凉山州土壤和油菜籽Cd、Cu含量关系及污染评价

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土壤Cd污染的治理方法及解决稻米Cd超标对策

土壤Cd污染的治理方法及解决稻米Cd超标对策

2 Cd污染危害
2.1 对植物的危害
环境中的Cd不是植物生长的必需元素,而是一种潜在性的有毒 重金属元素 。土壤中的Cd离子由植物根部吸收,少量运至上部。据 研究,Cd在植物中各部位的分布情况基本上为根>叶>茎>花、果、籽 粒。Cd在植物组织中含量达到l mg/kg时,就对某些植物产生毒 害,使植物表现出叶色减褪、植物矮化、物候期延迟的症状,导致 植物生物产量下降,甚至死亡。具体表现为:对根部的损伤,抑制 植物水分的吸收,阻碍光合作用和蒸腾作用等。
1.7作物的生理状况
除上述因素影响Cd吸收外,造成植物耗水量增加,根冠比增 大,生长减慢的环境和各种因素都可能造成植物产品重金属浓度增 加。常用的N,P,K化肥对植物吸C土中施3种不同K肥(KCl,K2SO4,KNO3),结果发现,KCl 对水稻吸收Cd有促进作用,而施K2SO4显著降低水稻对Cd的吸收。
土壤Cd污染的治理方法及解决稻米Cd超标对策
1、 Cd污染概述
人类赖以生存的土壤正遭受着重金属的侵害,时刻威胁着人类 健康。重金属污染已成为全球面临的严峻问题之一,其中(cd)Cd因 周期长、移动性大、毒性高、难降解等备受关注。
1、 Cd污染的来源:
土壤中Cd的背景值含量范围为0.01~2 mg/kg,中值为0.35 mg /kg,我国土壤的背景值平均为0.097 mg/kg,略低于日本和英 国。我国各区域的背景总体分布为:西部地区>中部地区>东部地 区;北方地区>南方地区。虽然各地区Cd背景值有较大差异,但一般 情况下土壤中自然存在的Cd不至于对人类造成危害,造成危害的土 壤Cd大都是人为因素引人的。土壤中的Cd污染主要是随着采矿、冶 炼和电镀工业的不断发展而积累的。
根际中分泌物的组成与数量,影响重金属的配合反应特征。例 如根分泌的低分子量有机酸在土壤金属离子的可溶性和有效性方面 扮演着重要角色,一方面在有机酸浓度低时,其促进了重金属在土 壤中的吸附,从而降低了重金属的生物有效性或毒性;另一方面在 有机酸浓度高时,有机酸的存在也可促进土壤吸附态重金属的解 吸,从而提高重金属的毒害性。根际游离的Cd2+如果在根际与分泌 的一些螯合剂形成稳定的Cd2+-螯合物复合体,则其活度将会降低。 同时,根分泌物可以吸附、包埋金属污染物,使其在根外沉淀下 来,从而影响植物对Cd的吸收。

攀西地区主要蔬菜基地土壤重金属含量及评价

攀西地区主要蔬菜基地土壤重金属含量及评价

攀西地区主要蔬菜基地土壤重金属含量及评价
攀西地区主要蔬菜基地土壤重金属含量及评价
摘要:对攀西地区米易县蔬菜基地的土壤进行采样,用原子吸收和石墨炉光谱法分析土壤中Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd、As和Hg 8种元素的含量.蔬菜基地土壤重金属平均含量分别为Cr 68.8 mg/kg、Cu 22.3mg/kg、Ni 27.6mg/kg、Zn 146.2mg/kg 、Pb 31.7 mg/kg 、Cd 0.258 mg/kg、As 10.3mg/kg 、Hg 0.0618mg/kg.根据土壤环境质量标准(GB15618-1995)对检测结果进行了单因子和多因子综合污染指数评价.分析表明调查区内少部分蔬菜基地土壤受到轻度重金属污染,主要污染物为Cd元素,其余重金属元素的含量均在安全警戒线内.作者:周娅杨定清雷绍荣 ZHOU Ya YANG Ding-qing LEI Shao-rong 作者单位:四川省农业科学院分析测试中心,成都,610066 期刊:四川环境 ISTIC Journal:SICHUAN ENVIRONMENT 年,卷(期):2008, 27(2) 分类号:X825 关键词:土壤重金属污染环境质量评价。

川西茶区土壤重金属元素背景值及其评价

川西茶区土壤重金属元素背景值及其评价

川西茶区土壤重金属元素背景值及其评价
采用等离子发*光谱仪ICP-AES对川西茶区29个县市茶园中的243份土壤样本的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb等重金属元素的背景值进行了测定.结果表明:川西茶区土壤中不同重金属元素含量的差异较大,以GB15618-1995和NY5020-2001进行评价,243个取样点茶园土壤中Cd有5个超标样点,超标率为2.1%,他5种元素均无超标点;从单因子污染指数可以看出,各重金属元素对土壤的污染程度依次为Cd>Cr>As>Hg>Cu>Pb,其单因子污染指数均为Pi<1,各地的综合污染指数均为P综<O.7.据此可以认为,川西茶区茶园土壤未受这6种重金属元素的污染,土壤环境质量总体良好.
陈能武,黄苹,CHENNeng-wu,HUANGPing(四川省农科院茶叶研究所,成都,610066)。

菜基地土壤重金属含量及其污染评价.

菜基地土壤重金属含量及其污染评价.

2a09年4月第2期126~131甘肃农业大学学报J烈眼NAL 0F GJ气NSU AGRICULTURAL UNIVERSITY第44卷双月刊郑州郊区蔬菜基地土壤重金属含量及其污染评价沈阿林1,王洋洋1,孙世恺2(1.河南省农业科学院植物营养资源与环境研究所,河南郑州 450002;2.河南农业大学资源与环境学院,河南郑州450002摘要:通过对郑州市郊区的3个蔬菜基地土壤中重金属的调查和采样分析,依据国家土壤环境质量二级标准评价其单项和综合污染指数.结果表明:3个菜区土壤综合污染指数都超过了1.o,等级都超过了警戒线,污染程度为:惠济桥菜区>青寨菜区>铁炉菜区;3个菜区Cd的单项污染指数最高,Cd污染相对最为严重.相关性及主成分分析表明,连年污水灌溉及大量的施肥是导致3个菜区土壤中Cu、Zn、Ni、Cd、Pb 和Cr积累的重要原因之一.关键词:蔬菜基地;土壤;重金属;含量;评价中图分类号:X 53文献标识码:A 文章编号:1003—4315(200902-0126-06Content and pollution evaluation of heavy metal from thevegetable bases so订in ZhengzhouSHEN A—linl,WANG Yang-yan91,SUN Shi—kai2(1.Institute of P1ant Nut—tion and Environmental Resources science,Henan Agricultural Acad咖y of sciences, Zhengzhou 450002,China;2.College of Resource andEnviro啪ent,HenanAgricultural University,Zh印gzhou 450002,ChimAbstI鼍ct:Based on investigation and laboratory test,the content of the heavy metals from the vegetable bases so.1in Zhengzhou suburb were analyzed. The sin91e and comprehensive pollution indexes were evalu— ated according to the national standard for evaluation of soil environmental quality.The results showed that the comprehensivep01lution indexes of three vegetabIe areas were all higher than 1.O,the pollution degree was Huijiqiao>Qingzhai>Tielu;the single p011ution indexe of Cd was the highest in aU of the three areas, this showed that the(强pollution was most serious.The correlation analysis and the principal component plot analysis demonstrated that sewage irrigation and high fertilization were the major course for the accu— mulation of Cu,Zn,Ni,Cd,Pb and Cr.Key woms:vegetable bases;soil;heavy metal;content;evaluation近年来,随着生活水平的不断提高,人们对绿色无公害的蔬菜青睐有加,在数量上和质量上对蔬菜生产都提出了更高的要求.由于蔬菜生产的效益比较高,许多菜农为了获得更高的产量往往投入过量的有机肥和化肥,加之城市规模的不断扩大和乡镇企业的蓬勃兴起和发展,垃圾、污泥等废弃物等不合理的使用,使城市郊区蔬菜基地土壤受到重金属的污染,而重金属通过在蔬菜中的残留和富集进入食物链,严重影响人类健康和生命安全[1剖.河南省郑州市惠济区蔬菜种植面积达8020hm2,占农作物播种面积的55.12%,是郑州市主要蔬菜生产基地.本文通过对郑州市惠济区蔬菜基地重金属进行详细的作者简介:沈阿林(1962一,男,研究员,博士,主要从事植物营养与新型肥料研究. 基金项目:国家科技支撑计划项目(2007BAD87809.收稿日期:2008-06—23;修回日期:2008_09一12第2期沈阿林等:郑州郊区蔬菜基地土壤重金属含量及其污染评价127采样分析与调研,对该菜区田土壤的重金属含量及其污染现状进行研究,以期为今后土壤重金属污染的控制和管理及修复提供科学依据.1材料与方法1.1样品采集与制备由于大部分重金属及其化合物不易聚集在土壤深层,一般在农作物根群较集中的表层土壤含量较高,故采集o~20cm表层土壤进行分析.采用多点取样混合成一个代表样的方法,每个代表样最终取样l kg.从2006年5月10日到2007年9月19日选取在惠济区最主要的3个菜区,即惠济区大河路办事处的惠济桥村和铁炉村以及迎宾路办事处的青寨村 3个典型菜区,根据不同的种植模式和种植时间采集21个菜园土壤样品.土壤样品采回后,立即混匀, 经风干、粉碎、过筛后待测.1.2重金属含量分析测定及评价标准分析项目为铜(Cu、锌(Zn、铅(Pd、镉(Cd、铬(cr和镍(Ni.土壤中重金属全量的测定采用三酸消化法浸提制样[6|,用等离子光谱法(ICP测定待测液中重金属含量[63:土壤评价标准采用 GB5618—1995《土壤环境质量标准》中的二级标准,采用单项污染指数法和综合污染指数法来评价土壤重金属污染状况,聚类分析评价惠济区土壤重金属含量特征,主成分分析评价重金属之间的相互关系.2结果与分析2.1供试菜区土壤重金属含量水平+由表1可以看出,郑州市惠济区蔬菜基地土壤重金属含量差异较大,变异系数在4.99%~47.52%之间,Zn的含量在33.06~130.74mg・kg_1之间,平均含量为54.43mg・kg~,变异系数为 41.10%;Cu的含量在8.49~35.91mg・kg_1之间,平均为15.30mg・kg~,变异系数为45.02%; Cd的含量在O.67~3.14mg・kg-1之间,平均为1.05mg・kg~,变异系数为29.50%;Cr的含量在41.65763.39mg・kg_1之间,平均为47.71mg・kg-1之间,变异系数为10.49%;Pb的含量在5.23~37.39mg・kg_1之间,平均为8.71mg・kg~,变异系数为47.52%;Ni的含量在13.85~20.66mg・k矿1之间,平均为15.43mg・kg~,变异系数为4.99%.据已有的研究报道,菜区土壤重金属含量受施肥,特别是大量有机肥与化肥混施影响较大[川.表l郑州市惠济区蔬菜地重金属平均含量Tab.1Averagecontentsof heavy metals in vegetable so订in Hu巧i of Zhengzhoumg・kg一12.2供试菜区重金属污染现状评价通常应用单项污染指数(只和综合污染指数(PN来表征土壤污染的程度.驴曼式中P为i污染物的污染指数,C为i污染物的实测值,S为i污染物的评价标准.当单项污染指数只<1时为未污染,Pi>1时为污染.PN一一毕式中:P砰均和P诹大分别是平均单项污染指数和最大单项污染指数.综合污染指数主要反映各污染物对土壤的作用,同时突出高浓度污染物对土壤环境质量的影响,可按内梅罗污染指数法划定污染等级[1州,评价标准见表2.运用单因子污染指数法和综合污染指数法对供试的3个菜区土壤重金属污染程度进行评价,由表 3所示结果可以看出,Cd的单项污染指数在3个菜区中都是最高,表明Cd污染相对严重.3个菜区土甘肃农业大学学报壤综合污染指数都超过了1.o,污染等级都超过了警戒线,其中铁炉菜区土壤重金属污染水平达到了轻度污染,并接近中度污染;青寨菜区土壤重金属污染水平达到了中度污染,接近重度污染;而惠济桥菜区土壤重金属污染水平已经达到了重度污染水平, 这可能与惠济桥菜区污灌时间较长有关‘1卜12].表2土壤综合污染指数评价标准Tab.2Comprehensive appraisement grade standard采样地点单项污染指数平均污染最大污染Zn Cu Cd Cr Pb Ni 指数指数综喜鋈染评价结果2.3郑州市惠济区土壤重金属污染聚类分析评价聚类分析是依照事物的数值特征,来观察各样品之间的亲疏关系,而样品之间的亲疏关系则由样品之间的距离来衡量,一旦样品之间的距离定义之后,则把距离近的样品归为同一类.聚类分析评价用在评价土壤环境重金属含量特征中,尤其是进行元素间或区域间环境质量的比较研究时,能显示出更 ZnCoCuNiPhcd 为直观的功能.采用sPSS软件中的群集分析功能对郑州市惠济区土壤中的6种重金属污染指数进行了Q型聚类分析[13|.由图1可见,6种重金属共分为2组,第1组包括Zn、Cr、Cu、Ni和Pb,它们具有共同的污染指数特征,即其污染指数都较小;第2组包括Cd,它的污染指数最大.图l郑州市惠济区蔬菜地土壤中6种重金属污染指数系统树状聚类图Fig.1Clustering tree of p01lution indexsyst咖of six kinds of so订heavy metals in Hu巧i of Zhengzhou2.4重金属各元素相关性分析 Zn与Cd之间呈显著水平,这与吴泓涛‘153研究的研究重金属元素之间的相关性有利于掌握和了解各重金属元素的分布情况.在自然界中,单种重金属污染虽有发生,但大多是几种金属元素同时污染的复合污染.由表4可以看出,Cu与Zn呈极显著相关,这与Chen等[14]报道美国佛州土壤中Cu 与Zn 之间的相关性达到了极显著水平相符;Cu与zn具有相似的离子半径,它们在形成污染物时具有相似的程序和过程,故而易于出现极显著的相关水平; Zn与Cd之间具有极显著的相关水平不同;Cu与 Cd之间具有显著的相关性,这也与很多学者的研究结果相符[捧19].Ni、Pb与Cu、Zn、Cr、Cd的相关性也较显著,说明这几种元素存在着复合污染的可能. 2.5郑州市惠济区土壤重金属主成分分析评价为了进一步揭示重金属之间的相互关系,本研究进行了主成分分析.主成分分析作为一种用来辅助数据分析的统计方法,可进一步对数据进行详细第2期沈阿林等:郑州郊区蔬菜基地土壤重金属含量及其污染评价 129解释.由表5和表6所示的特征值和特征向量累计贡献率可知,第一主成分的特征值为3.716,它解释了总变异量的61.937%;第二主成分的特征值为 1.127,它解释了总变异量的18.78%,前2个特征值均大于1,累积贡献率为80.717%;由于第三个主成分的特征值接近于1,且贡献率与第二主成分十分相近,根据贡献率大于85%的原则[20。

利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级

利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级

利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级土壤重金属污染对人类健康和环境造成了严重影响,因此对土壤重金属污染程度的评价和监测就显得尤为重要。

单因子污染指数(I)和内梅罗综合指数(PI)是评价土壤重金属污染程度的常用方法。

本文将就如何利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级进行介绍和讨论。

单因子污染指数是指根据污染物(在这里是土壤重金属)的含量与相应的环境质量标准进行比较,通过计算得出的污染指数。

其计算公式为:I = Cn/ PnI为单因子污染指数,Cn为污染物n的浓度,Pn为污染物n的环境质量标准。

接下来,内梅罗综合指数是将各个重金属的单因子污染指数综合起来,用来综合评价土壤重金属的污染程度。

其计算公式为:PI = ∑(Wi*Ii)PI为内梅罗综合指数,Wi为各个重金属的权重,Ii为各个重金属的单因子污染指数。

在利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级时,一般还需按照相关标准对污染程度进行分级。

根据《土壤污染环境质量评价标准》(GB15618-1995)的相关规定,对土壤重金属的污染程度可分为轻度、中度、重度和严重污染四个等级。

下面,我们以某地区土壤中重金属镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和铜(Cu)的含量为例,介绍如何利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级的具体步骤。

步骤一:计算各个重金属的单因子污染指数。

假设该地区土壤中Cd、Pb、Cr和Cu的含量分别为2mg/kg、10mg/kg、20mg/kg和50mg/kg,而其环境质量标准分别为0.3mg/kg、35mg/kg、50mg/kg和150mg/kg。

则各重金属的单因子污染指数分别为:I(Cd) = 2/0.3 = 6.67I(Pb) = 10/35 = 0.29I(Cr) = 20/50 = 0.4I(Cu) = 50/150 = 0.33步骤二:计算各个重金属的内梅罗综合指数。

云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价

云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价

云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价阮彦楠1,2,吕本春1,王志远1,王应学1,王伟1,陈检锋1,尹梅1,陈华1,付利波1∗(1.云南省农业科学院农业环境资源研究所,云南昆明650205;2.昆明学院,云南昆明650214)摘要㊀[目的]了解云南某区典型农田土壤重金属污染情况㊂[方法]通过对云南某区典型重金属污染农田土壤进行取样调查,分析土壤中重金属Cd ㊁As ㊁Pb ㊁Cu ㊁Zn ㊁Cr 和Hg 含量,并采用主成分分析㊁相关性分析㊁单因子污染指数法㊁内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法结合GIS 插值来评价土壤重金属污染情况㊁来源和潜在风险㊂[结果]研究区农田土壤中Cd ㊁As ㊁Cu ㊁Zn 和Hg 含量高于云南省土壤背景值,且Cd ㊁As ㊁Cu 含量在不同深度均高于‘土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)“(GB 15618 2018)中的风险筛选值,部分表层土壤样品中Cd ㊁As ㊁Cu ㊁Zn 含量超标,重金属超标率顺序为Cu>Cd>As>Zn>Pb =Cr =Hg ㊂Cd ㊁Pb 和Cr 在研究区表层土壤中空间分布相似,其含量分布表现为研究区域从东向西逐渐下降㊂As 与Zn 高值区主要分布在研究区的西南部,Cu 含量空间分布呈西北高㊁东南低,而Hg 在土壤中分布不均匀㊂单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价结果表明,农田土壤受到Cd ㊁As ㊁Cu 污染,其中Cu 污染程度最为严重且研究区重金属总体水平处于中度污染程度㊂潜在生态危害指数法评价结果表明,Cd 是主要的生态风险因子,以中等生态风险危害为主,当地土壤重金属污染处于轻度潜在生态危害程度㊂主成分分析和相关性分析表明,Pb 和Cr 主要来自成土母质,Cd 以及部分Pb 与Cr 可能来源于污灌,As 和Zn 可能与工业废气排放有关,Cu 可能来自有机肥料,而Hg 可能是由于重金属粉尘的大气沉降导致的㊂[结论]云南某区典型农田土壤存在重金属污染,Cu 污染程度最为严重,但Cd 危害程度最大㊂关键词㊀农田土壤;重金属;来源;污染;潜在生态风险中图分类号㊀X 825㊀㊀文献标识码㊀A㊀㊀文章编号㊀0517-6611(2023)21-0065-08doi :10.3969/j.issn.0517-6611.2023.21.016㊀㊀㊀㊀㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID):Pollution and Potential Ecological Risk Assessment of Heavy Metal in Typical Farmland Soil in a Certain Area of Yunnan Province RUAN Yan-nan 1,2,LÜBen-chun 1,WANG Zhi-yuan 1et al㊀(1.Institute of Agricultural Environment and Resource,Yunnan Academy of Agricultural Sciences,Kunming,Yunnan 650205;2.Kunming University,Kunming,Yunnan 650214)Abstract ㊀[Objective]To understand the heavy metal pollution of typical farmland soil in a certain area of Yunnan Province.[Method]The contents of heavy metals such as Cd,As,Pb,Cu,Zn,Cr and Hg in typical heavy metal contaminated farmland soils in a certain area of Yunnan Province were investigated;the principal component analysis,correlation analysis,individual pollution index,Nemerow comprehensive pollution index and potential ecological hazard index were used in combination with GIS interpolation to evaluate the status,sources and potential risks of heavy metal pollution in soils.[Result]The contents of Cd,As,Cu,Zn and Hg in the farmland soil of the study area were higher than the soil background values of Yunnan Province,and the contents of Cd,As and Cu at different depths were higher than the risk screening values in the Agricultural Land Pollution Risk Control Standard for Soil Environmental Quality (Trial Implementation)(GB 15618-2018).The contents of Cd,As,Cu and Zn in some surface soil samples exceeded the national standard,and the exceeding rate of heavy metals was in the order of Cu >Cd>As>Zn>Pb =Cr =Hg.The spatial distributions of Cd,Pb and Cr in the surface soil of the study area were similar,and their content distri-butions showed that the contents of these metals gradually decreased from east to west in the study area.The high values of As and Zn were mainly distributed in the southwest of the study area,the spatial distribution of Cu content was high in the northwest and low in the southeast,while Hg was unevenly distributed in the soil.The results of single pollution index and Nemerow comprehensive pollution index showed that farmland soil was polluted by Cd,As and Cu,Cu pollution was the most serious and the overall level of heavy metals in the study area was in the moderate degree.Potential ecological risk assessment indicated that Cd was the main ecological risk factor,with medium ecological risk as the main hazard,and the heavy metal pollution in local soil was at a mild potential ecological hazard degree.The principal component analysis and correlation analysis showed that Pb and Cr were mainly from parent materials.Cd and some Pb and Cr might come from sewage irrigation,As and Zn might be related to industrial waste gas emission,Cu might come from organic fertilizer,and Hg might be caused by atmospheric dep-osition of heavy metal dust.[Conclusion]There existed heavy metal pollution in typical farmland soils in a certain area of Yunnan Province,where Cu was the most seriously polluted,but Cd was the most harmful.Key words ㊀Farmland soil;Heavy metal;Source;Pollution;Potential ecological risk基金项目㊀国家绿肥产业技术体系昆明综合试验站项目(CARS -22-Z -14);国家重点研发计划项目(2021YFD1700205);昆明市农业农村局基金项目 种植制度优化与生物综合调控技术模式攻关研究 ㊂作者简介㊀阮彦楠(1999 ),男,云南昆明人,硕士研究生,研究方向:内生菌及重金属生物修复㊂∗通信作者,研究员,从事绿肥产业体系和农田土壤生态研究㊂收稿日期㊀2022-10-27㊀㊀我国首次土壤污染状况调查结果显示,污染土壤的重金属超标率达到16.1%,Cd㊁Cu㊁Hg㊁As㊁Pb㊁Cr 和Zn 等重金属元素均呈现不同程度超标[1]㊂随着过量的重金属进入土壤中,土壤的生产力和粮食安全也随之下降[2]㊂重金属通过食物链在生物体内富集,将不可避免地对人类和生态系统构成威胁[3]㊂据调查,由于采矿活动造成了150万hm 2受污染的荒地,而这些荒地正在以46700hm 2/a 的速度增加[4]㊂目前,随着可耕地面积越来越少,这些污染的农田不断被用于农业生产,农田土壤作为农业生产中不可或缺的部分,在农业生态系统中发挥物质和能量交换的重要作用,探明其重金属污染情况㊁来源和潜在风险对于云南某区农田土壤重金属污染的防治具有重要意义㊂云南某区矿产资源丰富,目前探明的矿产资源主要有Cu㊁Fe㊁Pb 等[5]㊂矿产在开采过程中会产生了大量的尾矿,其中含有一定量的Cd㊁Pb㊁Cu㊁Ni 和Zn 等重金属,这些重金属往往以氧化物和硫化物等有毒物质的形式存在,然后通过风化过程释放到土壤环境中,对矿区周围农田造成严重污染的同时对附近的居民造成潜在的健康风险[6]㊂许多研究也报告了尾矿泄漏而造成的重金属污染事件,如梁雅雅等[7]通安徽农业科学,J.Anhui Agric.Sci.2023,51(21):65-72㊀㊀㊀过对广东省某铅锌尾矿库周边农田土壤重金属污染状况分析发现,部分土壤样品的重金属含量超过土壤环境质量标准二级标准值;Xiao 等[8]对陕西省潼关矿区周边农田土壤分析发现,谷物和蔬菜中的Hg 和Pb 含量超过了食品安全标准;张浩等[9]对洛阳市西南部某铅锌尾矿库山林区㊁生活区㊁农田区表层土壤和农田区8种重金属含量分析发现,农田区Pb㊁Zn㊁Cr㊁Cd 和As 平均含量均高于土壤风险筛选值㊂但目前来说,对于几年前云南某区矿区废水排放进入小江流域对沿岸农田土壤重金属污染的研究还鲜有报道㊂因此,有必要对云南省某区典型农田土壤的重金属污染程度进行评价㊂该研究以云南某区典型农田土壤为研究对象,采用主成分分析㊁相关性分析㊁单因子污染指数法㊁内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法结合GIS 插值来评价土壤重金属Cd㊁As㊁Pb㊁Cu㊁Zn㊁Cr 和Hg 污染情况㊁来源和潜在风险,以期为研究区重金属污染农田的安全利用和整治提供科学参考㊂1㊀材料与方法1.1㊀研究区概况㊀研究区位于云南省东北部某区,地处云贵高原边缘,川滇经向构造带与华夏东北构造带结合过渡部位,属于亚热带高原季风气候,年平均气温为14.9ħ,年降水量1000.5mm,降雨主要集中在5 9月㊂目前,当地主要农作物为水稻㊂1.2㊀样品采集㊀为了解农田土壤重金属垂直分布,于2020年6月采集剖面土壤样品,在研究区域内随机选取18个采样点,每个采样点从地面向下垂直挖60cm,并分别从0~20㊁20~40㊁40~60cm 进行采集,共54个土壤样品,采集土壤样品时,为了减少不均匀性和不确定性,对每个采样点采用10m ˑ10m 内 梅花形 布设5个子样点,每个子样点在不同层次采集土壤样品,充分混合后利用四分法选取约1kg 土壤样品,并挑去土壤样品中的石子和植物残体等异物后,装入洁净自封塑料袋内㊂采样点分布见图1㊂图1㊀研究区采样点分布Fig.1㊀Distribution of sampling points in the study area1.3㊀样品处理与分析㊀土壤样品置于阴凉处自然风干后研磨,过20目㊁100目尼龙筛㊂土壤pH 测定时将水㊁土以体积比为2.5ʒ1混合后用pHS -3C 型酸度计测定[8]㊂重金属Cd㊁Pb㊁Cu㊁Zn 和Cr 采用HCl -HNO 3-HClO 4-HF 混合酸消解,消解后样品采用原子吸收分光光度计(AA -6880F /AAC)测定㊂重金属As㊁Hg 采用HCl -HNO 3混合酸消解,使用原子荧光分光光度计(AFS -2100)测定㊂消解的样品每10个土样做一个平行并加入空白样和国家标准样品(GBW07456)进行质量分析控制,质控样测定均值和偏差都在规定要求范围内,平行样测定含量相对偏差均在10%以内[10]㊂为保证精度,试验中所有玻璃器皿均利用10%硝酸浸泡一夜,然后用去离子水清洗干净㊂试验中所用试剂均为优级纯㊂1.4㊀耕地土壤重金属污染评价方法1.4.1㊀单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法㊂单因子污染指数法是以污染物的环境质量标准为基准的一种评价方法,该方法针对单一重金属污染因子进行评价,不能反映多个污染因子导致的整体污染水平[11],表达式如下:P i =C i /S i(1)式中:P i 为i 重金属元素的污染指数;C i 为重金属含量实测值(mg /kg);S i 为污染物i 的评价标准(国家风险筛选标准值),mg /kg㊂P i ɤ1.0时表示样品未受污染,P i >1.0时表示样品受到污染,其P i 值越大说明样品受污染的程度越高㊂当土壤同时被多种重金属污染时,需要将单因子污染指数按一定方法综合运用进行评价㊂内梅罗综合污染指数法就是将单因子污染指数的平均值和最大值归纳到一起进行综合污染评价的方法[12-13],表达式如下:P N =P 2i ave +P 2i max2(2)式中:P N 为综合污染指数;P i max 为土壤重金属元素中污染指数P i 的最大值;P i ave 为土壤重金属元素中污染指数P i 的平均值㊂P N ɤ0.7时土壤样品为清洁,0.7<P N ɤ1.0时土壤样品尚为清洁,1.0<P N ɤ2.0时为轻度污染,2.0<P N ɤ3.0时为中度污染,P N >3.0时为重度污染㊂1.4.2㊀潜在生态危害指数法㊂潜在生态危害指数法是1980年瑞典科学家Hakanson 提出,评价重金属污染程度和潜在生态危害的一种方法[14]㊂这种方法除了考虑重金属的含量之外,还考虑了污染物的类型㊁浓度㊁毒性水平和环境响应[15]㊂采用具有可比的㊁等价指数分级法进行评价,表达式如下:RI = E i = (T i ˑP i )(3)式中:RI 是研究区多种重金属综合潜在生态危害指数;E i 是单一金属元素i 的潜在生态危害系数;T i 是金属元素i 的毒性系数,瑞典科学家Hakanson 制定的标准化重金属毒性系数从小到大依次为Zn(1)<Cr(2)<Cu(5)=Ni(5)=Pb(5)<As(10)<Cd(30)<Hg(40)[14];P i 是金属元素i 的单因子污染指数㊂潜在生态危害指数可分为5个等级,见表1㊂1.4.3㊀评价标准㊂研究区土壤重金属评价标准参考‘土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)“(GB15618 2018)[16]与云南省土壤背景值[17]㊂1.5㊀数据分析处理㊀利用Microsoft Excel 2010和SPSS 10.0软件对试验数据进行统计分析,采用GIS 插值方法分析重金属污染状况和空间分布定位,同时使用ArcGIS 10.1完成空66㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年间插值图㊂表1㊀重金属潜在生态风险分级标准Table1㊀Classification criteria for potential ecological risk of heavy metals级别Grade E i 污染程度Pollutiondegree RI污染程度Pollutiondegree1E i<40轻度RI<150轻度240ɤE i<80中等150ɤRI<300中等380ɤE i<160较强300ɤRI<600较强4160ɤE i<320很强RIȡ600很强5E iȡ320极强2㊀结果与分析2.1㊀剖面土壤2.1.1㊀剖面土壤重金属含量分析㊂由表2可知,研究区土壤pH随着土壤深度的增加而增加,整体属于碱性土壤㊂重金属Cd㊁As㊁Cu含量在土壤不同深度均高于‘土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)“(GB15618 2018)中的风险筛选值㊂相比之下,Pb㊁Zn㊁Cr和Hg含量则均未超过风险筛选值,表明重金属Pb㊁Zn㊁Cr和Hg在土壤中不会对食品安全构成威胁㊂而重金属Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg含量在不同深度均显著高于云南省土壤背景值㊂在0~20cm的表层土壤中,Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg含量分别是土壤背景值的6.09㊁1.71㊁7.79㊁1.89㊁5.78倍;20~40cm的中层土壤中,Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg含量分别是土壤背景值的4.82㊁1.62㊁8.12㊁1.76㊁3.55倍;40~60cm的底层土壤中,Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg 含量分别是土壤背景值的7.00㊁1.44㊁8.90㊁1.68㊁5.40倍㊂而只有重金属Pb和Cr含量在不同深度均未超过土壤背景值㊂说明重金属Cd㊁As㊁Cu㊁Zn㊁Hg是研究区土壤的主要污染物,而Pb和Cr在不同深度土壤中累积含量较低㊂表2㊀各深度土壤重金属含量Table2㊀Contents of heavy metals in different depths of soil土层深度Soil depthʊcm pH Cd mg/kg As mg/kg Pb mg/kg Cu mg/kg Zn mg/kg Cr mg/kg Hg mg/kg 0~208.22 1.3431.5221.96360.61187.0059.150.347 20~408.31 1.0629.8219.27375.89173.5653.160.213 40~608.35 1.5426.4919.58412.17165.8953.850.324 GB15618 2018筛选值GB15618 2018screening value>7.50.820240100300350 1.0云南省背景值Backgroundvalue of Yunnan Province 0.2218.440.646.398.765.20.062.1.2㊀剖面土壤重金属垂直迁移分布特征㊂由表2可知,除As㊁Zn含量随土壤深度增加而降低,Cu含量随土壤深度的增加而增加,其余重金属Cd㊁Pb㊁Cr和Hg含量随土壤深度增加先降低后升高,说明研究区重金属大部分不仅来源于底层土壤母质,还在表层土壤中富集㊂这与史锐等[18]的研究结果一致,可能是由于中层土壤通透性较好,而深层土壤密度大㊁保水性好的情况下,重金属的垂直分布会出现先降低后升高的趋势㊂但与窦韦强等[19]㊁郑影怡等[20]㊁Mapanda 等[21]通过土壤垂直分布迁移发现Cd㊁Pb㊁Cu等重金属大部分在表层土壤富集的结论不一致,这可能是由于土壤母质和土壤理化性质共同作用下,使得底层土壤重金属含量高㊂研究区重金属As主要富集在土壤表层且随土壤深度增加而降低,在土壤中表现出高迁移能力㊂一般而言,重金属在土壤中表现出高迁移率,其迁移率和到达的深度取决于其总含量和土壤理化性质,如土壤pH㊁黏土含量和土壤有机质含量等[8]㊂而该研究区域中As高迁移能力可能就是由于土壤pH较高的原因㊂2.2㊀表层土壤2.2.1㊀表层土壤重金属含量分析㊂由表3可知,研究区表层土壤重金属含量存在较大差异㊂Cd㊁As㊁Pb㊁Cu㊁Zn㊁Cr和Hg含量分别为0.58~2.90㊁17.10~55.90㊁2.09~55.80㊁117.00~ 851.00㊁136.00~410.00㊁32.50~90.70㊁0.07~0.75mg/kg,其平均值分别为1.34㊁31.52㊁21.96㊁360.61㊁187.00㊁59.15㊁0.35mg/kg㊂部分表层土壤样品中Cd㊁As㊁Cu㊁Zn含量高于风险筛选值,重金属超标率顺序为Cu(100.00%)>Cd(83.33%)> As(66.67%)>Zn(5.56%)>Pb(0.00%)=Cr(0.00%)=Hg (0.00%),表明研究区域的表层土壤存在不同程度Cd㊁As㊁Cu㊁Zn超标现象㊂而与云南省土壤背景值相比,表层土壤重金属超标率顺序为Cu(100.00%)=Cd(100.00%)=Zn (100.00%)=Hg(100.00%)>As(83.33%)>Cr(33.33%)> Pb(11.11%),表明人类活动已经导致研究区农田土壤中重金属Cu㊁Cd㊁Zn㊁Hg㊁As㊁Cr和Pb的含量升高㊂表3显示,Cd㊁As㊁Pb㊁Cu㊁Zn㊁Cr和Hg变异系数(CV)分别为46.27%㊁49.11%㊁74.45%㊁57.81%㊁31.55%㊁32.76%㊁62.86%,根据变异系数分类,Zn㊁Cr具有中度变异(15%<CV< 36%),而Cd㊁As㊁Pb㊁Cu和Hg具有高度变异(CV>36%)[22]㊂这种空间异质性是人类活动(如采矿和冶炼活动以及与之相关的废物排放)的典型指标[23]㊂有研究表明,受自然来源影响的重金属变异系数相对较低,而受人为来源影响的重金属变异系数相对较高[24]㊂可以看出,Zn和Cr变异系数低于其他重金属,表明不同的采样点Zn和Cr含量变化差异较小㊂说明重金属Cr更多与自然来源有关㊂2.2.2㊀表层土壤重金属空间分布特征㊂通过利用ArcGIS 10.1中的反距离权重法(IDW)对表层土壤中不同重金属含量空间分布进行研究,IDW是一种地理空间插值技术,可以预测样本点周围位置的变量值㊂由图2可知,重金属Cd㊁Pb 和Cr在研究区表层土壤中分布相似,其含量空间分布均表现为研究区域从东向西逐渐下降㊂这与位于研究区域东部7651卷21期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀阮彦楠等㊀云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价小江流域有关,由于河流在流经研究区域周围时,水流会从沿岸慢慢向四周土壤渗透㊂在渗透的过程中,水中可溶性重金属通过与土壤基质的吸附-解吸反应迁移到土壤中㊂此外,含有重金属的矿石也会以颗粒或悬浮物的形式直接随着水流进入土壤[25],使得水流所携带的重金属等污染物会在土壤中不断沉积,因此靠近河流的采样点重金属元素含量偏高,其中Pb 和Cr 均未超过国家标准㊂As㊁Zn 高值区主要分布在研究区的西南部,而低值区则处于东北部;这与当地主导风向为西南风有关,由于B 村工厂中工业废气的无组织排放,随着大气扩散在农田土壤中沉降,从而增加土壤中重金属含量,随着距离越远,土壤中重金属含量越低,因此靠近B村的采样点As㊁Zn 含量较高㊂参照于国家土壤环境质量二级标准,研究区中Cu 含量整体较高,所有区域采样点Cu 含量均处于受污染状态,且部分区域污染状态较为严重,Cu 含量空间分布呈西北高㊁东南低;这是由于A 村中养殖场中养殖废水大多被用于污水灌溉,动物粪便被用于有机肥施入农田[26],因此靠近A 村的采样点Cu 含量较高㊂而Hg 在土壤中分布不均匀,与其他重金属分布不相同,呈明显的点状分布;这与位于研究区域中心高速路段有关,由于该高速路段南北横贯研究区,研究区域采样点容易受到汽车尾气和粉尘所携带的重金属污染,且所有采样点与高速路段的距离相近,因此采样点中重金属Hg 呈不均匀的点状分布㊂表3㊀表层土壤重金属含量统计描述Table 3㊀Descriptive statistics of heavy metal content in the soil项目ItempH Cd mg /kg As mg /kg Pb mg /kgCu mg /kgZn mg /kg Cr mg /kg Hg mg /kg 最小值Minimum 8.390.5817.10 2.09117.00136.0032.500.07最大值Maximum 7.99 2.9055.9055.80851.00410.0090.700.75均值Mean 8.22 1.3431.5221.96360.61187.0059.150.35中位值Median 8.26 1.1523.8521.95337.50174.0052.250.28标准偏差SD0.120.6215.4816.35208.4658.9919.380.22背景值Background valueʊmg /kg0.2218.440.646.398.765.20.06超标率Exceeding standard rateʊ% 100.0083.3311.11100.00100.0033.33100筛选值Screening valueʊmg /kg>7.50.8202401003003501.0超标率Exceeding standard rateʊ%83.3366.670.00100.00 5.560.000.00变异系数CVʊ%1.4646.2749.1174.4557.8131.5532.7662.86图2㊀研究区重金属空间分布Fig.2㊀Spatial distribution of heavy metals in the study area86㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年2.3㊀表层土壤重金属污染评价㊀由图3可知,从7种重金属单因子污染指数(P i )来看,Cd㊁As 和Cu 污染指数P i 范围较大,而Pb㊁Zn㊁Cr 和Hg 污染指数P i 范围相对较小㊂7种重金属P i 平均值从大到小依次为Cu(3.61)>Cd(1.67)>As(1.58)>Zn(0.62)>Hg(0.35)>Cr(0.17)>Pb(0.09),其中Cu㊁Cd㊁As 的P i 均大于1.00,其他4种重金属P i 均小于1.00,且土壤中Cu 的P i 超过3.00,表明研究区的土壤在受到Cd 和As 不同程度污染的同时也受到Cu 的严重污染㊂从综合污染指数(P N )结果来看,P N 为1.85~6.14,平均值为2.95,达到重度污染(P N >3.0)的比例占38.89%;表明研究区污染较为严重,总体污染水平处于中度污染等级㊂从7种重金属潜在生态危害系数(E i )平均值来看,从大到小依次为Cd (50.15)>Cu (18.03)>As (15.76)>Hg(13.88)>Zn (0.62)>Pb(0.46)>Cr(0.34),且Cd 潜在生态风险程度轻度㊁中等㊁较强分别占总样品数的16.66%㊁55.56%㊁27.78%,以中等生态风险危害为主,故Cd 是最主要的生态风险因子㊂这一方面与Cd 的毒性系数较大有关,另一方面因为所调查的土壤样品中Cd 的浓度普遍较高㊂其次是Cu,其潜在生态风险程度轻度㊁中等占总样品数的94.44%㊁5.56%,以轻度生态风险危害为主㊂而As㊁Pb㊁Zn㊁Cr㊁Hg 皆以轻度生态风险危害为主,且均占总样品数的100.00%㊂由表2可知,As 的各土壤深度含量(26.49~31.52mg /kg)已经超过GB 15618 2018受污染的临界值,但其生态危害程度较轻(E i =15.76),其原因可能是由于有些重金属元素虽然在表层土壤富集程度较高,但由于其具有亲颗粒性,容易被其他颗粒物迁移进入土壤中矿化埋藏使他们对生物的毒性降低[27]㊂从潜在生态风险指数(RI)来看,RI 平均值为99.2,属于轻度生态风险污染㊂总体来说,研究区土壤生态危害程度虽然较轻,但单一重金属的污染仍需引起重视㊂从图4可以看出,Cd 和Cu 的生态危害分布与研究区表层土壤重金属空间分布特征相似,RI 的生态危害分布与Cd 生态危害分布相似㊂说明重金属在空间上分布特征直接影响了其生态危害分布,而Cd 的生态危害直接影响RI 的生态危害分布㊂证实上文中Cd 是最主要的生态风险因子,其潜在生态危害系数E i 平均值最大(E i =50.15)㊂综上所述,重金属Cu 污染程度最为严重(P i =3.61),且Cd 危害程度最大(E i =50.15)㊂图3㊀研究区土壤重金属单因子污染指数(P i )㊁综合污染指数(P N )和潜在生态危害指数(RI )评价结果箱式图Fig.3㊀Box plots of single pollution index (P i ),Nemerow synthesis pollution index (P N ),and potential ecological hazard index (RI )for heav-y metals of soil in the studyarea图4㊀土壤重金属污染的潜在生态危害分布Fig.4㊀Potential ecological hazard distribution of heavy metal pollution in soil2.4㊀表层土壤重金属元素相关性和主成分分析㊀相关性分析常用于识别多个变量之间的关系,从而有助于理解影响因素以及化学成分的来源[28],该研究利用Pearson 相关分析得出7种重金属相关系数㊂由表4可知,Cd 与Pb㊁Cd 与Cr㊁Pb 与Cr㊁As 与Zn 含量之间均呈显著正相关(P <0.05)㊂Zhao 等[29]研究表明,土壤中重金属之间的强正相关可能反映了9651卷21期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀阮彦楠等㊀云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价这些重金属具有相似的污染水平和相似的污染源㊂所以Cd 与Pb㊁Cr之间可能来自同一污染源,As与Zn来自另一相同的污染源㊂而Hg与Cd㊁As㊁Pb㊁Cu㊁Zn㊁Cr无显著相关性,说明Hg可能有与其他重金属不同的污染源㊂这与Cai等[30]和Liu等[31]的试验结果相似,因为与其他重金属不同,土壤表面积累的Hg可以释放到空气中,并在土壤和空气之间广泛交换,远距离迁移[32]㊂因此,表层土壤中Hg的来源可能会不同于研究区的其他元素㊂表4㊀表层土壤重金属的相关性分析Table4㊀Correlation analysis of heavy metals in topsoil元素Element Cd As Pb Cu Zn Cr Hg Cd1㊀As-0.3071㊀Pb0.559∗-0.1291㊀Cu0.127-0.744∗∗0.0081㊀Zn-0.0490.541∗-0.191-0.3651㊀Cr0.475∗-0.530∗0.490∗0.292-0.2951㊀Hg-0.4380.457-0.284-0.4570.230-0.4321㊀注:∗∗表示在0.01水平上显著;∗表示在0.05水平上显著㊂㊀Note:∗∗indicates significant at0.01;∗indicates significant at0.05level.㊀㊀主成分分析作为最有效的多元分析方法之一,被广泛用于减少数据和提取少量独立因素(主成分)来分析变量之间的关系㊂它的结果很容易解释为最终得分和加载图,以便进行目视检查[33-34]㊂有研究发现,同一主成分上负荷较高的金属可能具有相同的来源[35]㊂从表5~6可以看出,7种重金属主成分分析发现前2个主成分(PC1㊁PC2)的累计方差贡献率达66.670%㊂PC1的主要成分载荷包括As㊁Zn和Hg,累计方差贡献率为45.294%;As(0.895)㊁Zn(0.672)在PC1有较高的载荷,而Hg(0.515)在PC1有中等载荷㊂PC2的主要成分载荷包括Cd㊁Pb㊁Cr,累计方差贡献率为21.376%;Cd (0.847)㊁Pb(0.848)和Cr(0.688)均在PC2有较高的载荷㊂表5㊀重金属主成分分析的总方差解释Table5㊀Interpretation of total variance for principal component analysis of heavy metals成分Component初始Initial特征值Eigenvalue方差Variance%累计方差Cumulativevarianceʊ%提取载荷平方和Extract the sum of squared loads特征值Eigenvalue方差Variance%累计方差Cumulativevarianceʊ%旋转载荷平方和Rotating load sum of squares特征值Eigenvalue方差Variance%累计方差Cumulativevarianceʊ%1 3.17145.29445.294 3.17145.29445.294 2.45535.06535.0652 1.49621.37666.670 1.49621.37666.670 2.21231.60566.670 30.82311.75378.42340.5247.48385.90650.447 6.38692.29260.382 5.46197.75370.157 2.247100.00表6㊀重金属主成分分析的成分矩阵Table6㊀Composition matrix for principal component analysis of heavy metals元素Element初始InitialPC1PC2旋转后RotatingPC1PC2 Cd0.6140.589-0.0790.847 As-0.8210.4180.895-0.221 Pb0.5240.6680.0400.848 Cu0.666-0.562-0.8710.010 Zn-0.5560.3850.672-0.072 Cr0.7610.251-0.4110.688 Hg-0.716-0.0410.515-0.499㊀㊀基于相关性分析㊁主成分分析的结果,可以将重金属元素的来源分为4组㊂第一组重金属元素包括As和Zn,两者之间呈显著正相关(表4),且皆在PC1上有较高的载荷(表6),在表层土壤中空间分布相似(图3),同时As与Zn在土壤中均值含量高于土壤背景值(表3)㊂分析重金属在表层土壤中空间分布发现土壤中As和Zn受到工业废气无组织排放沉降的影响,如Xiao等[36]根据PC1中重金属的分组可以推断As与Zn富集主要是由于工业废气排放导致㊂因此有理由推断出As和Zn为人为来源,可能与工业废气排放有关㊂第二组重金属元素包括Cd㊁Pb和Cr,三者之间具有显著正相关(表4),在PC2上有较高的载荷(表6),表层土壤中空间分布相似(图2)㊂Pb和Cr在土壤中均值含量均低于土壤背景值,且Cr变异系数较低(表3)㊂大多数研究表明,Cr 主要来源于成土母质,如岩石风化和土壤侵蚀[15,33]㊂Cai等[30]根据相关系数分析发现Cr与部分的Pb主要为自然来源㊂也有研究表明,重金属如Cd和Pb可能是通过风化过程从尾矿中释放出来的[37-38]㊂Li等[39]提出在自然界中Cd和Pb是共生的,特别是在原生矿床中,Cd作为Zn精炼的副产07㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年品被释放出来㊂考虑到研究区域土壤在历史上受到矿区废水排放的河流灌溉导致重金属在农田土壤表面积累㊂因此可以得出重金属Pb和Cr为自然来源和人为来源的混合来源,Pb和Cr为自然来源,主要来自成土母质;而Cd以及部分Pb和Cr为人为来源,可能来源于污灌㊂第三组㊁四组重金属元素分别为Hg和Cu,虽然Hg在PC1有中等载荷(表6),但Hg在相关性分析中与其他重金属无显著相关性(表4),Cu与其他大部分重金属无显著相关系,仅存在Cu和As呈显著负相关(表4),但Cu在PC2中的载荷较低(表6),综合两者皆为相对孤立的元素㊂Cu和Hg 在土壤中均值含量均高于土壤背景值(表3)㊂前人的研究发现,土壤中Hg富集最有可能是由于Hg挥发后通过干湿沉降进入农田土壤中[40]㊂Li等[41]研究发现表层土壤中Hg主要来源于人为输入㊂该研究通过重金属在表层土壤中空间分布发现土壤Cu的累积受到养殖场废水排放和动物粪便的影响㊂据报道,我国市售猪饲料Cu含量平均达到200~ 300mg/kg[42],动物在食用这些饲料的过程中产生的有机肥料含有高浓度的重金属,如果将这些有机肥料反复施用到土地的限值区域,从长远来看,会导致重金属在土壤中大量累积㊂因此可说明Cu和Hg皆为人为来源,Cu可能来自有机肥料,而Hg可能是由于重金属粉尘的大气干湿沉降导致的㊂综上所述,Pb和Cr主要来自成土母质,Cd以及部分Pb 和Cr可能来源于污灌,As和Zn可能与工业废气排放有关, Cu可能来自有机肥料,而Hg可能是由于重金属粉尘的大气沉降导致的㊂3㊀讨论此次对云南省某区典型农田土壤调查结果显示,在剖面土壤重金属含量的分析发现,重金属Cd㊁As㊁Cu是研究区剖面土壤的主要污染物,在不同深度土壤中累积含量均超过‘土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)“(GB 15618 2018)中的风险筛选值,达到污染水平,且在不同土壤深度呈现出不同的垂直迁移分布特征㊂表层土壤重金属含量分析发现,土壤重金属含量存在较大差异,与云南省土壤背景值相比,表层土壤重金属超标率从大到小依次为Cu (100.00%)=Cd(100.00%)=Zn(100.00%)=Hg(100.00%)> As(83.33%)>Cr(33.33%)>Pb(11.11%)㊂表层土壤垂直迁移分布特征分析发现,重金属Cd㊁Pb和Cr在研究区表层土壤中分布相似,其含量空间分布均表现为研究区域从东向西逐渐下降,而且当地表层土壤重金属的分布还受工业废气的沉降㊁养殖废水及动物粪便施入农田和高速路段汽车尾气和粉尘的影响㊂无论是剖面土壤还是表层土壤,其重金属Cd㊁As㊁Cu都是主要污染物,对于农田生态系统而言,土壤中元素含量快速变化,主要是由各种人为活动引起,表明人类活动已经导致研究区农田土壤中重金属Cu㊁Cd㊁Zn㊁Hg㊁As㊁Cr和Pb的含量升高㊂Cd㊁As㊁Cu会严重危害人体健康,能引起急性中毒㊁代谢综合征和器官损伤等疾病[43-45]㊂从表层土壤重金属单因子污染指数(P i)来看,Cd㊁As和Cu污染指数P i范围较大,而Pb㊁Zn㊁Cr和Hg污染指数P i范围相对较小,表明研究区的土壤受到Cd㊁As和Cu的污染较为突出㊂综合污染指数P N结果来看,总体污染水平处于中度污染等级㊂潜在生态风险指数考虑了重金属的生物毒性水平,对人类健康生活更具指导意义[46]㊂从7种重金属潜在生态危害系数(E i)和潜在生态危害指数(RI)来看,Cd是最主要的生态风险因子,危害程度最大,这可能与Cd的毒性系数较大和所调查的土壤样品中Cd的浓度普遍较高有关㊂而Cu以轻度生态风险危害为主,且Cu污染程度最为严重㊂综合潜在生态危害指数(RI)平均值为99.2,说明研究区土壤属于轻度生态风险污染,土壤环境整体较为清洁,但单一重金属(Cd和Cu)的污染仍需引起重视㊂表层土壤重金属元素相关性和主成分分析得出,7种重金属元素中,因子1中As与Zn元素富集主要是由于工业废气排放导致[36],王越等[47]研究发现As与Zn元素主要受铅锌矿选冶和有色金属冶炼等工业活动影响;因子2中重金属Pb和Cr为自然来源和人为来源的混合来源,Pb和Cr为自然来源,主要来自成土母质,而Cd以及部分Pb和Cr为人为来源,可能来源于污灌[15,39];因子3中Cu和Hg元素皆为人为来源,Cu可能来自有机肥料,而Hg可能是由于重金属粉尘的大气干湿沉降导致[40-42]㊂4㊀结论(1)从剖面土壤重金属含量分析来看,重金属Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg含量在不同深度平均值均显著高于云南省土壤背景值,且Cd㊁As㊁Cu均高于风险筛选值㊂从重金属垂直分布来看,除As㊁Zn含量随土壤深度增加而降低,Cu随土壤深度的增加而增加,其余重金属Cd㊁Pb㊁Cr㊁Hg含量随土壤深度增加先降低后升高㊂(2)从表层土壤重金属含量分析来看,研究区域除Pb和Cr,其他重金属超背景值率均在80%以上㊂部分表层土壤样品中重金属Cd㊁As㊁Cu㊁Zn平均含量高于风险筛选值,重金属超标率顺序为Cu>Cd>As>Zn>Pb=Cr=Hg㊂从重金属的空间分布上看,重金属Cd㊁Pb和Cr在研究区表层土壤中分布相似,其含量空间分布均表现为在研究区域从东向西逐渐下降;As与Zn高值区主要分布在研究区的西南部,Cu含量空间分布呈西北高㊁东南低㊁Hg在土壤中分布不均匀㊂(3)单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价结果表明,重金属Cu㊁Cd㊁As单因子污染指数(P i)均大于1.00,且采样点土壤中Cu的P i超过3.00,综合所有采样点,研究区域重金属总体水平处于中度污染等级㊂潜在生态危害指数法评价结果表明,Cd是最主要的生态风险因子,以中等生态风险危害为主,研究区污染程度为轻度生态风险污染㊂总体来说,云南省某区周围农田土壤潜在生态危害状况不是很严重,但单一重金属的污染仍需引起重视㊂(4)相关性分析和主成分分析结果表明,Pb和Cr主要来自成土母质,Cd以及部分Pb和Cr可能来源于污灌,As和Zn可能与工业废气排放有关,Cu可能来自有机肥料,而Hg 可能是由于重金属粉尘的大气沉降导致的㊂1751卷21期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀阮彦楠等㊀云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价。

土壤重金属Cd,Pb的污染及修复

(PbCrO4)、角铅矿(Pb2CO3Cl)、磷氯铅矿(Pb5(PO4)3Cl)
存在形态:
PbSO4
PbCl2 水溶态 Pb(NO3)2
难溶态
PbS PbCO3 Pb(OH)2
Pb(CH3COO)2
PbO Pb3(PO4)2
2.土壤Cd、Pb存在状态与转化
影响Cd,Pb转化的因素(Factors influence transformation)
3.Pb,Cd污染的危害
对植物的危害(The hazard of plant)
生长发育 光合作用 呼吸作用 细胞分裂 细胞膜 生物酶
汽车尾气:汽车燃油中含有四乙基铅
Pb
工业废气:燃煤、冶金、化工和石油等行业
Cd
工业废气:金属矿山的开采和冶炼、电镀、
油漆着色剂、塑料稳定剂、电池生产以及光敏
元件的制备等
1.土壤Cd、Pb污染的来源
2.城市与工业废弃物的处置(Solid waste)
Cd:矿山开采、镀锌过程
及染料、塑料稳定剂、 油漆着色剂与轮胎
SO42-
干旱状态: S2-
(dry soil) CdS PbS
S2-
SO42Cd2+ Pb2+
CdS PbS
2.土壤Cd、Pb存在状态与转化
4.土壤阳离子交换量(CEC)
土壤CEC反映了土壤胶体的负电荷量。CEC越高,负电荷量就越高,能 够提供较多吸附点位来吸附更多的Cd,Pb离子。土壤中碳酸盐结合态、 有机结合态和残渣态的Cd,Pb含量均随阳离子交换量的增加而呈现出增 加的趋势。
1
2
3
pH
有机质
土壤含水量
4
CEC 阳离子交换量

四川省越西县农产品产地土壤重金属污染评价

四川省越西县农产品产地土壤重金属污染评价 李静;巩发永;彭音 【摘 要】Eighteen soil samples of the agricultural produced in Yuexi County was analyzed,and the soil quality was conducted a comprehensive evaluation. Soil quality was evaluated in accordance with the relevant national standards. The smallest single factor pollution index of soil heavy metal is Pb,followed by As,Hg,Cu and Cr; the largest pollution index is Cd reached 1.675,and there are 15 soil samples existed in Cd pollution. The soil integrated pollution index of Cd,Hg,As,Pb and Cr and Cu is 1.675,0.423,0.413,0.226,0.760 and 0.604,respectively, indicating that the production base of soil is in the light pollution of Cd,and there is a potential hazard of Cr.% 检测分析了越西县农产品产地土样18个,土壤质量按照国家有关标准进行综合评价,结果表明:土壤重金属单因子污染指数最小的是 Pb,其次为 As、 Hg、 Cu 和 Cr,最大的为 Cd,污染指数达到1.675,有15个土样存在 Cd 污染; Cd、 Hg、 As、Pb、 Cr和Cu的土壤综合污染指数分别为1.675、0.423、0.413、0.226、0.760和0.604,说明该基地土壤Cd存在轻度污染,Cr存在潜在危害

土壤Cd污染对青菜和蕹菜生长及Cd含量的影响

土壤Cd污染对青菜和蕹菜生长及Cd含量的影响孙兆海;郑春荣;周东美;杨林章;陈怀满【期刊名称】《农业环境科学学报》【年(卷),期】2005(024)003【摘要】通过温室盆栽试验,研究了草甸棕壤、红壤和灰色石灰土的人为Cd污染对青菜和蕹菜生物量和Cd含量的影响.结果表明,红壤加入Cd浓度为0.5、1.0、3.0、5.0 mg·kg-1时,青菜地上部分的生物量与对照相比分别降低了13%、15%、25%和91%;蕹菜地上部分的生物量在添加Cd浓度为0.5、1.0、3.0 mg·kg-1时与对照相比分别增加了21%、64%和81%,而添加浓度为5.0和10.0 mg·kg-1时则分别降低了63%和86%;生长于草甸棕壤和灰色石灰土中的蕹菜地上部分的生物量随土壤Cd浓度的增加无显著差异.在土壤添加Cd浓度相同的条件下,青菜和蕹菜地上部分的Cd含量在3种土壤中的顺序为:灰色石灰土<草甸棕壤<红壤.在试验条件下,以国家食品卫生标准为依据、以青菜为指示植物计算得到的3种土壤Cd 的表观临界含量分别为:以总Cd计算:草甸棕壤为0.33 mg·kg-1,红壤为0.066 mg·kg-1,灰色石灰土为0.70 mg·kg-1;以DTPA提取态Cd计算:草甸棕壤为0.13 mg·kg-1,红壤为0.012 mg·kg-1,灰色石灰土为0.33 mg·kg-1.【总页数】4页(P417-420)【作者】孙兆海;郑春荣;周东美;杨林章;陈怀满【作者单位】中国科学院南京土壤研究所江苏南京 210008;中国科学院研究生院北京 100039;中国科学院南京土壤研究所江苏南京 210008;中国科学院南京土壤研究所江苏南京 210008;中国科学院南京土壤研究所江苏南京 210008;中国科学院南京土壤研究所江苏南京 210008;钟山学院环境工程系江苏南京 210049【正文语种】中文【中图分类】X503.231【相关文献】1.土壤铅污染对青菜和蕹菜生长及脲酶活性的影响 [J], 孙兆海;郑春荣;周东美;杨林章;陈怀满2.土壤 Cd 污染对蕹菜茎叶 Cd 与蛋白质含量的影响 [J], 王俊丽;任建国;龚玉莲3.土壤改良剂对污染土壤及栽培蕹菜Pb、Cd含量的影响 [J], 陆素芬; 曹晶潇; 田美玲; 余元元; 宋波4.土壤Pb Cd污染的植物效应(Ⅰ)--Pb污染对水稻生长和Pb含量的影响 [J], 郑春荣;孙兆海;周东美;刘凤枝;陈怀满5.土壤 Pb Cd污染的植物效应Ⅱ--Cd污染对水稻生长和 Cd含量的影响 [J], 郑春荣;孙兆海;周东美;刘凤枝;陈怀满因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

土壤—农产品系统中重金属含量关系的影响因素分析

第29卷 增刊物探化探计算技术 2007年10月基金项目中国地质调查局地质大调查项目资助(3)。

收稿日期63文章编号:1001—1749(2007)增刊(1)—0226—06土壤—农产品系统中重金属含量关系的影响因素分析周国华1,汪庆华2,董岩翔2,朱有为3,刘占元1,孙彬彬1(11中国地质科学院物化探所应用地球化学开放实验室,河北廊坊 065000;21浙江省地质调查院,浙江杭州311201;3浙江省农业厅环境保护站,浙江杭州 310020)摘 要:针对浙江省主要粮食、油料大宗作物以及蔬菜、茶叶等各类典型经济作物,选择典型种植区开展了农产品及根系土壤调查,根系土壤样测定了土壤有机质、酸碱度及十多种重金属元素含量,农产品样测定了十多种重金属元素含量。

采用分类统计、相关分析、含量分布散点图等方法,研究了农产品与土壤中重金属含量关系。

结果表明,作物种类是决定农产品重金属含量的最主要因素;农产品与土壤中重金属含量总体上具有共消长的趋势;土壤有机质、pH 值是影响作物对土壤重金属吸收累积的重要环境因素;作物样品采集、加工和分析过程中沾污问题可能会对土壤-农产品重金属含量的相关性产生较大影响。

关键词:农产品;土壤;重金属;影响因素;浙江省中图分类号:O 61416 文献标识码:A0 前言长期以来土壤—作物系统中元素和有机污染物的吸收、转运、累积是农业生态环境研究领域的热点问题[1~5],也是土壤环境质量评价的基础依据[6~7]。

由于土壤重金属污染仍有恶化趋势[8],土壤重金属污染及其生态环境效应研究仍将是今后环境地球化学研究的重要课题。

大量研究表明,作物植株和籽实中多数重金属主要来自于土壤,即由植物根系从土壤中吸收进入植物根部,再经运转到达地上部的茎、叶和籽实;部分来自于大气环境,降落于植物茎叶表面的重金属经叶面毛孔直接进入植株和籽实中。

作物对土壤重金属的吸收量、累积富集系数不仅与作物类型、品种等生物学因素有关,而且总体上表现出与土壤重金属含量水平有关,并与影响土壤重金属生物有效性的土壤环境条件(有机质、酸碱度、氧化还原电位、阳离子交换量等)密切相关。

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第2 卷 第4 4 期
2 1年 1 月 00 2
西 昌学院学报 ・ 自然科学版
J u a f c a gColg Nau a S in eEdt n o r l h n lee・ trl ce c io n o Xi i
Vo .4. 12 NO. 4 De . 2 0 e , 01
凉山州土壤和油菜籽 C 、 u d C 含量关系及污染评价
巩发永 彭 音 李 , , 静
(. 昌学 院 , 1 西 四川 西 吕 65 1;. 山州农 业局 , 10 32凉 四川 西 昌 650 ) 100
【 摘 要 】 检测 了凉 山州多种 油菜籽和对应土壤的 C 、u d c 的含量. 结果表 明: L 州油菜籽产 区土壤 C 含量属于 内悔罗污 凉l J d
染指 数评价指标 的轻度污染等级, u C 含量属于 内梅 罗污染指数评价指标的清洁( 安全 ) 等级; 油菜籽 C 含量属于 内梅罗污染指 d
数评价指标 的轻度 污染等级 ,u 量属 于 内梅罗污染指数评价指标 的清 洁( c含 安全 ) 等级 ; 土壤 与油菜籽 C 、u d C 含量 关系不存在
具体 分级 标准 见表 1 。 表 1 内梅 罗污染 指数评 价标 准
1 材 料 与方 法
11 品采集 .样
在 凉 山州 油 菜 籽 主 产 区 内 以村 作 为 最 小 区分 单位 , 选取 具 有典 型 代表 性 的采 样点 。每采 样 点采 集 油 菜籽 及相 应 点 土壤 , 壤 深度 在 2 e 土 5l 内 , n以 多
个子 样混成 一样 。
12测 定方法 .
2 结 果 与分 析
2 1土壤 与油 菜籽污 染评价 .
由 表 1可 知 : 9份 土 壤 中 c d含 量 超 标 率 为
l0 与之相 对应 的 9 0 %, 份油 菜籽 中c 含量 超标 率为 d 5 %, 份 超 标 的土 壤 上 采集 的油 菜 籽有 5 超标 ; 6 9 份 土壤 中 c d的内梅 罗污 染指 数为 1 3 属 于 内梅 罗污 . , 7
土壤 中镉 的测定 方法 : BT 7 4 — 1 9 G /1 11 97 土壤 中铜 的测 定方 法 : BT 7 3 - 1 9 G / I 18 9 7 油 菜籽 中镉 的测定 方法 : B T5 0 .5 1 9 G _ 91 — 9 6 0 油菜籽 中铜 的测定 方法 : B T5 0 .3 1 9 G — 91— 9 6 0
梅罗 污染 指 数评 价 指标 的清 洁 ( 全 ) 安 等级 , 菜籽 油 中 c 平 均污 染指 数 为 04 , u . 属于 内梅 罗污 染指 数评 3 价 指标 的清 洁 ( 安全 ) 级 , 等 土壤 和 油菜 籽 属 于内梅 罗污染 指数评 价指 标 的同一等 级 。
明 显 的正 相 关 。
【 关键词 】dC ; C ;u污染; 内梅罗污染指数 【 中图分类号 155 【 s6. 文献标识码 】 【 4 A 文章编号 】63 19(000 —090 17— 812 1)40 1—2
凉 山州特殊 的气候 、 地理和土壤条件 , 使其成 为 四川 重要 的粮食 和果 蔬 种植 基 地 , 进一 步 发展 无 公 害种 植对 增加 贫 困地 区农 民收 入将 增 效 明显 , 但 凉 山州 作 为名 扬 中外 的川 滇 铁 、 、 、 、 成 矿 铜 锡 铅 锌 带中段 ( 习称攀西成矿带) 的重要组成部分 , 在进行 无 公 害农 产 品基 地 的 认 证 时存 在 土壤 重 金 属 含 量 超标 问 题 。 20 年 以来 , 山州 农 业 局 对 l 县 02 凉 7个 ( ) 万 份土壤 样 品进 行 测试 时发现 , 山州部分 县 市 2 凉 ( ) 土 壤 样 品 出现 镉 、 的 背 景 值 超 标 准 的 情 市 的 铜 况 。本 文研究 了凉山州 油菜籽 和对 应土壤 中 C 、 u dC 含量 关 系及 污染 评价 , 望 对指 导 凉 山州 油菜 籽 无 希 公害种 植提供 的一定 参 考价值 。
判 定 为污染n 。
1. .2土壤 、 法 , 计 算 公 式 为 : 其 内 梅 罗 污染 指 数 P=( i + i 女/] , 中 P 和 P最 『P 均 P ) “ 其 最 2 均 大 分 别 是 各 污 染 指 数 平 均值 和污 染 物 中污 染 指数 最 大 值 。 内梅 罗 指 数 反 映 了污 染 物 对 土壤 和 油菜 籽 的作用 , 同时 突 出 了高浓 度 污染 物对 土壤 和 油菜 籽 的影响 , 可按 内梅 罗 污染 指数 , 定 污染 等级 。 划 '
13评价 方法 .
染指 数评 价指标 的轻度 污染 等级 , 油菜籽 中 c 平 均 d 污 染指 数 为 1 9 属 于 内梅 罗污 染 指数 评 价 指标 的 ., 4 轻度 污 染 等级 , 壤 和油 菜籽 属 于 内梅罗 污 染指 数 土 评 价 指标 的 同一 等 级 。9 土 壤 中 c 份 u含量 超 标率 为 0 与 之 相对 应 的 9 油 菜 籽 中 c %, 份 u含量 超标 率
为 0 土壤 中 C %; u的内梅 罗污 染指 数 为 05 , . 属于 内 3
1 .单 项污染 指 数法 .1 3
土 壤 、 菜 籽单 项 污 染指 数 法 均采 用 P= i i 油 iC/ , S 其 中 P 为 污染 物 的 污 染 指 数 ,i 污 染 物 的测 定 i c为
值 ,i S 为污染物 的评 价标 准 , 土壤 中污染 物 的评 价标
准 采用 N 00-20 Y5 1- 02无公 害 食 品蔬 菜产 地环 境条 - 件 , 菜 籽 中污 染 物 的 评 价 标 准 采 用 G 5 0一 油 Bl2 l 19 94食 品中镉 限 量卫 生标 准 和 G 5 9 l9 B1 94食 l 品 中铜 限量 卫 生标 准 。P <1 i 判定 为未 污 染 ,i P≥1
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