洞头列岛土地利用对土壤及沉积物重金属污染的影响及其生态风险评价

张鑫, 余树全, 李清林, 张超, 李领寰, 车继鲁

洞头列岛土地利用对土壤及沉积物重金属污染的影响及其生态风险评价

张鑫, 余树全*, 李清林, 张超, 李领寰, 车继鲁

浙江农林大学林业与生物技术学院, 杭州 311300

针对浙江省洞头列岛不同土地利用类型土壤及沉积物中的重金属含量进行调查, 选择了五种土地利用类型,农田、森林、围涂、码头、养殖。主要评估重金属的污染现状, 区域快速产业化导致的土壤及沉积物中重金属污染及生物的潜在生态风险。采用内梅罗指数法、Hakanson潜在生态危害系数法对重金属的潜在生态风险进行评价。结果表明, 洞头列岛不同土地类型的土壤重金属含量均超过浙江省土壤背景值, 其中, Cr、Mn、Co超标率为100%, Zn超标率为84%。多数监测点土壤重金属含量的内梅罗综合指数处于清洁水平, 但养殖类型中的As、Co, 围涂类型中的As、Pb, 农田类型中的Pb、Cr属于尚清洁等级, 围涂中的Co元素属于轻度污染等级; 综合潜在生态风险指数(RI)均显著低于轻微生态危害水平, 五种土地类型土壤质量的RI大小顺序为: 养殖＞围涂＞码头＞森林＞农田, Pb、As是主要的重金属生态风险种类。重金属元素之间的相关性分析表明, 围涂与码头土壤中重金属元素之间的相关性明显高于其他三种类型。围涂类型土壤中As与Co、Cu元素呈极显著正相关, Pb与Zn呈极显著正相关; 码头类型中的Cu与Co呈极显著正相关, As、Pb与Zn呈极显著正相关。Cu与As在码头、养殖、围涂类型中的含量较高。五种土地类型中除农田和养殖用地的某些重金属来源于成土母质, 其他各重金属来源主要是人为活动影响, 如: 交通运输、城市排污、三废排放以及汽车尾气等。因此, 应该把由人类活动导致的有毒重金属的污染控制作为首要任务, 制定相应的政策和法规。

重金属; 内梅罗指数; 潜在生态风险

1 前言

海岛作为海洋生态系统的重要组成部分, 是国家宝贵的资源财富[1]。中国是世界上海岛最多的国家之一, 面积大于500 m2的海岛有6500多个, 岛屿总面积约 8×104 km2, 占我国陆地面积的8%[2]。与其它生态系统相比, 海岛生态系统具有海陆两相性、结构独立完整性、生态脆弱性、资源独特性、动力两重性等独特的生态特征[3]。海岛的土地资源有限, 若过度或不当开发, 极易破坏良好的生态系统。近年来, 许多学者从各相关专业角度, 如海岛土壤、植被、潮间带生物等方面对部分海岛进行了相关研究[4–6], 对于海岛重金属的研究较少。2013年程芳等人对大金山岛土壤重金属污染进行了评价及相关性分析, 结果表明, 大金山岛陆域土壤重金属基本符合一级土壤标准, 保护尚好, 受人为活动影响较小[7]。孙元敏对中国南亚热带海岛海域沉积物中的重金属污染进行研究, 用了潜在生态危害系数法评价了海岛沉积物中重金属的潜在生态危害, 判断各海岛的生态危害程度[8]; 马立杰以2007年长岛县海岛调查资料为基础, 分析了长岛县海岛潮间带沉积物重金属含量特征及其与有机质含量等之间的相关关系, 并对其潜在生态危害进行了评价等[9]。

随着温州洞头半岛工程的完成, 对外交通更加便捷, 使洞头成为一个别具特色的旅游度假地,洞头列岛各项基础设施建设的加快, 使海岛的自然生态过程受到严重干扰, 生态风险不断加大。在自然情况下, 海岛土壤重金属主要来源于母岩和残落的生物物质, 但随着工农业生产活动的发展,人为活动对土壤重金属分布的影响不断加强, 土壤中重金属含量呈现增长趋势[10]。环境中高浓度的重金属不仅会抑制生物的生长, 破坏群落结构,造成生态系统不可逆转的危害, 同时, 重金属还能通过各营养级生物的富集和食物链的传递最终危害人类的健康[11]。因此, 研究洞头列岛土壤重金属的含量及分布特征, 具有十分重要的理论与实践价值。本文以洞头列岛五种不同土地利用类型作为研究对象, 结合洞头列岛的特点, 重点阐明了洞头列岛重金属在五种不同土地利用类型中的含量水平、分布差异, 并归纳总结了洞头列岛重金属的综合污染水平, 污染现状的生态风险评价等, 探究了重金属的潜在污染来源。本研究有助于客观掌握洞头列岛土壤重金属污染水平及生态风险, 为洞头列岛重金属污染防控措施的制定提供科学依据。

2 材料与方法

2.1研究区概况

洞头县位于浙江省东南部, 地处浙江省东南海域温州湾口和乐清湾的汇集处, 地理坐标介于东经120°59′45″—121°15′58″, 北纬27°41′19″—28°01′10″之间。属中亚热带海洋性季风气候, 温暖湿润, 雨量充沛、四季分明。近年来, 随着温州市经济的快速发展, 输入瓯江的污染物也有所增加, 对洞头列岛的海域环境造成了严重影响。

2.2样品的采集

本研究样品于2014年12月在洞头列岛多个岛屿采集, 根据洞头列岛土地利用现状以及渔业、交通分布的特点, 通过现场勘探, 资料分析, 选取5个能反应洞头列岛农业、渔业、交通、林业主要活动特征以及土壤潜在污染可能性差异较大的功能区[12],包括农田区、森林区、围涂区、码头区和养殖区。共设置15个采样点, 主要位于洞头本岛、大门岛和元觉等地, 每个功能区土壤样品采样点随机布设,每个样点取3个0—20 cm土壤样品, 共采集样品45份, 样品用聚乙烯塑料袋盛装, 封口、编号、贴好标签运回室内, 以防止污染, 同时记录取样位置的经纬度信息, 采样点位分布如图1所示。

2.3样品的分析测定

2.3.1 样品处理

将土壤样品置于阴凉处荫干, 避免阳光直射,人工剔除根须、石块等杂物, 粉碎研磨后过筛60目,将土样装进密封袋中, 做好标记, 以备分析。取五个类型土壤, 称10 g样品溶解于25 mL蒸馏水, 盛于小瓶中, 加盖震荡半小时, 测量pH值。

图1 调查区域及采样站位Fig. 1 Study area and sampling locations

表1 浙江省土壤中重金属元素背景值[15](mg·kg-1)Tab. 1 Backgronds of heavy metals in Zhejiang soil (mg·kg-1)

2.3.2 重金属各元素的分析测定

土壤中重金属元素Ti、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Pb的测量采用由德国牛津仪器生产的手持X射线荧光(EDXRF)光谱仪[13], 型号为X-MET7000,取出待测土壤样品, 装入聚氯乙烯盒内, 用高压机进行压片, 然后用美国进口的聚乙烯膜覆盖与表面,上机测试, 元素测试误差小于3%。测试完成于浙江农林大学生态学实验室。

3 研究方法

3.1土壤重金属超标倍数及超标率

土壤中重金属的超标倍数反应土壤被污染的程度[14], 如表1所示。以浙江省土壤背景值为依据, 计算了洞头列岛不同土地类型的重金属超标倍数及超标率。

超标倍数=(土壤中某污染物实测值-浙江省土壤中某重金属元素背景值)/浙江省土壤中某重金属元素背景值

式中: Pi——土壤中i重金属污染超标倍数,

Ci——土壤中i重金属实测含量,

C0——土壤中i重金属质量标准

土壤污染样本超标率(%)=(土壤超标样本总数/

监测样本总数)100%

3.2土壤重金属污染评价

由于土壤重金属污染常常是多种不同元素的复合污染, 仅靠单一指标难以正确评价土壤重金属的污染程度, 因此, 国内外普遍采用内梅罗综合污染指数法来评价土壤的重金属污染情况[16]。其计算公式为:

式中, P为综合污染指数, Pi为单项污染指数, Ci为i种污染物的实测含量, Si为土壤中i种污染物的背景值或对照值; Pmax为土壤中重金属元素中污染指数最大值; 一般综合污染指数小于或者等于1表示未受污染, 大于1表示已受污染[17]。综合污染指数(P值)越大表示土壤污染越严重, P分级标准见表2。

表2 土壤综合污染指数分级标准Tab. 2 Standard of soil pollution classification

表3 洞头列岛不同土地类型土壤pH值及背景值Tab. 3 The pH values of different land use types and their reference pH values

表4 土壤无机污染物在不同土地类型中的环境质量第二级标准值[18]Tab. 4 The secondary standards for soils pollution (mg·kg–1)

3.3土壤重金属潜在生态风险评价

潜在生态危害系数法[19], 是瑞典科学家Hakanson提出的一种土壤重金属的评价方法, 为了使区域质量评价更具有代表性和可比性, Hakanson从重金属的生物毒性角度出发建议对重金属元素进行评价。本文中重金属元素的选择按相关学者建议选用Pb、Cu、Zn、Cr和As[20]等5种毒性较强的重金属元素, 潜在生态风险指数RI的计算公式为:

表5 重金属元素的背景参考值()及毒性系数()Tab. 5 Heavy metals reference values () and their toxicity coefficient ()

表5 重金属元素的背景参考值()及毒性系数()Tab. 5 Heavy metals reference values () and their toxicity coefficient ()

重金属 Pb Cu Zn Cr As Cni35.7 22.6 83.1 56 6.9 Tri5 5 1 2 10

表6 潜在生态危害评价指标Tab. 6 Indices of potential ecological risk assessment

4 数据处理

采用Spss18.0统计软件对数据进行统计分析。采用单因素方差分析(One-way Anova)对不同土地类型间土壤重金属含量的差异性进行比较, 使用皮尔森相关系数(Pearson Correlation Coefficient)探究不同重金属元素之间的相关性。

5 结果与分析

5.1重金属的含量特征

洞头列岛土壤中的重金属元素在不同土地利用类型中的含量有较大差别, 就Ti元素来看, 码头和农田类型中含量较低, 方差分析表明码头类型中Ti的含量显低于养殖、森林类型; Cr元素在围涂类型中的含量最高, 由高到低的顺序为围涂＞养殖＞码头＞农田＞森林, 方差分析表明围涂类型的Cr含量显著高于森林和农田类型; Mn在森林类型中的含量最高,其次为围涂; Co在围涂类型中含量的平均值为35.64,分别是农田类型的2.4倍, 森林类型的1.8倍, 码头类型的1.3倍, 养殖类型的1.4倍, 方差分析表明围涂类型中的Co元素含量显著高于农田、森林和养殖类型; Ni在养殖类型中的含量最高, 其次为围涂类型, 方差分析表明养殖、围涂、码头中Ni元素含量显著高于农田、森林类型; Cu元素含量在养殖类型、围涂类型中较高, 在农田类型中低于背景值, 方差分析表明养殖、围涂、码头类型中Cu元素含量显著高于农田类型; Zn在森林类型中含量最高, 农田、森林类型中的Zn含量有显著性差异; As在养殖类型中含量最高, 是农田类型中As平均值含量的5倍, 围涂、码头、养殖类型中的As含量显著高于农田、森林类型; Pb在森林类型中的含量最高, 平均值为53.86, 显著高于养殖类型。变异系数(CV)能够反映不同样点间数据的离散程度, 一般认为CV≤10%为弱变异性, 10%＜CV＜100%为中等变异性, CV≥100%为强变异性[21]。从表8可以看出, 研究区内采样点间的重金属元素含量差别较大, 养殖类型中的Ti、Cr、Mn、Cu、Zn呈弱变异性, 其他类型中的重金属元素均呈中等变异性。

以浙江省土壤背景值为依据计算了各重金属元素的超标率及超标倍数, 从表8可以看出, 超标率从高到低的顺序为: Cr=Mn=Co＞Zn＞Ni＞Pb＞Ti＞As＞Cu。其中, Cr、Mn、Co元素所有样品均超过浙江省土壤重金属背景值, 超标率为100%, Zn元素的超标率为84%。从图2可以看出, 与浙江省土壤重金属元素背景值相比, Ti元素除了码头类型, 其余类型均超过背景值; 5种土地类型中的Cr、Mn、Co均超过背景值; Ni除了农田类型外, 其余类型均超过背景值; Cu、As在农田和森林类型中低于背景值, 在围涂、码头、养殖类型中高于背景值; Zn在所有类型中均超过背景值; Pb在养殖类型中低于背景值,其余类型中均超过背景值。总体上看, Cr、Co元素的超标倍数最高, 分别达到1.35、1.34倍。

5.2重金属综合污染指数分析

从表9可以看出, 农田土壤中Pb、Cr的综合污染指数分别为0.90和0.94, 处于尚清洁(警戒线)等级, 其他元素均处于清洁(安全)等级; 森林土壤中的各金属元素处于清洁(安全)等级; 围涂土壤中的As、Pb处于尚清洁(警戒线)等级, Co的综合污染指数为1.11, 属于轻度污染等级, Cr、Cu、Ni、Zn均处于清洁(安全)水平; 码头类型中的Co, 处于尚清洁(警戒线)等级, 其余元素均处于清洁(安全)等级; 养殖土壤中的As、Co分别为0.84、0.72, 处于尚清洁(警戒线)等级, 其余各元素均处于清洁(安全)等级。Pb在农田、围涂土壤中处于尚清洁等级, Co在围涂类型中达到轻度污染等级, 在养殖土壤中达到警戒线水平, 由此可知, Pb和Co是较危险的重金属元素, 土壤面临被其污染的风险。

5.3洞头列岛土壤中重金属的潜在生态风险评价

表7 洞头列岛不同土地类型土壤重金属含量水平 (mg·kg–1)Tab. 7 Heavy metal content of soil from different types of land use of Dongtou (mg·kg–1)

表8 洞头列岛土壤中各重金属元素超标率 (%)Tab. 8 The percentage of heavy metals contents overpass their reference values (%)

图2 洞头列岛不同土地类型土壤各重金属超标倍数Fig. 2 The percentage of the heavy metals overpass the reference values in different land use types

表9 洞头列岛不同土地类型土壤重金属综合污染指数Tab. 9 Comprehensive pollution appraisal indexes of soil heavy metal in the studied areas.

5.4重金属元素质量分数之间的相关性

本研究通过重金属元素质量分数之间的相关性分析可知, 从农田类型上看, Ti与Cr呈显著负相关, Ti与Co、Cu呈显著正相关, 其余重金属元素相关性不显著; 从森林类型上看, Cr与Mn、Ni、Zn呈极显著正相关; 从围涂类型上看, As与Zn、Pb呈极显著负相关, Zn与Pb呈极显著正相关, As与Co呈极显著正相关; 从码头类型研究区上看, Cu、Co、Zn、As、Pb有显著的相关性; 从养殖类型上看, Mn与Co、Zn呈显著性正相关, 其他重金属元素相关性不

显著。相关性分析显示, 围涂与码头类型中重金属元素之间相关性明显强于其他3种类型, 围涂类型中As与Zn呈极显著负相关, Pb与Zn呈极显著正相关, As与Cu呈极显著正相关。在码头类型中As、Pb与Zn呈极显著正相关。

表10 洞头列岛不同类型土壤重金属的潜在生态危害系数()和潜在生态风险指数(RI)Tab. 10 Potential ecological risk factor () and potential ecological risk index(RI) of heavy metals in different zones soil from Dongtou

表10 洞头列岛不同类型土壤重金属的潜在生态危害系数()和潜在生态风险指数(RI)Tab. 10 Potential ecological risk factor () and potential ecological risk index(RI) of heavy metals in different zones soil from Dongtou

类型Eir Zn Cr As Cu Pb RI农田 1.15±0.04 4.40±0.36 4.01±2.26 3.69±0.86 5.43±0.64 18.68±1.52森林 1.56±0.49 4.13±0.57 6.25±2.42 4.45±1.21 7.54±1.02 23.93±4.43围涂 1.36±0.32 5.20±0.13 16.66±1.10 6.21±6.73 5.93±2.10 35.36±5.67码头 1.43±0.19 4.85±0.30 16.65±0.33 5.84±4.19 5.28±1.58 34.05±6.58养殖 1.24±0.27 5.01±0.30 20.44±0.03 7.33±1.30 4.77±0.48 38.79±1.90

表11 土壤重金属元素之间的相关性分析Tab. 11 Correlation analysis between heavy metals in soil

6 讨论

洞头列岛不同土地利用类型中的重金属元素含量均高于浙江省土壤重金属元素背景值, 佘运勇等人对舟山群岛潮间带表层沉积物重金属进行调查,沉积物质量整体较好, 相对于区域背景值, 除Pb含量相对较低外, 其余各元素含量水平显著高于背景值[22]。乔永民等人对南澳岛表层沉积物重金属的调查研究显示, 除了Cr外, 各重金属元素总平均值含量超过背景值, 其中Cu、Pb更是高于背景值的2倍以上[23]。海岛重金属含量超标现象已普遍存在我国很多岛屿上, 这已经成为需要关注和解决的问题。洞头列岛不同土地利用类型中的重金属含量存在差异, Cr、Co是主要的超标元素, 在土壤中有较高的含量, 围涂、码头类型中的Co元素含量相对最高,农田、森林的重金属环境质量优于养殖、围涂、码头类型。国内关于海岛土壤重金属污染方面的研究较少, 没有关于海岛不同土地利用类型重金属污染情况的研究, 与陆域研究区的状况相比, 吴新民对南京市不同功能城区土壤中重金属元素的污染状况进行分析, 矿冶区Pb、Cd含量最高, Cu、Zn在老居民区、商业区、城市广场含量较高, 新开发区、风景区及城市广场的重金属环境质量较好, 其他区域污染严重[24]。人类活动频繁的区域, 土壤重金属质量环境较差, 与本文的研究结果一致。

洞头列岛五种不同土地利用类型中, Pb、Co是较危险的重金属元素, 森林类型中重金属的综合污染指数处于清洁安全等级, 围涂、养殖、码头类型的潜在生态风险指数较高。郭伟、孙文惠等人在2013年对呼和浩特市不同功能区土壤重金属污染情况进行调查, 其中 Cu、Zn的污染程度最高, 内梅罗综合污染指数表明商业区最严重, 综合污染指数达到3.03。李晓燕的研究表明, 工业区土壤处于轻度污染,城市广场和交通边缘带土壤重金属处于清洁水平,引起污染的重金属元素种类为Cu、Pb、Zn[25]。杨红等人的研究表明, 上海无居民海岛黄瓜沙和九段沙上沙段处Cd元素浓度处于中等生态危害范围, 总体上看上海无居民海岛未收到明显的重金属污染[26]。康玲芬的研究表明, 工业活动对于重金属污染情况的影响最大, 交通活动次之, 在依次是农业活动和居民生活[27]。土地利用方式不同导致产生污染的重金属的种类不同, 同时也影响了土壤受重金属污染的程度。

在森林类型中, Pb与Mn元素的超标率较高,且Pb与Mn呈极显著正相关, 可以判定Pb与Mn为同一污染来源, Mn是土壤中的主要元素, 认为主要来源于成土母质, 潜在生态风险指数法及内梅罗指数显示Pb的生态风险较高但处于清洁安全等级,考虑主要来源为成土母质, 其次也可能来源为汽车尾气。洞头列岛位于森林区域的样点多采集于聚居的村庄附近, 考虑到有一定的生活污水排放及交通活动, 推断Zn、Pb主要来源为生活污水排放及交通污染。在围涂类型中, Zn与Pb为同一污染来源, As与Co为同一污染来源, 研究表明, Pb、Zn可能来源于工业污染、燃烧产生“三废”的排放[28], 在实际考察中得知, 取样点附近为工业建设用地, 近年来一直进行开发建设工程, 推断Pb、Zn主要来源于工业废物的排放。As与Co则可能来源于城市污水排放。由于人类交通活动频繁, 码头周边道路密集, 道路两侧的污染物主要是汽车尾气的排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降,污染元素则主要为Pb、Cu、Zn等元素[29]。从洞头列岛的码头类型研究区上看, Cu、Co、Zn、As、Pb有显著的相关性, 考虑为交通污染; 码头类型中As、Pb与Zn呈极显著正相关, 说明码头类型中的As、Pb、Zn可能来源于船只交通污染, 围涂类型中的As、Cu元素可能来源于工业三废的排放, Zn、Pb可能来源于汽车尾气、轮胎摩擦产生的污染。调查重金属的污染来源有助于制定合理的措施预防和控制重金属污染, 建议海岛城市适度的发展渔业和旅游业, 合理安排交通, 使用绿色清洁能源, 控制沿海岸的工业建设, 合理利用海岛土地资源, 减少环境污染。

7 结论

(1) 洞头列岛不同土地利用类型中重金属含量的含量差别较大, 大多数重金属元素超过浙江省土壤背景值。围涂、码头、养殖类型土壤重金属超标倍数显著高于农田和森林, Cr、Co是主要的超标元素。

(2) 重金属元素的综合污染指数表明, 农田、围涂中的Pb、Cr, 码头类型中的Co, 养殖类型中的As、Co达到警戒线水平; 围涂类型中的Co达到轻度污染水平; 其他类型的重金属元素处于清洁安全水平。

(3) 洞头列岛土壤重金属潜在生态风险指数显著低于轻微生态危害水平, 五种土地类型的潜在生态风险指数由高到低的顺序为: 养殖＞围涂＞码头＞森林＞农田, 潜在生态风险指数与人为活动的强烈程度存在一定的正相关关系。

(4) 不同土地类型内部重金属的分布存在一定的相关关系, 围涂与码头类型中重金属元素之间的相关性明显高与其他三种类型。As元素在不同土地利用类型中的来源不相同, 在码头类型中, As元素主要来源为交通活动, 在围涂类型中, As元素则主要来源于城市排污、污水灌溉、三废排放。农田类型中的Ti与Co、Cu呈显著性正相关, 主要来源为成土母质; 森林类型中的Zn、Pb元素主要来源为生活污水排放及交通污染。围涂类型中的Zn、Pb推断为工业三废排放, As、Co为城市排污; 码头类型中的Zn与As、Pb的来源推断为交通污染; 养殖类型中的Mn与Co、Zn呈显著性正相关, 推断Mn、Co、Zn主要源于成土母质。

[1] 马致远. 城市化压力下的海岛生态系统健康评价研究[D]. 厦门: 国家海洋局第三海洋研究所, 2008.

[2] 杨文鹤. 中国海岛[M]. 北京: 海洋出版社, 2000.

[3] 肖佳媚. 基于PSR模型的南麂岛生态系统评价研究[D].厦门: 厦门大学, 2007.

[4] 王晓丽. 海岛陆地生态系统固碳估算方法[J]. 生态学报, 2014, 34(1): 88–96.

[5] 张云, 李雪铭, 景昕蒂, 等. 我国海岛周边海域使用的基本状况[J]. 海洋环境科学, 2013, 32(1): 147–149.

[6] 彭茂潇, 钱培力, 张永普, 等. 洞头无居民海岛岩相潮间带夏季大型底栖动物群落格局[J]. 生态学杂志, 2013, 32(9): 2469–2479.

[7] 程芳, 程金平, 桑恒春, 等. 大金山岛土壤重金属污染评价及相关性分析[J]. 环境科学, 2013, 34(3): 1062–1066.

[8] 孙元敏, 陈彬, 黄海萍, 等. 中国南亚热带海岛海域沉积物重金属污染及潜在生态危害[J]. 中国环境科学, 2011, 31(1): 123–130.

[9] 马立杰, 朱校斌, 毕海波, 等. 长岛县海岛潮间带沉积物重金属及潜在生态风险评价[J]. 环境科学与技术, 2010, 33(8): 191–195.

[10] 彭勃, 彭加喜, 孙凯峰. 大亚湾及邻近海域重金属污染的研究进展[J]. 生态科学. 2015, 34(3): 170–180.

[11] 郭伟, 孙文惠, 赵仁鑫, 等. 呼和浩特市不同功能区土壤重金属污染特征及评价[J]. 环境科学, 2013, 34(4): 1561–1567.

[12] 陆安祥, 王纪华, 潘立刚, 等. 便携式 X 射线荧光光谱测定土壤中Cr, Cu, Zn, Pb和As的研究. 光谱学与光谱分析[J]. 光谱学与光谱分析, 2010,10(10): 2848–2852.

[13] 国家环境保护总局. HJ/T166–2004.土壤环境质量监测技术规范[S]. 2004.

[14] 范允慧, 王艳青. 浙江省四大平原区土壤元素背景值特征[J]. 物探与化探, 2009, 33(2): 132–134.

[15] 刘春早, 黄益宗, 雷鸣, 等. 湘江流域土壤重金属污染及其生态环境风险评价[J]. 环境科学, 2012, 33(1): 260–265.

[16] 陈伯扬. 重金属污染评价及方法对比—以福建浅海沉积物为例[J]. 地质与资源, 2008, 17(3): 213–228.

[17] 中华人民共和国环境保护部. GB15618–2008.土壤环境质量标准[S]. 北京. 中国标准化出版社, 2008.

[18] HAKANSON L. An ecological risk index for aquatic pollution control: a sedimentological approach[J]. Water Research, 1980, 14(8): 975–1001.

[19] 陈静生, 王忠, 刘玉机, 等. 水体金属污染潜在危害应用沉积学方法评价[J].环境科技, 1989, 9(1): 16–25.

[20] 许明祥, 刘国彬, 赵允格, 等. 黄土丘陵区土地利用及环境因子对土壤质量指标变异性的影响[J]. 应用生态学报, 2011, 22(2): 409–417.

[21] 佘运勇, 王晓华, 母清林, 等. 舟山群岛潮间带表层沉积物中重金属污染现状及潜在生态风险评价[J].海洋科学进展, 2012, 30(4): 567–574.

[22] 乔永民, 顾继光, 杨扬, 等. 南澳岛海域表层沉积物重金属分布、富集与污染评价[J]. 海洋环境科学, 2010, 29(1): 77–84.

[23] 吴新民, 李恋卿, 潘根兴, 等. 南京市不同功能城区土壤中重金属Cu、Zn、Pb和Cd的污染特征[J]. 环境科学, 2003, 24(3): 105–111.

[24] 李晓燕, 陈同斌, 雷梅, 等. 不同土地利用方式下北京城区土壤的重金属累积特征[J]. 环境科学学报, 2010, 30 (11): 2285–2293.

[25] 杨红, 王翔, 李奶姜, 等. 上海无居民岛潮间带沉积物重金属污染状况评价[J]. 海洋环境科学, 2011, 30(1): 24–30.

[26] 康玲芬, 李峰瑞, 化伟, 等. 不同土地利用方式对城市土壤质量的影响[J]. 生态科学, 2006, 25(1): 59–63.

[27] 杜锁军, 戴艳, 谢东俊, 等. 土壤Zn污染及其治理措施评述[J].污染防治技术, 2009, 22(3): 87–90.

[28] 杨忠平, 卢文喜, 辛欣, 等. 长春市城区表层土壤重金属污染来源解析[J]. 城市环境与城市生态, 2009, 22(5): 29–34.

The effects of land use on soil/sediment heavy metal pollution and ecological risk assessment at Dongtou Islands, Zhejiang, China

ZHANG Xin, YU Shuquan*, LI Qinglin, ZHANG Chao, LI Linghuan, CHE Jilu
College of Forestry and Biotechnology, Zhejiang A&F University, Zhejiang311300,China

The heavy metals contents in sediments/soils from different land use types were investigated at Dongtou islands, Zhejiang Province, China. The five land use types were port, aquiculture, agriculture, reclamation, and forests. It aims to assess the status of heavy metals pollution due to the regional fast-pace industrialization. The major heavy metals were chromium (Cr), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), copper(Cu), zinic (Zn), arsenic (As), and lead (Pb). The Nemerow index (NI) and Hakanson potential ecological risk index (RI) were adopted to assess the heavy metal pollution status and the risks to biota, respectively. The results indicated that the heavy metal contents in each land use types were higher than the provincial base values (BV), especially the Cr, Mn, and Co over-passedBV100% and Zn over-passedBV84%. The Nemerowindex also indicated that most of the heavy metals under investigation were no threats and at safe level, but the As and Co in aquiculture, As and Pb in reclamation, and Pb and Cr in agriculture were in the warning level, while the Co in reclamation was in light pollution status. TheRIwas significantly lower than the light risk level to biota; theRIvalues were aquiculture ＞reclamation ＞ port ＞ forests ＞agriculture. Among all the heavy metals, Pb and As were highly toxic to environments, which had great threats to biota. In addition, the correlation analysis indicated that the reclamation soils and port sediments had much higher correlation than others. In reclamation soils, As positively correlated with Co and Cu, while Pb positively correlated with Zn. In port sediments, Cu and Co were positively correlated, while the As, Pb and Zn were positively correlated. The Cu and As contents were much higher in port sediments, aquiculture sediments, and reclamation soils. This research clearly indicated that the heavy metals of agriculture and aquiculture were originated from their parent materials, while other land use types might be introduced by anthropogenic activities, such as transportation, sewage discharge from the cities, waste disposals, and car tail gas. Thus, pollution control of human-induced toxic heavy metals in practice should be put on first priority in formulating local, provincial and/or federal level policies and regulations.

heavy metals; Nemerow index; potential ecological risk index (RI)

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.018

X825

A

1008-8873(2016)05-126-10

张鑫, 余树全, 李清林, 等. 洞头列岛土地利用对土壤及沉积物重金属污染的影响及其生态风险评价[J]. 生态科学, 2016, 35(5): 126-135.

ZHANG Xin, YU Shuquan, LI Qinglin, et al. The effects of land use on soil/sediment heavy metal pollution and ecological risk assessment at Dongtou Islands, Zhejiang, China[J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 126-135.

2015-09-09;

2015-10-06

浙江省重点科技创新团队项目(2011R50027)

张鑫(1990—)女, 黑龙江牡丹江人, 浙江农林大学在读硕士, 研究方向为生态规划, 重金属污染, E-mail: 1239889484@qq.com

*通信作者: 余树全, 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为森林生态, 生态规划, E-mail: yushuq@zafu.edu.cn