ni、Cd和As的平均值超过湖北省背景值,但总体上为轻量超标;剖面上元素整体变异系数较大,仅有Pb的变异系数低于50%(48.1%),8种元素的变异系数顺序为Cd>Cu>Hg>As>Ni>Zn>Cr>Pb。综上所述,土壤重金属含量纵向分布受到一定程度的外来源干扰。

表3   垂直剖面土壤重金属含量统计

Table 3  Statistics of soil heavy metal content in vertical profile

项目CuPbZnCrNiCdAsHg
最小值/10-69.358.2741.707.254.480.032.260.004
最大值/10-690.4052.80234.00122.0069.600.7143.300.13
平均值/10-632.8722.7397.5853.8227.070.2213.460.04
变异系数/%81.2748.1061.9160.4173.11101.5178.0778.43
湖北省背景值/10-630.7026.7083.6086.0026.900.1712.300.08
背景值倍数1.070.851.170.631.011.321.090.50

新窗口打开| 下载CSV


图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6   垂直剖面土壤重金属含量

Fig.6   Soil profiles for heavy metal contents


Pb和Hg垂向规律较为一致,表层土壤含量相对富集,随着埋深的增加含量迅速降低; Cr和Ni的趋势则相反,深部土壤含量较高,而表层土壤含量较低; Cu和As则较为混杂,Zn在地表下80 cm处较为富集。

2.4 土壤重金属空间分布特征的控制因素

重金属来源辨析能有效解释重金属的空间分布特征,并明确空间分布特征的控制因素,对于土壤的后期治理工作有重要意义[21,23,32]。主成分分析主要是针对土壤重金属的信息进行集中和提取,从而得出重金属污染来源的一种方法[2,24]。本次研究提取2个特征值大于1的主成分,并将数据进行Kaiser标准化的正交旋转,得到旋转后的成分图(图7),梳理各重金属元素的控制因素。结果表明: Cu、Cr、Ni和Zn在第一成分(PC1)中载荷较高,归为自然污染来源,属于自然因素控制。有关学者认为Cr和Ni为土壤母质的重要元素,且在基性岩和超基性岩中富集[35],而Cr和Cu在渭库绿洲研究中定位为自然来源[39]; Pb和Hg在第二成分(PC2)中载荷含量高,相应的载荷因子分别为0.828和0.604,归为工农业污染,属于外因控制。研究认为Hg和Pb多为汽车尾气、发电工厂排放的气体,经过风力作用沉降富集在土壤中[33⇓、35],故Pb和Hg重金属为工农业污染来源; As、Cd和Zn的分布相对分散,研究认为Zn和Cd为同族元素,在石灰岩母质中含量较高,在矿山开发过程中也会产生聚集[33、38-39],故As、Cd和Zn为受到成土母质和工农业污染的双重控制下的混合来源。

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7   研究区土壤重金属主成分分析

Fig.7   Principal components analysis for soil heavy metal content in study area


上述重金属污染来源的分类和土壤空间分布特征联系紧密。其中,Hg和Pb为工农业污染来源,属于外因控制,其平面分布多为点状分布,扩散范围小,而纵向上表现为表层相对富集,随着埋深增加含量迅速降低;Cu、Ni和Cr为自然污染源来源,受自然因素控制,其平面上连续分布,集中于金沙湖调查区西南部的高桥永佳河基性—超基性混杂岩带,而纵向上Cr和Ni表现出深层土壤含量高而表层含量低的特征,体现出母岩重金属含量相对较高的趋势。

2.5 土壤重金属元素潜在生态风险评价

参照前人的潜在生态风险分级标准[1⇓⇓⇓-5](表4),将重金属的单项和综合潜在生态风险进行分级。单项重金属潜在风险统计结果表明: Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg重金属含量的潜在生态风险因子的平均值分别为3.53、4.12、0.87、1.24、3.82、31.02、4.42、21.98;表层土壤潜在危害最大的是Cd,研究区共有35个样点(占全部样点的4.73%)存在中等潜在生态风险危害,4个样点(占全部样点的0.54%)存在较高潜在生态风险危害,1个样点(占全部样点的0.13%)存在高等潜在生态风险危害;次风险重金属元素为Hg,研究区共有54个样点(占全部样点的7.30%)存在中等潜在生态风险危害,6个样点(占全部样点的0.81%)存在较高潜在生态风险危害,3个样点(占全部样点的0.40%)存在高等潜在生态风险危害。

表4   重金属潜在生态风险分级评价标准

Table 4  Evaluation criteria of potential ecological hazard derived from heavy metal

单项生态风险因子(Ei)综合生态风险指数(RI)
等级得分等级得分
低生态风险<40低生态风险<150
中等生态风险40~80中等生态风险150~300
较高生态风险80~160较高生态风险300~600
高生态风险>160高生态风险>600

新窗口打开| 下载CSV


研究区综合潜在生态风险指数RI的平均值为71,按照综合生态风险指数分级整体处于低等潜在生态风险,仅有4个点为中等生态风险,2个点为较高生态风险,1个点为高生态风险点。由于单元素中 Cd 和 Hg 的生态危害风险因子相对较高,毒性水平较高,长期累积对身体危害较大,值得重视,因此本次研究考虑Hg、Cd单项生态风险因子来综合划分调查区整体潜在生态风险。

金沙湖调查区的潜在生态风险集中在城关镇周边、西南基性—超基性岩以及金沙湖周边(图8)。城关镇周边东北及东南角存在条带状的中等潜在风险带,延伸宽度约500~800 m。西南部基性—超基性存在连续分布的中等生态风险,以圆形分布为主,延伸范围最长约1 km。金沙湖湖区周边有点状分布,延伸范围极少,局限于单个采样点周边。综上,应加强城关镇居民生活及建设用地的监督,另外对于西南高桥—永佳河基性—超基性混杂岩带的开工建设应加强土壤的原地保护。

图8

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图8   研究区生态风险分布

Fig.8   Ecological risk distribution in the study area


觅儿寺调查区潜在生态风险集中在在觅儿寺工业园周边、西南构造带附近以及八里湾镇东北部锰钴矿带(图8)。觅儿寺工业园东南部及西北部存在面积较大的中等—高生态风险带,延展宽度约1 km。经过实地调查认为东南部为某家具厂,而西北部为县垃圾处理发电厂,南部为大悟—河口构造带。值得注意的是八里湾镇东北锰钴矿化点出现高生态风险点,单点综合生态风险指数达到6 143,核查表明Hg、Cd和As含量分别为背景值的218.4、5 735.4、61.7倍,且整体展布范围和锰钴矿预测带接近。综上,觅儿寺工业园企业的尾气及污水排放强,应实时跟踪,另外锰钴矿的后期勘探开采过程中也应加强相应的保护措施,防止重金属元素扩散导致的二次污染。

3 结论

1)调查区8种重金属Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg的平均含量分别为21.48×10-6、21.75×10-6、63.60×10-6、53.24×10-6、20.25×10-6、0.13×10-6、5.44×10-6和0.04×10-6。以湖北省背景值和国标筛选值作为参考值,采用单因子污染指数法研究表明Cu、Cr、Ni和Cd污染积累相对富集,超标点以轻微污染为主,Hg没有超标,而单个锰钴矿点出现重金属元素中度—重度污染。

2)调查区土壤重金属污染点空间分布特征明显。金沙湖调查区的Cu、Cr、Ni和Cd超标点主要分布于县城南部的高桥—永佳河基性—超基性混杂岩带,而觅儿寺调查区的Cu、Cr和Ni超标点集中分布于觅儿寺工业园周边,Pb、Zn和As超标点主要集中在八里湾东北侧锰钴矿化点附近。Pb和Hg重金属具有表层相对富集、深层含量减少的垂向分布特征,Cr和Ni的趋势和Pb、Hg相反,而其他4个元素的垂向分布规律不明显。

3)重金属污染来源及其控制因素和土壤空间分布特征联系紧密。Hg和Pb为工农业污染来源,受外因控制,其平面分布多为点状分布,扩散范围小,纵向上表现为表层相对富集,而随着埋深增加含量迅速降低;Cu、Ni和Cr为自然污染源来源,受内因控制,平面通常连续分布,而垂向上则有表层到深部聚集的趋势。

4)单元素生态风险较高的为Cd和Hg,基于这两种元素的综合生态风险评价认为金沙湖城关镇周边、基性—超基性混杂岩带、觅儿寺工业园周边和八里湾镇锰钴矿化带为中等潜在生态风险区域。后期城镇建设开发过程中,应加强这些地段的生态监督保护。

参考文献

徐夕博, 吕建树, 徐汝汝.

山东省沂源县土壤重金属来源分布及风险评价

[J]. 农业工程学报, 2018, 34(9):216-223.

[本文引用: 3]

Xu X B, Lyu J S, Xu R R.

Source spatial distribution and risk assessment of heavy metals in Yiyuan county of Shandong Province

[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2018, 34(9):216-223.

[本文引用: 3]

吕建树, 张祖陆, 刘洋, 等.

日照市土壤重金属来源解析及环境风险评价

[J]. 地理学报, 2012(7):109-122.

[本文引用: 3]

Lyu J S, Zhang Z L, Liu Y, et al.

Sources identification and hazardous risk delineation of heavy metals contamination in Rizhao City

[J] Acta Geographica Sinica, 2012(7):109-122.

[本文引用: 3]

戴彬, 吕建树, 战金成, 等.

山东省典型工业城市土壤重金属来源、空间分布及潜在生态风险评价

[J]. 环境科学, 2015, 36(2):507-515.

[本文引用: 3]

Dai B, Lyu J S, Zhan J C, et al.

Assessment of sources,spatial distribution and ecological risk of heavy metals in soils in a typical industry-based city of Shandong Province,Eastern China

[J] .Environmental Science, 2015, 36(2):507-515.

[本文引用: 3]

周亚龙, 郭志娟, 王成文, 等.

云南省镇雄县土壤重金属污染及潜在生态风险评估

[J]. 物探与化探, 2019, 43(6):1358-1366.

[本文引用: 3]

Zhou Y L, Guo Z J, Wang C W, et al.

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

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2019, 43(6):1358-1366..

[本文引用: 3]

常文静, 李枝坚, 周妍姿, 等.

深圳市不同功能区土壤表层重金属污染及其综合生态风险评价

[J]. 应用生态学报, 2020, 31(3):999-1007.

DOI:10.13287/j.1001-9332.202003.036      [本文引用: 2]

在综合考虑深圳市城市功能区分异特征的基础上,进行全市表层土壤系统采样,全面监测土壤表层8种重金属元素污染状况,分析不同重金属元素含量的统计学特征,探讨不同城市功能区对土壤表层重金属污染的影响,采用内梅罗指数和潜在生态危害指数评估不同重金属元素和不同城市功能区的生态风险水平,分别进行基于两种方法的全市重金属污染生态风险分区。结果表明: 1)深圳市土壤表层的Mn、Ni、Cr和Pb 4种元素受人为活动的影响程度较低,Cd、Zn、Cu和As 4类元素受人为活动影响较大。地表环境约束因素背景下的高强度城市化和工业化过程,是各种重金属污染区域分异和功能区分异的决定性因素。2)深圳市土壤重金属污染风险较高的重金属元素为Cd、Zn、Cu和Pb,特别是Pb污染问题尤为突出,必须加强管控工作。深圳市总体土壤表层重金属污染风险水平高于国内相关城市,需要引起足够重视。3)内梅罗指数法和潜在生态危害指数法的侧重点不同,在单一重金属元素风险判断、不同城市功能区生态风险的总体评价,以及市域土壤重金属污染生态风险分级评价方面结果差异较大,组合使用效果更好。

Chang W J, Li Z J, Zhou Y Z, et al.

Heavy metal pollution and comprehensive ecological risk assessment of surface soil in different functional areas of Shenzhen,China

[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2020, 31(3):999-1007.

[本文引用: 2]

施宸皓, 王云燕, 柴立元, 等.

洞庭湖湿地周围表层土壤重金属污染及其人体健康风险评价

[J]. 中国有色金属学报, 2020, 30(1):150-161

[本文引用: 1]

Shi C H, Wang Y Y, Chai L Y, et al.

Assessment of heavy metal and human health risk in surface soils around Dongting Lake wetland,China

[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2020, 30(1):150-161.

[本文引用: 1]

王宇珊, 刘成坚, 陈晓燕, 等.

垃圾焚烧厂周边土壤的重金属污染风险评价

[J]. 华南师范大学学报:自然科学版, 2020, 52(5):57-64.

[本文引用: 1]

Wang Y S, Liu C J, Chen X Y, et al.

Pollution risk assessments of heavy metals in soils around a municipal solid waste incinerator

[J]. Journal of South China Normal University:Natural Science Edition, 2020, 52(5):57-64.

[本文引用: 1]

郭平, 谢忠雷, 李军, 等.

长春市土壤重金属污染特征及其潜在生态风险评价

[J]. 地理学报, 2005, 25(1):108-112.

[本文引用: 1]

Guo P, Xie Z L, Li J, et al.

Specificity of heavy metal pollution and the ecological hazard in urban soils of Changchun City

[J]. Scientia Geographica Sinica, 2005, 25(1):108-112.

[本文引用: 1]

聂洪峰, 肖春蕾, 戴蒙, 等.

生态地质调查工程进展与主要成果

[J]. 中国地质调查, 2021, 8(1):1-12.

[本文引用: 1]

Nie H F, Xiao C L, Dai M, et al.

Progresses and main achievements of eco-geological survey project

[J] Geological Survey of China, 2021, 8(1):1-12.

[本文引用: 1]

陈树旺, 邢德和, 丁秋红, 等.

生态地质调查评价——以辽宁铁岭地区为例

[J]. 地质与资源, 2012, 21(6):540-545.

[本文引用: 1]

Chen S W, Xing D H, Ding Q H, et al.

Eco-geological survey and evaluation:A case study of Tieling area,Liaoning Province

[J]. Geology and Resources, 2012, 21(6):540-545.

[本文引用: 1]

李金发.

为生态文明服务的地质调查工作

[J]. 资源环境与工程, 2014, 28(1):1-4.

[本文引用: 1]

Li J F.

Geological survey for ecological civilization

[J]. Resources Environment and Engineering, 2014, 28(1):1-4.

[本文引用: 1]

徐黎.

生态环境地质调查进展与展望

[J]. 世界有色金属, 2019, 1(3):248-250.

[本文引用: 1]

Xu L.

Progress and prospect of eco-environmental geological survey

[J]. World Nonferrous Metals, 2019, 1(3):248-250.

[本文引用: 1]

刘洪, 黄瀚霄, 欧阳渊, 等.

基于地质建造的土壤地质调查及应用前景分析——以大凉山区西昌市为例

[J]. 沉积与特提斯地质, 2020, 40(1):91-105.

[本文引用: 1]

Liu H, Huang H X, Ouyang Y, et al.

Soils geologic investigation in Daliangshan,Xichang,Sichuan

[J]. Sedimentary Geology and Tethyan Geology, 2020, 40(1):91-105.

[本文引用: 1]

王京彬, 卫晓锋, 张会琼, 等.

基于地质建造的生态地质调查方法——以河北省承德市国家生态文明示范区综合地质调查为例

[J]. 中国地质, 2020, 47(6):1611-1624.

[本文引用: 1]

Wang J B, Wei X F, Zhang H Q, et al.

The eco-geological survey based on geological formation,exemplified by integrated geological survey of National Ecological Civilization Demonstration Area in Chengde City,Hebei Province

[J]. Geology in China, 2020, 47(6):1611-1624.

[本文引用: 1]

严明书, 黄剑, 何忠庠, 等.

地质背景对土壤微量元素的影响——以渝北地区为例

[J]. 物探与化探, 2018, 42(1):199-205,219.

[本文引用: 1]

Yan M S, Huang J, He Z Y, et al.

The influence of geological background on trace elements of soil:A case study of Yubei area

[J]. Geophysical and Geo-chemical Exploration, 2018, 42(1) :199-205,219.

[本文引用: 1]

朱彩云, 白洁润, 顾国洪.

母质演化与质地对土壤养分的影响

[J]. 现代农业, 2014, 1(6):32-33.

[本文引用: 1]

Zhu C Y, Bai J Y, Gu G H.

Effects of parent material evolution and texture on soil nutrients

[J]. Modern Agriculture, 2014, 1(6):32-33.

[本文引用: 1]

张腾蛟, 刘洪, 欧阳渊, 等.

中高山区土壤成土母质理化特征及主控因素初探——以西昌市为例

[J]. 沉积与特提斯地质, 2020, 40(1):106-114.

[本文引用: 1]

Zhang T J, Liu H, Ouyang Y, et al.

A preliminary discussion on the physical and chemical characteristics and main controlling factors of soil and parent material in the middle and high mountain area-Take Xichang as an example

[J]. Sedimentary Geology and Tethyan Geology, 2020, 40(1):106-114.

[本文引用: 1]

湖北省红安县地方志编纂委员会. 红安县志 1990-2007[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2016.

[本文引用: 2]

The Compilation Committee of Local Chronicles of Hong'an County,Hubei. Hong'an County records 1990-2007[M]. Wuhan: Wuhan University Press, 2016

[本文引用: 2]

周豪. 西大别康家湾构造混杂岩带锆石U-Pb年代学、地球化学特征及其地质意义[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2017.

[本文引用: 2]

Zhou H. Geochronology and geochemistry of the Kanjiawan tectonic melange belt of Western Dabie and it is geological significance[D]. Beijing: China University of Geoscience(Beijing), 2017.

[本文引用: 2]

杨振, 丁启燕, 宋万营.

湖北省土壤重金属污染健康风险评价

[J]. 国外医学:医学地理分册, 2018, 39(3):181-187.

[本文引用: 1]

Yang Z, Ding Q Y, Song W Y.

Assessment on health risk of heavy metal pollution in soil of Hubei Province

[J]. Foreign Medical Sciences Section of Medgeography, 2018, 39(3):181-187.

[本文引用: 1]

黄赫, 周勇, 刘宇杰, 等.

基于多源环境变量和随机森林的农用地土壤重金属源解析——以襄阳市襄州区为例

[J]. 环境科学学报, 2020, 40(12):4548-4558.

[本文引用: 4]

Huang H, Zhou Y, Liu Y J, et al.

Source analysis of heavy metals in farmland and based on environmental variables and random forest approach:District of Xiangzhou District in Xiangyang City

[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2020, 40(12):4548-4558.

[本文引用: 4]

孙厚云, 卫晓锋, 甘凤伟, 等.

承德市滦河流域土壤重金属地球化学基线厘定及其累积特征

[J]. 环境科学, 2019, 40(8):3753-3763.

[本文引用: 1]

Sun H Y, Wei X F, Gan F W.

Determination of heavy metal geochemical baseline values and its accumulation in soils of the Luanhe River Basin,Chengde

[J]. Environmental Science, 2019, 40(8):3753-3763.

[本文引用: 1]

黄凯, 张雪娇, 冯媛, 等.

河南某尾矿库土壤重金属污染特征及风险评价

[J]. 环境影响评价, 2018, 40(1):78-83.

[本文引用: 2]

Huang K, Zhang X J, Feng Y, et al.

Pollution characteristics and risk assessment of heavy metals in a Tailing pond of Henan

[J]. Environmental Impact Assessment, 2018, 40(1):78-83.

[本文引用: 2]

张慧, 郑志志, 马鑫鹏, 等.

哈尔滨市土壤表层重金属污染特征及来源辨析

[J]. 环境科学研究, 2017, 30(10):1597-1606.

[本文引用: 2]

Zhang H, Zeng Z Z, Ma X P, et al.

Sources and pollution characteristics of heavy metals in surface soils of Harbin City

[J]. Research of Environmental Sciences, 2017, 30(10) :1597-1606.

[本文引用: 2]

李向阳, 吴疆, 刘洪强.

鄂东南5种森林土壤重金属含量及污染评价

[J]. 中南林业科技大学学报, 2019, 39(10):103-108.

[本文引用: 2]

Li X Y, Wu J, Liu H Q.

Concentration and ecology risk assessment of heavy metal in five forest soils in southeastern Hubei province

[J]. Journal of Central South University of Forest & Technology, 2019, 39(10):103-108.

[本文引用: 2]

刘文慧, 李湘凌, 章康宁, 等.

基于改进Håkanson法的水稻根系土壤重金属生态风险评价

[J]. 环境科学研究, 2020, 33(11):2613-2620.

[本文引用: 1]

Liu W H, Li X L, Zhang K N, et al.

Ecological risk assessment of heavy metals in paddy soil based on improved Hakanson method

[J]. Research of Environmental Sciences, 2020, 33(11):2613-2620.

[本文引用: 1]

王玉军, 吴同亮, 周东美, 等.

农田土壤重金属污染评价研究进展

[J]. 农业环境科学学报, 2017, 36(12):2365-2378.

[本文引用: 1]

Wang Y J, Wu T L, Zhou D M, et al.

Advances in soil heavy metal pollution evaluation based on bibliometrics analysis

[J]. Journal of Agro-environment Science, 2017, 36(12):2365-2378.

[本文引用: 1]

阿吉古丽·马木提, 麦麦提吐尔逊·艾则孜, 艾尼瓦尔·买买提.

新疆焉耆县耕地土壤重金属垂直分布特征与污染风险

[J]. 水土保持研究, 2018, 25(2):367-373.

[本文引用: 1]

Ajiguli M, Maimaitituerxun A, Ainiwaer M.

Vertical distribution characteristics and risk assessment of soil heavy metal contamination of farmlands in Yanqi County,Xinjiang

[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2018, 25(2):367-373.

[本文引用: 1]

麦麦提吐尔逊·艾则孜, 阿吉古丽·马木提, 艾尼瓦尔·买买提, 等.

博斯腾湖流域绿洲农田土壤重金属污染及潜在生态风险评价

[J]. 地理学报, 2017, 72(9):1680-1694.

DOI:10.11821/dlxb201709012      [本文引用: 1]

新疆博斯腾湖流域绿洲采集195个农田土壤样品,测定其中As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn等8种重金属元素的含量,基于地统计法分析农田土壤重金属空间分布规律,采用污染负荷指数（PLI）和潜在生态风险指数（RI）评价农田土壤重金属污染和潜在生态风险程度,并对重金属的来源进行讨论。结果表明：① 博斯腾湖流域农田土壤Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量平均值分别超出新疆土壤背景值的1.67倍、1.13倍、1.15倍、1.29倍、2.11倍和1.65倍。② 农田土壤中8种重金属元素空间分布基本呈现岛状分布格局,各金属元素在部分区域出现高值区,表明研究区人类活动对农田土壤环境具有负面效应。③ 农田土壤Pb呈现中度污染,Cd、Cr、Cu、Ni和Zn轻度污染,Mn轻微污染,As无污染。农田土壤重金属污染负荷指数的平均值为1.09,呈现轻度污染态势。④ 各重金属元素单项生态风险指数平均值从大到小依次为：Cd、Ni、As、Cu、Pb、Cr、Zn。综合生态风险指数平均值为18.63,处于轻微生态风险态势。从生态风险程度的区域差异来看,各县生态风险指数从大到小依次为：和硕县、博湖县、焉耆县、和静县。⑤ 农田土壤Cr、Cu、Mn、Ni与Zn主要受到土壤地球化学成因的控制,As、Cd和Pb主要受到人类活动的影响。Cd与Pb是研究区主要的污染因子,研究区农田土壤中Cd与Pb污染必须关注。

Maimaitituerxun A, Ajiguli M, Ainiwaer M, et al.

Assessment of heavy metal pollution and its potential ecological risks of farmland soils of oasis in Bosten Lake Basin

[J]. Scientia Geographica Sinica, 2017, 72(9):1680-1694.

[本文引用: 1]

刘昭, 周宏, 陈丽, 等.

鄂西典型锰矿区河流表层沉积物中重金属的空间分布特征与污染评价

[J]. 安全与环境工程, 2020, 27(3):114-121.

[本文引用: 1]

Liu Z, Zhou H, Chen L, et al.

Spatial distribution characteristics and pollution assessment of heavy metals in river surface sediments in a manganese mining area,Western Hubei

[J]. Safety and Environmental Engineering, 2020, 27(3):114-121.

[本文引用: 1]

任军, 刘方, 朱健, 等.

锰矿废渣区苔藓物种多样性及其重金属污染监测

[J]. 安全与环境学报, 2020, 20(6):2398-2407.

[本文引用: 1]

Ren J, Liu F, Zhu J, et al.

Diversity of the bryophytes and heavy metal pollution monitoring in manganese ore waste area

[J]. Journal of Safety and Environment, 2020, 20(6):2398-2407.

[本文引用: 1]

张炜华, 于瑞莲, 杨玉杰, 等.

厦门某旱地土壤垂直剖面中重金属迁移规律及来源解析

[J]. 环境科学, 2019, 40(8):3765-3773.

[本文引用: 2]

Zhang W H, Yu R L, Yang Y J, et al.

Migration and source analysis of heavy metals in vertical soil profiles of the drylands of Xiamen City

[J]. Environmental Science, 2019, 40(8):3765-3773.

[本文引用: 2]

苏耀明, 陈志良, 雷国建, 等.

多金属矿区土壤重金属垂向污染特征及风险评估

[J]. 生态环境学报, 2016, 25(1):130-134.

[本文引用: 2]

Su Y M, Chen Z L, Lei G J, et al.

Vertical pollution characteristic and ecological risk assessment of heavy metal of soil profiles in polymetallic ore mine

[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2016, 25(1):130-134.

[本文引用: 2]

刘银飞, 孙彬彬, 贺灵.

福建龙海土壤垂向剖面元素分布特征

[J]. 物探与化探, 40(4):713-721.

[本文引用: 2]

Liu Y F, Sun B B, He L.

Vertical distribution of elements in soil profiles in Longhai,Fujian Province

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016, 40(4) :713-721.

[本文引用: 2]

马溪平, 李法云, 肖鹏飞, 等.

典型工业区周围土壤重金属污染评价及空间分布

[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2007, 39(2):326-329.

[本文引用: 3]

Ma X P, Li F Y, Xiao P F, et al.

Assessment of heavy metal pollution and characteristics of its spatial distribution in soil near the typical industry area

[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2007, 39(2):326-329.

[本文引用: 3]

王关玉, 吴月照.

山东省土壤中元素含量与母质的关系

[J]. 北京大学学报:自然科学版, 1992, 28(4):475-485.

[本文引用: 1]

Wang G Y, Wu Y Z.

Relationship between element content and parent material in soil of Shandong Province

[J]. Journal of Peking University:Natural Science Edition, 1992, 28(4):475-485.

[本文引用: 1]

麦尔耶姆·亚森, 买买提·沙吾提, 尼格拉·塔什甫拉提, 等.

渭干河—库车河绿洲土壤重金属分布特征与生态风险评价

[J]. 农业工程学报, 2017, 33(20):226-233.

[本文引用: 1]

Maieryemu Y, Mamat S, Nigela T, et al.

Distribution of heavy metal pollution and assessment of its potential ecological risks in Ugan-Kuqa River Delta of Xinjiang

[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(20):226-233.

[本文引用: 1]

杨安, 邢文聪, 王小霞, 等.

西藏中部河流、湖泊表层沉积物及其周边土壤重金属来源解析及风险评价

[J]. 中国环境科学, 2020, 40(10):4557-4567.

[本文引用: 1]

Yang A, Xing W C, Wang X X, et al.

Source and risk assessment of heavy metals in surface sediments of rivers,lakes and their surrounding soils in central Tibet

[J]. China Environmental Science, 2020, 40(10):4557-4567.

[本文引用: 1]

宋波, 杨子杰, 张云霞, 等.

广西西江流域土壤镉含量特征及风险评估

[J]. 环境科学, 2018, 39(4):446-458.

[本文引用: 2]

Song B, Yang Z J, Zhang Y X, et al.

Accumulation of Cd and its risks in the soils of the Xijiang River drainage basin in Guangxi

[J]. Environmental Science, 2018, 39(4):446-458.

[本文引用: 2]

/

〈 〉

京ICP备05055290号-3
版权所有 © 2021《物探与化探》编辑部
通讯地址：北京市学院路29号航遥中心 邮编：100083
电话：010-62060192；62060193 E-mail：whtbjb@sina.com , whtbjb@163.com