潜在生态危害指数法教学提纲

实验题目土壤中Cu的污染分析实验一、实验目的与要求一、实验目的与要求（1）了解重金属Cu对生物的危害及其迁移影响因素。

（2）了解重金属Cu的污染及迁移影响因素。

（3）掌握土壤消解及其前处理技术。

（4）掌握原子吸收分析土壤中金属元素的方法。

（5）掌握土壤中Cu污染评价方法。

二、实验方案1.仪器原子吸收分光光度计电热板量筒100mL烧杯（聚四氟乙烯）吸量管、50mL比色管、电子天秤2.试剂浓硝酸GR、浓盐酸GR、氢氟酸GR、浓高氯酸GRCu标准储备液、Cu的使用液3.实验步骤（1）三份待测土样，约0.5g分别置于3个聚四氟乙烯烧杯；（2）向烧杯加入2ml蒸馏水湿润土样后，再加入10ml HCl并在电热板上加热至近干；（3）往烧杯中加入10ml HNO3，置于电热板上加热至近干；（4）往烧杯中加入5mlHF，置于电热板上加热至近干；（5）往烧杯中加入5mLHClO4，于电热板上加热至冒白烟时取下冷却；（6）取3支50ml具塞比色管，分别向管中加入2mlHNO3,分别对应加入冷却好的消解土样后，再加水稀释至刻度线；（7）如果溶液比较混浊，则要过滤再进行测定。

（8） AAS测定。

三、实验结果与数据处理Cu标准溶液曲线各个区域土壤中Cu的含量 mg/kg教学区1 2 3 4 5 6 7 8 实（1-2）2 实（1-2）4 实（2-3）1 工（3-4）3 教1 教2 教5 图117.83 13.01 24.78 8.56 16.76 6.30 12.49 7.09生活区1 2 3 4 5 6 东1 东2 东12 东14 二饭教寓5.49 19.27 6.20 2.11 13.70 16.18其他区1 2 3 4 5 6 7 8行山3 行山4 行山5 体1 体4 南商1 南商4 中心湖1 15.96 7.75 9.93 9.65 8.46 16.80 9.47 9.30外环区1 2 3 4 5 6 7 8外1 外2 外6 外4 公4 公10 农田2 农田414.80 14.13 15.53 12.41 59.07 10.88 10.46 24.24四、结论1.数据可靠性评价由图可知标准曲线的相关系数均为R2=0.9995，可知在数据处理的过程中，由标准溶液产生的误差是可忽略不计的。

河水重金属污染治理方法1 引言重金属是水体中具有潜在危害的重要污染物之一.随着经济和工业的发展，城市生活、工业冶炼及农业面源污染向环境排出的重金属废水逐年增加，导致河流受到不同程度污染，危害水生生态系统结构和功能;此外，Hg、Pb、Cd等重金属不能被生物降解，参与食物链循环并在生物体内积累，通过食物链进入人体，危害人体健康.河流悬浮颗粒与重金属污染物通过吸附、络合和沉淀等作用，转移到沉积相中，使沉积物成为水体环境中重金属的“蓄积库”，当水体环境发生变化时，沉积重金属通过一系列物理、化学和生物的过程重新释放到上覆水中，造成水体“二次污染”.这种“源”和“汇”相互转化，对流域水生态系统构成严重威胁.同时，沉积物中重金属含量反映河流受污染程度，研究河流沉积物重金属污染，对开展生态风险评价具有重要意义.海河流域主要区域地处平原，工、农业发展程度高，平原区域城市行业废水和生活污水排放量逐年增加，加之流域天然径流量逐年减少，大部分河流呈现出非常规水源补给特征.河流径流补给方式变化带来的严重后果是流域重金属污染问题日益突出，重金属污染及其环境风险研究备受关注，而目前在这方面研究多集中于海河流域水生态问题，如水质评价、水体有机复合污染的研究，重金属污染问题研究也仅局限于海河流域北部地区河流，缺少对海河流域南部重污染水系子牙河沉积物重金属调查研究.滏阳河属海河流域南系的子牙河水系，两岸地区工农业比较发达，重金属污染问题突出，本文研究滏阳河沉积物中重金属含量分布特征及主要来源，开展重金属风险评价并作规律性总结，为海河流域重金属污染的风险评估和控制及河流修复、治理提供参考.2 材料与方法2.1 调查区域与点位布置滏阳河属海河流域南系，地理位置114°E~116° E、36°N~38°N，由14条支流汇流而成(图 1).滏阳河流经邯郸、邢台、衡水，于献县臧桥与滹沱河汇流后称为子牙河.滏阳河属北温带大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年均气温13.4 ℃，年均降雨量550 mm，多集中于6—9月.滏阳河流域农业水资源利用量占75%，导致河流水资源补给主要以沿途接纳的城市生活污水和工业废水为主，重金属污染严重.综合考虑滏阳河干流沿岸土地利用类型、河流形态、支流汇入位置、城市上下游等因素，在滏阳河上、中、下游设置采样点15个，分别是邯郸段(1~3号样点位于邯郸段上游，4、5号样点位于邯郸段下游)、邢台段(6~8号样点位于邢台段中游，9号样点位于北澧河汇入点，10号样点位于洨河汇入点下游，11号样点为汪洋沟汇入点，12号样点为邵村排干汇入点)、衡水段(13、14号样点)和沧州段(15号样点，献县东贾庄桥村西).具体采样区域和采样点分布如图 1所示.图1 滏阳河研究区域及采样点示意图2.2 样品采集与预处理2.2.1 样品采集样品采集工作于2014年6月进行，现场采用抓斗式采样器采集河流表层沉积物样品，每个采样点采集多个点表层(0～10 cm)沉积物，混合均匀后装入聚乙烯塑料袋中密封，置于-18 ℃的车载冰箱，运回实验室分析.2.2.2 样品预处理实验室中利用FD1型真空冷冻干燥机(温度-50 ℃，真空度10 Pa)对样品进行冷冻干燥，压散后剔除砾石、贝壳及动植物残体等杂质，用玛瑙研钵研磨后过100目筛置于自封袋中-4 ℃避光、密封保存.2.3 样品分析与数据处理2.3.1 样品分析沉积物中重金属元素Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb和金属元素Fe的含量测定选用HNO3HFHClO4方法，取0.1000 g过筛后得到干样于聚四氟乙烯管中，加入6 mL王水和2 mL氢氟酸，经微波消解仪(MARS X PRESS，CEM，USA)消解，再用电热板在150 ℃下赶酸1.5 h，待消解液冷却到室温后用5%稀硝酸定容至100 mL，过0.45 μm滤膜后放入4 ℃冰箱保存待测.利用电感耦合等离子发射光谱ICPOES(OPTIMA 2000DV，Perkin Elmer，USA)测定Fe元素含量，利用电感耦合等离子体质谱仪ICPMS(7500a，Agilent Technologies，USA)测定重金属元素Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb含量.每批样品设置3个空白和4个水系沉积物成分分析标准土样GSD2a(GBW07302a，地球物理地球化学勘察研究所)，控制实验准确性和精确性.每个样品平行测定3次，实验结果以均值表示.测定过程中试剂均为优级纯，所用水均来自超纯水仪(MilliQ Advantage A10 Millipore，USA).2.3.2 数据处理采样点分布图用ArcGIS 9.3制作;数据统计分析在SPSS 20上进行;数据图在Origin 8.0上完成.2.4 重金属污染评价方法2.4.1 富集系数法沉积物重金属富集系数法(Enrichment Factor，EF指数)是某种重金属元素含量对参比元素标准化比值得到重金属元素富集程度的一种方法.由于Fe具有在地壳中大量存在且稳定性好、不易迁移等特点，将Fe作为富集系数法参比元素.此外，通过EF对沉积物重金属来源进行分析，判断污染源，计算方法如下：式中，〖Me/Fe〗Sample是沉积物中金属与Fe元素含量比，〖Me/Fe〗Background是金属元素与Fe背景值含量比，采用河北省A层土壤重金属及Fe含量算术平均值数据作为背景值.EF值在0.5~1.5之间时，表明重金属完全来自自然源;EF值大于1.5时，表明人为源已经成为重金属重要来源.2.4.2 地积累指数法德国海德堡大学Muller教授提出的地积累指数(geoac cumulation index，Igeo)法是研究水体沉积物重金属污染应用比较广泛的一种方法，计算公式如下：式中，Ci是元素i在沉积物中含量(mg · kg-1);Bi是沉积岩中元素i的地球化学背景值;k 为考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取的系数(一般取值1.5).地积累指数Igeo分为7 级，通过Igeo值可以简便、直观判断重金属污染级别，并且综合考虑了人为活动的影响.Igeo 与对应的污染分级见表 1.表1 重金属污染程度与Igeo的关系本文采用河北省A层土壤重金属及Fe含量的算术平均值作为背景值，见表 2.表2 河北省A层土壤重金属及Fe含量2.4.3 潜在生态危害指数法采用瑞典科学家Hakanson潜在生态危害指数法(The Potential Ecological RiskIndex)(RI)评价滏阳河沉积物中重金属危害.该法反映沉积物中单一污染物、多种污染物的综合影响，定量划分潜在风险程度，是众多污染指数中应用最广泛的一种，且潜在生态危害指数法和地积累指数法相结合可以增加重金属污染评价可靠性.计算公式如下：1)单个重金属潜在生态风险指数，式中，Eif为第i种重金属潜在生态风险指数;Tis为第i种重金属毒性响应系数，Hakanson 重金属毒性响应系数分别为：Cd(30)> Cu(5)= Pb(5)=Ni(5)>Cr(2)> Zn(1);Cis为第i种重金属实测含量;Cin为第i种重金属背景值，取河北省A层土壤重金属及Fe含量算数平均值(表 2).2)多种重金属综合潜在生态风险指数，RI：单个重金属潜在生态风险指数Eif、重金属综合潜在生态风险指数RI和潜在生态风险等级见表 3.表3 单个及综合潜在生态风险评价指数与分级标准3 结果与讨论3.1 表层沉积物重金属含量滏阳河取样点表层沉积物重金属含量均不同程度高于河北省A层土壤重金属及Fe含量环境背景值(表 2).其中Cr含量平均值142 mg · kg-1，超标1.1倍;Ni含量平均值38.2 mg · kg-1，超标0.2倍;Cu、Zn、Cd、Pb含量平均值分别为96.2 mg · kg-1、573 mg · kg-1、0.730 mg · kg-1、89.2 mg · kg-1，分别超标3.1~7.1倍.从重金属含量空间分布(图 2)来看，污染程度呈明显的空间差异性，Pb污染最为严重，样点超标率100%，其中沧州段献县东贾庄桥村附近含量超标17倍.Cd污染次之，超标率93.3%，邢台段北澧河和邵村排干汇入点含量超标24倍和21倍.Cu和Zn超标率分别为80.0%和66.7%，其中Cu 在邯郸段上游超标20倍，沧州段的献县地区超标15倍;Zn在靠近邯郸城区(3、4号样点)、邢台段北澧河汇入点分别超标26倍、15倍和14倍.此外，从元素空间分布来看，Cr和Ni重金属元素空间变化趋势较为相似，邢台段北澧河、洨河、汪洋沟、邵村排干的汇入点含量较高;Zn和Cd 元素空间变化趋势较为相似，靠近邯郸城区以及邢台段下游各支流汇入点处含量较高.图2 滏阳河表层沉积物中重金属含量空间分布总体而言，滏阳河表层沉积物重金属分布特征表现为：在人类活动频繁的城区附近河段污染较严重，原因可能是靠近城区区域有大量工业废水排入;此外，在有受污染支流汇入的河段，邢台段北澧河、洨河、汪洋沟、邵村排干的汇入点，6种重金属均不同程度超过背景值，原因可能是支流向滏阳河干流汇入的河水中含有大量Cr 、Ni 、Cu 、Zn 、Cd 、Pb 等重金属元素，使沉积物重金属污染加重，说明支流沿途存在严重的污染源排放.3.2 沉积物重金属富集系数根据重金属富集系数(图 3)，元素Ni 未发生富集现象(平均富集系数小于1)，元素Cr 仅在邢台段下游和沧州段献县地区有富集，平均富集系数1.32，图3 滏阳河表层沉积物重金属富集系数表明Ni 和Cr 主要来源于地壳和天然地球化学过程.Cu 、Zn 、Cd 、Pb 元素平均富集系数分别为3.21、4.93、5.25和2.91，在河段上存在不同程度富集，其中Cu 在邯郸段上游和沧州段献县地区富集严重，富集系数分别为16.7和10.5，Zn 在靠近邯郸城区(3、4号样点)富集严重，富集系数分别为21.7和12.3，Cd 在邯郸段上游、邢台段北澧河汇入点和邵村排干汇入点富集严重，富集系数分别为9.47、10.4和14.9，Pb 在沧州段献县地区富集严重，富集系数为11.7，表明4种重金属元素受人为输入源影响较大.3.3 重金属的相关性分析滏阳河沉积物中7种金属元素利用Pearson 相关性进行分析，结果表明，滏阳河表层沉积物中元素Cd 与其它元素(除Cu 外)都存在很好相关性，说明Cd 与其它元素(除Cu 外)具有类似地球化学特征，Cd 污染源具有多样性.Cr 、Ni 和Fe 3种元素含量呈显著相关(p<0.01)，由于Fe 是参与地球化学循环主要元素，可认为Cr 和Ni 两种元素主要来自于天然地球化学过程，几乎未在沉积物中发生富集，与富集系数法结果一致.Pb 和Cu 、Zn 含量显著相关(p<0.05)，且3种元素含量明显高于背景值，说明Pb 可能与Cu 和Zn具有相同来源，且受人为来源影响较大，主要来源于人类生活、生产等活动中的重金属排放.Cu 和Pb 含量显著相关(p<0.05)，与其它元素无相关性，说明Cu 可能与元素Pb 具有相同来源.表4 滏阳河沉积物重金属元素之间的相关系数3.4 沉积物重金属地累积指数评价从Igeo 指数污染水平分布(图 4)可以看出，6种重金属元素均存在不同程度污染.Pb 和Cd为滏阳河中重金属主要污染物，在研究河段有不同程度污染级别，其中Cd 在邯郸段下游和邢台段洨河汇入点下游达到中等-强污染，在邯郸段上游、邢台段汪洋沟和邵村排干汇入点以及沧州段献县地区达到强污染，在邢台段北澧河汇入点达到强极严重污染;Pb 在邯郸段上游靠近邯郸城区和邢台段北澧河的汇入点达到中等-强污染，在沧州段献县地区达到强污染;另外，Cu 分别在邯郸段上游和沧州段献县地区达到强污染;Zn 在邢台段邵村排干汇入点达到中等-强污染，在邯郸段下游靠近邯郸城区、邢台段北澧河和汪洋沟汇入点以及沧州段献县地区达到强污染，在邯郸段上游靠近邯郸城区达到强极严重污染程度.根据重金属元素在不同断面的分布情况，可将滏阳河沉积物中重金属污染主要断面划分成3种类型：①Cu、Zn、Cd和Pb在靠近邯郸城区有较严重污染;②邢台段，各支流汇入点，Cr、Ni、Cu 、Zn 、Cd 和Pb 均有不同程度污染级别;③沧州段，献县地区，Cr 、Cu 、Zn 、Cd 和Pb 均有不同程度污染级别.从6种重金属元素地积累指数分级频率(表 5)来看，Pb 和Cd 污染频率最大，分别为93.3%和86.7%(以河北省A 层土壤重金属和Fe 含量统计值作为背景值，指1级及以上级别的点位个数所占的百分比，下同);其次是Cu 和Zn 污染频率，分别是66.7%和53.4%;其余2种元素污染频率大小顺序为Cr 、Ni.Cd 和Zn 污染频率出现了6.7%的强极严重污染(5级所占的百分比).表5 滏阳河沉积物重金属地积累指数分级频率分布3.5 沉积物重金属潜在生态风险评价滏阳河表层沉积物重金属元素潜在生态危害指数Eif 的均值大小(表 6)顺序为:Cd(242)>Cu(22.1)>Pb(20.8)>Zn(7.30)>Ni(6.20)>Cr(4.16).其中，Cd 污染最为严重，达到了很强风险等级，最高潜在生态危害指数达770(滏阳河邢台段北澧河的汇入点)，超过严重风险等级2.3倍，这与整个海河流域沉积物调查显示Cd 污染最为严重的结果一致.重金属Cu 在邯郸段上游和沧州段献县地区处于较重污染风险等级，其余河段均为低风险等级;元素 Pb 在沧州段献县地区污染最为严重，达到较重污染风险等级，除了对Cd 的污染状况予以关注外，还应对Pb 、Cu的污染状况予以重视，避免上升为中等生态风险等级;此外，部分采样点Zn 、Ni 、Cr 含量超过河北省 A 层土壤重金属含量平均值，但生态风险指数小于40.0，处于低污染风险等级.表6 滏阳河各采样点沉积物单项潜在生态风险指数、综合潜在生态风险指数及风险分级多种重金属潜在生态风险指数RI(表 6)结果显示，在研究区域内，邢台段北澧河、邵村排干的汇入点和沧州段献县地区均处于很强的风险等级(RI≥600)，RI值分别为887、714和611;邯郸段靠近城区的样点(3、4号样点)和邢台段汪洋沟的汇入点均处于强风险等级(300≤RI<600)，RI值分别为460、313和474;邯郸段上游(1、2号样点)和邢台段洨河汇入点下游均处于中等风险等级(150≤RI<300)，RI值分别为157、233和253.滏阳河表层沉积物RI平均值表明，沉积物中重金属污染整体上处于强风险等级，主要与Cd毒性系数过高导致潜在生态风险指数过高有关，说明毒性加权系数带有主观性，没有充分考虑水化学参数对毒性的影响(吴文星等，2012; 张鑫等，2005).总体而言，生态风险处于中等及以上等级的样点断面均处于人类活动频繁的城市近郊河段和受污染支流汇入河段，这与之前重金属含量空间分布和地积累指数法得出的结果一致，应对这些地区重金属污染加强关注和控制，重点排查、治理城区及支流重金属污染源，以减轻滏阳河干流重金属污染状况;从污染源角度看，重金属元素Cu、Zn、Cd、Pb受人类活动影响较为明显，这可能与海河流域人口密集、工业化程度较高有关，应加强这几类重金属的监测和治理;在重金属元素污染水平上，综合考虑地积累指数评价和潜在生态风险评价结果，得出Cd元素存在较严重生态风险，说明Cd含量超标已成为海河流域主要环境问题，应引起足够重视，加强排入滏阳河及支流废水中Cd元素的治理，以防发生更严重污染.滏阳河重金属生态风险评价是一种有效评价重金属污染的方法，后期还应结合重金属赋存形态研究才能更好了解滏阳河重金属污染状况和生态风险，为其河流环境修复提供基础数据，并为其它非常规水源补给重金属污染河流治理提供参考。

第46卷第6期2021年6月VoL46No.6June2021环境科学与管理ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT文章编号：1674-6139(2021)06-0175-05南京市主城区土壤环境质量调查及生态风险评价研究杨正标，徐荣，何青青，陆喜红,窦艳艳(江苏省南京环境监测中心，江苏南京210013)摘要：以南京市主城区表层土壤为研究区域，筛选监测对象,通过样品采集、测试和统计分析,采用内梅罗综合污染指数法对土壤环境质量状况进行评价,土壤综合污染指数平均值为0.231,处于清洁(安全)水平。

采用Hakanson潜在生态危害指数法对土壤环境生态风险进行评价,潜在生态危害指数平均值为196,生态风险总体表现为中等潜在生态危害，主要贡献因子是汞，其次为镉。

建议重点控制汞、镉等重金属污染物排放，开展专项土壤修复，促进土壤可持续发展。

关键词：南京市主城区；土壤;环境质量;生态风险;评价中图分类号：X820.4文献标志码:BSoil Environmental Quality Survey and EcologicalRisk Assessment in Main Urban Area of NanjingYang Zhengbiao,Xu Rong,He Qingqing,Lu Xihong,Dou Yanyan(Jiangsu Nanjing Environmental Monitoring Center,Nanjing210013,China) Abstract:Monitoring objects were selected in the surface soil of Nanjing main urban area,and the soil samples were collect­ed,measured and analyzed.Nemerow Index comprehensive pollution index was used to evaluate the soil environmental quality. The comprehensive pollution index of Nanjing main urban area was0.231and the soil environmental quality was al clean level. The Hakanson potential ecological risk index was used to evaluate the soil environmental ecological risk,the potential ecological risk index was196and the soil environmental risk was at middle potential ecological harm level,the main contribution factor is mercury,followed by cadmium.It is suggested that heavy metal contaminants such as mercury and cadmium should be controlled, and special soil remediation should be carried out to promote the sustainable development of soil.Key words:main urban area of Nanjing；soil；environmental quality；ecological risk；evaluation_u_—a—刖旨土壤是经济社会可持续发展的物质基础,关系人民群众身体健康和美丽中国建设，当前冲国土壤环境总体状况堪忧，部分地区污染较为严重，已成为全面建成小康社会的突出短板之一⑷。

实验题目土壤中Cu的污染分析实验一、实验目的与要求一、实验目的与要求（1）了解重金属Cu对生物的危害及其迁移影响因素。

（2）了解重金属Cu的污染及迁移影响因素。

（3）掌握土壤消解及其前处理技术。

（4）掌握原子吸收分析土壤中金属元素的方法。

（5）掌握土壤中Cu污染评价方法。

二、实验方案1.仪器原子吸收分光光度计电热板量筒100mL烧杯（聚四氟乙烯）吸量管、50mL比色管、电子天秤2.试剂浓硝酸GR、浓盐酸GR、氢氟酸GR、浓高氯酸GRCu标准储备液、Cu的使用液3.实验步骤（1）三份待测土样，约0.5g分别置于3个聚四氟乙烯烧杯；（2）向烧杯加入2ml蒸馏水湿润土样后，再加入10ml HCl并在电热板上加热至近干；（3）往烧杯中加入10ml HNO3，置于电热板上加热至近干；（4）往烧杯中加入5mlHF，置于电热板上加热至近干；（5）往烧杯中加入5mLHClO4，于电热板上加热至冒白烟时取下冷却；（6）取3支50ml具塞比色管，分别向管中加入2mlHNO3,分别对应加入冷却好的消解土样后，再加水稀释至刻度线；（7）如果溶液比较混浊，则要过滤再进行测定。

（8） AAS测定。

三、实验结果与数据处理Cu标准溶液曲线各个区域土壤中Cu的含量 mg/kg教学区1 2 3 4 5 6 7 8 实（1-2）2 实（1-2）4 实（2-3）1 工（3-4）3 教1 教2 教5 图117.83 13.01 24.78 8.56 16.76 6.30 12.49 7.09生活区1 2 3 4 5 6 东1 东2 东12 东14 二饭教寓5.49 19.27 6.20 2.11 13.70 16.18其他区1 2 3 4 5 6 7 8行山3 行山4 行山5 体1 体4 南商1 南商4 中心湖1 15.96 7.75 9.93 9.65 8.46 16.80 9.47 9.30外环区1 2 3 4 5 6 7 8外1 外2 外6 外4 公4 公10 农田2 农田414.80 14.13 15.53 12.41 59.07 10.88 10.46 24.24四、结论1.数据可靠性评价由图可知标准曲线的相关系数均为R2=0.9995，可知在数据处理的过程中，由标准溶液产生的误差是可忽略不计的。

探讨适用于河流沉积物重金属污染程度的评价方法陈鑫;刘京;李东一;刘允【摘要】本文使用地累积指数法和潜在生态危害指数法两种方法对同一区域五条河流的沉积物中重金属的测定结果进行了评价和比较,提出了将河流沉积物中重金属的监测纳入我国地表水常规监测的意见和建议.【期刊名称】《环境与可持续发展》【年(卷),期】2014(039)003【总页数】4页(P37-40)【关键词】沉积物;重金属;评价;地累积指数;潜在生态危害指数【作者】陈鑫;刘京;李东一;刘允【作者单位】中国环境监测总站,北京100012;中国环境监测总站,北京100012;中国环境监测总站,北京100012;中国环境监测总站,北京100012【正文语种】中文【中图分类】X211 引言进入水体中的重金属元素，绝大部分随物理、化学、生物作用的进行能迅速由水相转入固相(悬浮物和底泥)，最终沉降至底泥中，使沉积物成为重金属等化学物质的主要存储库。

随着河流水质理化条件的改变，底泥中的重金属也可以重新释放出来，导致水环境的恶化，甚至通过食物链对人类健康造成威胁。

所以作为水环境监测的补充，沉积物的监测在水环境监测中占据着重要的地位。

目前，国内外对沉积物重金属的监测技术比较成熟[1]，国内外关于河流沉积物重金属污染的评价方法也很多[2]，但是由于沉积物中重金属的监测尚未纳入例行环境监测，因此评价沉积物中的重金属污染程度的方法尚未建立。

2 材料与方法2.1 研究内容与方法本文通过查阅文献，筛选出了目前常用的两种评价方法，并通过某一区域河流沉积物中重金属含量的测定结果，比较了两种方法的评价结果。

为建立我国水环境沉积物重金属污染程度的判定评价方法提出了意见和建议。

2.2 数据来源本文选取同一区域的五条河流，采集了沉积物表层0～10cm的底泥样品。

监测项目为铜、铅、锌、镉、铬、汞和砷共7项指标。

样品的前处理方法和重金属含量测定的具体操作参见《水和废水监测分析方法(第四版)》[3]。

-.生态危害系数评价法：生态危害指数法由瑞典科学家Hankanson根据重金属的性质和环境行为特点提出的，是一种定量地计算土壤或沉积物中重金属生态危害的方法.该方法最初是为了评价表层沉积物中重金属的生态风险水平，目前也广泛应用于评价土壤中重金属的生态风险水平. 为了使区域质量评价更具有代表性和可比性，Haka nson从重金属的生物毒性角度出发建议对重金属元素进行评价. 根据这一方法，某区域土壤中单一重金属第i种重金属的潜在生态危害系数Eir计算公式如下图所示：(:二D//；_ f i1-⑵■T ■气. J.(3)' ■BHE. = 7 x C⑷Jb Rl 二S 氏i -]⑸式中，Cfi为单项污染系数，Ci为样品中污染物i的实测含量，Cni为污染物i的参比值，Eri为污染物i的单项潜在生态风险指数，Tri为污染物i的毒性系数（见表11），R I为综合潜在生态风险指数.Er i和R I可分别评价某种污染物和多种污染物的潜在生态风险程度.表2重金属的参照值利歪性系数1廉i£Jt呻Jt *<12 f#践»ti* t i 电艇$1.评价.高虹镇农田重金属102个土样表层沉积物重金属的潜在生态危害指数见表由上表所知，各重金属污染系数平均值如图所示，，图中可知Cu，Pb，Zn，Cr 的重金属含量较高，属于很强程度污染，Co, As和Ni达到强污染范围，Hg和Cd属于中度程度污染。

污染程度排序为：Zn>Pb >Cr >Cu >Ni>Co>AS>Hg>Cd,与重金属的富集程度大小排序一致．由单个重金属的潜在生态危害系数平均值可以看出：Cd和Hg的潜在生态危害系数平均值平均值分别为14.463和72.906.属于很强程度污染, As、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni 的潜在生态危害系数平均值平均值分别为 0.889、 1.757、1.093、0.350、0.331、、1.282.其中，Hg污染最为严重，达到了极强危害程度,其最高生态危害系数达232.015 ,位于高虹泥马村南山坞 . 元素 Cr 、 Cu、 Pb、 Zn、 Ni 在研究区域的平均值显示各元素均处于轻度危害程度,各地危害程度相差较小。

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。

第37卷第7期2021年4月甘肃科技Gansu Science and TechnologyV〇1.37N〇.7Apr. 2021基于潜在生态风险指数法评价农用地土壤重金属环境风险杨仲玮，王剑峰(兰州新区环境监测站，甘肃兰州730300)摘要：利用潜在生态风险指数法对兰州新区部分农用地土壤中铜、铅、锌、镉、铬、镍、汞、砷等8种重金属元素进行潜在生态风险评价。

评价结果表明，被调查的10个农用地地块土壤中8种重金属元素的平均含量均低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》(GB15618-2018)农用地土壤污染风险筛选值；所有被调查地块中铜、铅、锌、铬、镍、砷6种元素的潜在生态风险因子均小于40,均属于轻微生态风险，镉、汞2种元素的潜在生态风险因子介于40与80之间，属于中等生态风险。

被调查农用地地块土壤中重金属污染总体呈现轻微生态风险，其中汞和镉元素的贡献率分别达到46.1%和31.9%,需要引起充分关注。

关键词：潜在生态风险指数；农用地土壤；重金属；环境风险中图分类号：X53土壤是构成生态系统的基本环境要素，是经济 社会可持续发展的物质基础，土壤环境尤其是农用 地土壤环境的质量状况关系人民群众身体健康，保 护好土壤环境是推进生态文明建设和维护国家生 态安全的重要内容M。

重金属污染物具有潜在性危 害，分布在土壤中的重金属元素不仅不能被土壤微 生物分解，而且容易在生物体中富集，使得重金属 元素在土壤环境中逐渐积累，通过食物链在植物、动物及人体内蓄积，严重危害生态环境和人体健 康I3-'因此研究土壤重金属污染特征，评价其潜在 生态风险十分必要。

兰州新区位于黄土高原的西北 部，拥有大量土地资源，作为典型黄土高原城市，已有研究对毗邻的兰州市、金昌市、白银市、张掖市等 地区土壤环境质量进行了调查研究1^，然而关于兰 州新区土壤环境质量的研究较少，因此本文利用潜 在生态风险指数法对兰州新区范围内的部分区域 农用地土壤中重金属的污染特征和潜在生态风险 进行了评估研究，为当地的土壤重金属污染防治提 供科学依据。

土壤重金属污染评价方法1、综合污染指数综合指数法是一种通过单因子污染指数得出综合污染指数的方法,它能够较全面地评判其重金属的污染程度。

其中，内梅罗指数法(Nemerow index)是人们在评价土壤重金属污染时运用最为广泛的综合指数法[1]。

SC P ii i= 2max 22）（）（综合P P Pi i +=式中：P i 为单项污染指数；C i 为污染物实测值；S i 为根据需要选取的评价标准；S i 为第i 种金属的土壤环境质量指标[2-3]( As 、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni 、Pb 、Zn 依次为15、0.2、90、35、0.15、40、35、100 mg/kg ) P i 为单项污染指数平均值； P imax 为最大单项污染指数。

2、富集因子法富集因子是分析表生环境中污染物来源和污染程度的有效手段，富集因子(EF)是Zoller 等(1974)为了研究南极上空大气颗粒物中的化学元素是源于地壳还是海洋而首次提出来的。

它选择满足一定条件的元素作为参比元素(一般选择表生过程中地球化学性质稳定的元素)，然后将样品中元素的浓度与基线中元素的浓度进行对比，以此来判断表生环境介质中元素的人为污染状况[4]。

）（）（B B C C ref n ref n EF sampleback round=式中：C n 为待测元素在所测环境中的浓度；C ref 为参比元素在所测环境中的浓度； B n 为待测元素在背景环境中的浓度； B ref 为参比元素在背景环境中的浓度。

3、地积累指数法地积累指数法是德国海德堡大学沉积物研究所的科学家Muller 在1969年提出的，用于定量评价沉积物中的重金属污染程度[5]。

=I geo log 2BECni5.1式中：C i 为样品中第i 种重金属元素的平均浓度( mg/kg )，BE n 是所测元素的平均地球化学背景值，通常为全球页岩元素的平均含量( As 、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni 、Pb 、Zn 依次为13、0.4、62、45、0.35、68、34、118 mg/kg)，1.5 是用来校正由于风化等效应引起的背景值差异的修正指数。