贵州科学31(6):75--79,2013 Guizhou Science 遵义东南部地区农业土壤重金属污染生态风险预警研 究 罗 艳何锦林许锡娟 王大霞 (贵州省分析测试研究院,贵阳550002) 摘要: 为了评估和分析遵义东南部地区农业土壤的重金属污染生态风险状况,采用生态风险预警评估法分别计算了该地 区农业土壤中重金属cd、Pb、Cr、Hg、As的生态风险预警指数,评估了该地区耕作区土壤重金属生态风险预警级别,得出了该 区土壤的重金属污染生态风险预警状况。结果表明,该地区生态环境仅受到cd元素一定的污染和扰动,Pb、Cr、Hg、As的预 警级别是无警。总体评估遵义东南部地区生态风险指数均小于零,属于无警级别。 关键词: 生态风险预警,重金属,农业土壤,遵义东南部地区 中图分类号S 19 文献标识码A 文章编号1003—6563(2013)06-1X)75-05 Ecological Risk Warning Assessment on Heavy Metals Pollution of the Agricul- tural Soil in Southeast Area of Zunyi LUO Yan HE Jin-lin XU Xiduan WANG Da-xia (Guizhou Academy ofAnalysis and Testing,Guiyang,Guizhou 550002,China) Abstract: In order to evaluate heavy metals pollution of the agricultural soil in southeast area of Zunyi,the index of Cd,Pb,Cr,Hg and As were calculated by the method of ecological risk warning assessment.The ecological risk warning levels of heavy metals pollution of the agricultural soil in the area were evaluated to know the risk situation. The results showed that ecological environment was only polluted by Cd.There was no warning of Pb,Cr,Hg and As pollution.Generally,the index of ecological risk warning assessment in this area was below zero,which indica— ted a negative warning leve1. Key words: ecological risk warning assessment,heavy metal,agTiculture soil,southeast area of Zunyi 随着工业化和城市化进程的加快,废弃物排放 的1/5,被重金属污染的粮食每年多达1200万吨, 带来的重金属有90%进入了土壤(陈煌等,2003)。 合计经济损失超过200亿元。土壤重金属污染会导 据报道(魏树和,2004),中国受镉、砷、铬、铅等重金 致重金属在植物体内积累,并通过食物链富集到人 属污染的耕地面积近2000万hm。,约占总耕地面积 体和动物体中,危害人畜健康。因此为了持续提高 农业土壤生产能力,优化农产品质量,迫切需要加强 收稿日期:2013-08_21;修回日期:2013-08-25 农业土壤重金属污染状况预警,对农业土壤质量退 基金项目:国家国际科技合作专项,2011DFB41640;贵州省农业科技攻 化和恶化状况进行及时报警(赵艳萍,2007),才能 关项目,黔科合NY字[2011]3026号。 作者简介:罗艳(1981一),女,助理研究员,研究方向:农产品产地质量 实现农业可持续发展。 评价技术。E・mail:luoyan66@126.corn 生态风险预警评估就是其中一种对土壤重金属 通讯作者:何锦林(19一),男,研究员。研究方向:农产品产地质量评价 技术。E-mail:jinlinl19@163.corn 污染状况评价和预警的方法,源于生态风险评价,它 76 贵 耐 科 学 31卷 更强调对生态系统可能存在风险的警示研究,不仅 于2009年在贵州省遵义东南部地区采集农业 具有地质累积指数法、综合指数法、脸谱图法、污染 耕作区土壤样品;土壤样品的分析检测于2010年在 负荷指数法和次生相富集系数法等污染评价法定量 贵州省分析测试研究院进行。 分析的特点,还可通过定量评价值与警度内涵的关 1.2样品采集 联,实现定性分析(王军等,2007)。国内外部分学 按研究区土壤类型、位置、地形等特点,在连片 者运用该方法对城镇一级的蔬菜地进行了生态风险 的地块(5.33 hm )内随机布点,采用手持GPS定位 预警研究,如王军等在2007年对上海崇明岛蔬菜地 采集样本889个,采样点分布于15个乡镇,43个村 土壤重金属污染状态进行了生态风险预警评估,结 的农业土壤(见图1)。样品取自0—15 cm耕层,为 果表明崇明岛3城镇生态风险均属于轻警(王军 了保证土壤样品的代表性,按梅花采样法采集土样 等,2007)。丛俏等研究了钼矿区灌溉菜地土壤重 后充分混合,按四分法反复取舍,最终保留约l kg。 金属污染状况,计算了矿区、尾矿区、选矿区的农田 样品摊放在室内经自然风干研磨,过0.150 mlTl孔 土壤的生态风险指数,预警类型均为重警(丛俏等, 径尼龙网筛,供分析测试用。 2009)。曲蛟等对钼矿尾矿区的菜地重金属生态风 险进行了分析评估,并分析了重金属污染的原因 (曲蛟等,2008)。 研究区域遵义东南部地区位于贵州省北部,由 于周围企业排放三废、人为施用化肥农药等原因 (王起超,2004),加上该地区是由碳酸盐岩和铅锌 矿等岩、矿石风化后所形成的土壤,更有利于重金属 的沉淀、吸附和富集(何邵麟,2004),致使该地区土 壤cd、№、Pb、cr、As含量偏高。研究区还是贵州省 商品粮、油菜籽、生猪、烤烟生产的重要基地,因此开 展该地区农业耕作区重金属污染状况生态风险预警 评估研究有利于增强农业可持续发展能力。笔者对 遵义东南部地区部分耕作区的土壤进行重金属指标 检测,应用生态风险预警评估计算该地区的生态风 图1 采样点分布图 险指数,为该地区合理利用农业土地资源、保障人群 Fig.1 Distribution of sampling points 健康提供科学参考依据。 1.3测量方法 As、Hg用原子荧光法测定;Cd、Pb采用石墨炉一 1材料与方法 原子吸收光谱仪测定,Cr采用火焰原子吸收分光光 度计测定。 1.1试验时间、地点 表1 石墨炉原子吸收分光光度计仪器工作条件 Tab.1 The instrument conditions of graphite furnace atomic absorption spectrophotometer 表2 火焰原子吸收分光光度计仪器工作条件 Tab.2 The instrument conditions of flame atomic absorption spectrophotometer 6期 罗艳,等:遵义东南部地区农业土壤重金属污染生态风险预警研究 77 表3原子荧光光度计仪器工作条件 Tab.3 The instrument conditions of atomic fluorescence spectrometer 1.4生态风险预酱评估方法 中规定的Ⅱ类土壤,因此CR,采用Ⅱ类土壤环境质量执行 生态风险预警是对自然资源或生态风险可能出 二级标准的限量值。 现的衰竭或危机而建立的报警,根据Rapant等提出 表4《中国土壤环境质量标准》二级标准的限量值(mg/kg) 的生态风险指数(I肌)(Rapant S,2003),本研究采 Tab.4 The second Limits standard of Chinese 用IER来表征研究区域的生态风险等级。计算公式 soil environmental quality standards 见公式(1)。 =∑ =∑(CA./C 一1) (1) j衄 表示超过临界限量的第i种重金属生态风险指 数; 表示第i种重金属的实测含量(mg/kg);CR 表 根据计算的生态风险指数,可参考相应生态风 示第i种重金属的临界限量(mg/kg); 表示待测样 险划分标准,划分生态风险预警警度。Rapant等给 品生态风险指数。因研究区域为农业耕作区,是一般 出了参考相关研究提出的生态风险程度描述 农田、蔬菜地、茶园、果园等土壤,属于《中国土壤环境 (Rapant S,2003;左伟等,2002),见表5。 质量标准》(GB 15618—1995)(中华人民共和国,1995) 表5 土壤生态风险预警综合判定标准 Tab.5 The integrated criteria of soil ecological risk warning 10.31 m kg,只有重金属Cd含量略高于土壤质量 2结果与分析 安全标准规定值(0.30 mg/kg),但仅从重金属浓度 含量高低不能完全表明当地耕作区土壤重金属污染 2。1 土壤重金属含量分析 状况。 分布于l5个乡镇的土壤样品经化学检测,结果 2.2重金属生态风险预警评估结果 见表6。15个乡镇土壤样品重金属Cd、Hg、Pb、Cr、 利用生态风险指数( )的公式(1)计算得出研 As的平均值分别为0.405、0.19、35.29、51.21、 究区域土壤重金属的生态风险指数,并根据生态风险 78 贵 lltf 辱斗 学 31卷 划分标准,划分生态风险预警警度,结果见表7。重 金属元素,胁结果表明在遵义东南部地区Cd元素生 小于零,属于无警级别。该地区生态系统服务功能 基本完善,生态环境基本未受干扰,生态系统结构完 整,功能性强,系统恢复再生能力强,生态问题不显 著,生态灾害少。 态风险指数均高于其他4个重金属元素,l5个乡镇 中就有1个乡镇(马蹄镇)Cd元素生态风险预警属于 轻警级别,以及10个乡镇cd元素属于预警级别,其 他4个重金属元素(Pb、cr、Hg、As)的生态风险预警 指数均小于零,属于无警级别。说明在该地区生态环 境受到Cd元素一定的污染和扰动。 表6 土壤样品的重金属元素浓度 (mg/kg) Tab.6 The concentration of heavy metals 3结论与讨论 在对遵义东南部地区农业耕作区土壤样品进行 重金属检测的基础上,采用生态风险预警评估法分 别计算了该地区农业土壤中重金属cd、Pb、Cr、Hg、 As的生态风险预警指数,评估了耕作区土壤重金属 生态风险预警级别,得出了该区土壤的重金属污染 生态风险预警状况。结果表明,该地区生态环境仅 in soil samples 受到cd元素一定的污染和扰动,Pb、cr、Hg、As的 预警级别是无警。总体评估遵义东南部地区生态风 险指数均小于零,属于无警级别。 虽然综合评估遵义东南部地区生态风险预警属 于无警,但存在部分区域cd元素造成污染,对农业 耕作和农产品质量会产生一定影响。因此建议可采 取化学措施、植物修复、科学施肥的方法降低土壤 Cd含量(夏立江,2001),同时根据不同农作物对Cd 的不同吸收特性,选择性的种植作物,趋利弊害。如 在cd污染严重地区种植黄瓜、豇豆、四季豆等Cd 富集能力弱的瓜果、豆类蔬菜;在cd含量未超标的 土地种植辣椒、西红柿等Cd富集能力强的蔬菜(许 华杰等,2007;何江华等,2003)。这为制定该地区农 业土壤环境质量的改善措施有一定的指导意义。 综合评估生态风险指数IER结果表明,遵义东 南部地区 =一37.38,15个乡镇的生态风险指数均 表7土壤重金属生态风险预警评估结果 Tab.7 The assessment result of Heavy Metal ecological risk warning 6期 罗 艳,等:遵义东南部地区农业土壤重金属污染生态风险预警研究 79 [REFERENCES] Anon.(Edited by State Environment Protection Agency Nanjing Shanghai:East China University of Technology Press(in Chinese). Xu砌,Tan H,He JL,2007.Analysis and research of cadmium Academy of Envionrmental Sciences),1995.Environ— mentla quality standard for soils(GB 15618—1995)[S]. China Standards Press(in Chinese). Chen H,Zheng YM,Chen TB,2003.Development of soil heavy (Cd)content in vegetables soil and vegetable of Guizhou.[D].Agro—Envionmernt Science,1672.2043(in Chinese) He JH,“u Y,Wang SY,2003.A Study on the environment a— bility of some popular vegetables for heavy metls ian metals information system:a case study on Beijing[J]. Geographical Research,22(3):272—280(in Chinese). Wei SH,Zhou Qx,20o4.Discussion on basic principles and Guangzhou vegetable production base[J].Chongqing En- strengthening measures for phytoremediation of soils con- taminated by heavy metals.[J].Chinese Journal of Ecolo— gy,23(1):65-72(in Chinese). Zhao Y P,2007.The research of ecological safety of farmland [D].Hefei:Anhui Agricultural University(in Chinese). Wang J,Chen ZL,WANG C et a1.,2007.Heavy metals con— tents and ecological risk warning assessment of vegetable soils in chongming island,Shanghai city.[J].Environ— mental Science,8(3):647—653(in Chinese) Cong Q,Cong FQ,2009.Ecological risk warning assessment of the soil polluted by heavy metlas in the vegetable land Jr- rigated with wastewater around the areas of Molybdenum Ore.[J].Environmentla Protection Science,35(3):63— 66(in Chinese). Qu J,Wang HY,Yuan X et a1.,2008.Heavy metals content and the ecological risk warning assessment of the vegeta— ble land—soil near the tialing—al ̄as of Molybdenum Mre. [J].Journal Safety andEnvironment,8(2):76-79(in Chinese) Wang Qc,Ma ZW,2004.Heavy metlas in chemical fertilizer nad environmentla risks[J].Rurla Eco—Evironment, 20(2):62-64(in Chinese). He SL,Long CL,2004.Geochemistry and environment of the cadmium in the soil and sediments at the surface of Guizhou Province.[J].Guizhou Geology,(21):245-250 (in Chinese). Rapant S,Kordik J,2003.An environmentla risk assessment map of hte Slovak Republic:Application of data from geochem— iela atlases[J].Enviornmental Geology,44(4):400-407. Zuo W,Wang Q,Wang WJ,2002.Regional ecological risk as— sessment.9 index and standard.[J].Geography and Ter- ritorila Research,18(1):67-71(in Chinese). Xia LJ,Wang HK,2001.Soil Contamination and Control[M]. vironmentla Science,25(12):4—6(in Chinese). [附中文参考文献] 国家环境保护局南京环境科学,1995.中国土壤环境质量标 准(GB 15618—1995)[S].中国标准出版社. 陈煌,郑袁明,陈同斌,2003.面向应用的土壤重金属信息系 统(SHMIS)一以北京市为例[J].地理研究,22(3):272. 280. 丛俏,丛孚奇,2009.钼矿区污灌菜地土壤重金属污染的生 态风险预警评价[J].环境保护科学,35(3):63.66. 何邵麟,龙超林,2004.贵州地表土壤及沉积物中镉的地球 化学与环境问题[J].贵州地质,(21):245—250. 何江华,柳勇,王少毅,2003.蔬菜对重金属富集能力的研究一 以广州蔬菜生产基地为例[J].重庆环境科学,25(12): 4-6. 曲蛟,王红雨,袁星,2008.钼矿尾矿区蔬菜地土壤中重金属 含量分析与生态风险预警评估[J].安全与环境学报,8 (2):76-79. 夏立江,王宏康,2001.土壤污染及其防治[M].上海:华东 理工大学出版社. 许华杰,谭红,何锦林,2007.贵州省菜地土壤和蔬菜中镉 (Cd)含量的分析与研究[D].农业环境科学学报(增 刊):1672—2043. 魏树和,周启星,2004.重金属污染土壤植物修复基本原理 及强化措施探讨[J].生态学杂志,23(1):65-72. 王军,陈振楼,王初,2007.上海崇明岛蔬菜地土壤重金属含 量与生态风险预警评估[J].环境科学,8(3):647-653. 王起超,麻壮伟,2004.某些市售化肥的重金属含量水平及 环境风险[J].农村生态环境,20(2):62-64. 赵艳萍,2007.农田生态安全预警研究[D].合肥:安徽农业 大学. 左伟,王桥,王文杰,2002.区域生态风险评价指标与标准研 究[J].地理学与国土研究,18(1):67-71.