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河南省柿主产区土壤重金属污染及其生态风险分析

金钰 叶令帅 李华威 黄琳 李臻渊 樊雄飞 张春玲 傅建敏 刁松锋

金钰, 叶令帅, 李华威, 黄琳, 李臻渊, 樊雄飞, 张春玲, 傅建敏, 刁松锋. 河南省柿主产区土壤重金属污染及其生态风险分析[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721
引用本文: 金钰, 叶令帅, 李华威, 黄琳, 李臻渊, 樊雄飞, 张春玲, 傅建敏, 刁松锋. 河南省柿主产区土壤重金属污染及其生态风险分析[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721
JIN Yu, YE Lingshuai, LI Huawei, HUANG Lin, LI Zhenyuan, FAN Xiongfei, ZHANG Chunling, FU Jianmin, DIAO Songfeng. Soil heavy metal pollution and its ecological risk analysis in the main Diospyros kaki producing areas of Henan Province[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721
Citation: JIN Yu, YE Lingshuai, LI Huawei, HUANG Lin, LI Zhenyuan, FAN Xiongfei, ZHANG Chunling, FU Jianmin, DIAO Songfeng. Soil heavy metal pollution and its ecological risk analysis in the main Diospyros kaki producing areas of Henan Province[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721

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河南省柿主产区土壤重金属污染及其生态风险分析

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721
基金项目: 国家重点研发计划项目(2020YFD1000700);河南省国家重点科研项目奖励资金项目(2022);国家林业和草原局林产品质量安全监测项目(2022)
详细信息
    作者简介: 金钰(ORCID: 0000-0003-1735-0800),工程师,从事林产品检测与分析。E-mail: yujin309@163.com
    通信作者: 刁松锋(ORCID: 0000-0002-9690-6290),副研究员,博士,从事经济林栽培育种研究。E-mail: dsf@caf.ac.cn
  • 中图分类号: S665.2

Soil heavy metal pollution and its ecological risk analysis in the main Diospyros kaki producing areas of Henan Province

  • 摘要:   目的  探讨河南省柿Diospyros kaki主产区土壤重金属污染及其生态风险,为评价土壤环境安全状况以及防治重金属污染提供科学依据。  方法  从安阳、济源和三门峡等3个柿主产区的90个柿园采集了450个土壤样品,测定砷、汞、铅、镉、铬和铜等6种重金属元素的质量分数。采用污染负荷指数(IPL)、综合潜在生态风险指数(IR)和生态风险预警指数(IER)对柿园土壤重金属污染及生态风险进行评价。  结果  在河南省柿主产区,土壤砷、汞、铅和铜质量分数的平均值分别为背景值的1.26、2.01、1.86和1.64倍。柿园土壤汞表现为中度污染,砷、铅和铜轻度污染,镉和铬无污染。在河南省柿主产区,土壤砷、汞、铅和铜受到人类活动影响较大,其中砷主要是受农业生产活动的影响,汞、铅和铜则受工业活动影响较大。在河南省柿主产区,IPLIRIER平均值分别为1.08、136.95和2.33,呈现轻度污染、轻微风险和轻度预警等级。济源产区污染最为严重,生态风险等级和预警等级均为最高,IPLIRIER分别达到1.32、154.10和3.79;13.33%的果园处于中度或重度污染状态,33.33%的果园处于中等或较强潜在生态风险等级,66.67%和26.67%的果园分别呈现中度和重度预警。在河南省柿主产区,6种重金属中汞的单因子污染指数(CF)、潜在生态风险指数(IR)和污染生态风险预警等级(IER)均最高,分别为2.01、80.31和1.01。  结论  汞是河南省柿主产区土壤重金属生态风险等级和预警级别最高的重金属元素。济源产区柿园污染水平、潜在生态风险程度与生态风险预警等级在3个产区中最高,均达到中等水平。图2表8参30
  • 图  1  河南省柿主产区土壤重金属质量分数分布频次

    Figure  1  Frequency distribution of the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

    图  2  河南省柿主产区土壤重金属主成分分析散点图

    Figure  2  Spatial scatter plot of principal component analysis for the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

    表  1  土壤重金属污染评价指标及其分级标准

    Table  1.   Evaluation indexes and grading standards of soil heavy metal pollution

    CFIPL污染等级EIR风险等级IER预警等级
    (0, 1](0, 1]无 (0, 40](0, 150]轻微(−∞, 0]无需
    (1, 2](1, 2]轻度(40, 80](150, 300]中等(0, 1]预警
    (2, 3](2, 3]中度(80, 160](300, 600]较强(1, 3]轻度
    (3, +∞)(3, +∞)重度(160, 320](600, 1200]很强(3, 5]中度
    (320, +∞)(1200, +∞)极强(5, +∞)重度
      说明:CF为单因子污染指数;IPL为污染负荷指数;E为各重金属单项潜在生态风险指数;IR综合潜在生态风险指数;IER为生态风险     预警指数
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    表  2  河南柿主产区土壤重金属质量分数统计

    Table  2.   Statistics of the heavy metals in soils from the main D. kaki producing area in Henan Province

    产区参数质量分数/(mg·kg−1)产区参数质量分数/(mg·kg−1)
    安阳产区 均值  13.84 0.105 16.87 0.167 46.34 29.79 济源产区 均值  13.33 0.092 54.80 0.492 39.15 29.24
    标准差 6.70 0.072 5.57 0.076 24.33 19.70 标准差 3.67 0.087 55.75 0.516 8.25 10.64
    极小值 1.55 0.020 5.34 0.000 17.09 2.56 极小值 2.97 0.015 7.04 0.048 14.82 6.10
    极大值 25.12 0.373 25.45 0.335 93.87 111.04 极大值 21.36 0.399 276.45 1.839 51.07 53.14
    三门峡产区 均值  2.34 0.099 37.74 0.277 53.10 38.01 整个主产区 均值  9.84 0.099 36.47 0.312 46.20 32.35
    标准差 2.30 0.097 42.18 0.131 9.38 19.72 标准差 7.01 0.085 42.97 0.336 16.63 17.50
    极小值 1.22 0.032 9.64 0.081 35.29 18.71 极小值 1.22 0.015 5.34 0.000 14.82 2.56
    极大值 14.12 0.543 204.00 0.847 87.12 128.90 极大值 25.12 0.543 276.45 1.839 93.87 128.90
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    表  3  河南省柿主产区土壤重金属变异系数和分布频次

    Table  3.   Coefficients of variation and frequency distribution of the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

    参数产区
    变异系数安阳产区 0.480.690.330.450.530.66
    济源产区 0.280.941.021.050.210.36
    三门峡产区0.980.981.120.470.180.52
    整个主产区0.710.861.181.080.360.54
    中位数 整个主产区11.410.0822.420.2144.7229.47
    偏度  整个主产区0.252.723.322.600.772.95
    峰度  整个主产区−0.989.7912.946.741.2313.60
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    表  4  河南省柿主产区土壤重金属之间相关系数矩阵

    Table  4.   Correlations matrix of the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

    重金属pH
    pH1.000
    0.1771.000
    −0.1190.1051.000
    −0.1160.1230.410**1.000
    −0.1840.1700.397**0.784**1.000
    −0.191−0.237*0.1760.006−0.0421.000
    −0.085−0.209*0.0850.299**0.218*0.264*1.000
      说明:* 表示显著相关(P<0.05),*** 表示极显著相关(P<0.05)
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    表  5  河南省柿主产区土壤重金属主成分分析

    Table  5.   5Principal component analysis of the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

    项目因子方差贡献率/%累计贡献率/%
    因子载荷第1主成分0.1730.6480.9000.8800.1240.41837.137.1
    第2主成分−0.7260.006−0.078−0.1730.7300.60834.471.5
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    表  6  不同区域单因子污染指数值及污染等级样点百分比

    Table  6.   Percentages of sites at different pollution levels in the total sample sites

    各重金属污染指数安阳产区济源产区
    平均值标准差无/%轻度/%中度/%重度/%平均值标准差无/%轻度/%中度/%重度/%
    CF,砷 1.78 0.86 16.67 50.00 20.00 13.33 1.71 0.47 6.67 63.33 30.00 0
    CF,汞 2.13 1.46 16.67 36.67 33.33 13.33 1.87 1.76 43.33 26.67 13.33 16.67
    CF,铅 0.86 0.28 63.33 36.67 0 0 2.80 2.84 10.00 53.33 6.67 30.00
    CF,镉 0.45 0.20 100 0 0 0 1.32 1.38 66.67 3.33 13.33 16.67
    CF,铬 0.73 0.38 76.67 23.33 0 0 0.61 0.13 100 0 0 0
    CF,铜 1.51 1.00 30.00 53.33 10.00 6.67 1.48 0.54 20.00 63.33 16.67 0
    IPL 0.95 0.34 76.67 20.00 3.33 0 1.32 0.70 50.00 36.67 10.00 3.33
    各重金属污染指数 三门峡产区 整个主产区
    平均值 标准差 无/% 轻度/% 中度/% 重度/% 平均值 标准差 无/% 轻度/% 中度/% 重度/%
    CF,砷 0.30 0.29 96.67 3.33 0 0 1.26 0.90 40.00 38.89 16.67 4.44
    CF,汞 2.02 1.97 26.67 46.67 10.00 16.67 2.01 1.73 28.88 36.67 18.89 15.56
    CF,铅 1.93 2.15 30.00 53.33 3.33 13.33 1.86 2.19 34.45 47.78 3.33 14.44
    CF,镉 0.74 0.35 96.67 3.33 0 0 0.83 0.90 87.78 2.22 4.44 5.56
    CF,铬 0.83 0.15 96.67 3.33 0 0 0.72 0.26 91.11 8.89 0 0
    CF,铜 1.93 1.00 3.33 73.33 16.67 6.67 1.64 0.89 17.78 63.34 14.44 4.44
    IPL 0.96 0.35 50.00 50.00 0 0 1.08 0.52 58.89 35.56 4.44 1.11
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    表  7  不同区域潜在生态风险指数及污染等级样点百分比

    Table  7.   Percentages of sites at different risk levels in the total sample sites

    各重金属
    风险指数
    安阳产区济源产区
    平均值标准差轻微/%中等/%较强/%很强/%极强/%平均值标准差轻微/%中等/%较强/%很强/%极强/%
    E 17.76 8.60 100 0 0 0 0 17.11 4.71 100 0 0 0 0
    E 85.25 58.44 20.00 33.33 36.67 10.00 0 74.86 70.39 43.33 26.67 23.33 3.33 3.33
    E 4.30 1.42 100 0 0 0 0 13.98 14.22 96.67 3.33 0 0 0
    E 13.44 6.07 100 0 0 0 0 39.50 41.40 66.67 10 23.33 0 0
    E 1.45 0.76 100 0 0 0 0 1.23 0.26 100 0 0 0 0
    E 7.56 5.00 100 0 0 0 0 7.42 2.70 100 0 0 0 0
    IR 129.77 63.51 73.33 23.33 3.33 0 0 154.10 121.43 66.67 23.33 10 0 0
    各重金属
    风险指数
    三门峡产区 整个主产区
    平均值 标准差 轻微/% 中等/% 较强/% 很强/% 极强/% 平均值 标准差 轻微/% 中等/% 较强/% 很强/% 极强/%
    E 3.00 2.95 100 0 0 0 0 12.63 9.00 100 0 0 0 0
    E 80.83 78.84 26.67 46.67 16.67 6.67 3.33 80.31 69.07 30.00 35.56 25.56 6.67 2.22
    E 9.63 10.76 96.67 3.33 0 0 0 9.30 10.96 97.78 2.22 0 0 0
    E 22.22 10.48 96.67 3.33 0 0 0 25.05 26.92 87.78 4.44 7.78 0 0
    E 1.66 0.29 100 0 0 0 0 1.45 0.52 100 0 0 0 0
    E 9.65 5.00 100 0 0 0 0 8.21 4.44 100 0 0 0 0
    IR 126.99 85.31 76.67 20.00 3.33 0 0 136.95 92.95 72.22 22.22 5.56 0 0
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    表  8  不同区域生态风险预警指数及预警级别样点百分比

    Table  8.   Percentages of sites at different warning levels in the total sample sites

    各重金属
    预警指数
    安阳产区济源产区
    平均值标准差无需/%预警/%轻度/%中度/%重度/%平均值标准差无需/%预警/%轻度/%中度/%重度/%
    IER,砷 0.78 0.86 16.67 50.00 33.33 0 0 0.71 0.47 6.67 63.33 30.00 0 0
    IER,汞 1.13 1.46 16.67 36.67 36.67 6.67 3.33 0.87 1.76 43.33 26.67 23.33 0 6.67
    IER,铅 −0.14 0.28 63.33 36.67 0 0 0 1.80 2.84 10.00 53.33 16.67 6.67 13.33
    IER,镉 −0.55 0.20 100 0 0 0 0 0.32 1.38 66.67 3.33 26.67 3.33 0
    IER,铬 −0.27 0.38 76.67 23.33 0 0 0 −0.39 0.13 100 0 0 0 0
    IER,铜 0.51 1.00 30.00 53.33 13.33 3.33 0 0.48 0.54 20.00 63.33 16.67 0 0
    IER 1.45 2.36 33.33 13.33 33.33 10.00 10.00 3.79 6.14 33.33 23.33 6.67 10.00 26.67
    各重金属
    预警指数
    三门峡产区 整个主产区
    平均值 标准差 无需/% 预警/% 轻度/% 中度/% 重度/% 平均值 标准差 无需/% 预警/% 轻度/% 中度/% 重度/%
    IER,砷 −0.70 0.29 96.67 3.33 0 0 0 0.26 0.90 40.00 38.89 21.11 0 0
    IER,汞 1.02 1.97 26.67 46.67 16.67 6.67 3.33 1.01 1.73 28.89 36.67 25.56 4.44 4.44
    IER,铅 0.93 2.15 30.00 53.33 6.67 0 10 0.86 2.19 34.44 47.78 7.78 2.22 7.78
    IER,镉 −0.26 0.35 96.67 0 3.33 0 0 −0.17 0.90 87.78 1.11 10.00 1.11 0
    IER,铬 −0.17 0.15 96.67 3.33 0 0 0 −0.28 0.26 91.11 8.89 0 0 0
    IER,铜 0.93 1.00 3.33 73.33 20.00 3.33 0 0.64 0.89 17.78 63.33 16.67 2.22 0
    IER 1.75 3.98 43.33 23.33 13.33 6.67 13.33 2.33 4.51 36.67 20.00 17.78 8.89 16.67
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-30
  • 录用日期:  2022-07-15
  • 修回日期:  2022-07-04

河南省柿主产区土壤重金属污染及其生态风险分析

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721
    基金项目:  国家重点研发计划项目(2020YFD1000700);河南省国家重点科研项目奖励资金项目(2022);国家林业和草原局林产品质量安全监测项目(2022)
    作者简介:

    金钰(ORCID: 0000-0003-1735-0800),工程师,从事林产品检测与分析。E-mail: yujin309@163.com

    通信作者: 刁松锋(ORCID: 0000-0002-9690-6290),副研究员,博士,从事经济林栽培育种研究。E-mail: dsf@caf.ac.cn
  • 中图分类号: S665.2

摘要:   目的  探讨河南省柿Diospyros kaki主产区土壤重金属污染及其生态风险,为评价土壤环境安全状况以及防治重金属污染提供科学依据。  方法  从安阳、济源和三门峡等3个柿主产区的90个柿园采集了450个土壤样品,测定砷、汞、铅、镉、铬和铜等6种重金属元素的质量分数。采用污染负荷指数(IPL)、综合潜在生态风险指数(IR)和生态风险预警指数(IER)对柿园土壤重金属污染及生态风险进行评价。  结果  在河南省柿主产区,土壤砷、汞、铅和铜质量分数的平均值分别为背景值的1.26、2.01、1.86和1.64倍。柿园土壤汞表现为中度污染,砷、铅和铜轻度污染,镉和铬无污染。在河南省柿主产区,土壤砷、汞、铅和铜受到人类活动影响较大,其中砷主要是受农业生产活动的影响,汞、铅和铜则受工业活动影响较大。在河南省柿主产区,IPLIRIER平均值分别为1.08、136.95和2.33,呈现轻度污染、轻微风险和轻度预警等级。济源产区污染最为严重,生态风险等级和预警等级均为最高,IPLIRIER分别达到1.32、154.10和3.79;13.33%的果园处于中度或重度污染状态,33.33%的果园处于中等或较强潜在生态风险等级,66.67%和26.67%的果园分别呈现中度和重度预警。在河南省柿主产区,6种重金属中汞的单因子污染指数(CF)、潜在生态风险指数(IR)和污染生态风险预警等级(IER)均最高,分别为2.01、80.31和1.01。  结论  汞是河南省柿主产区土壤重金属生态风险等级和预警级别最高的重金属元素。济源产区柿园污染水平、潜在生态风险程度与生态风险预警等级在3个产区中最高,均达到中等水平。图2表8参30

English Abstract

金钰, 叶令帅, 李华威, 黄琳, 李臻渊, 樊雄飞, 张春玲, 傅建敏, 刁松锋. 河南省柿主产区土壤重金属污染及其生态风险分析[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721
引用本文: 金钰, 叶令帅, 李华威, 黄琳, 李臻渊, 樊雄飞, 张春玲, 傅建敏, 刁松锋. 河南省柿主产区土壤重金属污染及其生态风险分析[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721
JIN Yu, YE Lingshuai, LI Huawei, HUANG Lin, LI Zhenyuan, FAN Xiongfei, ZHANG Chunling, FU Jianmin, DIAO Songfeng. Soil heavy metal pollution and its ecological risk analysis in the main Diospyros kaki producing areas of Henan Province[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721
Citation: JIN Yu, YE Lingshuai, LI Huawei, HUANG Lin, LI Zhenyuan, FAN Xiongfei, ZHANG Chunling, FU Jianmin, DIAO Songfeng. Soil heavy metal pollution and its ecological risk analysis in the main Diospyros kaki producing areas of Henan Province[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210721

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