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山地水田土壤环境质量评价及重金属来源解析

张金兰 黄程亮 黄秋鑫 陈克海

张金兰, 黄程亮, 黄秋鑫, 陈克海. 山地水田土壤环境质量评价及重金属来源解析[J]. 华南师范大学学报(自然科学版), 2020, 52(3): 54-61. doi: 10.6054/j.jscnun.2020044
引用本文: 张金兰, 黄程亮, 黄秋鑫, 陈克海. 山地水田土壤环境质量评价及重金属来源解析[J]. 华南师范大学学报(自然科学版), 2020, 52(3): 54-61. doi: 10.6054/j.jscnun.2020044
ZHANG Jinlan, HUANG Chengliang, HUANG Qiuxin, CHEN Kehai. The Assessment of Soil Environmental Quality and the Analysis of Heavy Metal Source in Paddy Field in Hilly Areas[J]. Journal of South China normal University (Natural Science Edition), 2020, 52(3): 54-61. doi: 10.6054/j.jscnun.2020044
Citation: ZHANG Jinlan, HUANG Chengliang, HUANG Qiuxin, CHEN Kehai. The Assessment of Soil Environmental Quality and the Analysis of Heavy Metal Source in Paddy Field in Hilly Areas[J]. Journal of South China normal University (Natural Science Edition), 2020, 52(3): 54-61. doi: 10.6054/j.jscnun.2020044

山地水田土壤环境质量评价及重金属来源解析

doi: 10.6054/j.jscnun.2020044
基金项目: 

广东省科技计划项目 2016A040403039

2020年广东省科技创新战略专项资金项目 pdjh2020b0929

2019年广东省普通高校青年创新人才类项目 2019GKQNCX021

广东省县级地方财政资金项目 RXYW0937S

广东工贸职业技术学院院级课题项目 2018-Z-04

广东工贸职业技术学院培英育才计划项目 粤工贸院[2019]142号

详细信息
    通讯作者:

    黄秋鑫,高级工程师,Email: huangqx@ceprei.com; zhong-xian@163.com

  • 中图分类号: X82

The Assessment of Soil Environmental Quality and the Analysis of Heavy Metal Source in Paddy Field in Hilly Areas

  • 摘要: 选择以非传统重点关注农区——广东省东部山地水田土壤作为研究对象,调查土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu等6种重金属的质量分数水平及空间分布情况,评价环境质量现状并进行重金属来源解析.研究结果表明:该区水田土壤环境中各重金属的平均质量分数未超过国家标准中的农田土壤污染风险管制值;基于筛选值的样本超标率均在10%以下,土壤环境质量总体良好,农产品重金属超标风险低;土壤中重金属的来源可能主要包括受人为干扰的土壤成土母质因素、工业污染因素、无干扰的土壤成土母质因素和交通污染因素,分别影响土壤中Cd、As、Cr、Cu、Hg、Pb的质量分数和空间变化特征,是导致土壤环境污染的潜在因素.建议该区在发展农业经济、工业经济、公共服务体系等时,注意做好环境规划、管理及污染防治;对超筛选值的轻度和中度污染土壤采取进一步的生态风险评估和农产品协同监测机制,对极少数重度污染土壤采取改种非食用农作物的措施.
  • 图  1  采样点分布图

    Figure  1.  The distribution of sampling sites

    图  2  土壤重金属质量分数的空间分布

    Figure  2.  The spatial distribution of heavy metal content in soil

    图  3  基于土壤重金属污染风险筛选值的超标空间分布

    Figure  3.  The spatial distribution of over-standard heavy metals in soil based on Soil Pollution Risk Filter Values

    图  4  基于重金属污染风险筛选值的污染等级空间分布

    Figure  4.  The spatial distribution of pollution class of heavy metals based on Soil Pollution Risk Filter Values

    表  1  水田土壤重金属质量分数的统计特征

    Table  1.   The statistics of heavy metal contents in paddy field soil

    重金属 w的最小值/ (mg·kg-1) w的最大值/ (mg·kg-1) w的平均值/ (mg·kg-1) w的标准差/ (mg·kg-1) w的变异系数/% 广东省土壤重金属质量分数的背景值[21]/ (mg·kg-1) t检验Sig.值
    Cd 0.00 1.61 0.18 0.21 119.70 0.09 0.000
    Pb 0.08 268.44 45.93 28.00 60.96 35.87 0.000
    As 0.15 70.89 10.74 10.40 96.84 13.52 0.000
    Cu 0.00 878.00 31.05 101.30 326.23 17.65 0.032
    Cr 0.00 599.85 39.48 47.27 119.74 56.53 0.000
    Hg 0.00 0.49 0.10 0.07 66.86 0.085 0.000
      注:t检验Sig.值为水田土壤重金属检测结果与广东省土壤背景值的单样本t检验Sig.(双侧)值,置信区间百分比为95%.
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    表  2  不同研究区域水田(农业)土壤重金属质量分数的平均值

    Table  2.   The mean contents of heavy metals in agricultural soil of different areas

    区域 w的平均值/(mg·kg-1) 参考文献
    Cd Pb As Cu Cr Hg
    本研究区 0.18 45.93 10.74 31.05 39.48 0.10 本研究
    广州市番禺区 0.32 45.80 14.30 46.70 71.10 0.31 [22]
    东莞市 0.12 65.38 12.76 21.82 43.01 0.24 [21]
    佛山市顺德区 0.60 14.72 78.87 0.25 [4]
    全国大中城市 0.68 47.34 13.39 38.17 63.04 0.31 [23]
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    表  3  基于重金属污染风险筛选值的样品超标率统计

    Table  3.   The statistics of over-standard rate of heavy metals based on Soil Pollution Risk Filter Values

    重金属 土壤pH≤5.5 5.5 < 土壤pH≤6.5 6.5 < 土壤pH≤7.5 土壤pH>7.5 样品超标率/%
    样品总数/个 超标样品数量/个 样品总数/个 超标样品数量/个 样品总数/个 超标样品数量/个 样品总数/个 超标样品数量/个
    Cd 204 21 44 2 14 1 6 0 9.0
    Pb 204 22 44 0 14 1 6 0 8.6
    Cu 204 17 44 2 14 0 6 0 7.1
    As 204 12 44 2 14 0 6 0 5.2
    Cr 204 2 44 0 14 0 6 0 0.7
    Hg 204 0 44 0 14 0 6 0 0
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    表  4  基于重金属污染风险筛选值的面积超标率统计

    Table  4.   The area statistics of over-standard rate of heavy metals based on Soil Pollution Risk Filter Values

    统计指标 Cu Cd Pb As Cr
    超标面积/km2 74.27 65.49 6.02 3.06 2.85
    总面积/km2 458.35 458.35 458.35 458.35 458.35
    面积超标率/% 16.20 14.29 1.31 0.67 0.62
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    表  5  基于重金属污染风险筛选值的污染等级面积统计

    Table  5.   The area statistics of pollution class of heavy metals based on Soil Pollution Risk Filter Values

    污染等级 面积/km2 占比/%
    安全 295.79 64.66
    警戒限 62.48 13.66
    轻度污染 86.58 18.93
    中度污染 9.16 2.00
    重度污染 3.45 0.75
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    表  6  重金属元素间主成分分析的成分得分系数矩阵

    Table  6.   The component score coefficient matrix of the principal component analysis for heavy metals

    元素 提取3个主成分 提取4个主成分
    主成分1 主成分2 主成分3 主成分1 主成分2 主成分3 主成分4
    Hg -0.008 -0.026 0.917 0.029 -0.018 0.977 -0.050
    Cr 0.048 0.595 0.123 0.000 0.594 0.106 0.094
    Cu -0.041 0.620 -0.160 0.017 0.623 -0.133 -0.110
    As 0.471 0.002 -0.156 0.621 0.017 -0.037 -0.120
    Cd 0.477 -0.015 -0.043 0.628 0.000 0.082 -0.118
    Pb 0.417 0.022 0.236 -0.133 -0.010 -0.049 1.029
    特征值 1.597 1.366 1.029 1.597 1.366 1.029 0.760
    方差/% 26.624 22.759 17.145 26.624 22.759 17.145 12.666
    累积方差/% 26.624 49.383 66.528 26.624 49.383 66.528 79.194
      注:加粗字体得分数所对应的元素为主成分影响元素.
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  • [1] 傅阳, 凡玲, 黄雪莹.马缨丹对镉的耐性及Glomus intraradices对镉吸收转运的影响[J].华南师范大学学报(自然科学版), 2017, 49(2):122-128. doi: 10.6054/j.jscnun.2017069

    FU Y, FAN L, HUANG X Y. Cadmium tolerance and effects of Glomus intraradices on cadmium uptake and transport of Lantana camara L.[J]. Journal of South China Normal University (Natural Science Edition), 2017, 49(2):122-128. doi: 10.6054/j.jscnun.2017069
    [2] ZHANG J R, LI H Z, ZHOU Y Z, et al. Bioavailability and soil-to-crop transfer of heavy metals in farmland soils:a case study in the Pearl River Delta, South China[J]. Environmental Pollution, 2018, 235:710-719. doi: 10.1016/j.envpol.2017.12.106
    [3] CAI L M, XU Z C, REN M Z, et al. Source identification of eight hazardous heavy metals in agricultural soils of Huizhou, Guangdong Province, China[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2012, 78:2-8. doi: 10.1016/j.ecoenv.2011.07.004
    [4] CAI L M, XU Z C, BAO P, et al. Multivariate and geostatistical analyses of the spatial distribution and source of arsenic and heavy metals in the agricultural soils in Shunde, Southeast China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2015, 148:189-195. doi: 10.1016/j.gexplo.2014.09.010
    [5] 王玉军, 吴同亮, 周东美, 等.农田土壤重金属污染评价研究进展[J].农业环境科学学报, 2017, 36(12):2365-2378. doi: 10.11654/jaes.2017-1317

    WANG Y J, WU T L, ZHOU D M, et al. Advances in soil heavy metal pollution evaluation based on bibliometrics analysis[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2017, 36(12):2365-2378. doi: 10.11654/jaes.2017-1317
    [6] 缪瑞琪, 燕永锋, 白燕, 等.昆明市土壤重金属污染评价[J].地球与环境, 2015, 43(5):536-539. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dzdqhx201505008

    MIU R Q, YAN Y F, BAI Y, et al. Assessment of heavy metal contamination of soil in Kunming City, China[J]. Earth and Environment, 2015, 43(5):536-539. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dzdqhx201505008
    [7] 陈丹青, 谢志宜, 张雅静, 等.基于PCA/APCS和地统计学的广州市土壤重金属来源解析[J].生态环境学报, 2016, 25(6):1014-1022. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=tryhj201606015

    CHEN D Q, XIE Z Y, ZHANG Y J, et al. Sourceapportionment of soil heavy metals in Guangzhou based on the PCA/APCS model and geostatistics[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2016, 25(6):1014-1022. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=tryhj201606015
    [8] 张金莲, 丁疆峰, 卢桂宁, 等.广东清远电子垃圾拆解区农田土壤重金属污染评价[J].环境科学, 2015, 36(7):2633-2640. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjkx201507041

    ZHANG J L, DING J F, LU G N, et al. Heavy metal contamination in farmland soils at an E-waste disassembling site in Qingyuan, Guangdong, South China[J]. Environmental Science, 2015, 36(7):2633-2640. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjkx201507041
    [9] 万凯, 王富华, 张冲, 等.东莞市农田土壤重金属污染调查分析[J].广东农业科学, 2010(9):198-220. doi: 10.3969/j.issn.1004-874X.2010.06.081
    [10] 生态环境部, 国家市场监督管理总局.土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行): GB15618-2018[S].北京: 中国标准出版社, 2018.
    [11] 中华人民共和国农业部.农田土壤环境质量监测技术规范: NY/T 395-2012[S].北京: 中国标准出版社, 2012.
    [12] 中华人民共和国国家环境保护总局.土壤环境监测技术规范: HJ/T 166-2004[S].北京: 中国标准出版社, 2004.
    [13] 中华人民共和国农业部.土壤pH的测定: NY/T 1377-2007[S].北京: 中国标准出版社, 2007.
    [14] 中华人民共和国环境保护部.土壤和沉积物12种金属元素的测定王水提取-电感耦合等离子体质谱法: HJ 803-2016[S].北京: 中国标准出版社, 2016.
    [15] 孙秀敏, 雷敏, 李璐, 等.微波消解-ICP-MS法同时测定土壤中8种重(类)金属元素[J].分析试验室, 2014(10):1177-1180. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=fxsys201410014

    SUN X M, LEI M, LI L, et al. Simultaneous determination of eight heavy metals elements in soil by microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Analysis Laboratory, 2014(10):1177-1180. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=fxsys201410014
    [16] 中华人民共和国环境保护部.土壤和沉积物汞、砷、硒、铋、锑的测定微波消解/原子荧光法: HJ 680-2013[S].北京: 中国标准出版社, 2013.
    [17] 中华人民共和国农业部.耕地地力调查与质量评价技术规程: NY/T 1634-2008[S].北京: 中国标准出版社, 2008.
    [18] 张金兰, 黄铁兰, 黄秋鑫.典型空间插值模型稳定性及其影响因素研究[J].环境科学与技术, 2019, 42(3):206-213. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hjkxyjs201903029

    ZHANG J L, HUANG T L, HUANG Q X. Stability and influence factors of typical spatial interpolation methods based on direct map comparison[J]. Environmental Science and Technology, 2019, 42(3):206-213. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hjkxyjs201903029
    [19] 张金兰, 欧阳婷萍, 黄铁兰, 等.农田表层土壤镉的典型空间插值方法对比研究[J].生态科学, 2017, 36(6):130-136. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stkx201706019

    ZHANG J L, OUYANG T P, HUANG T L, et al. Comparison of typical interpolation methods for spatial distribution of Cd in soil[J]. Ecological Science, 2017, 36(6):130-136. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stkx201706019
    [20] 陈思萱, 邹滨, 汤景文.空间插值方法对土壤重金属污染格局识别的影响[J].测绘科学, 2015, 40 (1):63-67. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/chkx201501013

    CHEN S X, ZOU B, TANG J W. Impact of spatial interpolation methods on identifying structure of heavy metal polluted soil[J]. Science of Surveying and Mapping, 2015, 40(1):63-67. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/chkx201501013
    [21] CAI L M, HUANG L C, ZHOU Y Z, et al. Heavy metal concentrations of agricultural soils and vegetables from Dongguan, Guangdong[J]. Journal of Geographical Sciences, 2010, 20:121-134 doi: 10.1007/s11442-010-0121-1
    [22] 李洁雯, 李超, 黄纯邻, 等.广州市番禺区农田土壤重金属污染调查分析[J].中国环保产业, 2015(8):65-69. doi: 10.3969/j.issn.1006-5377.2015.08.024

    LI J W, LI C, HUANG C L, et al. Investigation analysis on heavy metal pollution of cropland soil in Guangzhou Panyu district[J]. China Environmental Protection Industry, 2015(8):65-69. doi: 10.3969/j.issn.1006-5377.2015.08.024
    [23] 王莹, 陈玉成, 李章平.我国城市土壤重金属的污染格局分析[J].环境化学, 2012, 31(6):763-770. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjhx201206001

    WANG Y, CHEN Y C, LI Z P. Contamination pattern of heavy metals in Chinese urban soils[J]. Environmental Chemisty, 2012, 31(6):763-770. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjhx201206001
    [24] 牛计伟, 杜艳君, 张建鹏, 等.广东省农田土壤铅、镉、铬等重金属风险评估研究[J].环境卫生学杂志, 2018, 8(3):184-190. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gwyx-wsx201803005

    NIU J W, DU Y J, ZHANG J P, et al. Health risk assessment on exposure to heavy metals from farmland in Guangdong province[J]. Journal of Environmental Hygiene, 2018, 8(3):184-190. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gwyx-wsx201803005
    [25] 王建乐, 谢仕斌, 王冠, 等.不同提取剂提取土壤中重金属能力的对比研究[J].华南师范大学学报(自然科学版), 2020, 52(1):55-62. doi: 10.6054/j.jscnun.2020009

    WANG J L, XIE S B, WANG G, et al. A comparative study of the capacity of different extractants to extract heavy metals in soil[J]. Journal of South China Normal University (Natural Science Edition), 2020, 52(1):55-62. doi: 10.6054/j.jscnun.2020009
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  • 收稿日期:  2019-10-23
  • 刊出日期:  2020-06-25

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