瞿飞 范成五 刘桂华 秦松

摘 要：為研究砂页岩土壤重金属分布特征，评价土壤污染状况，以贵州省黔东南典型砂页岩地区浪洞乡为研究对象，采用网格布点的方法采集20个土壤样品，分析了（Cr、Pb、As、Cd、Hg）5种重金属的含量及分布特征，并采用单因子污染指数法、内梅罗污染指数法和Hakanson潜在生态风险指数法对该地区土壤重金属环境质量状况进行评价。结果表明，Cr、Pb和As的平均含量均低于全省和全国背景值；Hg的平均含量高出全省背景值和全国背景值的325倍和551倍；Cd的平均含量低于全省背景值，高于全国背景值，且为全国背景值的404倍。表明区域存在一定程度的Hg污染，其他4种重金属主要受区域背景值影响较大。5种重金属的单项污染指数大小顺序为CdCr，平均潜在生态风险指数均值为498，处在低风险生态等级，部分点位生态风险指数接近中度风险，从整体上看，研究区域土壤受重金属污染较轻，可安全进行农业生产，但仍需加强对重金属污染防治工作，避免重金属造成危害。

关键词：砂页岩；土壤重金属；风险评价；浪洞乡

中图分类号：X53

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2018）04-0066-007 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2018.04.010

Distribution Characteristics of Heavy Metals in Soil of Mountain Areas in Southeastern Guizhou

QU Fei1，FAN Chenwu2，3，LIU Guihua2，3 ，QIN Song2，3*

（1. Agricultural College， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China； 2. Guizhou Institute of Soil and Fertilizer （Agricultural Resources and Environment）， Guiyang， Guizhou 550006， China； 3. Guizhou Agricultural Resources and Environmental Engineering Technology Research Center， Guiyang， Guizhou 550006， China）

Abstract：In order to study the distribution characteristics of heavy metals in sand shale soils and evaluate soil pollution status， Lang Dong village， a typical sand shale region in Qiandongnan， Guizhou Province， was selected as the research area. Twenty soil samples were collected using the method of grid placement. The content and distribution of the five heavy metals （Cr， Pb， As， Cd， Hg） were analysed. The soil environment quality of the heavy metals was evaluated using the single-factor pollution index method， the Nemero pollution index method and Hakanson potential ecological risk index method. The results showed that the average content of Cr， Pb and As in the study area was lower than that of the entire province value and the national background value. The content of Hg was 3.25 times higher than the province value and 5.51 times the national value. The average content of Cd was lower than the province value but was 4.04 times higher than the national value. This indicated that this area has some degree of Hg pollution， while content of the other four heavy metals was mainly influenced by the regional background value. The sequence of single-factor pollution index of the five heavy metals was Cd>Hg>As>Cr>Pb. The environment Nemero comprehensive pollution index of all five heavy metals was 0.519， indicating that the soil of this area was in a clean state. The sequence of the potential ecological risk index of five heavy metals in the study area was Cd>Hg>As>Pb>Cr and the average potential ecological risk index was 49.8， indicating that this area was at a low level of ecological risk. However， the ecological risk index for some parts of the area was at moderate level. On the whole， soil contamination by heavy metals in the study area is relatively light， which is safe for agricultural production. However， work on prevention and control of pollution still needs to be strengthened to avoid the harm of heavy metals.

Key words：sandy shale； soil heavy metals； risk assessment； Langdong village

土壤重金属污染具有隐蔽性，持久性和难降解的特性，对动植物都会带来危害[1]。一些可溶性的重金属能够被植物吸收富集、迁移转化，再通过食物链进入人体，危害人体健康[2-4]。随着矿产资源等工业开发，农药、化肥等农业投入品的广泛使用，含重金属类物质大量进入土壤中，造成土壤环境重金属污染问题日益严峻。土壤重金属污染已成为人类面临的重要问题之一[5-7]。

土壤是由成土母质风化而来，成土母质决定了土壤中重金属的最初含量，影响着土壤环境中的重金属背景值。黔东南地区自然资源丰富，成土母质多样，其中砂页岩分布最广泛，砂页岩是由砂岩和页岩相间组成的特殊岩石，可以形成丰富的金属矿。据相关文献报道，黔东南地区金矿点较多，研究历史悠久，是贵州省十分重要的产金区；金矿矿物质和流体均来自于地层围岩[8-9]。万斌[10]对蚀变岩型金矿地球化学特征分析中指出黔东南地区的金矿中在石英脉中及硅化的破碎的粉砂岩中的含量最高。了解砂页岩地区重金属的分布特征及潜在生态风险，对防治土壤环境重金属污染，指导农业安全生产具有十分重要的意义。

本研究以黔东南典型砂页岩地区的浪洞乡为研究对象，运用单因子污染指数法、内梅罗污染指数法和Hakanson潜在生态风险指数法对浪洞乡土壤重金属进行污染特征分析及风险评价，探讨该地区土壤重金属环境质量状况及潜在生态风险，以期为典型砂页岩地区的重金属污染防治和农业安全生产提供基础数据支撑。

1 材料与方法

11 样品采集

样品采集时间为2016年8月，采自黔东南州黄平县。采集方法为网格法，按照《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166—2004）要求，并通过GPS定位，确定采样点，共采集了112个土壤样品（图1），采样深度为0～20 cm。每个样品由5个子样品混合后，再通过四分法取1 kg组成。样品自然风干，磨细过100目尼龙筛，密封装袋保存待测。

12 样品分析

精确称取风干样品02 g，用少许水润湿，加入消解液（V硝酸∶V高氯酸=4∶1）15 mL，湿法消解，用05%的HNO3定容至50 mL测定，采用火焰原子吸收法测定Cr、Cd、Pb（原子吸收光谱仪AA-800）。准确称取风干样品02 g，用少许去离子水润湿，加消解液（V王水∶V水=1∶1）10 mL，微波消解，冷却后用5%的HCl定容至50 mL[11-12]，采用原子荧光法测定Hg、As（原子荧光光谱仪AF-640）。

13 评价方法

131 污染现状评价

参照《土壤环境质量标准》（GB15618-1995），采用单因子污染指数法和内梅罗污染指数法对研究区进行风险评价。单因子污染指数式为：

Pi=Ci/Si（公式一）

式中：Pi为土壤污染物i的環境质量污染指数；Ci为污染物i的实测值，mg/kg；Si为污染物i的评价标准，污染评价分级标准见表1。

132 生态风险评价

研究区土壤重金属生态风险评价采用Hakanson潜在生态风险指数法。该方法引入了重金属毒性响应系数，将重金属含量折算为生物毒性风险，各单项污染物潜在生态风险指数经相加可得此区域多种污染物的综合潜在生态风险指数，削弱了区域差异和不同源污染情况的影响[13]。其计算公式为：

RI=∑ni=1TirCir=∑ni=1TirCi实测/Cin（公式三）

式中：RI为采样点多种重金属综合潜在生态风险指数；Tri为Hakanson制定的标准化重金属毒性系数；Cri为该元素的污染系数；C实测i为该元素的实测含量；Cni为该元素的国家土壤环境标准值。

14 数据处理

采用Microsoft excel 2003进行数据统计，采用SPSS 20进行数据分析，使用Arc GIS 92和Origin 86软件进行图件制作。

2 结果与分析

21 土壤重金属含量分析

研究区土壤重金属含量分布如表3所示，Cr、Pb、Cd、As、Hg5种重金属的平均含量分别为412、259、0392、835和0358 mg/kg，与贵州省背景值[14]和全国背景值[15]相比，Cr、Pb和As的平均含量均低于全省和全国背景值；仅有Hg的平均含量高于全省背景值和全国背景值，且分别高出325和551倍；Cd的平均含量低于全省背景值，但高于全国背景值；且为全国背景值的404倍。从变异系数上看，5种重金属的变异系数分别为407%、299%、663%、545%和824%，可以看出，Cr、Cd、As和Hg的变异系数较大，说明受人为因素影响大；Pb的变异系数较小，说明在分布特征上具有较大相似性[16]。

22 土壤重金属的污染评价

221 单因子污染指数评价

根据单因子污染指数评价等级，5种重金属中所有点位中Cr、As和Pb的Pi均小于1，污染等级为1，属于无污染。点位3#、6#、7#、9#、12#、17#的Cd中1

222 内梅罗污染指数评价

国家土壤环境质量标准（GB15618-1995）分为3个等级[17]。研究区土壤pH值的范围在65～75之间，因此采用土壤质量二级标准的中间指标分析（表4）。

从各点位内梅罗污染指数上看（图3），得出采样点位16#和20#的重金属综合污染指数分别为247和225，污染等级为等级4，属于中度污染；采样点位1#、2#、3#、7#、9#和17#的重金属综合污染指数分别为187、164、130、145、112和138，污染等级为等级3，属于轻度污染；采样点位4#、5#、6#、8#、10#、11#、12#、13#、14#、15#、18#和19#的重金属综合污染指数分别为0502、0631、0848、0305、0577、0453、0988、0349、0469、0681、0475和0606，污染等级为1，属于清洁（安全）。

223 土壤重金属污染空间分布情况

采用ArcGIS对单因子污染指数和内梅罗综合污染指数空间分布情况作分析，模拟出研究区5种重金属污染空间分布图（图4～9）。结果显示，研究区未受到Cr、As、Pb污染，均为安全水平；Hg存在低风险和中度风险污染，中度风险污染主要集中在浪洞乡东部地区；Cd存在低风险和中度风险污染，中度风险污染主要集中在浪洞乡西南地区和中部勤龙村、浪洞村等部分地区；综合污染分布与Cd空间污染分布一致，说明整个研究区域的土壤重金属主要受Cd污染的影响较大，其他重金属污染影响较小。

23 土壤重金属的潜在生态风险评价

采用Hakanson潜在生态指数法分析研究区5种土壤重金属，根据土壤重金属污染潜在生态危害指标与分级（表6），对其进行生态风险评价。

3 结论与讨论

有研究表明土壤中的重金属污染的原因主要有：矿石开采、城市化建设、固体废弃物堆积、施用化肥、污水灌溉等原因[18]。浪洞乡位于黔东南苗族侗族自治州黄平县境内，自然环境优良旅游资源丰富；全乡境内主要以传统农业生产为主，几乎无农药、化肥、污水等污染；大型工矿业较少，主要以家庭作坊为主；而该区域属于黔东南州典型的砂页岩地区，境内有铅锌矿、粘土、铁、煤等矿产资源，粘土矿资源尤其丰富。相关研究表明，成土母质决定了土壤中最初的重金属含量，不同母质类型，重金属元素含量差异较大[19]。何腾兵等[20]在不同母质发育的土壤重金属差异性研究中指出，钙质紫色砂页岩、石灰岩和河流冲积物发育的土壤中镉、铬、汞的含量较其他母质发育的土壤高。

本文分析了5种重金属在黔东南浪洞乡的分布特征，结果显示其中Hg和Cd两种重金属在研究区存在中度污染风险，区域主要集中在浪洞乡东部地区、西南地区和中部勤龙村、浪洞村等部分地区；其中Hg高于全国和全省背景值，分别高出325和551倍；Cd仅在全国背景值下有污染表现，高出404倍；而综合污染分布显示指出该区域土壤重金属主要受Cd污染的影响较大；而对于Cr、As、Pb的分析结果未存在污染风险，均处于安全水平。该区域的土壤重金属污染排除农业废弃物、城市化建设等因素，很可能与主要成土母质砂页岩相关。而研究区采样点大部处于污染低风险，说明土壤重金属有一定量积累，周边环境污染较少，土壤5种重金属含量总体符合相关限量标准，对于农业产区，优化农艺生产措施可确保农产品质量安全。

研究区5种重金属的平均含量与贵州省背景值总站和全国背景值相比，Cr、Pb和As的平均含量均低于全省和全国背景值；仅有Hg的平均含量高于全省背景值和全国背景值，且分别高出325和551倍；Cd的平均含量低于全省背景值，但高于全国背景值；且为全国背景值的404倍。

研究区5种重金属的单项污染指数大小顺序为Cd 研究区5种重金属的潜在生态风险指数大小顺序为CdCr；Cd为最主要生态风险贡献因子。土壤平均潜在生态风险均值为498，处于低风险生态等级，点位20的潜在生态风险值接近中等风险。

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