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黄石市绿地土壤重金属污染风险评价及来源解析

熊润光 乔强龙 桂智凡

熊润光, 乔强龙, 桂智凡. 黄石市绿地土壤重金属污染风险评价及来源解析[J]. 土壤通报, 2022, 53(4): 972 − 980 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102203
引用本文: 熊润光, 乔强龙, 桂智凡. 黄石市绿地土壤重金属污染风险评价及来源解析[J]. 土壤通报, 2022, 53(4): 972 − 980 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102203
XIONG Run-guang, QIAO Qiang-long, GUI Zhi-fan. Risk Assessment and Source Analysis of Heavy Metal Pollution in Green Space Soil in Huangshi city[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(4): 972 − 980 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102203
Citation: XIONG Run-guang, QIAO Qiang-long, GUI Zhi-fan. Risk Assessment and Source Analysis of Heavy Metal Pollution in Green Space Soil in Huangshi city[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(4): 972 − 980 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102203

黄石市绿地土壤重金属污染风险评价及来源解析

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102203
基金项目: 国家自然科学基金项目(41402152)、湖北省自然科学基金项目(2013CFB062)、湖泊与环境国家重点实验室开放基金项目(2014SKL003)、资源枯竭城市转型与发展研究中心开放基金(Kf2016z04)和湖北师范大学湖泊流域重金属污染机理与生态修复创新团队项目联合资助
详细信息
    作者简介:

    熊润光(1998−),男,硕士研究生,主要研究方向为土壤重金属污染。E-mail: 2201136614@qq.com

    通讯作者:

    E-mail: guizhifan249@sohu.com

  • 中图分类号: X53

Risk Assessment and Source Analysis of Heavy Metal Pollution in Green Space Soil in Huangshi city

  • 摘要:   目的  城市绿地土壤健康问题日益受到人们的广泛关注。掌握黄石市绿地土壤重金属污染情况,为当地及同类矿冶城市生态建设与转型发展提供技术支撑。  方法  按照多点混合法选择黄石市道路绿地布设采样点,共采集土壤样品48个,测定其多种金属元素含量。使用地累积指数法、潜在生态危害指数法以及多元统计分析法对其进行污染评价;使用ArcGis10.2进行重金属分布可视化分析;利用相关性分析与主成分分析法对各重金属元素进行来源解析。  结果  土壤铅(Pb)、锌(Zn)、铬(Cr)、砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)的平均含量分别为200.12、424.88、109.96、56.74、4.02、376.81 mg kg−1,分别超出湖北省土壤背景值7.49、5.08、1.28、4.61、23.67、12.27倍,除Cr均未超出背景值外,各金属超出背景值样点占总体的比率分别为Cu 100%、Pb 97.92%、Zn 97.92%、As 93.75%、Cd 100%;地累积指数评价结果为53.06% ~ 87.08%样点处于中重度污染水平,89.58%样点的综合潜在生态危害指数大于150。  结论  土壤Cr含量空间分布较为均匀,但仍存在高值区,高值区位于西塞山区某大型冶钢企业附近。土壤Pb、Zn、As、Cu、Cd含量差异大,高值区均位于黄石港区,极高值点均位于下陆区某大型有色金属冶炼厂附近;6种重金属的地累积指数大小、即污染程度依次为:Cd > Pb > Cu > Zn > As > Cr,潜在生态危害指数为:Cd > Cu > As > Pb > Zn > Cr,可见Cd是该研究区域内最主要的重金属污染元素;多元统计分析表明Pb、Zn、As、Cd、Cu来源于人为源,与有色金属冶炼、交通有关,Cr主要来源于岩石的风化和土壤母质等。
  • 图  1  研究区概况及采样点位图

    ①铜鼓大道 ②下陆大道 ③大泉路 ④迎宾大道 ⑤湖滨大道 ⑥磁湖路 ⑦桂林路 ⑧沿湖路 ⑨黄石大道

    Figure  1.  Overview of study area and location of sampling sites

    图  2  各重金属元素含量分布

    Figure  2.  Distribution of heavy metal contents

    图  3  综合潜在生态危害指数分布

    Figure  3.  Distribution of comprehensive potential ecological hazard index

    表  1  地质累积指数污染程度划分标准

    Table  1.   Classification standard for geological accumulation index and pollution degree

    地质累积指数(Igeo
    Geo-accumulation index
    级别
    level
    污染程度
    Pollution degree
    Igeo < 0 0 无污染
    0 ≤ Igeo < 1 1 轻污染
    1 ≤ Igeo < 2 2 中污染
    2 ≤ Igeo < 3 3 中-重污染
    3 ≤ Igeo < 4 4 重污染
    4 ≤ Igeo < 5 5 重-极重污染
    5 ≤ Igeo 6 极重污染
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    表  2  潜在生态危害指数等级划分

    Table  2.   Classification of potential ecological hazard index

    潜在生态危害指数(Eri
    Potential ecological
    hazard index
    污染潜在危害程度
    Pollution potential
    hazard degree
    综合潜在生态危害指数(RI
    Comprehensive potential ecological
    hazard index
    综合污染潜在危害程度
    Comprehensive pollution
    potential hazard
    Er < 40 轻微生态危害 RI < 150 轻微生态危害
    40 ≤ Er < 80 中等生态危害 150 ≤ RI < 300 中等生态危害
    80 ≤ Er < 160 强生态危害 300 ≤ RI < 600 强生态危害
    160 ≤ Er < 320 很强生态危害 600 ≤ RI < 1200 很强生态危害
    Er ≥ 320 极强生态危害 RI > 1200 极强生态危害
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    表  3  研究区土壤样品重金属元素含量

    Table  3.   Heavy metal concentrations of soil samples in study area

    重金属
    Heavy metal
    最小值
    Minimum
    (mg kg−1)
    最大值
    Max
    (mg kg−1)
    平均值
    average
    (mg kg−1)
    变异系数
    Coefficient of
    Variation
    湖北背景值
    Hubei background
    (mg kg−1)
    中国背景值
    Chinese background
    (mg kg−1)
    筛选值
    Filter value
    (mg kg−1)
    Pb 24.27 1803.73 200.12 1.33 26.70 26.00 400.00
    Zn 77.32 2740.94 424.88 1.01 83.60 74.20
    Cr 45.18 240.01 109.96 0.37 86.00 61.00
    As 9.84 545.33 56.74 1.41 12.30 11.20 20.00
    Cd 0.21 92.80 4.02 3.33 0.17 0.17 20.00
    Cu 34.48 7018.69 376.81 2.73 30.70 22.60 2000.00
    Fe 24086.14 78182.75 48385.44 0.22 39100.00 2.94
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    表  4  土壤各种重金属的地累积指数

    Table  4.   Geo-accumulation index of various heavy metals in soil

    重金属
    Heavy metal
    Igeo平均值
    Igeo average
    Igeo < 00 ≤ Igeo < 11 ≤ Igeo < 22 ≤ Igeo < 33 ≤ Igeo < 44 ≤ Igeo < 5Igeo ≥ 5
    Pb 1.77 2.08% 25.00% 31.25% 31.25% 8.33% 0.00% 2.08%
    Zn 1.36 6.25% 31.25% 37.50% 16.67% 6.25% 2.08% 0.00%
    Cr −0.32 83.33% 16.67% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00%
    As 1.11 12.50% 33.33% 41.67% 6.25% 4.17% 2.08% 0.00%
    Cd 2.51 2.08 % 8.33% 29.17% 33.33% 14.58% 6.25% 6.25%
    Cu 1.68 10.42 % 29.17% 22.92% 10.42% 10.42% 6.25% 4.17%
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    表  5  土壤各重金属潜在生态危害指数(Eri)及各采样点综合潜在生态危害指数(RI

    Table  5.   Potential ecological hazard index of heavy metals in soil and comprehensive potential ecological hazard index of each sampling point

    潜在生态危害指数(Eri
    Potential ecological hazard index
    综合潜在生态危害指数(RI
    Comprehensive potential ecological hazard index
    重金属
    Heavy metal
    Eri采样点
    Sampling NO
    RI采样点
    Sampling NO
    RI采样点
    Sampling NO
    RI采样点
    Sampling NO
    RI
    Pb 37.47 1 181.18 13 220.85 25 362.91 37 343.21
    Zn 5.08 2 221.11 14 1417.28 26 265.42 38 487.98
    Cr 2.56 3 234.61 15 257.45 27 265.05 39 658.80
    As 46.13 4 456.50 16 171.44 28 495.34 40 238.26
    Cd 710.05 5 2899.58 17 283.61 29 66.92 41 159.25
    Cu 61.37 6 256.47 18 172.77 30 18337.96 42 245.56
    7 141.81 19 860.70 31 2885.85 43 378.78
    8 284.61 20 296.29 32 1038.87 44 229.24
    9 436.50 21 172.48 33 414.42 45 164.01
    10 706.35 22 543.76 34 420.51 46 378.97
    11 1247.28 23 122.23 35 546.12 47 216.31
    12 729.35 24 288.97 36 67.46 48 137.67
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    表  6  土壤重金属浓度的相关分析

    Table  6.   Pearson analysis of soil heavy metal concentration

    重金属
    Heavy metal
    PbZnCrAsCdCuBaBeFeMnTiVCoNi
    Pb 1
    Zn 0.902** 1
    Cr 0.374** 0.468** 1
    As 0.923** 0.908** 0.366* 1
    Cd 0.919** 0.866** 0.354* 0.951** 1
    Cu 0.905** 0.860** 0.392** 0.940** 0.987** 1
    Ba 0.159 0.126 0.392** 0.05 0.046 0.067 1
    Be −0.166 −0.143 −.414** −0.153 −0.185 −0.225 −0.245 1
    Fe 0.426** 0.544** 0.367* 0.495** 0.373** 0.434** −0.063 0.209 1
    Mn 0.172 0.305* 0.212 0.064 0.013 0.01 0.268 0.193 0.238 1
    Ti −0.196 −.368* −.570** −0.264 −0.242 −.300* −0.217 0.431** −0.201 −0.053 1
    V −0.151 −0.141 −0.217 −0.131 −0.242 −0.265 −0.218 0.736** 0.371** 0.181 0.557** 1
    Co 0.782** 0.777** 0.207 0.805** 0.843** 0.872** −0.016 −0.043 0.626** 0.143 −0.179 −0.067 1
    Ni 0.543** 0.685** 0.550** 0.565** 0.551** 0.550** 0.061 0.061 0.519** 0.253 −.317* 0.11 0.486** 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  7  成分矩阵

    Table  7.   Component matrix

    成分
    Element
    初始特征值
    Initial eigenvalue
    提取载荷平方和
    Extract the sum of squares of the load
    旋转后的成分矩阵a
    Rotated component matrix a
    特征值
    Eigenvalue
    贡献率 (%)
    Contribution
    累积 (%)
    Heap
    特征值
    Eigenvalue
    贡献率 (%)
    Contribution
    累积 (%)
    Heap
    重金属
    Heavy metal
    PC1PC2PC3PC4
    1 13.17 47.05 47.05 13.17 47.05 47.05 Cd 0.97 −0.15 0.11 −0.02
    2 4.98 17.78 64.83 4.98 17.78 64.83 Cu 0.96 −0.17 0.17 −0.03
    3 3.30 11.77 76.60 3.30 11.77 76.60 As 0.95 −0.06 0.19 0.01
    4 1.98 7.07 83.67 1.98 7.07 83.67 Pb 0.94 −0.07 0.11 0.17
    5 1.29 4.60 88.27 Co 0.89 0.09 0.15 −0.04
    6 1.06 3.80 92.07 Zn 0.87 −0.02 0.35 0.18
    7 0.88 3.14 95.21 V −0.12 0.92 −0.02 −0.01
    8 0.50 1.78 96.98 Be −0.09 0.86 −0.15 −0.02
    9 0.38 1.34 98.32 Cr 0.21 −0.28 0.77 0.31
    10 0.21 0.74 99.06 Ti −0.10 0.52 −0.71 −0.03
    11 0.12 0.44 99.50 Ni 0.51 0.21 0.63 0.11
    12 0.10 0.34 99.85 Fe 0.44 0.47 0.59 −0.04
    13 0.03 0.12 99.97 Ba 0.01 −0.31 0.05 0.81
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-22
  • 录用日期:  2022-03-31
  • 修回日期:  2022-03-28
  • 刊出日期:  2022-06-17

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