湖州市東南部農(nóng)田土壤重金屬分布特征及污染評價

陳小磊,徐明星,簡中華

(浙江省地質(zhì)調(diào)查院,浙江 杭州 311203)

湖州市東南部農(nóng)田土壤重金屬分布特征及污染評價

陳小磊,徐明星,簡中華

(浙江省地質(zhì)調(diào)查院,浙江 杭州 311203)

以湖州市東南部農(nóng)田土壤為研究對象,采用地統(tǒng)計學(xué)方法對土壤重金屬空間變異特征進(jìn)行研究,利用單因子污染指數(shù)、尼梅羅綜合污染指數(shù)、地質(zhì)累積指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)開展污染評價。結(jié)果表明,該地區(qū)土壤Cd均值高于國家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)(Ⅱ),土壤重金屬(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg)質(zhì)量比高于背景值。研究區(qū)土壤污染程度不高, 由西向東Hg污染逐漸增強(qiáng),Cd污染集中在南潯鎮(zhèn)東南部和練市鎮(zhèn)中部。土壤Hg、Cd地質(zhì)累積指數(shù)分別為0.50、0.11,為輕-中度污染水平;土壤重金屬單因子污染趨勢由高到低依次為Cd、Hg、Ni、Zn、Cu、Cr、As、Pb,尼梅羅綜合污染指數(shù)顯示未達(dá)到污染水平,僅南潯鎮(zhèn)中部、善鏈鎮(zhèn)南部和舊館鎮(zhèn)與雙林鎮(zhèn)交界處出現(xiàn)輕度及以上污染;Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險程度為中等,綜合潛在生態(tài)風(fēng)險為輕微等級。土壤污染主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和工業(yè)廢棄物。

土壤重金屬;空間分布;污染評價;農(nóng)田;湖州市

土壤是人類賴以生存的基礎(chǔ),是農(nóng)作物生長的載體,是不可再生資源。隨著工業(yè)的發(fā)展,“三廢”排放日益增加,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)藥過量使用,土壤環(huán)境的污染狀況日益嚴(yán)重,其中,重金屬是最常見的污染物,其在土壤中的積累嚴(yán)重影響土壤可持續(xù)性的發(fā)展,重金屬在農(nóng)作物中的累積,直接威脅農(nóng)產(chǎn)品的安全性[1-7]。我國每年因重金屬污染導(dǎo)致糧食作物大量減產(chǎn),被重金屬污染的糧食超過1 000萬t,嚴(yán)重影響糧食的產(chǎn)量與質(zhì)量[8]。目前,農(nóng)田土壤重金屬污染已經(jīng)成為國內(nèi)外關(guān)注的熱點,在長三角地區(qū)工業(yè)發(fā)展引起的環(huán)境問題尤為突出,農(nóng)田土壤重金屬污染引起農(nóng)產(chǎn)品污染對人類健康造成了不良影響,嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[9-14]。

湖州市位于浙江省北部,是我國著名的魚米之鄉(xiāng),該地區(qū)為湖沼相、河湖相和濱海相沉積平原。當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá),水稻和桑蠶是兩大主要品種,漁業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)緊隨其后,湖州市東南部地區(qū)工業(yè)發(fā)達(dá),該地區(qū)曾匯集多家大型企業(yè),包括電子、紡織、木材加工等數(shù)十個門類;城市工業(yè)化對土壤質(zhì)量以及人類的生產(chǎn)環(huán)境造成極大的危害[15-17]。本文以湖州市東南部地區(qū)為研究對象,針對該地區(qū)農(nóng)用土壤中重金屬的分布特征和污染情況進(jìn)行研究,查明農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀,為合理規(guī)劃土地利用方式提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 采樣點示意圖Fig.1 Locations of sampling points

1 研究區(qū)概況

湖州市地處浙江省北部,北接太湖,東臨江蘇省、嘉興市。地理坐標(biāo)為E119°14′～E120°29′,N30°22′～N31°11′;全市面積5 818 km2,境內(nèi)西部地區(qū)地勢較高,為山地丘陵區(qū),中部和東部為平原區(qū),占全區(qū)面積四分之三。年均氣溫15.5～16℃,月均氣溫24.6℃。雨水充沛,年均降雨日142～155 d,年均降水量1 273.7 mm;湖州市東部地區(qū)為水網(wǎng)平原耕地,以水田為主。

經(jīng)過實地調(diào)查,選取農(nóng)田面積占有量較大的地區(qū)作為研究區(qū),分別位于舊館鎮(zhèn)、石淙鎮(zhèn)、雙林鎮(zhèn)、練市鎮(zhèn)、善璉鎮(zhèn)以及南潯鎮(zhèn)南部地區(qū)。水稻成熟時期,在研究區(qū)采集了水稻田耕作層土壤(0～20 cm)樣品,共計103件;樣品采集采用梅花取樣法進(jìn)行組合,采用竹鏟采集耕作層土壤約2 kg,采樣時利用GPS導(dǎo)航和定位,利用Mapgis6.7對采樣點數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,形成采樣分布圖，如圖1所示。

2 樣品分析測試及研究方法

土壤樣品在室溫下自然風(fēng)干,碾磨過2 mm尼龍篩,用于土壤理化性質(zhì)分析,從2 mm的土壤樣品中取200 g,用瑪瑙研缽粉碎。過100目篩,裝至樣品瓶保存?zhèn)溆谩?/p>

樣品分析測試由國土資源部杭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。土壤理化性質(zhì)采用常規(guī)分析方法[18],土壤pH值采用1∶2.5土水比測定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法測定，土壤質(zhì)地采用比重計沉降法測定，土壤陽離子交換量采用乙酸銨交換法測定，土壤重金屬全量采用HF-HNO3-HClO4體系消解,采用火焰原子吸收分光光度法(AFS)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定Pb、Cu、Ni、Zn、Cd,Cr,采用原子熒光光譜法測Hg、As測試,分析所用試劑均為優(yōu)級純。分析測試質(zhì)量控制按照文獻(xiàn)[19-20]執(zhí)行。

采用地質(zhì)累積指數(shù)法[21-24]、單因子指數(shù)法[25]、尼梅羅綜合污染指數(shù)法[26]和潛在生態(tài)危害指數(shù)法[27-28]對重金屬進(jìn)行分級與污染評價。

采用SPSS 19對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計和相關(guān)性分析，采用地統(tǒng)計學(xué)方法分析重金屬元素的空間變異特征，采用Mapgis6.7繪制土壤重金屬和污染評價分布特征圖。

3 研究結(jié)果與討論

3.1 土壤重金屬總體特征

表1為研究區(qū)土壤重金屬質(zhì)量比描述性統(tǒng)計結(jié)果。土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg的平均質(zhì)量比分別為82.34 mg/kg、32.58 mg/kg、30.80 mg/kg、102.20 mg/kg、0.44 mg/kg、32.74 mg/kg、0.33 mg/kg,高于湖州市土壤背景值[29]；As平均質(zhì)量比為6.25 mg/kg,低于湖州市土壤背景值。研究發(fā)現(xiàn),善鏈鎮(zhèn)Hg、Zn污染區(qū)域為同一地區(qū),練市鎮(zhèn)中部Cd、Cr高值區(qū)分布范圍一致,研究區(qū)Ni、As的分布情況類似。

表1 土壤重金屬描述統(tǒng)計分析

研究區(qū)域重金屬變異系數(shù)從大到小依次為Cd、Hg、Cu、Zn、Cr、As、Pb、Ni,其中,Cd的變異系數(shù)為495.79%,屬于強(qiáng)變異性,其他重金屬元素變異性屬于中等變異。研究區(qū)域土壤Cd、Hg質(zhì)量比受到外界影響較大,存在一定程度污染,與陳春宵等[29]的研究結(jié)果一致。

3.2 土壤重金屬空間變異分析

為研究土壤重金屬的空間變異情況,采用地統(tǒng)計方法對土壤重金屬空間結(jié)構(gòu)和變異程度進(jìn)行分析(表2),根據(jù)決定系數(shù)和殘差選擇變異函數(shù)的擬合模型。

表2 土壤重金屬變異函數(shù)理論模型及相關(guān)參數(shù)

研究區(qū)土壤重金屬Cr、Ni、Pb、As、Hg、Zn均符合高斯模型,Cu、Cd符合球狀模型;Cr、Cu、Cd塊基比小于25%,空間自相關(guān)性較強(qiáng),受地質(zhì)背景、成土母質(zhì)等結(jié)構(gòu)性變異影響;Ni、Pb、As、Hg、Zn的塊基比介于25%～75%之間,表現(xiàn)出中等空間相關(guān)性,說明這些元素除了受地質(zhì)背景和結(jié)構(gòu)性因素影響外,還受人為因素影響;其中Cu、Hg、Zn、Cd變程較小,說明局部地區(qū)土壤Cu、Hg、Zn、Cd質(zhì)量比受外界環(huán)境影響較大,尤其是土壤Cd質(zhì)量比變程為3.69 km,說明僅在此范圍內(nèi)存在空間自相關(guān)性,超出此范圍,空間自相關(guān)性消失。

3.3 土壤重金屬空間分布

總體來看,研究區(qū)Hg和Cd污染較為嚴(yán)重(圖2),局部地區(qū)Cu質(zhì)量比較高,Cr、Pb、Ni、As質(zhì)量比均未超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)。

研究區(qū)土壤中Hg污染地區(qū)出現(xiàn)在南潯鎮(zhèn)、練市鎮(zhèn)和善鏈鎮(zhèn),污染區(qū)呈島狀分布,由高值區(qū)向四周擴(kuò)散。Cu污染區(qū)出現(xiàn)在練市鎮(zhèn)中部,高值區(qū)位于練市鎮(zhèn)中部和善璉鎮(zhèn)與練市鎮(zhèn)交界處,呈島狀分布;土壤Cd污染較為嚴(yán)重,污染地區(qū)主要分布在南潯鎮(zhèn)東南部和練市鎮(zhèn)中部,輕微污染地區(qū)分布在雙林鎮(zhèn)、善璉鎮(zhèn)和舊館鎮(zhèn)居民區(qū); Zn污染區(qū)位于善璉鎮(zhèn)與練市鎮(zhèn)交界處;土壤中Cr、Pb、Ni、As質(zhì)量比較低,未出現(xiàn)污染現(xiàn)象,Cr、Ni的空間分布較為相似,高值區(qū)出現(xiàn)在南潯鎮(zhèn)東南部和練市鎮(zhèn)中部;Pb質(zhì)量比較高的地區(qū)為主湖州市練市鎮(zhèn)與其他地區(qū)交界處;研究區(qū)土壤中As質(zhì)量比較低,南潯鎮(zhèn)東南部和練市鎮(zhèn)中部存在小范圍As高值區(qū)。

3.4 土壤重金屬污染評價

以湖州市土壤背景值為標(biāo)準(zhǔn),計算研究區(qū)重金屬地質(zhì)累積指數(shù)。研究區(qū)土壤重金屬Hg、Cd地質(zhì)累積指數(shù)均值為0.50、0.11,為輕-中度污染水平,其他重金屬地質(zhì)累積指數(shù)均值小于0。以GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級標(biāo)準(zhǔn)作為污染評價閾值[23],對研究區(qū)土壤中8種重金屬現(xiàn)狀進(jìn)行評價,Cd、Hg、Ni、Zn、Cu、Cr、As、Pb的單因子污染指數(shù)均值分別為1.47、0.69、0.66、0.41、0.31、0.27、0.25、0.11,該地區(qū)土壤中Cd的污染情況突出,達(dá)到輕污染水平,超標(biāo)率為14.17%;其他元素整體處于清潔水平,局部地區(qū)Cu、Zn、Hg存在污染;Cu、Zn污染超標(biāo)率小于1%,Hg污染面積較大(如圖2),總體超標(biāo)率達(dá)到20%,大部分為輕污染,練市鎮(zhèn)Hg存在中度污染。

圖2 土壤重金屬質(zhì)量比的空間分布特征(單位：mg/kg)Fig.2 The spatial distribution characteristics of soil heavy metals(units:mg/kg)

該地區(qū)尼梅羅綜合污染指數(shù)評價結(jié)果顯示,研究區(qū)總體潛在生態(tài)危害屬于輕微程度,56.67%的樣品為清潔等級,30.83%的樣品處于警戒線,受到輕度及以上污染的樣品占12.50%,說明研究區(qū)受污染范圍較大,局部地區(qū)污染比較嚴(yán)重。其中Cd的生態(tài)危害風(fēng)險程度達(dá)中等級別,Hg存在輕微生態(tài)危害,其他重金屬均未表現(xiàn)出生態(tài)危害。由于評價標(biāo)準(zhǔn)不同,導(dǎo)致評價結(jié)果存在差異,地質(zhì)累積指數(shù)與土壤背景值聯(lián)系緊密,能較好地反映土壤的污染情況,潛在生態(tài)危害指數(shù)參照GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》以及不同重金屬的毒害權(quán)重[30],更好地反映生態(tài)危害程度,因此可以看出,研究區(qū)受Cd、Hg污染情況明顯,但Hg污染較輕微,未產(chǎn)生生態(tài)危害趨勢,Cd生態(tài)危害趨勢處于中等級別。

圖3 土壤重金屬綜合污染評價分布特征Fig.3 The distribution characteristics of comprehensive pollution evaluations for soil heavy metals

舊館鎮(zhèn)與雙林鎮(zhèn)交接處有呈帶狀的輕度污染區(qū)(圖3),善璉鎮(zhèn)與練市鎮(zhèn)南部出現(xiàn)帶狀輕中度污染區(qū),該地區(qū)木材加工業(yè)和桑蠶養(yǎng)殖比較發(fā)達(dá),人為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致該地區(qū)土壤重金屬污染。練市鎮(zhèn)中部地區(qū)重金屬質(zhì)量比均高于研究區(qū)其他地區(qū),該地區(qū)總體污染情況處于尚清潔水平,說明練市鎮(zhèn)土壤重金屬綜合污染程度較輕。研究區(qū)土壤清潔狀況良,大部分農(nóng)田土壤處于清潔和警戒線水平,整體潛在生態(tài)危害程度較輕,為保障糧食生產(chǎn)安全,應(yīng)加強(qiáng)對該地區(qū)工業(yè)“三廢”和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動規(guī)范管理。

為調(diào)查土壤Cd、Hg污染樣點對稻米中對應(yīng)元素質(zhì)量比的影響,根據(jù)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,將土壤Cd、Hg超標(biāo)的樣品(未包含Cd污染區(qū)一件土壤樣品Cd質(zhì)量比異常樣品)與對應(yīng)稻米樣品進(jìn)行統(tǒng)計。

調(diào)查發(fā)現(xiàn),Cd超標(biāo)土壤樣品中Cd質(zhì)量比均值為0.438 mg/kg,稻米中Cd超標(biāo)率為16.67%;Hg超標(biāo)土壤樣品中Hg質(zhì)量比均值為0.336 mg/kg,稻米中Hg質(zhì)量比未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。根據(jù)稻米中Cd、Hg質(zhì)量比顯示,Cd、Hg質(zhì)量比較高地區(qū),稻米中對應(yīng)元素質(zhì)量比大部分未超標(biāo),說明受Cd和Hg污染的土壤均未表現(xiàn)出明顯的生態(tài)危害效應(yīng)。

3.5 土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬的關(guān)系

土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比對重金屬積累有重要的影響,通過對研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬的相關(guān)性進(jìn)行分析，得到土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬的非參數(shù)相關(guān)關(guān)系如下：Cr為0.105、Ni為0.124、Cu為0.305、Zn為0.323、Cd為0.569、Pb為0.376、As為0.2、Hg為0.332。 由此可知土壤中Cr、Ni、As與有機(jī)質(zhì)無顯著相關(guān)性,且變異系數(shù)均較小,污染指數(shù)超標(biāo)率均為0,高值區(qū)分布于居民區(qū)(圖2);土壤有機(jī)質(zhì)與Cu、Zn、Cd、Pb、Hg具有極顯著相關(guān)性,說明影響土壤有機(jī)質(zhì)和Cr、Ni、As等元素的因素存在差異,與影響Cu、Zn、Cd、Pb、Hg等元素的因素有共同作用。結(jié)合湖州市土壤背景值比較,說明該地區(qū)Cr、Ni、As主要受地質(zhì)背景影響[31-32],其次受城鎮(zhèn)化發(fā)展影響。

諸多研究表明,土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比對重金屬積累有重要影響,同時,土壤有機(jī)質(zhì)對重金屬累積的影響存在地區(qū)性差異[33-35],根據(jù)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),該地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與Cu、Zn、Cd、Pb、Hg存在顯著相關(guān)性,并且該地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的增加主要由于農(nóng)業(yè)種植活動導(dǎo)致,因此,該地區(qū)農(nóng)業(yè)種植活動對土壤中Cu、Zn、Cd、Pb、Hg質(zhì)量比存在一定影響,但農(nóng)田周邊環(huán)境對重金屬累積也存在影響;Cd污染區(qū)周邊存在較多的中小型加工企業(yè),可能是工業(yè)“三廢”排放導(dǎo)致Cd污染的因素,Zn污染區(qū)位于善璉鎮(zhèn)與練市鎮(zhèn)交界處,Pb質(zhì)量比較高的地區(qū)為主湖州市練市鎮(zhèn)與其他地區(qū)交界處,各行政地交界處交通發(fā)達(dá),Zn、Cu來源于汽車輪胎磨損,Pb來源于汽車尾氣的排放[36],該類現(xiàn)象集中出現(xiàn)在交通密集區(qū)和城鎮(zhèn)化發(fā)達(dá)地區(qū),其中,Pb是土壤受機(jī)動車污染的標(biāo)識元素[17,31-32]。這一現(xiàn)象與劉亞納等[17]對不同功能區(qū)土壤重金屬污染研究結(jié)果一致。

表3 不同深度土壤中Hg、Cd質(zhì)量比

3.6 Cd、Hg污染區(qū)土壤重金屬主成分分析

在對湖州地區(qū)土壤重金屬調(diào)查評價的基礎(chǔ)上,分別選取南潯鎮(zhèn)Hg污染區(qū)、Hg非污染區(qū),練市鎮(zhèn)Cd污染區(qū)、Cd非污染區(qū)選取3個采樣點,采集不同深度土壤(0～20 cm 、 20～40 cm、 40～80 cm),共計36件樣品,對Hg污染區(qū)和Cd污染區(qū)的Hg和Cd元素的縱向分布和主成分進(jìn)行分析,結(jié)果見表3和表4。

表4 土壤重金屬主成分分析

通過多重比較的方式研究不同深度土壤中Hg質(zhì)量比特征,非污染區(qū)土壤Hg質(zhì)量比無顯著性差異(Plt;0.05),污染區(qū)和非污染區(qū)40～80 cm土壤Hg質(zhì)量比無顯著性差異(Plt;0.05),說明研究區(qū)地質(zhì)背景一致,湖州市土壤Hg背景值為0.13 mg/kg,低于浙北地區(qū)土壤Hg的背景值[37],污染區(qū)0～20 cm、20～40 cm深處土壤Hg質(zhì)量比遠(yuǎn)大于非污染區(qū),污染深度達(dá)到40 cm,接近土心層,污染區(qū)土壤主要受外界污染因子影響。Hg污染區(qū)重金屬全部信息可由2個主成分(特征值:5.66+1.34=7.00個變量)反映87.50%,第一主成分貢獻(xiàn)率達(dá)70.70%,特點表現(xiàn)在Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As的質(zhì)量比上有較高的正載荷量,這個組合受地質(zhì)背景、農(nóng)業(yè)種植活動和交通的共同影響,第二主成分貢獻(xiàn)率為16.80%,Hg質(zhì)量比的載荷量為0.725,該地區(qū)Hg污染主要由漁業(yè)、蠶桑業(yè)生產(chǎn)過程中使用藥劑導(dǎo)致,第二主成分主要受農(nóng)業(yè)藥劑(西力生、賽力散等)使用的影響。

Cd污染區(qū)0～20 cm土壤Cd質(zhì)量比超過國家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),通過多重比較的方式研究不同深度土壤中Cd質(zhì)量比特征(表3),非污染區(qū)不同深度土壤Cd質(zhì)量比無顯著性差異(Plt;0.05),且污染區(qū)和非污染區(qū)20～40 cm、40～80 cm土壤Cd質(zhì)量比均無顯著性差異(Plt;0.05),受地質(zhì)背景的影響,污染區(qū)0～20 cm土壤Cd質(zhì)量比與20～40 cm、40～80 cm呈顯著性差異(Plt;0.05),研究區(qū)土壤Cd背景值低于浙北地區(qū)土壤Cd背景值[37],說明Cd污染主要集中在土壤表層。

Cd污染區(qū)重金屬全部信息可由3個主成分(特征值:4.72+1.68+1.27=7.67個變量)反映95.90%,第一主成分貢獻(xiàn)率為59.00%,在Ni、Cu、Zn、Cd、Pb質(zhì)量比上的載荷量較大,受地質(zhì)背景、交通以及周邊加工廠的影響;第二主成分貢獻(xiàn)率為21.00%,在Cr質(zhì)量比上的載荷量較大,Cr及其化合物主要來源于金屬加工、電鍍、制革和顏料等行業(yè)[38],同時發(fā)現(xiàn)該地存在這類行業(yè),因此,第二主成分主要受金屬加工和制革行業(yè)的影響;第三主成分貢獻(xiàn)率為15.80%,且Hg質(zhì)量比載荷量較大,主要受農(nóng)業(yè)藥劑使用的影響。

4 結(jié) 論

研究區(qū)農(nóng)田土壤Cd均值高于土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),其他重金屬質(zhì)量比均值低于土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg平均質(zhì)量比高于湖州市土壤背景值;土壤重金屬空間變異特征表明該地區(qū)Hg污染由西向東逐漸增強(qiáng),主要受農(nóng)業(yè)活動影響,Cd污染較嚴(yán)重的地區(qū)為南潯鎮(zhèn)東南部和練市鎮(zhèn)中部,主要受周邊環(huán)境影響。土壤Hg、Cd地質(zhì)累積指數(shù)均值為0.50、0.11,為輕-中度污染水平,土壤重金屬單因子污染指數(shù)趨勢由高到低依次為Cd、Hg、Ni、Zn、Cu、Cr、As,土壤中Cd達(dá)到輕污染水平,該地區(qū)大部分土壤重金屬未達(dá)到污染水平,僅有南潯鎮(zhèn)中部、善鏈鎮(zhèn)南部和舊館鎮(zhèn)與雙林鎮(zhèn)交接處一帶出現(xiàn)輕度及以上污染,綜合污染等級為輕污染;單一重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)顯示研究區(qū)Cd的生態(tài)風(fēng)險程度為中等,其他重金屬為輕微風(fēng)險,綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)顯示研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險為輕微等級,土壤Cd、Hg質(zhì)量比超標(biāo)地區(qū)未表現(xiàn)出明顯的生態(tài)危害效應(yīng)。

研究區(qū)土壤總體情況良好,總體污染程度不高,局部地區(qū)出現(xiàn)Hg、Cd超標(biāo),該地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中應(yīng)控制污染性較強(qiáng)的農(nóng)藥使用,同時加強(qiáng)對工業(yè)周邊環(huán)境的管理,避免農(nóng)田土壤受到重金屬污染,威脅糧食安全。

[ 1 ] 王政權(quán).地統(tǒng)計學(xué)及其在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用[M].北京: 科學(xué)出版社,1999:35-149.

[ 2 ] 劉春早,黃益宗,雷鳴,等.湘江流域土壤重金屬污染及生態(tài)環(huán)境風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(1): 260-265.(LIU Chunzao,HUANG Yizong,LEI Ming,et al.Soil contamination assessment of heavy metals of Xiangjiang River Basin[J].Environmental Science,2012,33(1): 260-265.(in Chinese))

[ 3 ] TANG Xianjin,SHEN Chaofeng,SHI Dezhi,et al.Heavy metal and persistent organic compound contamination insoil from Wenling: an emerging e-waste recycling city in Taizhou area,China[J].Journal of Hazardous Materials,2010,173(1/2/3): 653-660.

[ 4 ] HU Youning,WANG Dexiang,WEI Lijing,et al.Bioaccumulation of heavy metals in plant leaves from Yan’an city of the loess plateau,China[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2014,110: 82-88.

[ 5 ] 王爽,李榮華,張增強(qiáng),等.陜西潼關(guān)農(nóng)田土壤及重金屬污染及潛在風(fēng)險[J].中國環(huán)境科學(xué),2014,34(9): 2313-2320.(WANG Shuang,LI Ronghua,ZHANG Zengqiang,et al.Assessment of the heavy pollution and potential ecological hazardous in agricultural soils and crops of Tongguan,Shangxi Province[J].China Environmental Science,2014,34(9): 2313-2320.(in Chinese))

[ 6 ] 陳圓圓,孫小靜,王軍 等.上海寶山區(qū)農(nóng)業(yè)用地土壤重金屬空間分異規(guī)律及分布特征研究[J].環(huán)境化學(xué),2010,29(2): 215-219.(CHEN Yuanyuan,SUN Xiaojing,WANG Jun,et al.Spatial variability and distribution of heavy metals in soil of Baoshan District[J].Environmental Chemistry,2010,29(2): 215-219.(in Chinese))

[ 7 ] 李小平,徐長林,劉獻(xiàn)宇,等.寶雞城市土壤重金屬生物活性與環(huán)境風(fēng)險[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2015,35(4): 1241-1249.(LI Xiaoping,XU Changlin,LIU Xianyu,et al.Bioactivity and environment risk of heavy metals in urban soil from Baoji City,P.R.China[J]Acta Scientiae Circumstantiae,2015,35(4): 1241-1249.(in Chinese))

[ 8 ] 高翔云,湯志云,李建和,等.國內(nèi)土壤環(huán)境污染現(xiàn)狀與防治措施[J].江蘇環(huán)境科技,2006,19(2): 52-55.(GAO Xiangyun,TANG Zhiyun,LI Jianhe,et al.Current situation of soil environmental pollution and countermeasures of prevention and control in China[J].Jiangsu Environmental Science and Technology,2006,19(2): 52-55.(in Chinese))

[ 9 ] 施加春,劉杏梅,于春蘭,等.浙北環(huán)太湖平原耕地土壤重金屬的空間變異特征及其風(fēng)險評價研究[J].土壤學(xué)報,2007,44(5): 824-830.(SHI Jiachun,LIU Xinmei,YU Chunlan,et al.Spatial variability and risk evaluation of soil heavy meatals in Taihu Lake Region of North Zhejiang Province[J].Acta Pedologica Sinica,2007,44(5): 824-830.(in Chinese))

[10] SUTER G W,EFROYMSON R A,SAMPLE B E,et al.Ecological risk assessment for contaminated sites[M].Washington: Leais Publishers,2000: 20-35.

[11] 許朝陽,柏庭春,孟濤,等.鐵細(xì)菌A生物修復(fù)鉛銅污染土壤[J].河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,43(6):569-573.(XU Zhaoyang,BAI Tingchun,MENG Tao, et al. Bioremediation of soil contaminated by Pb2+or Cu2+using iron bacteria A [J]. Journal of Hohai University (Natural Sciences), 2015,43(6):569-573.(in Chinese))

[12] 張光貴,黃博.湖南洞庭湖水系重金屬健康風(fēng)險評價[J].水資源保護(hù),2014,30(1):14-17.(ZHANG Guanggui, HUANG Bo. Health risk assessment of heavy metals in Dongting Lake water system in Hunan Province, China[J]. Water Resources Protection, 2014,30(1):14-17. (in Chinese))

[13] 林曼利,彭位華.宿州市農(nóng)村地下水重金屬含量與健康風(fēng)險評價[J].水資源保護(hù),2016,32(6):110-116.(LIN Manli,PENG Weihua. Concentrations and health risk assessment of heavy metals in groundwater in rural areas of Suzhou City[J]. Water Resources Protection, 2016,32(6):110-116. (in Chinese))

[14] 鄭軍,張立,楊常青,等.跨國界流域重金屬污染溯源體系框架初步構(gòu)建[J].水資源保護(hù),2015,31(6):57-61.(ZHENG Jun,ZHANG Li,YANG Changqing, et al. Initial framework construction of sources identification system of heavy metal pollution in trans-boundary river basin[J]. Water Resources Protection, 2015,31(6):57-61. (in Chinese))

[15] 劉德鴻,王發(fā)園,周文利,等.洛陽市不同功能區(qū)道路灰塵重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(1): 253-259.(LIU Dehong,WANG Fayuan,ZHOU Wenli,et al.Heavy metal pollution in street dusts from different functional zones Luoyang City and its potential ecological risk[J].Environmental Science,2012,33(1): 253-259.(in Chinese))

[16] 吳新民,李戀卿,潘根興,等.南京市不同功能城區(qū)土壤中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的污染特征[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(4): 1561-1567.(WU XInmin,LI Lianqing,PAN Genxing,et al.Soil pollution of Cu,Zn,Pb,and Cd in different city zones of Nanjing[J].Environmental Science,2013,34(4): 1561-1567.(in Chinese))

[17] 劉亞納,朱書法,魏學(xué)鋒,等.河南洛陽市不同功能區(qū)土壤重金屬污染特征及評價[J].環(huán)境科學(xué),2016,37 (6): 2322-2328.(LIU Yana,ZHU Shufa,WEI Xuefeng,et al.Assessment and pollution characteristics of heavy metals in soil of different function areas in Luoyang[J].Environmental Science,2016,37 (6): 2322-2328.(in Chinese))

[18] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2000:4-12.

[19] 中國地質(zhì)調(diào)查局.多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000):DD 2005—2001[S].北京:中國地質(zhì)調(diào)查局,2005.

[20] 中國地質(zhì)調(diào)查局.生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求(試行):DD 2005—2003[S].北京:中國地質(zhì)調(diào)查局,2005.

[21] MULLER G.Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River[J].Geojournal,1969,2(3): 108-118.

[22] HOU Wenyi,HUANG Fengru,CHEN Jingsheng,et al.Comparative study of assessment method for river particulate heavy metal pollution[J].Scientia Geographica Sinica,1997,17(1): 81-86.

[23] FORSTNER U.Lecture notes in earth science (contaminated sediments)[M].Berlin: Springer Verlag,1989.

[24] CHAI Shiwei, WEN Yanmao, ZHANG Yalei, et al.Application of index of geoaccumulation to pollution evaluation of heavy metal in soil[J].Journal of Tongji University(Natural Science),2006,34(12): 1657-1661.

[25] 鄭國璋.農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染研究的理論與實踐[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2007:101-104.

[26] 孫鐵珩,周啟星,李培軍.污染生態(tài)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[27] 國家環(huán)境保護(hù)總局.土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB 1561—1995[S].北京:國家環(huán)境保護(hù)總局,1995.

[28] HAKANSON L.An ecological risk index for aquatic pollution control.a sedimentological approach[J].Water Research,1980,14(8): 975-1001.

[29] 陳春霄,姜霞,立春會,等.太湖表層沉積物中重金屬形態(tài)分布及其潛在生態(tài)風(fēng)險分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2011,31 (11): 1842-1848.(CHEN Chunxiao,JIANG Xia,LI Chunhui,et al.Speciation distribution and potential ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Taihu Lake[J].China Environmental Science,2011,31 (11): 1842-1848.(in Chinese))

[30] 陳靜生,王忠,劉玉機(jī).水體金屬污染潛在危害: 應(yīng)用沉積學(xué)方法評價[J].環(huán)境科技,1989,9(1): 16-25.(CHEN Jingsheng, WANG Zhong, LIU Yuji. Metal Pollution Water Potential Hazards: Sedimentology method is applied to evaluation[J].Environmental Science and Technology, 1989, 9(1): 16-25. (in Chinese))

[31] 李玉,俞志明,宋秀賢.運用主成分分析(PCA)評價海洋沉積物中重金屬污染源[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(1): 137-141.(LI Yu,YU Zhiming,SONG Xiuxian.Application of principal component analysis (PCA) for estimation of source of heavy metal contamination in marine sediments[J].Environmental Science,2006,27(1): 137-141.(in Chinese))

[32] 戴彬,呂建樹,戰(zhàn)金城,等.山東省典型工業(yè)城市土壤重金屬來源、空間分布及潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(2): 507-515.(DAI Bin,LYU Jianshu,ZHAN Jincheng,et al.Assessment of source,spatial distribution and ecological risk of heavy metals in soils in a typical industry-based city of Shangdong Province[J].Environmental Science,2015,36(2): 507-515.(in Chinese))

[33] 孫花,譚長銀,黃道友,等.土壤有機(jī)質(zhì)對土壤重金屬累積、有效性及形態(tài)的影響[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2011,34 (4): 82-87.(SUN Hua,TAN Changyin,HUANG Daoyou,et al.Effects of soil organic matter on the accumulation,availability and chemical speciation of heavy metal[J].Journal of Natural Science of Human Normal University,2011,34 (4): 82-87.(in Chinese))

[34] 陳鳳,濮勵杰.昆山市農(nóng)業(yè)土壤基本性質(zhì)與重金屬含量及二者關(guān)系[J].土壤,2007,39 (2): 291-296.(CHEN Feng,PU LIjie.Relationship between heavy metals and basic properties of agricultural soils in Kunshan county[J].Soils,2007,39 (2): 291-296.(in Chinese))

[35] 柴世偉,溫琰茂,張云霓.廣州郊區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量與土壤性質(zhì)的關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,2004,20 (2): 55-58.(CAI Shiwei,WEN Yanmao,ZHANG Yunxia,et al.Relationship between heavy metals and property of agricultural soil in Guangzhou suburb[J].Rural Eco-Environment,2004,20 (2): 55-58.(in Chinese))

[36] 張一修,王濟(jì),秦樊鑫,等.貴陽市道路灰塵和土壤重金屬來源識別比較.環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,32(1): 204-212.(ZHANG Yixiu,WANG Ji,QIN Fanxin,et al.Comparison of sources of metals in road-dust and soil in Guiyang[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2012,32(1):204-212.(in Chinese))

[37] 董巖翔,鄭文,周建華,等.浙江省土壤地球化學(xué)背景值[M].北京:地質(zhì)出版社,2007:129-152.

[38] 楊景輝.土壤污染與防治[M].北京: 科學(xué)出版社,1995:103-107.

《河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》征訂啟事

(郵發(fā)代號28-63，CN32-1117/TV，ISSN1000-1980，雙月刊)

《河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》是以水資源開發(fā)、利用與保護(hù)為重點的綜合性學(xué)術(shù)期刊，主要刊登河海大學(xué)在水資源、水文、地質(zhì)、測量、水利工程、水電工程、水運工程、海洋及海岸工程、水工結(jié)構(gòu)、工程力學(xué)、水力學(xué)及河流動力學(xué)、巖土工程、電力工程、電子技術(shù)及自動化工程、工業(yè)與民用建筑、環(huán)境工程、機(jī)械工程等學(xué)科方面的科研成果、學(xué)術(shù)論文、學(xué)術(shù)討論、研究動態(tài)等學(xué)術(shù)性文章，可供上述有關(guān)專業(yè)的科技工作者及大專院校師生閱讀和參考。

《河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》創(chuàng)辦于1957年，是全國中文核心期刊、中國科技核心期刊，在國內(nèi)工程技術(shù)界和學(xué)術(shù)界有較大影響。刊載的文章中，絕大部分為國家科技攻關(guān)(重點)項目和各種科學(xué)基金資助項目的研究成果，部分達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進(jìn)水平，為我國水利、水電、水運工程及其他有關(guān)工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理提供了科學(xué)理論、方法和具體建議，發(fā)揮了較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，深受工程界和科技界贊許，并獲得中國高校精品科技期刊獎以及中國期刊方陣“雙效期刊”、江蘇省優(yōu)秀期刊、全國水利系統(tǒng)優(yōu)秀期刊稱號。

《河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》每逢單月出版，國內(nèi)外公開發(fā)行，每期定價15.00元，全年6期，共計90.00元。歡迎廣大讀者通過全國各地郵政局訂閱或直接與編輯部聯(lián)系。

編輯部地址：210098 南京市西康路1號 《河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》編輯部

電話/傳真：025-83786343

E-mail:xb@hhu.edu.cn

http://kkb.hhu.edu.cn/web/indexxb.asp-d＿id=53

ThespatialdistributionandpollutionassessmentofheavymetalsinarablelandinsoutheastofHuzhou

CHENXiaolei,XUMingxing,JIANZhonghua

(Zhejianginstituteofgeologicalsurvey,Hangzhou311203,China)

Case study is performed on the arable land soil in the southeast of Huzhou in this paper, the spatial distribution characteristics of soil heavy metals are studied using the Geostatistical method, in which soil pollution conditions are evaluated using single pollution index, Nemerow complex pollution index, index of geoaccumulation and potential ecological risk index. The results show that the average content of Cd in this area is higher than that of national soil environmental standard (Ⅱ), and the contents of heavy metals (Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg) are higher than the background values. It is also found that the soil pollution degree of the research area is not high, Hg pollution degree appears to increase from the west area to the east area, and Cd pollution is concentrated in the southeast of Nanxun and the middle of Lianshi. The geoaccumulation indices of Hg and Cd are 0.50 and 0.11, respectively, which belonged to light-moderate pollution. The single pollution index of each heavy metal in soil is as follow: Cd(1.47)gt;Hg(0.69)gt;Ni(0.66)gt;Zn(0.41)gt;Cu(0.31)gt;Cr(0.27)gt;As(0.25)gt;Pb(0.11). The Nemerow complex pollution index suggests that the pollution condition of the arable soil is insignificant, only the soil in the middle of Nanxun, the south of Shanlian, and the junction area between Jiuguan and Shuanglin is lightly polluted. The potential pollution risk of Cd appears to be moderate and the comprehensive ecological pollution risk shows to be in a light level. The soil pollutions are supposed to be mainly from agricultural activities and industrial wastes.

heavy metals in soil; spatial distribution; pollution assessment; arable land; Huzhou city

10.3876/j.issn.1000-1980.2017.06.004

2016-12-07

湖州市市本級農(nóng)業(yè)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查項目(【省資】2013003);浙江省基本農(nóng)田土地質(zhì)量地球化學(xué)監(jiān)測試點項目(1212011080001150012-08)

陳小磊(1988—),男,工程師,碩士,主要從事環(huán)境地球化學(xué)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)研究。E-mail:cxiaolei@sina.cn

徐明星,高級工程師。E-mail:xumingxing535005@163.com

X825

A

1000-1980(2017)06-0495-08