北江流域5种林分类型土壤重金属含量变异性研究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0964

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (34): 114-122.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0964

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北江流域5种林分类型土壤重金属含量变异性研究

叶彩红¹^,²(), 许窕孜¹^,², 张中瑞¹, 朱航勇¹, 张耕¹, 何茜², 丁晓纲¹()

¹ 广东省林业科学研究院/广东省森林培育与保护利用重点实验室，广州 510520
² 华南农业大学林学与风景园林学院，广州 510642

收稿日期:2022-11-14 修回日期:2023-08-17 出版日期:2023-12-05 发布日期:2023-11-30
通讯作者:
丁晓纲，男，1978年出生，内蒙古包头人，教授级工程师，教授，博士，研究方向：森林土壤学。通信地址：510520 广东省广州市天河区广汕一路233号广东省林业科学研究院1号大楼404室，E-mail：27267152@qq.com。
作者简介:
叶彩红，女，1996年出生，广西来宾人，在读硕士研究生，研究方向：林业。通信地址：546100 广西壮族自治区来宾市兴宾区河西街道长岭路东248号光荣院，E-mail：1300716484@qq.com。
基金资助:
广东省生态林业建设项目“林地土壤调查”(2020—2022年); 广东省林业科技计划项目(2019-07); 广东省省级生态公益林效益补偿资金省统筹经费项目; 广东省林业科技创新项目“气候变化下森林土壤碳储量动态模拟研究”(2023KJCX021)

Variability of Soil Heavy Metal Content of Five Stand Types in Beijiang River Basin

YE Caihong¹^,²(), XU Tiaozi¹^,², ZHANG Zhongrui¹, ZHU Hangyong¹, ZHANG Geng¹, HE Qian², DING Xiaogang¹()

¹ Guangdong Academy of Forestry/ Guangdong Key Laboratory of Silviculture, Protection and Utilization, Guangzhou 510520
² College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642

Received:2022-11-14 Revised:2023-08-17 Published-:2023-12-05 Online:2023-11-30

摘要/Abstract

摘要：

探究北江流域不同林分类型的土壤重金属含量特征和重金属污染情况，为北江流域林地土壤重金属污染评价提供理论依据。以北江流域5种林分类型[桉树(Eucalyptus robusta)、竹(Bambusoideae)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliotti)]的土壤为研究对象，分析0~40 cm土层土壤中铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、汞(Hg)元素含量，同时采用单因子指数法、内梅罗综合指数法、地累积指数法和潜在生态风险指数法，评价各林分类型土壤重金属污染及其潜在生态风险。结果表明：（1）各林分土壤重金属含量均以Zn最高、Hg最低。（2）土壤重金属Cr、Ni、Cu、Zn元素两两之间存在极显著相关性，此外土壤重金属含量还受土壤pH、全氮(TN)、全磷(TP)、有机碳(OC)的影响，其中以TP影响最为显著。（3）5种林分土壤重金属污染评价结果大多表现为清洁或安全状态，仅地累积指数评价结果中，竹林土壤中Hg元素为轻度至中等污染；Hg元素的潜在生态风险水平为中等，其余重金属元素为轻微生态风险。本研究发现，北江流域林地土壤环境质量较好，大部分地区土壤重金属污染评价结果为清洁或无污染，可为北江流域林地土壤污染防控和区域生态保护提供基础数据和理论支持。

关键词: 林分类型, 土壤重金属, 污染评价, 生态风险评价

Abstract:

To examine the characteristics of soil heavy metal content and the pollution condition of different forest types in the Beijiang River Basin and to provide a theoretical framework for the assessment of heavy metal pollution, soil concentrations of Cr, Ni, Cu, Zn, Pb and Hg were investigated in the 0-40 cm soil layer of five different forest types (Eucalyptus robusta, Bambusoideae, Cunninghamia lanceolata, Pinus massoniana and Pinus elliotti) in the Beijiang River Basin. The single factor index method, Nemerow comprehensive pollution index method, geo-accumulation index method and potential ecological risk index method were used to evaluate the pollution and possible ecological risk of soil heavy metal contamination in each stand type. The results showed that: (1) Zn and Hg had the highest and lowest concentrations of heavy metals respectively in the soil of all stands. (2) The four heavy metal components of soil (Cr, Ni, Cu and Zn) had a strong link with one another. Additionally, soil pH, TN, TP and OC all had an impact on soil’s heavy metal content, with TP had the biggest impact. (3) Only the geo-accumulation index evaluation results revealed that the Hg element in the soil of the Bambusoideae stands was mildly to moderately contaminated. The soil of the five stands tested for heavy metal pollution was almost clean or safe. The potential ecological risk levels of mercury were moderate, while those of the other heavy metals were minimal. This study found that the soil environmental quality of the woodland in the Beijiang Basin was good, and the evaluation result of soil heavy metal pollution in the majority of areas was clean or no pollution, providing fundamental information and theoretical support for the prevention and control of soil pollution as well as for the regional ecological protection of the woodland in the Beijiang Basin.

Key words: stand type, soil heavy metals, pollution evaluation, ecological risk assessment

叶彩红, 许窕孜, 张中瑞, 朱航勇, 张耕, 何茜, 丁晓纲. 北江流域5种林分类型土壤重金属含量变异性研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(34): 114-122.

YE Caihong, XU Tiaozi, ZHANG Zhongrui, ZHU Hangyong, ZHANG Geng, HE Qian, DING Xiaogang. Variability of Soil Heavy Metal Content of Five Stand Types in Beijiang River Basin[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(34): 114-122.

图/表 12

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等级划分	单因子指数		内梅罗综合指数
等级划分	P_i值	污染程度	P值	污染程度
1	P_i≤1	无污染	P≤0.7	安全状态
2	1<P_i≤2	轻度污染	0.7<P≤1.0	污染警戒
3	2<P_i≤3	中度污染	1.0<P≤2.0	轻度污染
4	P_i>3	重度污染	2.0<P≤3.0	中度污染
5			P>3.0	重度污染

等级划分	单因子指数		内梅罗综合指数
等级划分	P_i值	污染程度	P值	污染程度
1	P_i≤1	无污染	P≤0.7	安全状态
2	1<P_i≤2	轻度污染	0.7<P≤1.0	污染警戒
3	2<P_i≤3	中度污染	1.0<P≤2.0	轻度污染
4	P_i>3	重度污染	2.0<P≤3.0	中度污染
5			P>3.0	重度污染

风险级别	地累积指数范围	污染程度
0	I_geo≤0	无污染
1	0<I_geo≤1	轻度—中度污染
2	1<I_geo≤2	中度污染
3	2<I_geo≤3	中度—强污染
4	3<I_geo≤4	强污染
5	4<I_geo≤5	强—极严重污染
6	5<I_geo≤10	极严重污染

风险级别	地累积指数范围	污染程度
0	I_geo≤0	无污染
1	0<I_geo≤1	轻度—中度污染
2	1<I_geo≤2	中度污染
3	2<I_geo≤3	中度—强污染
4	3<I_geo≤4	强污染
5	4<I_geo≤5	强—极严重污染
6	5<I_geo≤10	极严重污染

等级划分	单一重金属潜在生态风险指数		多种重金属潜在生态风险综合指数
等级划分	E_i值	污染程度	R_I值	污染程度
1	E_i<40	轻微生态风险	R_I<150	轻微生态风险
2	40≤E_i<80	中等生态风险	150≤R_I<300	中等生态风险
3	80≤E_i<160	强生态风险	300≤R_I<600	强生态风险
4	160≤E_i<320	很强生态风险	R_I≥600	很强生态风险
5	E_i≥320	极强生态风险

北江流域5种林分类型土壤重金属含量变异性研究

Variability of Soil Heavy Metal Content of Five Stand Types in Beijiang River Basin

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重金属元素	Cr	Ni	Cu	Zn	Pb	Hg
农用地土壤污染风险筛选值（非农田）	150	60	80	200	70	1.3
广东省元素背景值	56.53	17.8	17.65	49.71	35.87	0.085

林分类型	统计量	Cr	Ni	Cu	Zn	Pb	Hg
桉树林	平均值/(mg/kg)	31.99	9.50	14.96	41.96	30.39	0.12
	标准方差/(mg/kg)	10.21	3.58	4.03	8.26	5.05	0.03
	变异系数	0.32	0.38	0.27	0.20	0.17	0.21
	K-S值	1.267	1.161	0.827	0.670	1.098	1.039
	显著性	0.081	0.135	0.501	0.760	0.180	0.231
竹林	平均值/(mg/kg)	27.79	10.77	15.06	55.57	40.60	0.13
	标准方差/(mg/kg)	8.85	4.68	4.95	13.73	8.84	0.03
	变异系数	0.32	0.43	0.33	0.25	0.22	0.23
	K-S值	1.071	1.063	1.043	0.773	0.513	0.977
	显著性	0.202	0.208	0.226	0.589	0.955	0.296
马尾松林	平均值/(mg/kg)	28.82	9.02	13.36	44.03	35.99	0.12
	标准方差/(mg/kg)	11.04	2.68	2.82	6.14	10.14	0.04
	变异系数	0.38	0.30	0.21	0.14	0.28	0.32
	K-S值	1.101	0.963	0.762	0.581	1.247	1.257
	显著性	0.177	0.312	0.607	0.889	0.089	0.085
杉木林	平均值/(mg/kg)	27.16	8.65	13.59	48.77	45.78	0.12
	标准方差/(mg/kg)	10.25	3.32	3.38	13.11	18.05	0.03
	变异系数	0.38	0.38	0.25	0.27	0.39	0.21
	K-S值	0.978	1.036	0.660	0.822	0.811	0.599
	显著性	0.295	0.233	0.776	0.508	0.527	0.866
湿地松林	平均值/(mg/kg)	31.81	10.34	15.04	42.13	31.75	0.12
	标准方差/(mg/kg)	5.13	2.82	4.99	8.72	3.00	0.03
	变异系数	0.16	0.27	0.33	0.21	0.09	0.29
	K-S值	0.520	0.854	0.688	0.704	0.525	0.800
	显著性	0.950	0.460	0.731	0.705	0.946	0.544

	Cr	Ni	Cu	Zn	Pb	Hg	pH	TN	TP	OC
Cr	1
Ni	0.571^**	1
Cu	0.433^**	0.540^**	1
Zn	0.227^**	0.627^**	0.258^**	1
Pb	-0.147	-0.032	-0.057	0.415^**	1
Hg	0.291^**	0.022	0.126	0.056	0.138	1
pH	-0.068	0.389^**	0.150	0.314^**	0.121	-0.215^**	1
TN	-0.038	0.065	0.215^**	0.129	0.084	0.550^**	-0.131	1
TP	0.111	0.357^**	0.479^**	0.524^**	0.280^**	0.171^*	0.131	0.391^**	1
OC	-0.054	0.035	0.184^*	0.060	0.068	0.466^**	-0.057	0.846^**	0.371^**	1

林分类型	单因子指数P_i						内梅罗综合指数P	P评价结果
林分类型	Cr	Ni	Cu	Zn	Pb	Hg	内梅罗综合指数P	P评价结果
桉树林	0.21	0.16	0.19	0.21	0.43	0.09	0.38	安全
竹林	0.19	0.18	0.19	0.28	0.58	0.10	0.45	安全
马尾松林	0.19	0.15	0.17	0.22	0.51	0.09	0.40	安全
杉木林	0.18	0.14	0.17	0.24	0.65	0.10	0.49	安全
湿地松林	0.21	0.17	0.19	0.21	0.45	0.09	0.36	安全
P_i评价结果	无污染	无污染	无污染	无污染	无污染	无污染	—	—

林分类型	单一重金属潜在生态风险系数E_i						多种重金属潜在生态风险指数R_I	R_I评价结果
林分类型	Cr	Ni	Cu	Zn	Pb	Hg	多种重金属潜在生态风险指数R_I	R_I评价结果
桉树林	1.13	2.67	4.24	0.84	4.24	57.93	71.05	轻微
竹林	0.98	3.03	4.27	1.12	5.66	63.10	78.15	轻微
马尾松林	1.02	2.53	3.78	0.89	5.02	54.12	67.36	轻微
杉木林	0.96	2.43	3.85	0.98	6.38	58.26	72.87	轻微
湿地松林	1.13	2.90	4.26	0.85	4.43	55.69	69.25	轻微
E_i评价结果	轻微	轻微	轻微	轻微	轻微	中等

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