Soil Heavy Metal Pollution and Ecological Risk Assessment in the Delta Area of Dongying City, Shandong Province
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摘要: 为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，本文对研究区采集的22个地表层土壤样品进行分析，采用内美罗综合指数法、潜在危害指数法等对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，对Hg、Cd的来源进行了初步分析。测得研究区表层土壤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、0.02 mg/kg。其中，As、Ni、Zn、Cd共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。研究结果显示，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。本文推测其原因可能是研究区所处独特地理位置导致研究区内可利用淡水资源匮乏、土壤的可耕作性低等，初步分析土壤Cd、Hg富集可能是与大气沉降、滨海养殖、港口码头的船舶电镀和防护等因素有关。Abstract: In order 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 soil quality and safety. In this paper, 22 surface soil samples collected in the study area were analyzed. Nemerol comprehensive index method and potential hazard index method were used to evaluate the enrichment degree and pollution level ecological risk of 8 heavy metal elements (As, Hg, Cr, Pb, Ni, Cu, Zn, Cd). The sources of Hg and Cd were preliminarily analyzed. The average contents of eight heavy metals in the surface soil of the study area are Zn＞Cr＞Ni＞Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg, and their average contents are 67.68 mg·kg−1, 63.73 mg·kg−1, 30.05 mg·kg−1, 21.11 mg·kg−1, 20.50 mg·kg−1, 10.53 mg·kg−1, 0.14 mg·kg−1, and 0.02 mg·kg−1, respectively. The measured average values of four elements, namely, As, Ni, Zn, and Cd, are higher than the background values of soil elements in Shandong Province, and the average values of three elements, Cr, Pb, and Cu, are lower than the background values of soil elements in Shandong Province. The average value of Hg is close to the background value of soil elements in Shandong Province. The results showed that the comprehensive pollution risk of different land types in the area was low, and the soil samples collected were all safe. It is speculated that the unique geographical location of the study area leads to the shortage of available fresh water resources and low arable soil. Preliminary analysis shows that the enrichment of Cd and Hg in soil may be related to atmospheric sedimentation, coastal aquaculture, ship electroplating and protection of ports and docks.
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表 1 土壤重金属单项污染风险评价标准
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 
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表 3 重金属潜在生态风险指数分级标准
$ {E}_{r}^{i} $ 单个污染物潜在生态风险程度 $ RI $ 综合潜在生态风险程度 $ {E}_{r}^{i} $＜40 轻 $ RI $＜150 轻 40≤$ {E}_{r}^{i} $＜80 中 150≤$ RI $＜300 中 80≤$ {E}_{r}^{i} $＜160 强 300≤$ RI $＜600 强 160≤$ {E}_{r}^{i} $＜320 很强 600≤$ RI $＜1 200 很强 $ {E}_{r}^{i} $＞320 极强 $ RI $＞1 200 极强
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表 4 研究区土壤重金属含量特征
项目 最小值（mg/kg） 最大值（mg/kg） 算数平均值（mg/kg） 标准差 变异系数 山东省背景值（mg/kg） 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 — — — —
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表 5 土壤重金属单项污染风险评价
元素 样品数 不同风险等级样品数 不同风险等级样品比例（%） ① ② ③ ① ② ③ Cd 22 22 — — 100.00 — — Hg 22 22 — — 100.00 — — As 22 22 — — 100.00 — — Pb 22 22 — — 100.00 — — Cr 22 22 — — 100.00 — — Cu 22 22 — — 100.00 — — Ni 22 22 — — 100.00 — — Zn 22 22 — — 100.00 — —
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表 6 不同土地类型重金属综合污染风险
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
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表 7 不同土地类型重金属潜在生态风险
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
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表 8 土壤中8种重金属之间的相关性分析
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。
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表 9 主成分分析结果及各变量的主成分载荷
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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