E-mail Alert Rss
 

物探与化探, 2023, 47(4): 1109-1117 doi: 10.11720/wtyht.2023.2130

生态地质调查

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-Yan,1,2,3, 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

第一作者: 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

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2021-03-11   修回日期: 2023-03-20  

基金资助: 中国地质调查局地质调查项目(DD20190522)

Received: 2021-03-11   Revised: 2023-03-20  

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。

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.

Keywords： cultivated land; root soil; crop; heavy metal; speciation; ecological risk

PDF (2600KB) 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

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 doi:10.11720/wtyht.2023.2130

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[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(4): 1109-1117 doi:10.11720/wtyht.2023.2130

0 引言

民以食为天,随着膳食结构和消费方式的多元化,公众对农作物产品的质量有着更高的要求,对重金属超标农作物产品更是时刻关注。重金属元素在土壤植物系统中的迁移转化能直接影响农产品的产量和质量,关乎人体健康[1-2],因此,耕地土壤重金属污染和食品安全也一直是热点课题[3⇓⇓⇓⇓-8]。我国西南地区广泛分布碳酸盐岩和玄武岩,具有典型的重金属高背景特点[9],通过开展土地质量地球化学调查工作初步证实,西南地区重金属高背景属性与特殊的地质过程密切相关[10],土壤中多数重金属元素处于“高背景、低活性”的状态。但是,随着人类活动的加剧和土地利用方式的改变,部分元素被“激活”,土壤生态风险加剧,对农产品安全产生威胁[11]。因此,在贵州省威宁县盐仓镇和炉山镇一带开展耕地土壤重金属污染与生态风险评价,对保障农产品质量与人体安全至关重要,笔者以期在掌握该地区土壤和农作物重金属的污染状况和潜在生态风险的同时,尝试讨论不同形态重金属对农作物安全性的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于贵州省西北部威宁县(威宁彝族回族苗族自治县)盐仓镇和炉山镇,属于典型的凉山、半凉山地带,平均海拔超过2 000 m,日照充足,年平均日照时间1 812 h。威宁县位于云贵高原乌蒙山脉腹地,属于扬子板块次级构造单元,研究区内出露的地层主要有二叠系黄龙组、马平组石灰岩,梁山组、栖霞组、茅口组白云岩以及峨眉山玄武岩,分布有煤、铜、铁和锌等矿产资源。研究区主要耕地类型为旱地,农业种植以玉米、马铃薯、苦荞等粮食作物和烤烟、油菜、水果、魔芋等经济作物为主。

1.2 样品采集与分析

在研究区内选择耕作年限较长的农田采集代表性农作物样品玉米和马铃薯,其中玉米样品93件,马铃薯样品20件,并依据玉米和马铃薯根系深度采集配套的根系土样品113件,采样点位如图1所示。作物和根系土采样过程中严格按照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0296—2016)[12]和《区域生态地球化学评价技术要求(试行)》[13]等要求进行。玉米样品采集时,根据植株的大小,随机采集3~5个玉米棒中的籽实(即分点样)组成一个混合样,质量均大于500 g;马铃薯样品采集时,在采样点周围,用铁锹将其铲起,注意不要破坏薯块,每株随机采集2~4颗完整的马铃薯,每件样品的鲜重均大于1 000 g。根系土样品不低于1 kg。根系土和农作物样品由自然资源部成都矿产资源监督检测中心进行As、Cd、Cu、Pb、Zn等元素指标的全量及形态测量,样品分析符合规范要求,分析方法和结果可靠(表1、表2)。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   研究区采样点位

Fig.1   Geolocation of the study area and sampling locations


表1   分析方法与质量控制

Table 1  Analytical methods and quality control

序号指标分析方法检出限/10-3重复性检验合格率/%报出率/%
1As原子荧光光谱法AFS191.6799.48
2Cd等离子体质谱法ICP-MS0.03100100
3CuX射线荧光光谱法XRF1100100
4PbX射线荧光光谱法XRF2100100
5ZnX射线荧光光谱法XRF4100100
6有机碳容量法VOL0.01100100

新窗口打开| 下载CSV


表2   元素分析质量统计

Table 2  Statistical of the elements analytical quality

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/%3.335.56-3.879.857.67-4.4110.71-7.74
RSD/%5.159.123.3410.264.617.939.735.43

Cd		RE/%2.48-6.525.63-2.42-1.594.64-3.456.63
RSD/%7.604.023.653.290.811.795.385.18

Cu		RE/%6.420.1042.833-5.75-3.0562.8752.458-1.786
RSD/%1.534.145.2428.163.672.452.983.01

Pb		RE/%4.38-0.737-2.024-5.6215.5362.639-9.5740.067
RSD/%3.163.413.863.474.153.688.832.17

Zn		RE/%3.823.1-5.962.573.83-4.065.073.17
RSD/%1.226.846.673.595.324.863.295.11

注: RE为相对误差; RSD为相对标准偏差。

新窗口打开| 下载CSV


1.3 土壤重金属污染与生态风险评价方法

笔者采用地累积指数法和生态风险指数法进行研究区土壤重金属污染与生态风险评价。其中,地累积指数主要用于定量评价沉积物中重金属污染程度,但近年来许多学者也将地累积指数广泛应用于土壤重金属污染评价工作[14-15]中,其计算方法如下:

Igeo=log2Cik×Si。

式中:Igeo为地累积指数;Ci为元素i实测含量值;Si为贵州土壤背景值;k为修正系数(一般取值1.5)。Igeo可分为7个等级,即Igeo≤0, 无污染; 0<Igeo≤1,未污染到中度污染;1<Igeo≤2,中度污染;2<Igeo≤3,中度污染到强污染;3<Igeo≤4,强污染;4<Igeo≤5,强污染到极强污染;Igeo>5,极强污染。

Hakanson潜在生态风险指数[16]是目前最常用的评价土壤重金属潜在生态风险的方法,其计算方法如下:

RI=∑Eri=∑Tri·CiSi。

式中:Eri是某一元素潜在生态风险指数,分为5个等级,Eri<40,轻度生态风险;40≤Eri<80,中度生态风险;80≤Eri<160,强度生态风险;160≤Eri≤320,很强生态风险;Eri>320,极强生态风险。RI为采样点多种重金属综合潜在生态风险指数,RI<150为轻度生态风险;150≤RI<300为中度生态风险;300≤RI<600为强度生态风险;RI≥600为很强及以上生态风险。Ci为土壤中元素i实测含量;Si为土壤背景值;Tri为重金属元素i的毒性系数(本文涉及的As、Cd、Cu、Pb和Zn的毒性系数分别为10、30、5、5和1)。

2 结果与讨论

2.1 根系土中重金属元素的含量特征

研究区根系土样品中5种重金属元素As、Cd、Cu、Pb、Zn的含量范围分别为(3.487~30.660)×10-6、(1.070~8.950)×10-6、(28.800~386.000)×10-6、(19.800~185.000)×10-6、(102.000~390.000)×10-6,含量均值分别为14.161×10-6、4.070×10-6、144.295×10-6、53.127×10-6、211.788×10-6,变异系数分别为50.4%、37.7%、52.5%、40.1%、21.5%。变异系数能够反映土壤性质受人类活动影响程度,研究区各采样点间5种重金属元素的变异系数均处于10%~100%之间,属于中等变异水平,说明5种重金属元素的空间分布比较均匀,离散性不显著,受到外界因素影响不大。从土壤重金属的富集系数来看,土壤中As、Cd、Cu、Pb、Zn的富集系数均大于1,这些重金属的来源可能受采矿、冶炼等人为活动影响较大(表3)。从5种重金属元素的地球化学分布(图2)可以看出,重金属的空间分布有明显地层走向特征,Cd、Zn、As和Pb的空间分布趋势相似,高值区沿碳酸盐岩(黄龙组、马平组并层石灰岩以及梁山组、栖霞组、茅口组并层白云岩)分布,低值区沿峨眉山玄武岩分布,而Cu则与其相反,高值区沿峨眉山玄武岩分布,低值区沿碳酸盐岩(黄龙组、马平组并层石灰岩以及梁山组、栖霞组、茅口组并层白云岩)分布。

表3   研究区土壤重金属元素含量特征值

Table 3  Characteristic value of the heavy metal content of soil in the study area

新窗口打开| 下载CSV


图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   5种重金属元素地球化学分布

Fig.2   The geochemical maps of five heavy metals


与贵州省土壤重金属背景值[18]比较,Cd、Zn超标率为100%,其次为Cu和Pb,As的超标率最低,为25.66%。与土壤环境质量风险筛选值[17]相比,研究区土壤中As对农作物生长和土壤生态环境所造成的风险很低,无超标点位,Cd、Cu、Zn、Pb等均存在不同程度的重金属超标,其中超标情况为:Cd(100%)>Cu(88.5%)>Zn(84.1%)>Pb(9%)。综合看来,Cd、Cu、Pb、Zn是影响研究区农作物生长和土壤环境质量的主要影响因素,其中Cd的污染风险最高。

研究区根系土5种重金属元素形态含量分布见图3。一般认为,重金属的5种形态与土壤矿物结合强度从小到大依次为: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,水溶态、离子交换态和碳酸盐结合态为有效生物组分,易被植物吸收;腐殖酸结合态、铁锰结合态和强有机结合态是潜在生物有效组分,在酸性条件下易被植物吸收;残渣态最为稳定,生物可利用性最小,不易被植物吸收。根系土中重金属元素As、Cd、Cu、Pb和Zn的各形态质量占比见表4,其中As、Cu和Zn主要以残渣态存在,其残渣态占比分别为81.70%、77.57%和62.3%,残渣态重金属富集很可能是由地质成因引起的,说明这些重金属元素很可能是来自成土母岩的自然风化。重金属Pb主要以潜在生物有效组分和残渣态形式赋存, 分别占55.10%和37.39%,生物有效组分仅占7.51%。重金属Cd主要以生物有效组分存在,占66.07%,潜

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   根系土重金属As、Cd、Pb、Zn和Cu形态分布比例

Fig.3   Chemical fractions of heavy metals in the siol samples


表4   重金属元素各组分形态赋存比例

Table 4  Proportion of different morphology occurrence of heavy metals

形态占比/%
AsCdPbZnCu
生物有效组分水溶态+离子交换态+
碳酸盐结合态		2.7666.077.519.581.11
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		15.4428.9655.1028.1821.32
残渣态81.704.9737.3962.2377.57

新窗口打开| 下载CSV


在生物有效组分占28.96%,残渣态仅占4.97%,Cd的有效组分和潜在有效组分远远高于其他重金属元素,与其他地区黑色岩系风化土壤中Cd“低残渣态高活性态”的特征[19-20]相似,这种高活性的Cd更容易被农作物吸收,从而产生较高的污染风险。

2.2 土壤重金属生态风险评价

研究区土壤重金属生态风险评价主要从污染程度和潜在生态风险两个角度开展,表5列出了研究区根系土重金属地累积指数统计情况,其中Igeo中值排序为Cd(2.00)>Cu(1.47)>Zn(0.49)>Pb(-0.09)>As(-1.09),Igeo均值排序为Cd(1.93)>Cu(1.38)>Zn(0.47)>Pb(-0.09)>As(-1.30),可以看出,研究区根系土污染最为严重的是Cd,其次是Cu和Zn。Cd污染处于中污染—中度污染到强污染水平的点位占92.03%,强污染点位占1.77%,无污染到中度污染点位占6.19%,无污染点位无。Cu污染处于中度污染水平的占46.02%,中度至强度污染水平的占23.01%,无污染到中度污染的占24.78%,无污染点位仅占5.31%;Zn污染处于无污染到中度污染的占91.15%,中度污染和无污染点位均占4.42%;Pb无污染点位占57.52%,无污染到中度污染点位占40.71%,中度污染仅占1.77%,无更高污染水平点位;As无污染点位高达99.12%,除0.88%点位处于无污染到中度污染水平外,无更高污染水平点位。研究区土壤呈现多种重金属的复合污染,污染最突出的是Cd,其次是Cu和Zn。

表5   根系土地累积指数统计

Table 5  Statistics of Igeo for heavy metals in root soil

元素Igeo≤00<Igeo≤11<Igeo≤22<Igeo≤33<Igeo≤44<Igeo≤5Igeo>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/%
As11299.1210.880000000000
Cd0076.194943.365548.6721.770000
Cu65.312824.785246.022623.01000000
Pb6557.524640.7121.7700000000
Zn54.4210391.1554.4200000000

新窗口打开| 下载CSV


表6列出了研究区基于根系土中重金属总量的生态风险指数统计情况,从RI来看,有23个点位处于轻度生态风险,74个点位处于中度生态风险,16个点位处于强度生态风险,分别占比20.35%、65.49%和14.16%,无很强和极强生态风险点位存在。从Er来看,研究区根系土中As、Pb、Zn均是轻度生态风险水平,有10个点位Cu处于中度生态风险水平。而Cd的生态风险均在中度以上,中度、强度、很强、极强生态风险点位分别占3.54%、35.40%、57.22%和3.54%,由此可见Cd是对RI贡献最大的生态风险因子。

表6   根系土重金属生态风险评价指数统计

Table 6  Ststistics of the ecological risk index for heavy metals in root soil

级别RI风险点位占比/%Er风险点位占比/%
AsCdCuPbZn
轻度20.35100091.15100100
中度65.4903.548.8500
强度14.16035.40000
很强0057.22000
极强003.54000

新窗口打开| 下载CSV


2.3 重金属来源浅析

前文已述,研究区土壤存在不同程度的Cd、Cu和Zn污染,其中Cd的污染程度和生态风险十分突出。通过重金属元素间的相关分析发现(表7),土壤中Cd、Pb、Zn、As之间存在显著正相关关系,说明这些重金属可能具有同源性,Cu与Cd、Zn不存在相关关系,同时引入土壤中含量高且相对稳定的地壳元素Al,使本底影响的元素能更好地与非自然来源元素剥离。通过相关系数发现,只有Cu与Al呈现显著正相关关系,两者均与有机碳(Corg)表现出负相关关系,说明Cu很可能是土壤母质自然来源,受地质背景影响;而Cd、Pb、Zn、As等均与Corg表现出明显的正相关关系,土壤有机碳对这些重金属的积累起到一定作用,Cd、Pb、Zn、As等重金属元素可能主要是受农业种植、采选矿及冶炼等人类活动影响。威宁县地处西南典型铅锌矿成矿带,铅锌矿开采历史悠久,研究区曾有许多以家庭为单位的小作坊冶炼活动[6⇓-8],冶炼废渣中含有大量的Cd、Pb、Zn等重金属,由于随意倾倒和堆放,为土壤重金属污染埋下了巨大隐患。

表7   土壤重金属元素之间的相关性

Table 7  Correlation of heavy metals in soil

指标AsCdCuPbZnAlCorg
As1
Cd0.420**1
Cu-0.590**-0.1481
Pb0.674**0.563**-0.344**1
Zn0.388**0.834**-0.0020.655**1
Al-0.532**-0.360**0.557**-0.394**-0.199*1
Corg0.445**0.474**-0.347**0.526**0.434**-0.406**1

注:“*”和“**”分别表示P<0.05和P<0.01的相关水平;n=113。

新窗口打开| 下载CSV


2.4 农作物重金属安全性评价与分析

耕地土壤中的重金属元素可以通过农作物根系的吸收作用进入到植物体内,并且可以积累在农作物的可食用部分,通过日常饮食进入到人体,威胁人体健康。研究区农业种植主要以玉米和马铃薯为主,从农作物体内重金属安全性角度出发,对采集的93件玉米样品和20件马铃薯样品进行重金属超标情况分析(表8),对比《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017)[21]和《粮食(含谷物、豆类、薯类)及制品中Cu、Zn两种元素限量》(NY 861—2004)[22]中规定的重金属标准限量值,发现研究区的玉米和马铃薯样品中Cd超标情况突出,其中玉米样品超标11件,占比11.5%,马铃薯样品超标12件,占比60.0%,超标占比情况显示出马铃薯要比玉米更容易富集Cd。前文已述,研究区耕地土壤中Cd的污染程度和生态风险最突出,Cd的活性最高,作物Cd超标与土壤Cd污染以及Cd的生物可利用性高均有关系。

表8   玉米和马铃薯重金属含量特征

Table 8  Characteristics of the heavy metal content in corn and potatoes

参数AsCdCuPbZn
最大值/10-60.0220.1553.350.11739.1
最小值/10-60.0130.0091.16<0.0214.2
玉米(n=93)限量值/10-60.50.1100.250
超标个数011000
最大值/10-60.0060.3002.211<0.027.703
最小值/10-60.0020.0560.337<0.023.079
马铃薯(n=20)限量值/10-60.50.160.215
超标个数012000

新窗口打开| 下载CSV


对马铃薯中Cd与根系土中不同赋存形态Cd进行相关分析(表9),发现马铃薯根系土中总Cd与水溶态Cd无明显的相关关系,与其余形态Cd均呈现显著的正相关关系。水溶态和离子交换态的Cd 与马铃薯中Cd含量呈正相关关系,相关系数分别为0.636和0.473,马铃薯中Cd含量与根系土中总Cd和其他形态Cd含量无明显相关关系,说明马铃薯中Cd超标主要受Cd的生物有效性影响。对玉米中Cd与根系土中不同赋存形态Cd进行相关分析(表10),发现玉米根系土中总Cd与水溶态Cd呈现负相关关系,与其余形态Cd均呈现显著的正相关关系。根系土中水溶态Cd与玉米中Cd含量呈正相关关系,相关系数为0.482,玉米中Cd与根系土中离子交换态Cd无明显相关关系,与根系土总Cd以及其他形态Cd含量呈现负相关关系,从相关系数看来,Cd在玉米和根系土中表现出一种含量拮抗关系,根系土中全Cd含量越高则会抑制玉米对Cd的吸收,彭益书[23]曾在黔西北做过相关研究,提出玉米对重金属的吸收具有一定的耐性机制,玉米根系可以阻隔土壤中部分重金属进入,吸收进体内的重金属经过蒸腾作用迁移至茎秆、叶片,极少量进入到谷粒中。曾有学者在威宁县做过马铃薯—根系土系统中重金属的迁移与污染评价研究[24],发现根系土中Cd污染严重的情况下,极易出现马铃薯块茎中Cd超标现象,环境Cd超标对种植马铃薯影响较大,需及时监测,与本文研究结果不谋而合。这也能够解释在研究区根系土高Cd含量背景下玉米Cd超标率要明显低于马铃薯。在此基础上,对作物吸收Cd与根系土中Cd的相关形态进行回归分析(表11),可以发现马铃薯中Cd含量与根系土中水溶态和离子交换态Cd呈现线性相关关系,水溶态和离子交换态Cd对马铃薯吸收Cd贡献最大。玉米中Cd含量与根系土中水溶态Cd呈线性相关关系,水溶态Cd对玉米吸收Cd贡献最大。可见,水溶态和离子交换态Cd是对马铃薯产生生态危害的关键,水溶态Cd是对玉米产生生态风险的关键,可以将根系土中水溶态和离子交换态作为研究区土壤Cd生态风险评价的重要形态指标。

表9   根系土中Cd含量与马铃薯Cd含量相关性

Table 9  Person correlation matrix for Cd in root soil and potato

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Cd1
总Cd0.0231
水溶态0.636**-0.0261
离子交换态0.473*0.824**0.2351
碳酸盐结合态-0.2530.820**-0.2390.458*1
腐殖酸结合态-0.1440.832**-0.1210.586**0.641**1
铁锰结合态-0.2960.866**-0.2580.489*0.948**0.715**1
强有机结合态-0.2240.696**-0.1660.3900.878**0.3980.891**1
残渣态-0.3330.840**-0.2160.452*0.801**0.749**0.898**0.708**1

注:“*”和“**”分别表示P<0.05和P<0.01的相关水平;n=20;总Cd及各形态Cd均为根系土中对应的含量;马铃薯Cd为马铃薯中Cd含量。

新窗口打开| 下载CSV


表10   根系土中Cd含量与玉米Cd含量相关性

Table 10  Person correlation matrix for Cd in root soil and corn

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Cd1
总Cd-0.214*1
水溶态0.482**-0.285**1
离子交换态0.1950.716**0.0551
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**0.0680.537**0.332**1
强有机结合态-0.289**0.581**-0.307**0.1350.626**0.0770.658**1
残渣态-0.333**0.559**-0.390**0.0490.450**0.1440.808**0.744**1

注:“*”和“**”分别表示P<0.05和P<0.01的相关水平;n=93;总Cd及各形态Cd均为根系土中对应的含量;玉米Cd为玉米中Cd含量。

新窗口打开| 下载CSV


表11   作物Cd与根系土中Cd线性回归分析结果

Table 11  The linear regression analysis of Cd in crop and root soil

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

新窗口打开| 下载CSV


3 结论

通过在我国西南重金属高背景区贵州省威宁县盐仓镇—炉山镇一带开展耕地土壤和农作物重金属生态风险评价,发现该地区耕地土壤存在多种重金属复合污染状况,其中污染程度最高、生态风险最大的均为Cd,同时,发现农作物马铃薯和玉米也存在一定比例的Cd超标现象,农作物Cd超标与土壤中总Cd关系不大,主要受Cd的生物有效性影响。笔者认为,在耕地土壤重金属污染与生态评价中,更应注意不同形态重金属对土壤清洁、农作物安全的影响。

参考文献

Liu G N, Tao L, Liu X H, et al.

Heavy metal speciation and pollution of agricultural soils along Jishui River in non-ferrous metal mine area in Jiangxi Province, China

[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2013, 132(3): 156-163.

DOI:10.1016/j.gexplo.2013.06.017      URL     [本文引用: 1]

张建, 杨瑞东, 陈蓉, 等.

贵州喀斯特地区土壤—辣椒体系重金属元素的生物迁移积累特征

[J]. 食品科学, 2017, 38(21):175-181.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201721028      [本文引用: 1]

采集喀斯特地区（遵义虾子与贵阳花溪）的辣椒及种植土壤样品，利用电感耦合等离子体质谱仪和电感耦合等离子体原子发射光谱仪检测辣椒和土壤中13?种重金属元素（As、Cd、Pb、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Tl、Co、Sb、Sn、Mn）的含量，探讨土壤-辣椒体系重金属元素的生物迁移积累特征。结果表明：与HJ/T?332—2006《食用农产品产地环境质量评价标准》相比，土壤中Cd平均含量超标了9.33%，点位超标率为57.89%。与GB?2762—2012《食品中污染物限量》相比，遵义地区辣椒中Cd含量部分超标，超标率为85.71%，花溪地区2?个辣椒样品Cr含量超标，分别超标了15.36%和12.18%。辣椒的13?种重金属生物富集系数大小顺序为Cd＞Cu＞Zn＞Hg＞Sn＞Tl＞Mn＞Sb＞Ni＞Co＞Cr＞As＞Pb，辣椒Cd的生物富集系数为1.138，Pb的生物富集系数为0.001?9。辣椒中Co、Ni、Sn含量与土壤对应金属含量呈显著正相关（P＜0.05），其余重金属含量与土壤对应元素含量无显著相关性（P＞0.05）。食用辣椒途径的Cd和Cr每周重金属摄入量远小于世界卫生组织提出的专门针对敏感人群临时性每周人体可耐受摄入量，辣椒Cd、Cr超标不会对人体健康造成影响。在贵州喀斯特Cd高背景值地区种植辣椒应注重辣椒对Cd的富集。

Zhang J, Yang R D, Chen R, et al.

Bioconcentration of heavy metals in soil-capsicum annuum L. system in Karst areas of Guizhou Province

[J]. Food Science, 2017, 38(21): 175-181.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201721028      [本文引用: 1]

Capsicum annuum L. and corresponding soil samples were collected from different karst areas of Guizhou province (Xiazi town, Zunyi city and Huaxi county, Guiyang city). The concentrations of 13 heavy metals (As, Cd, Pb, Hg, Cr, Cu, Zn, Ni, Tl, Co, Sb, Sn and Mn) in plants and soil samples were determined using inductively coupled plasma mass spectrometry and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. The bioconcentration factors in Capsicum annuum L. were calculated. The results showed that average Cd concentration in soil was 9.33% higher than the Farmland Environmental Quality Evaluation Standard for Edible Agricultural Products (HJ/T 332?2006), and the percentage of samples whose Cd concentration exceeded the standard was 57.89%. Cd concentration in Capsicum annuum L. from Zunyi was higher than the Maximum Levels of Contaminants in Foods (GB 2762?2012), and the percentage of samples whose Cd concentration exceeded the standard was 85.71%. Cr concentrations in only two samples from Huaxi were over the standard limit, which were 15.36% and 12.18%, respectively. Besides, bioconcentration factors (BCF) for 13 heavy metals in Capsicum annuum L. showed a decreasing order of Cd > Cu > Zn > Hg > Sn > Tl > Mn > Sb > Ni > Co > Cr > As > Pb. The BCF of Cd in Capsicum annuum L. was 1.138, and the BCF of Pb was 0.001 9. Furthermore, the concentrations of Co, Ni and Sn in Capsicum annuum L. were significantly positively correlated with their contents in soil (P < 0.05). However, for the other elements, there were no significant correlations between their contents in Capsicum annuum L. and soil (P > 0.05). The provisional weekly intakes of Cr and Cd through the consumption of Capsicum annuum L. were much lower than the provisional tolerable weekly intakes for sensitive populations recommended by the WHO, and had no harmful effects on human health. Because of high Cd background values in karst areas of Guizhou province, attention should be paid to Cd enrichment in Capsicum annuum L. during the process of cultivation.

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: 1]

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: 1]

陈凤, 董泽琴, 王程程, 等.

锌冶炼区耕地土壤和农作物重金属污染状况及风险评价

[J]. 环境科学, 2017, 38(10):4360-4369.

[本文引用: 1]

Chen F, Dong Z Q, Wang C C, et al.

Heavy metal contamination of soils and crops near a zinc smelter

[J]. Environmental Science, 2017, 38(10): 4360-4369.

[本文引用: 1]

吴迪, 杨秀珍, 李存雄, 等.

贵州典型铅锌矿区水稻土壤和水稻中重金属含量及健康风险评价

[J]. 农业环境科学学报, 2013, 32(10):1992-1998.

[本文引用: 1]

Wu D, Yang X Z, Li C X, et al.

Concentrations and health risk assessments of heavy metals in soil and rice in zinc-lead mining area in Guizhou Province, China

[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2013, 32(10): 1992-1998.

[本文引用: 1]

杨刚, 沈飞, 钟贵江, 等.

西南山地铅锌矿区耕地土壤和谷类产品重金属含量及健康风险评价

[J]. 环境科学学报, 2011, 31(9):2014-2021.

[本文引用: 2]

Yang G, Shen F, Zhong G J, et al.

Concentration and health risk of heavy metals in crops and soils in a zinc-lead mining area in southwest mountainous regions

[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2011, 31(9): 2014-2021.

[本文引用: 2]

彭光寿.

贵州省乡镇企业发展与环境保护预测和对策

[J]. 环境科学, 1989, 9(1):62-67.

[本文引用: 2]

Peng G S.

Forecast and countermeasuresfor the development of township enterprises and environmental protection in Guizhou Province

[J]. Environmental Science, 1989, 9(1): 62-67.

DOI:10.1021/es60099a003      URL     [本文引用: 2]

闭向阳. 西南土法炼锌导致的环境重金属污染研究[D]. 贵阳: 中国科学院地球化学研究所, 2007.

[本文引用: 2]

Bi X Y. Study on environmental heavy metal pollution caused by local zinc smelting activities in southwest China[D]. Guiyang: Institute of Geochemistry, CAS, 2007.

[本文引用: 2]

杨永忠.

贵州环境异常元素地球化学研究

[J]. 贵州地质, 1999, 16(1):66-72.

[本文引用: 1]

Yang Y Z.

The geochemistry of anomalous elements in the environment of Guizhou

[J]. Guizhou Geology, 1999, 16(1): 66-72.

[本文引用: 1]

国土资源部中国地质调查局.

中国耕地地球化学调查报告(2015)

)[EB/OL]. http://www.cgs.gov.cn/upload/201506/20150626/gdbg.pdf, 2015-06-25.

URL     [本文引用: 1]

China Geological Survey of Ministry of Natural Resources of the People's Republic of China.

Geochemical survey for the cultivated land in China(2015)

[EB/OL]. http://www.cgs.gov.cn/upload/201506/20150626/gdbg.pdf, 2015-06-25.

URL     [本文引用: 1]

Tu C L, Wang Z G, Sun W X, et al.

Effects of land use and parent materials on trace elements accumulation in topsoil

[J]. Journal of Environmental Quality, 2013, 42(1): 103-110.

DOI:10.2134/jeq2012.0057      URL     [本文引用: 1]

DZ /T 0296—2016土地质量地球化学评价规范[S].

[本文引用: 1]

DZ/T 0296—2016 Specification of land quality geochemical assessment[S].

[本文引用: 1]

区域生态地球化学评价技术要求(试行)[S].

[本文引用: 1]

Technical requirements for regional ecological geochemical assessment (pilot)[S].

[本文引用: 1]

Muller G.

Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River

[J]. GeoJournal, 1969, 2(3): 108-118.

[本文引用: 1]

唐瑞玲, 王惠艳, 吕许朋, 等.

西南重金属高背景区农田系统土壤重金属生态风险评

[J]. 现代地质, 2020, 34(5):917-927.

[本文引用: 1]

Tang R L, Wang H Y, Lyu X P, et al.

Ecological risk assessment of heavy metals in farmland system from an area with high background of heavy metals, Southwestern China

[J]. Geoscience, 2020, 34(5): 917-927.

[本文引用: 1]

Hakanson L.

An ecological risk index for aquatic pollution control:A sediment logical approach

[J]. Water Research, 1980, 14(8): 975-1001.

DOI:10.1016/0043-1354(80)90143-8      URL     [本文引用: 1]

GB 15618—2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)[S].

[本文引用: 1]

GB 15618—2018 Soil environmental quality risk control standard for soil contamination of agricultural land[S].

[本文引用: 1]

国家环境保护局. 中国土壤元素背景值[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 1990.

[本文引用: 1]

National Environmental Protection Agency. Soil background values in China[M]. Beijing: China Environmental Science Press, 1990.

[本文引用: 1]

赵万伏, 宋垠先, 管东兴, 等.

典型黑色岩系分布区土壤重金属污染与生物有效性研究

[J]. 农业环境科学学报, 2018, 37(7):1332-1341.

[本文引用: 1]

Zhao W F, Song Y S, Guan D X, et al.

Pollution status and bioavailability of heavy metals in soils of a typical black shale area

[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2018, 37(7): 1332-1341.

[本文引用: 1]

Liu G N, Wang J, Liu X, et al.

Partitioning and geochemical fractions of heavy metals frogeogenic and anthropogenic sources in various soil partical size fractions

[J]. Geoderma, 2018, 312: 104-113.

DOI:10.1016/j.geoderma.2017.10.013      URL     [本文引用: 1]

GB 2762—2017食品安全国家标准食品中污染物限量[S].

[本文引用: 1]

GB 2762—2017 National food safety standard Maximum levels of contaminants in foods[S].

[本文引用: 1]

NY 861—2004粮食(含谷物、豆类、薯类)及制品中Cu、Zn两种元素限量[S].

[本文引用: 1]

NY 861—2004 Limits of Cu Zn in cereals,legume,tubes and its products[S].

[本文引用: 1]

彭益书. 黔西北土法炼锌区炉渣、土壤与植物系统中重金属分布及迁移研究[D]. 贵阳: 贵州大学, 2018.

[本文引用: 1]

Peng Y S. Distribution and migration of heavy metal among system of the slg, soil and plant in the indigenous zinc smelting area of northwestern Guizhou Province, China[D]. Guiyang: Guizhou University, 2018.

[本文引用: 1]

Zhang Y, Wu Y, Yang A, et al.

Assessment of cadmium content of potato grown in Weining County, Guizhou Province, China

[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2017, 189(5): 226.

DOI:10.1007/s10661-017-5950-2      PMID:28432509      [本文引用: 1]

A total of 54 soil and 54 potato samples have been collected from Weining County to evaluate the accumulation of cadmium in potatoes. The concentrations of the total Cd and the available Cd in the soil samples have been detected. The total concentrations of Cd were from 0.41 to 10.0 mg/kg with an average value of 2.60 mg/kg in soil. The concentrations of available Cd in the soil were 0.07 to 3.47 mg/kg with an average value of 0.59 mg/kg. The concentration of the available Cd showed a good linear positive correlation with the total Cd content in the soil. For the 54 potato samples, the Cd concentrations were from 0.023 to 0.18 mg/kg with an average value 0.083 mg/kg (fresh weight).The bioconcentration factor (BCF) values of Cd in potatoes, based on dry weight, were from 0.02 to 0.96 with an average value 0.24. The uptake of cadmium by plants is dependent on various soil and environmental factors. A regression model to predict the concentration of cadmium in Weining potatoes based on soil properties and elevation was developed. The results showed the elevation and the soil pH played an important role and had a negative influence on the uptake of Cd by potato in Weining County. The mean intake of Cd by adults through consumption of potato from Weining would be 5.9 μg/day, and it is well below the provisionally tolerable daily intake for Cd (70 μg/day).

/

〈 〉

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