北京市密云区农业土壤重金属元素地球化学特征及生态风险评价

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.01.09

现代地质 ›› 2018, Vol. 32 ›› Issue (01): 95-104.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.01.09

北京市密云区农业土壤重金属元素地球化学特征及生态风险评价

段续川¹(), 李苹², 黄勇³, 林赟², 袁国礼²(), 罗先熔¹

1.桂林理工大学地球科学学院,广西桂林 541006
2.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院,北京 100083
3.北京市地质勘察技术院,北京 102218

收稿日期:2017-07-12 修回日期:2017-11-19 出版日期:2018-02-10 发布日期:2018-02-05
通讯作者: 袁国礼,男,教授,博士生导师,1971年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学和岩石地球化学研究工作。 Email:yuangl@cugb.edu.cn。
作者简介:袁国礼,男,教授,博士生导师,1971年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学和岩石地球化学研究工作。 Email:yuangl@cugb.edu.cn。
段续川,女,硕士研究生,1994年出生,地球化学专业,从事环境地球化学的研究工作。Email:duan377053813@163.com。
基金资助:
中央高校基础研究基金项目(2652014003);中央高校基础研究基金项目(2652016073);中央高校基础研究基金项目(2652016074);中国地质大学生物地质及环境地质国家重点实验室项目(GBL2135);中国地质大学生物地质及环境地质国家重点实验室项目(GBL21405);北京市政府公益性项目“北京城市地质土壤调查与评价”(1041STC00611)

Geochemical Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metals in Agricultural Soils in Miyun District of Beijing

DUAN Xuchuan¹(), LI Ping², HUANG Yong³, LIN Yun², YUAN Guoli²(), LUO Xianrong¹

1. Department of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin,Guangxi 541006, China
2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083,China
3. Beijing Institute of Geo-Exploration Technology, Beijing 102218, China

Received:2017-07-12 Revised:2017-11-19 Online:2018-02-10 Published:2018-02-05

摘要/Abstract

摘要：

在北京市密云区西南部农业区系统地采集了1 065件表层土壤样品,对其中Ni、V、Cr、As、Cd、Pb、Zn、Hg 8种重金属元素的含量开展了测试分析。采用多元统计分析法及空间分析法,阐明了这些重金属元素的地球平均化学分布特征,并探讨了其可能的主要来源。结果表明,8种重金属元素主要分为3类:第一类为Ni、V、Cr、As,其含量低于北京地区背景值,其分布主要受成土母质等自然因素的影响;第二类为Cd、Pb、Zn,其平均含量高于背景值,且居民区含量最高。除继承成土母质外,此类元素的分布特征受人为活动影响较大,其中Cd受人为活动影响的程度明显高于Pb和Zn;第三类为Hg,推断大气沉降为影响Hg分布的主要因素。主要采用Hakanson法评价了土壤中重金属的生态风险,结果表明该地区潜在生态危害指数较低。

关键词: 农业土壤, 重金属, 地球化学特征, 生态风险评价, 北京市, 密云区

Abstract:

One thousand and sixty-five surface soil samples were systematically collected at the agricultural area in the southwest of Miyun District of Beijing,and the concentration of 8 heavy metals in the samples were analyzed, such as Ni,V,Cr,As, Cd, Pb, Zn and Hg. By the methods of multivariate statistical analysis and spatial analysis, the geochemical distributions of 8 heavy metals were stated and the main sources for them were also determined. The results show that 8 heavy metals can be classified into three groups. The first group includes Ni, V, Cr and As.The mean concentration of them was found being lower than the background values in Beijing, and the spatial distribution of them was determined being dominantly influenced by the soil parent materials. The second group includes Cd, Pb and Zn. The mean concentration of them generally exceeded the background value in Beijing, and highest values were observed in the residential area. Besides of the origination from the soil parent materials, the spatial distribution of them was determined being greatly influenced by the human activities, in which Cd underwent greater influence than Pb and Zn. The third group only includes Hg,and atmospheric deposition was proposed to be the main influence factor for its distribution. Ecological risks of 8 heavy metals were mainly assessed by Hakanson method, and the indexes of the potential ecological risk for them are relatively low in the study area.

Key words: agricultural soil, heavy metal, geochemical characteristic, ecological risk assessment, Beijing, Miyun District

中图分类号:

P595
X142

段续川, 李苹, 黄勇, 林赟, 袁国礼, 罗先熔. 北京市密云区农业土壤重金属元素地球化学特征及生态风险评价[J]. 现代地质, 2018, 32(01): 95-104.

DUAN Xuchuan, LI Ping, HUANG Yong, LIN Yun, YUAN Guoli, LUO Xianrong. Geochemical Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metals in Agricultural Soils in Miyun District of Beijing[J]. Geoscience, 2018, 32(01): 95-104.

图/表 10

图1 研究区位置及采样点位

Fig.1 The location of the study area and sampling sites

表1 土壤重金属潜在生态风险分级标准[26]

Table 1 The values for the classification of potential ecological risk of heavy metals in the soil

潜在生态风险系数E(i)	潜在生态风险指数RI	污染程度
<40	<150	轻度生态污染
40≤E(i)<80	150≤RI<300	中度生态污染
80≤E(i)<160	300≤RI<600	强度生态污染
160≤E(i)<320	≥600	很强生态污染
≥320	—	极强生态污染

表2 研究区土壤重金属含量统计(wB/(mg/kg))

Table 2 The statistical data for heavy metal concentrations in the soil samples of the study area(mg/kg)

元素	平均值± 标准偏差	最大值	最小值	北京市背景值^[20-21]	富集系数
Ni	21.80±9.05	128.00	4.37	24.7	0.88
V	70.7±17.9	223.00	16.70	79.2	0.89
Cr	55.5±27.0	622.00	11.20	60.8	0.91
As	6.96±2.80	30.40	1.85	7.7	0.90
Cd	0.144±0.063	0.740	0.048	0.119	1.21
Pb	24.3±5.27	77.90	12.20	23.7	1.03
Zn	67.7±23.1	262.00	18.10	57.5	1.18
Hg	0.046±0.133	3.740	0.007	0.059	0.78

图2 重金属含量分布直方图和箱图

Fig.2 Histogram and box-plot of heavy metal concentrations

图3 土壤中重金属元素含量空间分布图

Fig.3 Spatial distribution of heavy metals in the soil

表3 土壤重金属主成分分析结果

Table 3 The result of principal component analysis for heavy metal concentrations in the soil samples

重金属	主成分
重金属	1	2	3
Ni	0.932	0.177	0.059
V	0.906	0.098	0.017
Cr	0.899	-0.010	-0.036
As	0.524	0.413	0.245
Cd	0.111	0.878	0.069
Pb	-0.023	0.852	0.078
Zn	0.233	0.825	0.074
Hg	0.036	0.128	0.977
特征值	3.467	1.899	0.914
方差/%	43.342	23.743	11.427
累积方差/%	43.342	67.085	78.511

图4 主成分分析因子得分空间分布图

Fig.4 Spatial distribution of factor scores from principle component analysis

图5 土壤重金属系统聚类分析

Fig.5 Hierarchical clustering for heavy metals in the soil

表4 土壤元素风险评估表

Table 4 The risk assessment of heavy metals in the soil

元素	样品件数					E(i)_mean
元素	P(i)≤1	1<P(i)≤2		2<P(i)≤3	P(i)>3	E(i)_mean
Ni	735		319	8	3	4.407
V	779		281	5	0	1.784
Cr	746		302	10	7	1.825
As	720		336	7	2	9.035
Cd	391		643	25	6	36.329
Pb	577		480	5	2	5.123
Zn	389		647	22	7	1.178
Hg	922		116	18	9	31.002

图6 土壤重金属潜在生态风险指数空间分布

Fig.6 Spatial distribution of the potential ecological risk indices (RI) for heavy metals in the soil

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Geochemical Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metals in Agricultural Soils in Miyun District of Beijing

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