中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

应用富集系数法和地累积指数法研究济宁南部区域土壤重金属污染特征及生态风险评价

赵庆令, 李清彩, 谢江坤, 李元仲, 姬永红, 庞成宝, 万淼. 应用富集系数法和地累积指数法研究济宁南部区域土壤重金属污染特征及生态风险评价[J]. 岩矿测试, 2015, 34(1): 129-137. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.01.017
引用本文: 赵庆令, 李清彩, 谢江坤, 李元仲, 姬永红, 庞成宝, 万淼. 应用富集系数法和地累积指数法研究济宁南部区域土壤重金属污染特征及生态风险评价[J]. 岩矿测试, 2015, 34(1): 129-137. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.01.017
ZHAO Qing-ling, LI Qing-cai, XIE Jiang-kun, LI Yuan-zhong, JI Yong-hong, PANG Cheng-bao, WAN Miao. Characteristics of Soil Heavy Metal Pollution and Its Ecological Risk Assessment in South Jining District[J]. Rock and Mineral Analysis, 2015, 34(1): 129-137. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.01.017
Citation: ZHAO Qing-ling, LI Qing-cai, XIE Jiang-kun, LI Yuan-zhong, JI Yong-hong, PANG Cheng-bao, WAN Miao. Characteristics of Soil Heavy Metal Pollution and Its Ecological Risk Assessment in South Jining District[J]. Rock and Mineral Analysis, 2015, 34(1): 129-137. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.01.017

应用富集系数法和地累积指数法研究济宁南部区域土壤重金属污染特征及生态风险评价

  • 基金项目: 山东省济宁市南部农业地质调查项目(鲁国土资[2005]753)
详细信息
    作者简介: 赵庆令, 工程师, 从事环境影响评价及仪器分析研究工作.E-mail:zqlzb@126.com
  • 中图分类号: S151.93

Characteristics of Soil Heavy Metal Pollution and Its Ecological Risk Assessment in South Jining District

  • 评价土壤中重金属污染的方法有单因子指数法、内梅罗综合指数法、地累积指数法、潜在生态危害指数法等, 但迄今尚没有成熟的、统一的标准.本文以济宁城区南部农田为研究区域, 采集77件土壤样品进行调查, 光谱、质谱等技术分析结果表明土壤环境中8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)平均含量分别为16.7、0.270、88.4、33.0、0.050、40.4、29.3、89.1 mg/kg, 与黄淮海平原土壤生态地球化学基准值相比, Hg、Cd分别高于基准值的1.50倍、1.39倍, 其他重金属高于基准值的0.26~0.52倍.Hg与As、Cr、F、pH、Cu、Ni、TFe2O3呈显著负相关, 表明土壤受到了Hg的不同程度人为污染.用富集系数法和地累积指数法分析区内8种重金属元素的污染(富集)程度, 均表明土壤环境中Hg、Cd为轻微污染(富集)程度, 其他6种元素均为无污染.将该区域重金属含量与其生物毒性系数、生态效应、环境效应相结合, 运用潜在生态危害指数法对重金属污染进行生态风险评价.结果显示, 8种重金属的潜在生态危害由强至弱依次为:Hg >Cd >As >Cu >Pb >Ni >Cr >Zn, 与污染(富集)程度排序差异明显; 尽管Hg、Cd在研究区内仅仅为轻微(富集)程度, 但都具有较高的毒性响应系数, 两元素对土壤综合潜在生态危害的贡献率之和达到了81.26%.借助MapGIS绘制研究区潜在生态风险程度评价图, 表明区内土壤环境总体上处于"中度"潜在生态风险, 约6.83%的面积呈"强"和"很强"潜在生态风险, 其中复兴河、姚楼河、京杭运河3条河流交汇处的局部区域(占研究区面积的0.50%)达到了"很强"潜在生态风险.通过调查可疑人为污染源发现, "强"和"很强"潜在生态风险区域的布局恰好与区内煤矿生产开采活动相关.本文提出, 应当注重对煤矿开采矿井周边区域土地复垦及污染防治工作, 尤其是加强土壤中Cd、Hg的物理化学改良及生物治理修复工作, 防止Hg、Cd进一步污染扩散.

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  • 图 1  重金属元素对潜在生态危害贡献率示意图

    Figure 1. 

    图 2  济宁南部区域重金属潜在生态风险程度评价图

    Figure 2. 

    表 1  富集系数和地累积指数评价指标

    Table 1.  Enrichment factor and geo-accumulation index

    等级 EF值 富集(污染)程度 等级 Igeo 富集(污染)程度
    ≤1 无富集(无污染) ≤0 无富集(无污染)
    1~2 轻微富集(轻微污染) 0~1 轻微富集(轻微污染)
    2~5 中度富集(中度污染) 1~2 中度富集(中度污染)
    5~20 显著富集(强污染) 2~3 中强富集(中强污染)
    20~40 强烈富集(较强污染) 3~4 强富集(强污染)
    >40 极强富集(极强污染) 4~5 较强富集(较强污染)
    > 5 极强富集(极强污染)
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    表 2  生态危害程度及生态风险程度评价指标

    Table 2.  Ecological risk level and its assessment index

    Eri 潜在生态危害程度 RI 潜在生态风险程度
    <40 轻度 <150 轻度
    40~80 中度 150~300 中度
    80~160 300~600
    160~320 很强 >600 很强
    >320 极强
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    表 3  土壤重金属元素含量分析统计

    Table 3.  Statistics of heavy metal concentration in soils

    项目 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn
    含量最小值(μg/g) 5.9 0.11 61.7 18.3 0.022 24.6 18.2 57.5
    含量最大值(μg/g) 22.9 0.68 102.4 51.2 0.335 49.3 34.1 112.5
    含量平均值(μg/g) 16.7 0.270 88.4 33.0 0.050 40.4 29.3 89.1
    含量背景值(μg/g) 11 0.113 66 23 0.02 32 22 62
    标准偏差(μg/g) 4.60 0.10 11.52 5.97 0.05 6.89 3.78 12.75
    变异系数(%) 28 35 13 18 91 17 13 14
    超标率(%) 81.82 98.70 92.21 92.21 100.00 81.82 90.91 94.81
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    表 4  济宁南部区域土壤中不同元素间相关关系

    Table 4.  Correlationship between different elements in soils of Southern Jining

    元素 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn F S OrgC TFe2O3 pH
    As 1 0.501** 0.915** 0.722** -0.312** 0.901** 0.677** 0.762** 0.887** 0.433** 0.290* 0.851** 0.451**
    Cd 1 0.561** 0.425** -0.130 0.527** 0.447** 0.515** 0.505** 0.350** 0.433** 0.491** 0.124
    Cr 1 0.778** -0.307** 0.963** 0.827** 0.852** 0.891** 0.520** 0.502** 0.943** 0.266*
    Cu 1 0.233* 0.832** 0.766** 0.940** 0.681** 0.349** 0.489** 0.778** 0.107
    Hg 1 -0.274* -0.034 0.079 -0.300** -0.088 0.132 -0.252* -0.327**
    Ni 1 0.813** 0.898** 0.871** 0.424** 0.441** 0.930** 0.293**
    Pb 1 0.822** 0.644** 0.407** 0.591** 0.813** -0.103
    Zn 1 0.740** 0.363** 0.531** 0.857** 0.117
    F 1 0.480** 0.373** 0.836** 0.408**
    S 1 0.665** 0.480** -0.104
    OrgC 1 0.490** -0.350**
    TFe 2O 3 1 0.222
    pH 1
    注:*代表P < 0.05;**代表P < 0.01。
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    表 5  土壤重金属元素富集系数和地累积指数评价特征值统计

    Table 5.  Eigenvalue Statistics of enrichment factor and geo-accumulation index of heavy metals in soils

    元素 EF EF < 1 1 < EF < 2 2 < EF < 5 5 < EF < 20 20 < EF < 40
    变化范围 平均值 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率
    As0.61~1.391.101823.385976.62000000
    Cd0.94~3.901.7711.306483.121215.580000
    Cr0.68~1.130.995470.132329.87000000
    Cu0.76~2.061.061519.486179.2211.300000
    Hg0.77~15.511.991722.084457.141215.5845.1900
    Ni0.68~1.020.937394.8145.19000000
    Pb0.67~1.571.005166.232633.77000000
    Zn0.79~1.561.071316.886483.12000000
    元素 Igeo Igeo < 0 0 < Igeo < 1 1 < Igeo < 2 2 < Igeo < 3 3 < Igeo < 4
    变化范围 平均值 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率
    As-1.48~0.47-0.062735.065064.9400-0-0
    Cd-0.62~2.000.6079.096280.5279.0911.30-0
    Cr-0.68~0.05-0.186584.421215.5800-0-0
    Cu-0.91~0.57-0.094051.953748.0500-0-0
    Hg-0.45~3.480.452329.874153.2579.0956.4911.30
    Ni-0.96~0.04-0.277293.5156.49-0-0-0
    Pb-0.86~0.05-0.197293.5156.49-0-0-0
    Zn-0.69~0.27-0.083950.653849.35-0-0-0
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    表 6  土壤重金属元素潜在生态危害评价特征值统计

    Table 6.  Eigenvalue Statistics of potential ecological risk of heavy metals in soils

    元素 E ri E ri≤40 40 < E ri≤80 80 < E ri≤160 160 < E ri≤320 E ri>320
    变化范围 平均值 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率 样品数 比率
    As 5.36~20.82 15.16 77 100 0 0 0 0 0 0 0 0
    Cd 29.20~180.53 71.65 5 6.49 58 75.33 12 15.58 2 2.60 0 0
    Cr 1.87~3.10 2.68 77 100 0 0 0 0 0 0 0 0
    Cu 3.98~11.13 7.17 77 100 0 0 0 0 0 0 0 0
    Hg 44~670 99.30 0 0 52 67.53 15 19.48 8 10.39 2 2.60
    Ni 3.87~7.70 6.32 77 100 0 0 0 0 0 0 0 0
    Pb 4.14~7.75 6.65 77 100 0 0 0 0 0 0 0 0
    Zn 0.93~1.81 1.44 77 100 0 0 0 0 0 0 0 0
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出版历程
收稿日期:  2014-03-05
修回日期:  2014-07-07
录用日期:  2014-08-09
刊出日期:  2015-01-25

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