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

武水河上游区域土壤重金属污染风险及来源分析

罗飞, 巴俊杰, 苏春田, 潘晓东, 杨杨. 武水河上游区域土壤重金属污染风险及来源分析[J]. 岩矿测试, 2019, 38(2): 195-203. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201806040069
引用本文: 罗飞, 巴俊杰, 苏春田, 潘晓东, 杨杨. 武水河上游区域土壤重金属污染风险及来源分析[J]. 岩矿测试, 2019, 38(2): 195-203. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201806040069
Fei LUO, Jun-jie BA, Chun-tian SU, Xiao-dong PAN, Yang YANG. Contaminant Assessment and Sources Analysis of Heavy Metals in Soils from the Upper Reaches of the Wushui River[J]. Rock and Mineral Analysis, 2019, 38(2): 195-203. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201806040069
Citation: Fei LUO, Jun-jie BA, Chun-tian SU, Xiao-dong PAN, Yang YANG. Contaminant Assessment and Sources Analysis of Heavy Metals in Soils from the Upper Reaches of the Wushui River[J]. Rock and Mineral Analysis, 2019, 38(2): 195-203. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201806040069

武水河上游区域土壤重金属污染风险及来源分析

  • 基金项目:
    广西自然科学基金项目(2018JJA150151);中国地质调查局地质调查项目(DD20160303);桂林市科技局重大专项项目(20180101-3)
详细信息
    作者简介: 罗飞, 助理研究员, 主要从事岩溶水文地质环境地质研究工作。E-mail:luofei@karst.ac.cn
    通讯作者: 巴俊杰, 博士, 助理研究员, 从事水文地质环境地质研究工作。E-mail:bajunjie@karst.ac.cn
  • 中图分类号: S151.93;O657.3

Contaminant Assessment and Sources Analysis of Heavy Metals in Soils from the Upper Reaches of the Wushui River

More Information
  • 生态功能区在涵养水源、保持水土、维系生物多样性等方面具有重要的作用。本文以位于南岭生态功能区的流域——武水流域为研究对象,采集流域上游交通运输用地、采矿用地、工业用地、耕地及林地5种土地利用类型土壤样品,分析7种重金属Cd、As、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量特征,采用内梅罗综合污染指数评价重金属污染的程度,Hakanson潜在生态风险指数法评价土壤重金属潜在生态风险,并应用主成分分析法探究重金属污染的来源。研究结果显示,武水河上游地区土壤重金属Cd、As、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn平均含量分别为1.28、72.44、54.62、0.27、68.32、72.29和158.42mg/kg,均高于土壤背景值,其中采矿用地土壤重金含量除Hg外均高于其他类型土壤。均值状态下土壤中Cd和As单因子污染指数分别为5.07、3.25,其中采矿用地中Cd单因子污染指数可达13.59;土壤重金属综合污染指数表明,采矿用地污染最为严重,其次是工业用地,林地呈安全状态。潜在生态危害指数评价结果显示,采矿用地和工业用地达到了强生态危害,其他类型土壤为轻微生态危害,而采矿用地土壤中Cd达到极强生态危害,As为强生态危害。土壤重金属来源研究结果表明,As、Cd、Cu和Zn来源于矿山开采及工业活动,Ni和Hg主要来源于成土母质,Pb则来源于交通运输。研究认为:武水流域上游区土壤重金属污染情况较为严重,Cd和As是区内主要的风险因子,主要来源于矿山开采以及工业活动。
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  • 图 1  采样点分布图

    Figure 1. 

    图 2  研究区不同土地利用类型的土壤重金属含量特征

    Figure 2. 

    表 1  单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态危害系数、危害指数分级标准

    Table 1.  Classification criterion of single geneindex, complex pollution indices methods, potential ecological risk coefficients and risk indices

    等级 单项污染指数(Pi) 综合污染指数(PN) 污染等级 潜在生态危害系数(Eri) 潜在生态污染指数(RI) 生态危害程度
    Pi≤0.7 PN≤0.7 安全 < 40 < 150 轻微生态危害
    0.7 < Pi≤1.0 0.7 < PN≤1.0 警戒线 40~80 150~300 中等生态危害
    1.0 < Pi≤2.0 1.0 < PN≤2.0 轻污染 80~160 300~600 强生态危害
    2.0 < Pi≤3.0 2.0 < PN≤3.0 中污染 160~320 >600 很强生态危害
    Pi>3.0 PN>3.0 重污染 >320 - 极强生态危害
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    表 2  研究区土壤重金属描述性统计

    Table 2.  Statistical characteristics of heavy metals of soil in the study area

    重金属(n=49) 含量测定值(mg/kg) 平均含量(mg/kg) 变异系数 参考背景值(mg/kg) $\frac{平均含量}{参考背景值} $ 超参考背景值率(%) 土壤背景值[16](mg/kg) 超参考背景值率(%)
    Cd 0.03~10.00 1.28 1.76 0.30 4.27 60.43 0.20 71.73
    As 5.39~1490.0 72.44 2.93 30.00 2.41 50.91 14.00 71.73
    Cu 3.55~867.00 54.62 2.21 100.00 0.54 6.12 27.0 60.38
    Hg 0.02~1.93 0.27 1.34 2.4 0.11 0 0.18 66.04
    Ni 2.96~340.00 68.32 1.14 100.00 0.68 14.28 57.1 37.74
    Pb 22.50~662.00 72.29 1.53 120.00 0.60 14.28 27.0 95.34
    Zn 19.70~612.00 158.42 0.79 250.00 0.63 20.41 95.0 64.15
    注:参考背景值采用《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618—2018)风险值。
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    表 3  研究区不同土地利用类型土壤重金属污染指数评价

    Table 3.  Pollution index evaluation of heavy metals in soil of different utilization type in the study area

    重金属 污染指数 交通运输用地 采矿用地 耕地 工业用地 林地 均值
    Cd Pi 1.30 13.59 1.49 8.55 0.40 5.07
    Eri 39.06 407.80 44.78 256.45 12.13 152.04
    As Pi 1.41 12.21 1.08 1.09 0.46 3.25
    Eri 14.13 122.10 10.77 10.91 4.64 32.51
    Cu Pi 0.31 2.16 0.60 0.49 0.16 0.74
    Eri 1.56 10.80 1.51 2.47 1.57 3.58
    Hg Pi 0.12 0.10 0.41 0.22 0.02 0.17
    Eri 4.61 3.90 3.42 8.90 4.51 5.07
    Ni Pi 0.50 1.29 1.14 1.21 0.18 0.86
    Eri 2.50 6.50 2.28 6.04 2.25 3.91
    Pb Pi 0.40 2.22 0.18 0.38 0.34 0.70
    Eri 1.99 11.10 1.86 1.91 0.83 3.54
    Zn Pi 0.53 1.60 0.44 0.71 0.33 0.72
    Eri 0.53 1.60 0.44 0.71 0.33 0.72
    PN 1.24 14.78 1.46 6.24 0.43 -
    RI 64.38 563.84 65.05 287.38 21.38 -
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    表 4  研究区不同土地利用类型土壤重金属相关系数

    Table 4.  Correlation coefficient of heavy metals in the soil of different utilization type in the study area

    元素 As Cd Cu Hg Ni Pb Zn
    As 1
    Cd 0.393** 1
    Cu 0.973** 0.477** 1
    Hg -0.039 0.535** 0.036 1
    Ni 0.024 0.592** 0.135 0.349* 1
    Pb 0.326* 0.419** 0.288* -0.005 0.121 1
    Zn 0.424** 0.734** 0.468** 0.280 0.514** 0.489** 1
    注:**表示相关系数在0.01水平上显著,*表示相关系数在0.05水平上显著。
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    表 5  主成分分析的主要计算结果

    Table 5.  Main calculation results of principal component analysis

    项目 主成分1 主成分2 主成分3
    特征值 3.31 1.65 0.89
    贡献率(%) 47.31 23.53 12.74
    累积贡献率(%) 47.31 70.84 83.58
    As 0.700 -0.654 0.256
    Cd 0.876 0.316 0.021
    Cu 0.755 -0.561 0.314
    Hg 0.387 0.648 0.385
    Ni 0.552 0.582 0.002
    Pb 0.559 -0.161 -0.732
    Zn 0.847 0.145 -0.209
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出版历程
收稿日期:  2018-06-04
修回日期:  2018-12-13
录用日期:  2019-01-04

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