东阳市农田土壤和农作物重金属污染评价及相关性分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0566

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (17): 56-62.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0566

所属专题：土壤重金属污染

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

东阳市农田土壤和农作物重金属污染评价及相关性分析

黄东荣¹^,²(), 聂文昌¹^,², 张旭¹^,², 万川¹^,², 夏明¹^,², 雷天浩³, 金磊华⁴

¹ 江西省地质调查勘查院基础地质调查所，南昌 330030
² 江西有色地质矿产勘查开发院，南昌 330030
³ 江西省地质调查勘查院，南昌 330000
⁴ 浙江省东阳市自然资源和规划局，浙江东阳 322100

收稿日期:2023-07-30 修回日期:2024-01-02 出版日期:2024-06-15 发布日期:2024-06-11
作者简介:
黄东荣，男，1983年出生，江西赣州人，副高级工程师，本科，主要从事区域地质矿产调查工作。通信地址：330030 江西省南昌市青云谱区迎宾北大道938号，E-mail：461087177@qq.com。
基金资助:
东阳市财经基金项目“东阳市土地质量地质调查”(XSZFCG2018-307-2)

Heavy Metal Pollution Evaluation and Correlation Analysis of Farmland Soil and Crops in Dongyang City

HUANG Dongrong¹^,²(), NIE Wenchang¹^,², ZHANG Xu¹^,², WAN Chuan¹^,², XIA Ming¹^,², LEI Tianhao³, JIN Leihua⁴

¹ Basic Geological Survey Institute of Jiangxi Geological Survey and Exploration Institute, Nanchang 330030
² Jiangxi Nonferrous Geological Mineral Exploration and Development Institute, Nanchang 330030
³ Jiangxi Geological Survey and Exploration Institute, Nanchang 330000
⁴ Dongyang City Natural Resources and Planning Bureau, Zhejiang Province, Dongyang, Zhejiang 322100

Received:2023-07-30 Revised:2024-01-02 Published:2024-06-15 Online:2024-06-11

摘要/Abstract

摘要：

以东阳市农田区域为研究对象，重点对农业两区集中连片的基本农田保护区及土壤地球化学调查重金属异常区进行农产品安全性调查。采用点对点协同采样的方法对东阳市农田土壤和农作物进行采集，测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn元素8种重金属含量。使用地累积指数和潜在生态风险指数对土壤重金属污染进行评价。结果表明：研究区存在Cd和Pb污染，相较于农用地风险筛选值，超标率分别为11.67%和5.0%；农作物存在Cd、As污染，相较于食品污染物限量，70件稻谷重金属As、Cd含量超标，超标率为25.71%、10.0%；14件芋头中重金属Cd超标，超标率为42.86%。土壤污染评价表明，土壤重金属Cd等存在强生态风险，其余重金属存在轻微生态风险可接受范围。相关性分析，土壤中As、Cr对稻谷的吸收具有拮抗作用，而土壤Cu、Ni对稻谷吸收Cd具有促进作用；土壤As、Ni对芋头Cu、Cr、Pb、Zn吸收具有拮抗作用，土壤As、Ni对芋头Cd吸收具有促进作用。

关键词: 农田土壤, 重金属, 农作物, 潜在生态风险评价, 相关性

Abstract:

Taking the farmland area of Dongyang as the research object, the safety of agricultural products was investigated mainly in the basic farmland protection area and the abnormal heavy metal area of soil geochemical investigation. The contents of As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb and Zn in the soil and crops of Dongyang were determined by point-to-point collaborative sampling method. Soil heavy metal pollution was evaluated by soil accumulation index and potential ecological risk index. The results showed that Cd and Pb pollution existed in the study area, compared with the risk screening value of agricultural land, the over-standard rates were 11.67% and 5.0%. There were Cd and As pollution in crops, compared with the limit of food pollutants, the content of heavy metals As and Cd in 70 pieces of rice samples exceeded the standard, and the over-standard rates were 25.71% and 10.0%; The heavy metal Cd in 14 pieces of taro samples exceeded the standard, and the over-standard rate was 42.86%. Soil pollution evaluation showed that heavy metals such as Cd had strong ecological risk, while other heavy metals had slight ecological risk acceptable range. Correlation analysis showed that As and Cr in soil had antagonistic effects on the absorption of rice, while Cu and Ni in soil had promoting effects on the absorption of Cd in rice. As and Ni in soil had antagonistic effects on the absorption of Cu, Cr, Pb and Zn in taro, while As and Ni in soil had promoting effects on the absorption of Cd in taro.

Key words: farmland soil, heavy metal, crop, potential ecological risk assessment, correlation

黄东荣, 聂文昌, 张旭, 万川, 夏明, 雷天浩, 金磊华. 东阳市农田土壤和农作物重金属污染评价及相关性分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(17): 56-62.

HUANG Dongrong, NIE Wenchang, ZHANG Xu, WAN Chuan, XIA Ming, LEI Tianhao, JIN Leihua. Heavy Metal Pollution Evaluation and Correlation Analysis of Farmland Soil and Crops in Dongyang City[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(17): 56-62.

图/表 11

图1. 东阳市农田土壤-农作物采样点位示意图

地累积指数	污染等级
Igeo≤0	无污染
0<Igeo≤1	轻-中度污染
1<Igeo≤2	中度污染
2<Igeo≤3	中度污染-强污染
3<Igeo≤4	强污染
4<Igeo≤5	强污染-极强污染
5<Igeo≤6	极强污染

表1. 地累积指数法污染等级划分

风险评价指标		风险等级
$E r i$ <40	RI<100	轻微
40≤ $E r i$ <80	100≤RI<200	中等
80≤ $E r i$ <160	200≤RI<400	强
160≤ $E r i$ <320	400≤RI<800	很强
$E r i$ ≥320	RI≥800	极强

风险评价指标		风险等级
$E r i$ <40	RI<100	轻微
40≤ $E r i$ <80	100≤RI<200	中等
80≤ $E r i$ <160	200≤RI<400	强
160≤ $E r i$ <320	400≤RI<800	很强
$E r i$ ≥320	RI≥800	极强

表2. 潜在生态风险评价分级标准

项目	pH	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
最大值	6.3	38.7	0.475	106	32.6	0.309	49.6	70.2	108
最小值	4.94	1.19	0.105	11.7	9.8	0.046	4.03	24.6	43.8
平均值	5.34	6.74	0.183	37.35	18.16	0.114	13.09	37.97	71.45
标准差	0.29	6.22	0.063	20.50	5.45	0.058	9.507	8.53	16.40
变异系数	5.30	92.22	34.43	54.87	30.00	50.88	72.63	22.47	22.94
背景值	—	9.20	0.07	52.90	17.60	0.086	24.60	23.70	70.60
风险筛选值超标率	—	0.0	11.67	0.0	0.0	0.0	0.0	5.0	0.0

表3. 研究区土壤pH及重金属含量特征

项目	As	Hg	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb
最大值	0.456	0.080	0.962	2.648	6.81	36.64	0.327	0.105
最小值	0.05	0.003	0.109	0.317	3.093	24.175	0.082	0.05
平均值	0.158	0.001	0.085	0.057	1.0	13.24	0.012	0.038
标准差	0.081	0.003	0.153	0.39	3.14	4.135	0.097	0.053
变异系数	51.27	300.00	180.00	684.21	314.00	31.23	808.33	139.47
食品污染物限量（稻谷）	0.2	0.02	1.0	—	10	50	0.2	0.2
超标率	25.71	0.0	0.0	—	0.0	0.0	10.0	0.0

表4. 稻谷重金属含量统计

项目	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
最大值	0.029	0.18	0.3	3.78	0.004	2.31	0.07	20.46
最小值	0.009	0.03	0.1	1.27	0.001	0.34	0.03	8.95
平均值	0.015	0.10	0.19	2.48	0.003	0.83	0.04	13.93
标准差	0.006	0.039	0.057	0.659	0.001	0.52	0.013	3.109
变异系数	40.00	39.00	30.00	26.57	33.33	62.65	32.50	22.32
食品污染物限量（根茎块）	0.2	0.1	0.5	6	0.01	—	0.4	15
超标率	0	42.86	0	0	0	—	0	21.43

表5. 芋头重金属含量统计

地累积指数	污染等级	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
Igeo≤0	无污染	96.67	5.00	95.74	93.62	73.33	93.33	51.67	95.00
0<Igeo≤1	轻-中度污染	1.67	73.33	4.26	6.38	21.67	5.00	48.33	5.00
1<Igeo≤2	中度污染	1.66	20.00	0.00	0.00	5.00	1.67	0.00	0.00
2<Igeo≤3	中度-重度污染	0.00	1.67	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
3<Igeo≤4	重度污染	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
4<Igeo≤5	重度—极重度污染	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
5<Igeo≤6	极重度污染	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00

表6. 土壤重金属地累积统计表

项目	范围	平均值	轻微	中等	强	很强
As	3.65~42.07	6.90	98.33	1.67	0.00	0.00
Hg	29.30~143.72	53.26	46.67	36.67	16.67	0.00
Cr	1.29~7.26	1.47	100	0.00	0.00	0.00
Ni	1.24~29.88	3.19	100	0.00	0.00	0.00
Cu	2.73~18.98	5.32	100	0.00	0.00	0.00
Zn	0.76~1.98	1.0	100	0.00	0.00	0.00
Cd	42.86~203.57	74.13	0.0	71.67	25.00	3.33
Pb	5.19~14.81	7.80	100	0.00	0.00	0.00
RI	78.38~336.39	153.08	51.67	45.00	3.33	0.00

表7. 土壤重金属潜在生态风险统计分析

相关性	As	Hg	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb
As	1
Hg	-0.34	1
Cr	-0.13	0.11	1
Ni	-0.23	0.02	0.06	1
Cu	-0.48	0.32	-0.23	0.60	1
Zn	0.12	0.18	-0.15	0.05	0.43	1
Cd	-0.31	0.00	-0.05	0.39	0.41	0.06	1
Pb	-0.23	0.22	0.69	0.37	0.19	0.02	0.23	1

表8. 稻谷中重金属含量相关关系矩阵

相关性	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
As	1.00
Cd	-0.18	1.00
Cr	0.76	-0.23	1.00
Cu	-0.27	0.59	-0.43	1.00
Hg	-0.44	0.62	-0.39	0.44	-0.14
Ni	-0.44	0.62	-0.39	0.44	-0.14	1.00
Pb	-0.06	-0.08	0.02	0.00	0.12	-0.34	1.00
Zn	-0.08	0.33	-0.26	0.39	0.37	0.02	0.63	1.00

表9. 芋头中重金属含量相关关系矩阵

相关性	As	Hg	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb
R（稻谷）	0.33	-0.01	0.45	0.25	0.17	0.06	0.28	0.54
R（芋头）	0.42	-0.03	-0.13	0.50	-0.14	-0.35	0.10	-0.48

表10. 农作物与土壤中重金属含量之间相关系数

参考文献 34

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东阳市农田土壤和农作物重金属污染评价及相关性分析

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