Soil Heavy Metal Pollution and Ecological Risk Assessment in the Yellow River Delta Area of Dongying City
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摘要: 【目的】查明山东东营市三角洲地区不同土地类型的土壤重金属污染及生态状况,及时了解并保护土壤质量安全。【方法】利用内美罗综合指数法、潜在危害指数法等对研究区 As、Hg、Cr、Pb、Ni、Cu、Zn、Cd 共8种重金属元素的富集程度和污染级别生态风险进行评价。【结果】研究区表层土壤 8 种重金属元素的平均含量的排序为 Zn>Cr>Ni>Cu>Pb>As>Cd>Hg,其平均含量分别为 67.68、63.73、30.05、21.11、20.50、10.53、0.14和0.02 mg/kg。其中,As、Ni、Zn、Cd 4种元素实测均值高于山东省土壤元素背景值,Cr、Pb、Cu 3种元素实测平均值低于山东省土壤元素背景值,Hg 元素实测均值接近于山东省土壤元素背景值。【结论】研究区内不同土地类型的综合污染风险较低,采集的土壤样均为安全等级。Abstract: 【Objectives】 To find out the soil heavy metal pollution and ecological status of different land types in the delta area of Dongying City, Shandong Province, and timely understand and protect the safety of soil quality. 【Methods】 The ecological risks of enrichment and pollution levels in 8 heavy metal elements (As, Hg, Cr, Pb, Ni, Cu, Zn, and Cd) in the study area were evaluated using the Nemerow comprehensive index and potential ecological risk index. 【Results】 The average contents of 8 heavy metal elements in the surface soil of the study area were ranked as Zn>Cr>Ni>Cu>Pb>As>Cd>Hg, with average contents of 67.68, 63.73, 30.05, 21.11, 20.50, 10.53, 0.14, and 0.02 mg/kg, respectively. Among them, the measured average values of As, Ni, Zn, and Cd were higher than the background values of soil elements in Shandong Province, while the measured average values of Cr, Pb, and Cu were lower than the background values of soil elements in Shandong Province. The measured average value of Hg was close to the background value of soil elements in Shandong Province. 【Conclusions】 The comprehensive pollution risks of different land types in the study area were relatively low, and the soil samples collected were all of the safety levels.
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表 1 土壤重金属单项污染风险评价标准
Table 1. Risk assessment standards for soil single heavy metal pollution
风险等级 单项重金属含量(X) 风险等级特征 ① X≤风险筛选值 污染风险低,一般情况下可忽略 ② 风险筛选值<X≤风险管控值 可能存在土壤污染风险 ③ X>风险管控值 土壤污染风险高 表 2 污染指数等级划分标准
Table 2. Pollution index classification standards
污染指数 污染等级 P≤0.7 安全(清洁) 0.7<P≤1.0 警戒线(尚清洁) 1.0<P≤2.0 污染轻度 2.0<P≤3.0 污染中度 P>3.0 污染重度 表 3 重金属潜在生态风险指数分级标准
Table 3. Grading standards of the heavy metal potential ecological risk index
$ {E}_{{\rm{r}}}^{i} $ 单个污染物潜在生态风险程度 $ I_R $ 综合潜在生态风险程度 $ {E}_{{\rm{r}}}^{i} $<40 轻 $ I_R $<150 轻 40≤$ {E}_{{\rm{r}}}^{i} $<80 中 150≤$ I_R $<300 中 80≤$ {E}_{{\rm{r}}}^{i} $<160 强 300≤$ I_R $<600 强 160≤$ {E}_{{\rm{r}}}^{i} $<320 很强 600≤$ I_R $<1 200 很强 $ {E}_{{\rm{r}}}^{i} $>320 极强 $ I_R $>1 200 极强 表 4 研究区土壤重金属含量特征
Table 4. Characteristics of soil heavy metal contents in the study area
项目 最小值/(mg·kg−1) 最大值/(mg·kg−1) 算数平均值/(mg·kg−1) 标准差 变异系数 山东省背景值/(mg·kg−1) 偏度 峰度 超标率/% As 7.50 16.30 10.53 1.93 0.18 8.60 1.14 2.54 81.82 Hg 0.01 0.04 0.02 0.01 0.50 0.03 1.33 1.30 4.55 Cr 54.00 84.00 63.73 6.61 0.10 62.00 1.33 3.28 54.55 Pb 16.00 50.00 20.50 7.09 0.34 23.60 3.77 15.65 86.36 Ni 24.00 39.00 30.05 3.54 0.12 27.10 0.46 0.94 27.27 Cu 16.20 29.20 21.11 3.06 0.14 22.60 0.56 1.07 50.00 Zn 52.00 132.00 67.68 16.34 0.24 63.30 3.13 11.95 54.55 Cd 0.10 0.25 0.14 0.04 0.24 0.13 1.51 2.74 9.09 pH 8.03 8.88 8.33 0.20 0.24 — — — — 表 5 不同土地类型重金属综合污染风险
Table 5. Comprehensive pollution risks of heavy metals in various land types
污染等级 滩涂 水浇地 旱地 盐碱地 总计 样品数 占比/% 样品数 占比/% 样品数 占比/% 样品数 占比/% 样品数 占比/% 安全 4 100 8 100 5 100 5 100 22 100 警戒线 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 轻度污染 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 中度污染 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 重度污染 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表 6 不同土地类型重金属潜在生态风险
Table 6. Potential ecological risks of heavy metals in various land types
生态风险等级 滩涂 水浇地 旱地 盐碱地 总计 样品数 占比/% 样品数 占比/% 样品数 占比/% 样品数 占比/% 样品数 占比/% 轻微 4 100 8 100 5 100 5 100 22 100 中等 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 强 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 很强 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 极强 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表 7 土壤中8种重金属相关性分析
Table 7. Correlation analysis among 8 heavy metals in soil
重金属元素 As Hg Cr Ni Cu Zn Cd Pb As 1 Hg 0.69** 1 Cr 0.89** 0.70** 1 Ni 0.88** 0.68** 0.96** 1 Cu 0.87** 0.73** 0.90** 0.95** 1 Zn 0.35 0.48* 0.34 0.36 0.41 1 Cd 0.75** 0.75** 0.71** 0.72** 0.84** 0.63** 1 Pb 0.29 0.38 0.26 0.26 0.29 0.98** 0.55** 1 注:** 在 0.01 级别(双尾),相关性显著;* 在 0.05 级别(双尾),相关性显著。 表 8 主成分分析结果及各变量的主成分载荷
Table 8. Principal component analysis results and principal component loads for each variable
项目 主成分 1 2 Cu 0.94 −0.24 Ni 0.91 −0.31 Cr 0.91 −0.31 Cd 0.90 0.13 As 0.90 −0.26 Hg 0.83 −0.009 Pb 0.54 0.83 Zn 0.63 0.77 特征值 5.52 1.62 贡献率(%) 68.94 20.18 累计贡献(%) 68.94 89.13 -
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