福建龙海土壤重金属含量特征及影响因素研究

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.06.18

现代地质 ›› 2018, Vol. 32 ›› Issue (06): 1302-1310.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.06.18

福建龙海土壤重金属含量特征及影响因素研究

孙凯¹^,²^,³(), 孙彬彬¹^,²(), 周国华¹, 贺灵¹^,², 曾道明¹^,², 吴超¹^,², 成晓梦¹^,²

1.国土资源部地球化学探测重点实验室,中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊 065000
2.联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心,河北廊坊 065000
3.中国地质大学(北京),北京 100083

收稿日期:2018-01-17 修回日期:2018-06-05 出版日期:2018-12-10 发布日期:2018-12-20
通讯作者: 孙彬彬,男,高级工程师,博士,1982年出生,地球化学专业,主要从事应用地球化学研究。 Email: sunbinbin@igge.cn。
作者简介:孙凯,男,硕士研究生,1993年出生,地质工程专业,主要从事环境地球化学调查与研究。 Email:759184602@qq.com。
基金资助:
国土资源部公益性行业科研专项(201411091-2)

Study on Concentration Characteristics and Influencing Factors of Heavy Metals in Soils in Longhai, Fujian Province

SUN Kai¹^,²^,³(), SUN Binbin¹^,²(), ZHOU Guohua¹, HE Ling¹^,², ZENG Daoming¹^,², WU Chao¹^,², CHENG Xiaomeng¹^,²

1. Key Laboratory of Geochemical Exploration,Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang,Hebei 065000,China
2. International Center on Global-scale Geochemistry,United Nations Educational Scientific and Cultural Organization,Langfang,Hebei 065000,China
3. China University of Geosciences,Beijing 100083,China

Received:2018-01-17 Revised:2018-06-05 Online:2018-12-10 Published:2018-12-20

摘要/Abstract

摘要：

为有效预防土壤重金属生态风险,以福建龙海市表层土壤为研究对象,应用经典统计分析、随机森林等方法,研究重金属元素含量特征及其影响因素。结果表明:(1)第四纪冲洪(海)积成因水稻土中多数重金属元素含量较高;(2)燕山期中酸性岩风化形成的残坡积红壤中重金属元素活动态含量较高;(3)As、Cu、Ni形态含量与全量相关性较好,而Cd、Cr、Hg的多数形态含量与全量相关性较差;(4)除元素全量外,土壤有机质对弱有机结合态重金属(不包括Ni、Pb元素)以及离子交换态、碳酸盐结合态Cd、Zn有重要影响,阳离子交换量对各形态Ni,(Fe×Al)/Si对各形态Cu具有重要影响,而土壤成因、土壤类型对重金属形态组成的影响较小。研究表明土壤重金属形态组成及其富集区与其全量不尽一致,土壤重金属生态风险评价应考虑土壤重金属形态分布特征。

关键词: 土壤重金属, 土壤成因, 影响因素, 随机森林法, 福建龙海

Abstract:

To prevent ecological risk from heavy metals in soils in Longhai County, heavy metal concentration and their speciation characteristics as well as influencing factors of heavy metals were studied by classic statistical methods and random forest. The results show:(1) most heavy metals are enriched in paddy soils derived from Quaternary alluvial, deluvial or marine sediments;(2) the available contents of heavy metals in red soils in hilly and mountainous areas are relatively higher, which are derived from acid rock in Yanshanian age;(3) the speciation contents of As,Cu and Ni are correlated with their total contents, but the correlation is poor for Cd, Cr and Hg;(4) except for the total amount of elements, the effects of soil physico-chemical properties on the speciation of heavy metals are varied significantly. It presents that soil organic matter have great impact on the fraction contents of heavy metals of weak-bound to organic matter(except for Ni, Pb) as well as ion exchangable and carbonate-bound fractions of Cd and Zn. The cation exchange capacity has effect on all forms of Ni. The ratios of (Fe×Al)/Si have effect on the fractions of Cu. However, soil origin and soil type seems to have little effect on heavy metal fractions. The study shows that the labile fraction of heavy metals is not corresponding to their total contents in most cases. Therefore, it is necessary to consider the speciation characteristics of heavy metals in soil when assessing their ecological risk.

Key words: heavy metal in soil, soil origin, influencing factor, random forest, Longhai County, Fujian Province

中图分类号:

P595
X142

孙凯, 孙彬彬, 周国华, 贺灵, 曾道明, 吴超, 成晓梦. 福建龙海土壤重金属含量特征及影响因素研究[J]. 现代地质, 2018, 32(06): 1302-1310.

SUN Kai, SUN Binbin, ZHOU Guohua, HE Ling, ZENG Daoming, WU Chao, CHENG Xiaomeng. Study on Concentration Characteristics and Influencing Factors of Heavy Metals in Soils in Longhai, Fujian Province[J]. Geoscience, 2018, 32(06): 1302-1310.

图/表 9

参考文献 28

[1]	李苹, 黄勇, 林赟, 等. 北京市怀柔区土壤重金属的分布特征、来源分析及风险评价[J]. 现代地质, 2018, 32(1):86-94.
[2]	苏晶文, 邢光福, 葛伟亚, 等. 南极长城站区土壤重金属含量特征及来源分析[J]. 现代地质, 2010, 24(4):816-820.
[3]	陈俊坚, 张会化, 刘鉴明, 等. 广东省区域地质背景下土壤表层重金属元素空间分布特征及其影响因子分析[J]. 生态环境学报, 2011, 20(4):646-651. DOI
[4]	栾文楼, 温小亚, 马忠社, 等. 冀东平原土壤中重金属元素的地球化学特征[J]. 现代地质, 2008, 22(6):939-947.
[5]	钟晓兰, 周生路, 黄明丽, 等. 土壤重金属的形态分布特征及其影响因素[J]. 生态环境学报, 2009, 18(4):1266-1273. DOI
[6]	傅倩倩, 王广才. 华北地区某工业场地土壤重金属分布特征[J]. 现代地质, 2012, 26(4):829-836.
[7]	赵阿娟, 李宏光, 杨虹琦, 等. 不同类型及耕种模式土壤重金属形态特征分析[J]. 核农学报, 2015, 29(11):2178-2183. DOI
[8]	韩春梅, 王林山, 巩宗强, 等. 土壤中重金属形态分析及其环境学意义[J]. 生态学杂志, 2005, 24(12):1499-1502.
[9]	KIM R Y, YOON J K, KIM T S, et al. Bioavailability of heavy metals in soils:definitions and practical implementation—a critical review[J]. Environmental Geochemistry and Health, 2015, 37(6) :1041-1061. DOI URL
[10]	林才浩, 许美辉, 杨军华. 福建沿海经济带生态地球化学调查与评价[J]. 地质通报, 2007, 26(5):605-612.
[11]	王浩, 章明奎. 有机质积累和酸化对污染土壤重金属释放潜力的影响[J]. 土壤通报, 2009(3):538-541.
[12]	孙花, 谭长银, 黄道友, 等. 土壤有机质对土壤重金属积累、有效性及形态的影响[J]. 湖南师范大学自然科学学报, 2011, 34(4):82-87.
[13]	陈穗玲, 李锦文, 邓红梅. 福建沿海地区农田土壤理化性质与重金属含量的关系[J]. 湖北农业科学, 2014, 53(13):3025-3029.
[14]	孙敬亮, 武文钧, 赵瑞雪, 等. 重金属土壤污染及植物修复技术[J]. 长春理工大学学报(自然科学版), 2003, 26(4):46-48.
[15]	吴新民, 潘根兴. 影响城市土壤重金属污染因子的关联度分析[J]. 土壤学报, 2003, 40(6):921-928.
[16]	杨元根, PATERSON E, CAMPBELL C. 城市土壤中重金属元素的积累及其微生物效应[J]. 环境科学, 2001, 22(3):44-48.
[17]	杨凤, 丁克强, 刘廷凤. 土壤重金属化学形态转化影响因素的研究进展[J]. 安徽农业科学, 2014, 42(29):10083-10084,10096.
[18]	王鹏, 贾学秀, 涂明, 等. 北京某道路外侧土壤重金属形态特征与污染评价[J]. 环境科学与技术, 2012, 35(6):170-177.
[19]	BREIMAN L. Random forests[J]. Machine Learning, 2001, 45(1):5-32. DOI URL
[20]	李欣海. 随机森林模型在分类与回归分析中的应用[J]. 应用昆虫学报, 2013, 50(4):1190-1197.
[21]	关天霞, 何红波, 张旭东, 等. 土壤中重金属元素形态分析方法及形态分布的影响因素[J]. 土壤通报, 2011, 42(2):503-512.
[22]	景丽洁, 王敏. 不同类型土壤对重金属的吸附特性[J]. 生态环境学报, 2008, 17(1):245-248.
[23]	孙彬彬, 周国华, 刘占元, 等. 山东黄河下游区土壤微量元素地质背景与人为叠加影响的识别方法[J]. 地质通报, 2010, 29(2):476-482.
[24]	SINGH A K, HASNAIN S I, BANERJEE D K. Grain size and geochemical partitioning of heavy metals in sediments of the Damodar River—a tributary of the lower Ganga,India[J]. Environmental Geology, 1999, 39(1):90-98. DOI URL
[25]	段德超, 戴露莹, 徐劼, 等. 某冶炼厂周边土壤碳组分与铜形态的相关性[J]. 环境科学学报, 2016, 36(8):3027-3032.
[26]	曹积飞, 杨秋荣, 李英杰, 等. 粘土矿物对重金属有害元素吸附性研究[J]. 环境科学与技术, 2008, 31(1):48-50.
[27]	刘云, 吴平霄. 粘土矿物与重金属界面反应的研究进展[J]. 环境工程学报, 2006, 7(1):17-21.
[28]	张金池, 姜姜, 朱丽珺, 等. 黏土矿物中重金属离子的吸附规律及竞争吸附[J]. 生态学报, 2007, 27(9):3811-3819.

指标	平均值	中位数	标准差	最大值	最小值	变异系数C_V	中国土壤^①
As	5.85	2.72	9.56	66.30	0.86	1.63	10.00
Cd	0.13	0.09	0.19	1.39	0.01	1.52	0.09
Cr	31.00	20.00	36.00	227.00	4.00	1.15	65.00
Ni	11.60	5.30	22.20	145.00	1.40	1.91	26.00
Cu	17.37	11.30	15.37	78.50	1.92	0.89	24.00
Hg	205.00	75.00	342.00	1 998.00	18.00	1.67	40.00
Pb	40.00	34.00	30.00	214.00	10.00	0.75	23.00
Zn	78.00	58.00	47.00	254.00	20.00	0.60	68.00
Al	9.85	9.94	2.48	15.90	4.81	0.25	6.67
Fe	2.53	2.00	1.52	9.27	0.83	0.60	3.29
Si	29.09	28.55	3.76	37.10	23.00	0.13	—
pH	5.49	5.47	0.65	7.80	4.18	0.12	—
CEC	8.47	6.09	6.49	36.70	1.96	0.77	—
有机质	1.89	1.69	0.84	3.98	0.27	0.44	0.60

指标	平均值	中位数	标准差	最大值	最小值	变异系数C_V	中国土壤^①
As	5.85	2.72	9.56	66.30	0.86	1.63	10.00
Cd	0.13	0.09	0.19	1.39	0.01	1.52	0.09
Cr	31.00	20.00	36.00	227.00	4.00	1.15	65.00
Ni	11.60	5.30	22.20	145.00	1.40	1.91	26.00
Cu	17.37	11.30	15.37	78.50	1.92	0.89	24.00
Hg	205.00	75.00	342.00	1 998.00	18.00	1.67	40.00
Pb	40.00	34.00	30.00	214.00	10.00	0.75	23.00
Zn	78.00	58.00	47.00	254.00	20.00	0.60	68.00
Al	9.85	9.94	2.48	15.90	4.81	0.25	6.67
Fe	2.53	2.00	1.52	9.27	0.83	0.60	3.29
Si	29.09	28.55	3.76	37.10	23.00	0.13	—
pH	5.49	5.47	0.65	7.80	4.18	0.12	—
CEC	8.47	6.09	6.49	36.70	1.96	0.77	—
有机质	1.89	1.69	0.84	3.98	0.27	0.44	0.60

类别	分类	样品数	As	Cd	Cr	Ni	Cu	Hg	Pb	Zn	Al	Fe	Si	pH	CEC	有机质
地质背景	第四纪冲洪(海)积	14	7.34	0.23	40.00	16.78	23.24	481	66.80	109.80	10.88	3.07	27.19	5.46	11.12	2.31
	第四纪全新世玄武岩	1	9.29	0.09	227.00	145.00	53.00	425	10.00	134.00	7.75	9.27	23.00	6.14	36.7	1.44
	燕山期中酸性岩	34	2.98	0.08	22.00	6.29	12.59	88	29.70	61.90	9.76	2.07	29.60	5.42	6.75	1.64
	侏罗纪火山岩	7	16.33	0.17	30.00	8.20	23.71	197	39.00	87.80	8.47	2.75	31.23	5.69	7.51	2.29
成土母质成因	残坡积	37	5.15	0.07	25.00	9.04	12.89	77	31.70	60.80	10.04	2.26	29.28	5.33	7.18	1.59
	冲洪积	16	7.78	0.25	45.00	18.01	26.91	523	60.30	121.30	9.98	3.14	27.98	5.56	11.82	2.56
	坡-冲积	3	4.17	0.13	31.00	9.59	21.67	107	31.10	66.40	6.60	2.66	32.44	5.74	6.44	1.93
土壤类型	滨海砂泥	1	2.35	0.13	166.00	93.40	50.50	81	12.10	97.70	7.40	6.24	26.50	5.94	31.50	1.69
	潮土	1	1.99	0.21	11.00	1.44	14.70	20	214.00	171.00	9.68	1.58	30.90	5.81	2.10	0.65
	红壤	38	5.09	0.07	26.00	9.32	13.28	76	31.30	61.40	9.97	2.32	29.20	5.35	7.22	1.59
	水稻土	16	8.13	0.24	36.00	12.65	25.15	533	50.80	111.70	9.69	2.85	28.85	5.56	10.40	2.69

类别	分类	样品数	As	Cd	Cr	Ni	Cu	Hg	Pb	Zn	Al	Fe	Si	pH	CEC	有机质
地质背景	第四纪冲洪(海)积	14	7.34	0.23	40.00	16.78	23.24	481	66.80	109.80	10.88	3.07	27.19	5.46	11.12	2.31
	第四纪全新世玄武岩	1	9.29	0.09	227.00	145.00	53.00	425	10.00	134.00	7.75	9.27	23.00	6.14	36.7	1.44
	燕山期中酸性岩	34	2.98	0.08	22.00	6.29	12.59	88	29.70	61.90	9.76	2.07	29.60	5.42	6.75	1.64
	侏罗纪火山岩	7	16.33	0.17	30.00	8.20	23.71	197	39.00	87.80	8.47	2.75	31.23	5.69	7.51	2.29
成土母质成因	残坡积	37	5.15	0.07	25.00	9.04	12.89	77	31.70	60.80	10.04	2.26	29.28	5.33	7.18	1.59
	冲洪积	16	7.78	0.25	45.00	18.01	26.91	523	60.30	121.30	9.98	3.14	27.98	5.56	11.82	2.56
	坡-冲积	3	4.17	0.13	31.00	9.59	21.67	107	31.10	66.40	6.60	2.66	32.44	5.74	6.44	1.93
土壤类型	滨海砂泥	1	2.35	0.13	166.00	93.40	50.50	81	12.10	97.70	7.40	6.24	26.50	5.94	31.50	1.69
	潮土	1	1.99	0.21	11.00	1.44	14.70	20	214.00	171.00	9.68	1.58	30.90	5.81	2.10	0.65
	红壤	38	5.09	0.07	26.00	9.32	13.28	76	31.30	61.40	9.97	2.32	29.20	5.35	7.22	1.59
	水稻土	16	8.13	0.24	36.00	12.65	25.15	533	50.80	111.70	9.69	2.85	28.85	5.56	10.40	2.69

形态	As		Cd		Cr		Cu		Hg		Ni		Pb		Zn
形态	含量	占比/%	含量	占比/%	含量	占比/%	含量	占比/%	含量	占比/%	含量	占比/%	含量	占比/%	含量	占比/%
水溶态	0.024	2.59	0.001	1.16	0.008	0.12	0.096	1.60	0.985	8.40	0.015	0.49	0.040	0.39	0.141	1.17
离子交换态	0.016	1.69	0.057	57.30	4.282	62.32	0.296	4.92	1.043	8.89	0.936	31.19	0.942	9.14	2.630	21.77
碳酸盐结合态	0.034	3.66	0.013	12.63	0.674	9.80	0.734	12.18	1.167	9.95	0.175	5.83	0.978	9.49	1.594	13.20
弱有机结合态	0.224	24.05	0.017	17.07	0.709	10.31	2.568	42.62	1.901	16.21	0.672	22.40	1.953	18.95	3.517	29.12
铁锰氧化物态	0.632	67.97	0.012	11.67	1.199	17.44	2.330	38.68	6.632	56.55	1.204	40.10	6.395	62.04	4.195	34.74
活动态	0.074	7.94	0.070	71.08	4.963	72.24	1.127	18.71	3.195	27.24	1.126	37.51	1.960	19.01	4.364	36.14

福建龙海土壤重金属含量特征及影响因素研究

Study on Concentration Characteristics and Influencing Factors of Heavy Metals in Soils in Longhai, Fujian Province

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 28

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

序号	指标	分析方法	检出限 (1)	报出率 (2)	标样合格率/% (3)	内检合格率/% (4)	异常点抽查合格率 /%(5)
1	As	AFS	0.4	100	100	100	100
2	Cd	ICP-MS	0.01	97.22	100	100	100
3	Cr	ICP-MS	1	100	100	100	100
4	Cu	ICP-MS	0.5	100	100	100	100
5	Hg	AFS	0.000 5	100	100	90.91	100
6	Ni	ICP-MS	1.5	100	100	100	100
7	Pb	ICP-MS	2	100	100	100	100
8	Zn	ICP-MS	3	100	100	100	100
9	SiO₂	XRF	0.05^*	100	100	100	100
10	Al₂O₃	XRF	0.05^*	100	100	100	100
11	TFe₂O₃	XRF	0.05^*	100	100	100	100
12	Corg	滴定法	0.1^*	100	100	100	100
13	pH	电位法	0.1^**	100	100	100	100
14	CEC	滴定法	—	100	100	100	100

类别	分类	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
地质背景	第四纪冲洪(海)积	6.76	70.43	66.95	10.97	21.19	40.66	9.46	31.42
	燕山期中酸性岩	8.27	73.73	73.22	22.25	28.00	38.78	25.77	39.84
	侏罗纪火山岩	6.89	73.83	68.57	15.13	25.56	34.84	14.76	33.71
成土母质成因	残坡积	7.89	72.15	64.66	21.61	28.59	39.31	26.72	39.95
成土母质成因	冲洪积	5.63	71.03	64.66	11.16	20.94	39.94	9.54	32.04
土壤类型	红壤	7.72	72.13	73.59	21.51	28.51	39.21	25.97	39.04
土壤类型	水稻土	5.24	71.36	65.31	11.34	19.38	39.49	9.31	32.25

形态	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
水溶态	0.588^**	-0.029	0.299	0.574^**	0.241	0.848^**	0.427	0.236
离子交换态	0.316	0.435	-0.365	0.643^**	0.332	0.941^**	0.081	0.494
碳酸盐结合态	0.717^**	0.239	-0.092	0.596^**	0.361	0.975^**	0.801^**	0.670^**
弱有机结合态	0.755^**	0.351	0.236	0.772^**	0.629^**	0.918^**	0.573^**	0.660^**
铁锰氧化物态	0.874^**	0.417	0.862^**	0.885^**	0.308	0.967^**	0.892^**	0.824^**

[1]	李楠, 曹明杰, 郝喆, 侯永莉, 陈红丹, 张颖. 基于不同土地利用方式的土壤重金属污染与潜在风险评价:以辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护和修复工程为例[J]. 现代地质, 2023, 37(06): 1655-1664.
[2]	胡力文, 邹华耀, 杨伟强, 黎霆, 邓成昆, 程忠贞, 诸丹诚, 陈星岳. 川北寒武系碳酸盐岩压溶作用的影响因素[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1221-1231.
[3]	杜古尔·卫卫, 石海涛, 邢浩, 娄雪聪, 胡宏利, 布龙巴特. 新疆戈壁荒漠区典型露天煤矿土壤重金属来源解析及空间分布[J]. 现代地质, 2023, 37(03): 790-800.
[4]	王佳鑫, 侯青叶, 叶丹君, 杨忠芳, 余涛. 珠江三角洲不同成土母质发育水稻土镉活动性差异及其影响因素[J]. 现代地质, 2023, 37(01): 197-207.
[5]	李慧, 温汉辉, 蔡立梅, 徐耀辉, 罗杰, 梅敬娴, 徐述邦. 广东省揭阳市揭东区微量元素分布特征及其影响因素分析[J]. 现代地质, 2023, 37(01): 208-216.
[6]	周墨, 梁晓红, 张明, 文帮勇, 唐志敏, 湛龙. 南京市溧水区表层土壤锗地球化学特征及影响因素[J]. 现代地质, 2023, 37(01): 217-226.
[7]	晁海德, 陈建洲, 王瑾, 李吉庆, 王国仓, 赵洪岳, 蔡廷俊, 刘立波, 李生福, 任文恺, 邱亮. 青藏高原北部东昆仑地区三叠系页岩成岩作用及其对储层的影响[J]. 现代地质, 2022, 36(04): 1052-1064.
[8]	刘同, 刘传朋, 康鹏宇, 赵秀芳, 邓俊, 王凯凯. 山东省沂南县东部土壤重金属地球化学特征及源解析[J]. 现代地质, 2022, 36(04): 1173-1182.
[9]	王美华. 浙西典型石煤矿山周边耕地富硒土壤地球化学特征及影响因素[J]. 现代地质, 2022, 36(03): 941-952.
[10]	王学寅, 黄益灵, 全斌斌, 林道秀, 韩振春. 浙江省瑞安市耕作层土壤养分元素有效态含量空间变异特征及其影响因素[J]. 现代地质, 2022, 36(03): 963-971.
[11]	董秋瑶, 温皓天, 宋超, 杨振京, 严明疆. 河南南阳盆地东南耕区表层土壤养分地球化学综合评价及影响因素[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 449-461.
[12]	黄勇, 段续川, 袁国礼, 李欢, 张沁瑞. 北京市延庆区土壤重金属元素地球化学特征及其来源分析[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 634-644.
[13]	罗海怡, 罗先熔, 刘攀峰, 马明亮, 卓银义. 广西三江县土壤硒含量分布特征及其影响因素研究[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 645-654.
[14]	臧传子, 温汉辉, 蔡立梅, 罗杰, 徐述邦, 梅敬娴. 广东省揭阳市土壤铅的空间分布特征及影响因素[J]. 现代地质, 2021, 35(05): 1425-1432.
[15]	黄昌辰, 温汉辉, 蔡立梅, 罗杰, 蒋慧豪. 广东揭阳市土壤铜的分布特征及其影响因素[J]. 现代地质, 2021, 35(01): 293-300.