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

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.06.18

Abstract

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

CLC Number:

P595
X142

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.

Figures/Tables 9

References 28

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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