芒果产区土壤重金属污染快速评价系统开发与应用

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0459

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (13): 157-164.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0459

• 农业信息·科技教育 • 上一篇

芒果产区土壤重金属污染快速评价系统开发与应用

贾文静¹(), 王哲¹^,²(), 蒋虎³^,⁴, 罗莹¹, 张振龙¹, 冯喜杨¹, 张家千¹, 曾秋平¹

¹ 西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010
² 中国科学技术大学地球与空间科学学院，合肥 230000
³ 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041
⁴ 中国科学院大学，北京 100049

收稿日期:2022-06-08 修回日期:2022-12-07 出版日期:2023-05-05 发布日期:2023-04-27
通讯作者: 王哲，男，1979年出生，吉林乾安人，教授，博士，研究方向为土壤重金属污染评价与修复、重金属污染修复钝化剂开发。通信地址：621010 四川省绵阳市涪城区青龙大道中段59号西南科技大学环境与资源学院，E-mail：wz2004@126.com。
作者简介:
贾文静，女，1996年出生，山西长治人，硕士，研究方向为土壤重金属污染评价与修复。通信地址：621010 四川省绵阳市涪城区青龙大道中段59号西南科技大学环境与资源学院，E-mail：jiawenjing0355@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目“西南典型有色金属选冶渣场及影响区分级分区综合防治技术体系研发及模式构建”(2019YFC1803500); 国家重点研发计划项目“有色金属选冶渣场影响区污染风险评估与信息管理平台”(2019YFC1803504); 四川省科技厅重点研发项目“基于固废资源化利用的农田土壤重金属复合污染钝化剂开发、钝化修复机理及效果示范研究”(2018SZ0298); 四川省科技厅重点研发项目“基于多源高光谱耕地土壤重金属定量化反演与污染风险预测预警研究”(2023YFS0390); 干热河谷特色生物资源开发四川省高校重点实验室开放基金项目“攀枝花干热河谷区芒果土壤重金属污染评价及原位钝化修复研究”(GR-2020-E-02)

Development and Application of Rapid Assessment System for Soil Heavy Metal Pollution in Mango Producing Area

JIA Wenjing¹(), WANG Zhe¹^,²(), JIANG Hu³^,⁴, LUO Ying¹, ZHANG Zhenlong¹, FENG Xiyang¹, ZHANG Jiaqian¹, ZENG Qiuping¹

¹ School of Environment and Resource, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010
² School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230000
³ Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Ministry of Water Resources, Chengdu 610041
⁴ University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049

Received:2022-06-08 Revised:2022-12-07 Online:2023-05-05 Published:2023-04-27

摘要/Abstract

摘要：

为迅速、有效开展土壤重金属污染评估，服务土壤重金属污染防治与修复，设计开发土壤重金属污染评价系统平台，以实现多源异构数据的统一管理与土壤重金属污染的快速评价。基于Microsoft Visual Studio 2012平台与ArcGIS Engine技术，以C#程序语言进行土壤污染评价系统开发。该系统被应用于攀枝花某芒果种植区As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn共7种重金属元素的数据管理与污染评估。结果表明：（1）该芒果种植区土壤重金属总体处于重度污染水平；（2）Cd污染程度最高，属于中度-重度污染；（3）该区域综合潜在生态风险性处于中等危害程度；（4）相较基于GIS的传统评价方法，使用土壤重金属污染快速评价系统，不同指数评价效率提升了233%~1900%。该系统能够高效评估土壤重金属污染并管理多源异构土壤数据，可为土壤重金属污染的防治提供科学依据。

关键词: 土壤, 重金属, 污染评价, 系统开发, 多源异构数据

Abstract:

In order to carry out quickly and effectively soil heavy metal pollution assessment and serve soil heavy metal pollution prevention and remediation, a soil heavy metal pollution evaluation system to realize the unified management of multi-source heterogeneous data and rapid evaluation of soil heavy metal pollution was designed and developed. The system was based on Microsoft Visual Studio 2012 platform, ArcGIS Engine technology and C# programming language, and was applied to the data management and pollution assessment of seven heavy metal elements, As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn, in a mango growing area in Panzhihua. The results showed that: (1) the heavy metals in soil of this mango growing area was at a heavy contamination level; (2) the highest pollution level of Cd was classified as moderate-severe pollution; (3) the comprehensive potential ecological risk was classified as a moderate hazard level; (4) the evaluation efficiency of different indices of the soil heavy metal pollution rapid evaluation system was improved by 233%-1900%, compared with the traditional evaluation method developed by GIS. The system can efficiently assess soil heavy metal pollution and manage multi-source heterogeneous soil data, and provide a scientific basis for the prevention and control of soil heavy metal pollution.

Key words: soil, heavy metal, pollution assessment, system development, multi-source heterogeneous data

贾文静, 王哲, 蒋虎, 罗莹, 张振龙, 冯喜杨, 张家千, 曾秋平. 芒果产区土壤重金属污染快速评价系统开发与应用[J]. 中国农学通报, 2023, 39(13): 157-164.

JIA Wenjing, WANG Zhe, JIANG Hu, LUO Ying, ZHANG Zhenlong, FENG Xiyang, ZHANG Jiaqian, ZENG Qiuping. Development and Application of Rapid Assessment System for Soil Heavy Metal Pollution in Mango Producing Area[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(13): 157-164.

图/表 8

参考文献 35

[1]	李小平, 高瑜, 张蒙, 等. 城市土壤重金属空间分布、污染与来源[J]. 环境科学与技术, 2018, 41(6):138-146.
[2]	陈卫平, 杨阳, 谢天, 等. 中国农田土壤重金属污染防治挑战与对策[J]. 土壤学报, 2018, 55(2):261-272.
[3]	汪婷, 王哲, 易发成, 等. 攀西某芒果产区土壤重金属污染评价[J]. 科学技术与工程, 2020, 20(16):6688-6696.
[4]	LI H B, SHEN Y, LI G L, et al. Contamination and source differentiation of Pb in park soils along an urban-rural gradient in Shanghai[J]. Environmental pollution, 2011, 159(12):3536-3544. doi: 10.1016/j.envpol.2011.08.013 URL
[5]	王漫漫, 陆昊, 李慧明, 等. 太湖流域典型河流重金属污染和生态风险评估[J]. 环境化学, 2016, 35(10):2025-2035.
[6]	HUANG S S, LIAO Q L, HUA M, et al. Survey of heavy metal pollution and assessment of agricultural soil in Yangzhong district, Jiangsu Province, China[J]. Chemosphere, 2007, 67(11):2148-2155. doi: 10.1016/j.chemosphere.2006.12.043 pmid: 17275882
[7]	樊霆, 叶文玲, 陈海燕, 等. 农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J]. 生态环境学报, 2013, 22(10):1727-1736.
[8]	徐磊, 周静, 崔红标, 等. 重金属污染土壤的修复与修复效果评价研究进展[J]. 中国农学通报, 2014, 30(20):161-167.
[9]	陈世宝, 王萌, 李杉杉, 等. 中国农田土壤重金属污染防治现状与问题思考[J]. 地学前缘, 2019, 26(6):35-41. doi: 10.13745/j.esf.sf.2019.8.6
[10]	ZHANG X Y, LIN F F, WONG Mike T F, et al. Identification of soil heavy metal sources from anthropogenic activities and pollution assessment of Fuyang County, China[J]. Environmental monitoring and assessment, 2009, 154(1/4):439-449. doi: 10.1007/s10661-008-0410-7 URL
[11]	罗娇赢, 张思冲, 辛蕊, 周晓聪. 哈尔滨市西郊菜地土壤重金属污染评价[J]. 中国农学通报, 2009, 25(20):279-282.
[12]	王昌宇, 张素荣, 刘继红, 等. 雄安新区某金属冶炼区土壤重金属污染程度及风险评价[J]. 中国地质, 2021, 48(6):1697-1709.
[13]	刘衍君, 汤庆新, 白振华, 等. 基于地质累积与内梅罗指数的耕地重金属污染研究[J]. 中国农学通报, 2009, 194(20):174-178.
[14]	ZHU H N, YUAN X Z, ZENG G, et al. Ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Xiawan Port based on modified potential ecological risk index[J]. Transactions of nonferrous metals society of China, 2012, 22(6):1470-1477. doi: 10.1016/S1003-6326(11)61343-5 URL
[15]	OCHIAGHA K E, OKOYE P A C, EBOAGU N C. The geo-accumulation index of some heavy metals in the roadsides soils of Onitsha south local government area Anambra State, Nigeria[J]. Science journal of chemistry, 2020, 8(3):42-47. doi: 10.11648/j.sjc.20200803.11 URL
[16]	严加永, 吕庆田, 赵金花. 北京市土壤污染预警系统的设计与开发[J]. 地球学报, 2004(3):379-384.
[17]	王成军, 刘勇, 刘华, 等. 工业园区土壤重金属时空分布信息查询分析系统[J]. 环境工程学报, 2014, 8(11):5035-5040.
[18]	孙利国, 李亚军, 周士强, 等. 矿区土壤重金属污染评价系统设计与实现[J]. 现代矿业, 2019, 35(4):212-216.
[19]	TANG J, REN Y, YANG C, et al. A WebGIS for sharing and integration of multi-source heterogeneous spatial data, 2011[A]//. 2011IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGRASS)[C]. New York, USA, 2011:2943-2946.
[20]	钟德伟. 基于云GIS的国土多源异构数据共享应用研究[D]. 桂林: 广西师范学院, 2015.
[21]	吴仪邦. 基于元数据匹配的土壤重金属污染评价资源集成研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2019.
[22]	滕彦国, 庹先国, 倪师军, 等. 攀枝花工矿区土壤重金属人为污染的富集因子分析[J]. 土壤与环境, 2002(1):13-16.
[23]	徐争启, 滕彦国, 庹先国, 等. 攀枝花市水系沉积物与土壤中重金属的地球化学特征比较[J]. 生态环境, 2007(3):739-743.
[24]	中国环境监测总站, 南京市环境监测中心站. HJ/T 166—2004,土壤环境监测技术规范[S]. 北京: 中国标准出版社, 2004:4.
[25]	中华人民共和国生态环境部. GB15618—2018,土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018:2.
[26]	中国环境监测总站. 中国土壤元素背景值[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 1990:330-379.
[27]	郭伟, 赵仁鑫, 张君, 等. 内蒙古包头铁矿区土壤重金属污染特征及其评价[J]. 环境科学, 2011, 32(10):3099-3105.
[28]	徐燕, 李淑芹, 郭书海, 等. 土壤重金属污染评价方法的比较[J]. 安徽农业科学, 2008(11):4615-4617.
[29]	RYSZARD Mazurek, KOWALSKA Joanna-Beata, GĄSIOREK Michał, et al. Pollution indices as comprehensive tools for evaluation of the accumulation and provenance of potentially toxic elements in soils in Ojców National Park[J]. Journal of geochemical exploration, 2019, 201:13-30. doi: 10.1016/j.gexplo.2019.03.001 URL
[30]	范拴喜, 甘卓亭, 李美娟, 等. 土壤重金属污染评价方法进展[J]. 中国农学通报, 2010, 26(17):310-315.
[31]	RIYAD Al-Anbari, ABDUL Hameed M J, Al Obaidy, FATIMA H Abd Ali. Pollution loads and ecological risk assessment of heavy metals in the urban soil affected by various anthropogenic activities[J]. International journal of advanced research, 2015, 3(2):104-110.
[32]	马建华, 韩昌序, 姜玉玲. 潜在生态风险指数法应用中的一些问题[J]. 地理研究, 2020, 39(6):1233-1241. doi: 10.11821/dlyj020190632
[33]	HAKANSON L. An ecological risk index for aquatic pollution control: A sedimentological approach[J]. Water research, 1980, 14(8):975-1001. doi: 10.1016/0043-1354(80)90143-8 URL
[34]	张礼中, 张永波, 周小元, 等. 地质灾害信息系统的设计与实现[J]. 地质论评, 2000, 46(S1):155-159.
[35]	梁国玲, 张永波, 张礼中, 等. 基于GIS的中国地下水资源空间数据库建设[J]. 地球学报, 2007(6):572-578.

项目	pH	元素浓度/(mg/kg)
项目	pH	As	Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn
最小值	4.7	0.000	0.880	65.820	22.030	31.510	12.500	62.250
最大值	9.0	17.860	4.200	985.000	309.100	195.340	79.260	161.660
均值	7.6	9.281	2.169	243.148	115.646	64.135	28.072	111.149
四川省土壤背景值		10.4	0.079	79	31.1	32.6	30.9	86.5
超标率(GB 15618—2018)/%		0.00	100.00	51.72	20.69	17.24	0.00	0.00

项目	pH	元素浓度/(mg/kg)
项目	pH	As	Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn
最小值	4.7	0.000	0.880	65.820	22.030	31.510	12.500	62.250
最大值	9.0	17.860	4.200	985.000	309.100	195.340	79.260	161.660
均值	7.6	9.281	2.169	243.148	115.646	64.135	28.072	111.149
四川省土壤背景值		10.4	0.079	79	31.1	32.6	30.9	86.5
超标率(GB 15618—2018)/%		0.00	100.00	51.72	20.69	17.24	0.00	0.00

分级	单因子指数(P_i)		内梅罗综合指数(P_N)		综合潜在生态风险(RI)
分级	范围	污染程度	范围	污染程度	范围	危害程度
1级	P_i<1	未污染	P_N<0.7	安全	RI<150	轻微危害
2级	1≤P_i<2	轻污染	0.7≤P_N<1.0	警戒级	150≤RI<300	中等危害
3级	2≤P_i<3	中污染	1.0≤P_N<2.0	轻污染	300≤RI<600	强危害
4级	3≤P_i<5	重污染	2.0≤P_N<3.0	中污染	RI≥600	很强危害
5级	P_i≥5	严重污染	P_N≥3.0	重污染

分级	单因子指数(P_i)		内梅罗综合指数(P_N)		综合潜在生态风险(RI)
分级	范围	污染程度	范围	污染程度	范围	危害程度
1级	P_i<1	未污染	P_N<0.7	安全	RI<150	轻微危害
2级	1≤P_i<2	轻污染	0.7≤P_N<1.0	警戒级	150≤RI<300	中等危害
3级	2≤P_i<3	中污染	1.0≤P_N<2.0	轻污染	300≤RI<600	强危害
4级	3≤P_i<5	重污染	2.0≤P_N<3.0	中污染	RI≥600	很强危害
5级	P_i≥5	严重污染	P_N≥3.0	重污染

芒果产区土壤重金属污染快速评价系统开发与应用

Development and Application of Rapid Assessment System for Soil Heavy Metal Pollution in Mango Producing Area

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 35

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

元素	pH≤5.5	5.5<pH≤6.5	6.5<pH≤7.5	pH>7.5
As	40	40	30	25
Cd	0.3	0.3	0.3	0.6
Cr	150	150	200	250
Cu	50	50	100	100
Ni	60	70	100	190
Pb	70	90	120	170
Zn	200	200	250	300

元素	pH≤5.5	5.5<pH≤6.5	6.5<pH≤7.5	pH>7.5
As	40	40	30	25
Cd	0.3	0.3	0.3	0.6
Cr	150	150	200	250
Cu	50	50	100	100
Ni	60	70	100	190
Pb	70	90	120	170
Zn	200	200	250	300

[1]	任海英, 郑静梦, 史伟, 吴昊娣, 王康强, 俞明全, 王震铄, 王琦. 微生态制剂改良土壤对凋萎病杨梅营养生长和果实品质的作用[J]. 中国农学通报, 2023, 39(9): 153-157.
[2]	陈高霖, 麦咏芯, 张冬青, 吕梦雨, 李霞. 抗生素在人工湿地中的去除机制综述[J]. 中国农学通报, 2023, 39(9): 63-70.
[3]	吴楚鹏, 盛建东, 胡雨彤, 成志慧, 杨鹏飞. 新疆沙雅县绿洲棉田土壤质量评价[J]. 中国农学通报, 2023, 39(9): 71-78.
[4]	苑明睿, 杨峰山, 蔡柏岩, 付海燕, 刘春光. 农业土壤碳汇研究进展[J]. 中国农学通报, 2023, 39(8): 37-42.
[5]	赵首萍, 肖文丹, 陈德, 叶雪珠, 张棋, 伍少福, 胡静, 高娜, 黄淼杰. 基于土壤质量和稻米安全的稻田重金属钝化效果评估[J]. 中国农学通报, 2023, 39(8): 51-62.
[6]	刘瑜, 李萍, 赵凯丽, 闫实, 刘继培, 刘磊, 郭宁. 化肥减量配施生物有机肥对芹菜产量、品质和土壤养分的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(8): 63-68.
[7]	沈建国, 粟贵俊, 楼玲, 何林海, 胡康赢. 洗盐方式对设施土壤盐分、养分含量及蔬菜生长的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(8): 69-73.
[8]	高伯行, 夏同勇, 王光飞, 马艳, 徐烨红. 新沂水蜜桃有机肥配合化肥减施的效果研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(7): 33-39.
[9]	郑微, 袁龙珍, 王建花, 杨耀, 吴传光, 黄颖, 游萍, 薛晓辉. 煤矿复垦区不同植被对土壤可培养微生物多样性和理化性质的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(7): 81-87.
[10]	刘新坤, 孙盛凯, 段霄汉, 崔冬梅, 张婷婷, 崔纪超, 朱旭毅, 韩惠芳. 耕作方式对土壤团聚体微生物及有机碳矿化的影响研究进展及展望[J]. 中国农学通报, 2023, 39(7): 88-94.
[11]	朱晓月, 方燕, 上官周平. 黄土风沙区土壤培肥机理与技术研究进展[J]. 中国农学通报, 2023, 39(7): 95-101.
[12]	殷丽萍, 刘思远, 蔡成梅, 石小丽, 朱小娟, 袁国明, 汪吉东, 张辉, 徐聪, 马洪波. 嘉博文土壤调理剂对萝卜产量品质、土壤理化性质的研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 64-71.
[13]	滕柄钦, 马倩倩, 武均, 段雪娇, 毕冬梅, 蔡立群. 生物质炭添加对生菜Cd积累的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 90-96.
[14]	潘洪洋, 张凯, 范晓旭. 土壤因子对阿特拉津吸附动力学及其污染土壤微生物修复的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 97-104.
[15]	孙力扬, 徐明岗, 王晋峰, 李建华, 刘平, 孙楠. 北方地区土壤速效养分及容重对秸秆还田的响应[J]. 中国农学通报, 2023, 39(5): 100-108.

元素	pH≤5.5	5.5<pH≤6.5	6.5<pH≤7.5	pH>7.5
As	40	40	30	25
Cd	0.3	0.3	0.3	0.6
Cr	150	150	200	250
Cu	50	50	100	100
Ni	60	70	100	190
Pb	70	90	120	170
Zn	200	200	250	300

元素	pH≤5.5	5.5<pH≤6.5	6.5<pH≤7.5	pH>7.5
As	40	40	30	25
Cd	0.3	0.3	0.3	0.6
Cr	150	150	200	250
Cu	50	50	100	100
Ni	60	70	100	190
Pb	70	90	120	170
Zn	200	200	250	300

元素	pH≤5.5	5.5<pH≤6.5	6.5<pH≤7.5	pH>7.5
As	40	40	30	25
Cd	0.3	0.3	0.3	0.6
Cr	150	150	200	250
Cu	50	50	100	100
Ni	60	70	100	190
Pb	70	90	120	170
Zn	200	200	250	300

元素	pH≤5.5	5.5<pH≤6.5	6.5<pH≤7.5	pH>7.5
As	40	40	30	25
Cd	0.3	0.3	0.3	0.6
Cr	150	150	200	250
Cu	50	50	100	100
Ni	60	70	100	190
Pb	70	90	120	170
Zn	200	200	250	300