海南琼中岩-土体系重金属迁移特征及表土环境质量评价

赵红坤，唐世新，付燕刚，兰瑞烜，赵克强，李晓东，马生明*

（1. 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000；2. 中国地质大学(北京)，北京 100083；3. 廊坊市绿源生态环境技术有限公司，河北 廊坊 065000）

地球关键带是二十一世纪地球科学研究的前沿与热点，加强对单要素的研究是地球关键带演化与功能理论框架、耦合内在机制等研究内容的前提［1］。在地球关键带中，最主要的是岩-土体系风化成土过程，在这个过程中发生了物质迁移转化与相互作用，调控了地球表面自然生境，决定了地形地貌，也决定了生态系统的运行和演化。土壤是岩-土体系的重要组成部分，同时也是保障地球生态系统结构和功能的核心［2］。土壤在为人类提供食物和纤维、记录地球和人类演化史、保护生物多样性等方面都发挥了重要作用。然而，随着工业、农业和城市化发展，土壤污染(尤其是土壤重金属污染)已成为目前世界上主要环境问题之一。中国大约19%的农业土壤受到重金属污染［3］。《2022年中国生态环境状况公报》［4］指出，影响农用地土壤环境质量的主要污染物是重金属。因此，查明单要素岩-土体系重金属元素的分布、迁移转化特征及表土环境质量具有重要意义，可为地球关键带研究提供案例和参考。

海南岛区域重金属仍是近年来的研究热点［5-10］。2014年Gong等［5］研究了海口、屯昌和琼海耕地土中Cr、As、Cd和Pb的粒度组分以及浸出性，只有海口市土壤Cr含量(204mg/kg)超过农业保护限值(150mg/kg)，其他样品中Cr、As、Cd和Pb含量均低于允许浓度。Zang等［6］采用单一污染指数法和综合污染指数法以及美国环境保护署推荐的健康风险评估模型方法，对海南岛水稻进行重金属污染及健康风险评价，结果表明，除Pb外，水稻中其他重金属元素平均含量均在标准范围内，污染区域主要分布在海南岛西部和东北部。周江明［7］利用地累积指数综合评价了中国各地区耕地表层土壤重金属的积累情况和主要人为污染源，指出海南等12个省(市、区)是中国耕地污染较严重地区，对照最新《土壤环境质量—农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)，整体上中国耕地土壤重金属污染低于风险值。以往的海南岛土壤重金属评价大多依据旧标准《土壤环境质量标准》(GB 15618—2008)，该标准已于2018年废止，因此，重金属污染环境状况亟需基于新标准进行评价。

海南岛是中国第二大岛屿，自然生态环境优越，为建设国家级生态文明试验区，为打造热带农业科学中心和现代农业基地奠定得天独厚的基础。海南岛四周低平，中间高耸，地貌梯级结构明显［11］。琼中位于海南岛中部，是南渡江、昌化江和万泉河的发源地，其环境质量的优劣不仅事关本地区，还将向三江流域下游辐射，甚至影响到全岛。因此，琼中地区的生态环境质量研究尤为重要。本文研究的重金属元素指在标准状况下单质密度大于5.0g/cm3，且具有明显生物毒性的元素，包括Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg。土壤中重金属含量及其分布既受控于成土母质，又受控于人类活动影响，还可以在土壤-农作物系统中迁移，当含量超过安全阈值时，就可通过食物链对人体健康造成伤害［12］。目前对海南岛重金属研究对象多为表层土壤、砖红壤、农用地土壤、城市土壤、蔬菜、水果以及形态、背景值等［13-16］，而对不同成壤母质岩-土体系的详细研究较少。为了弄清岩-土体系中重金属的迁移和富集特征，本文以岩-土体系物质组成演化为主线，以海南岛琼中为研究区域，以典型的二长花岗岩母质土壤剖面为研究对象，利用电感耦合等离子体质谱/发射光谱法(ICPMS/OES)和原子荧光光谱法(AFS)测定岩石和土壤中8种重金属含量，采用元素质量迁移系数研究重金属的迁移特征，根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)、内梅罗指数法和潜在生态危害指数法对表层土壤进行环境质量评价，以期为改善海南岛生态环境提供科学依据。

1 实验部分

1.1 研究区概况与岩-土体系样品采集

琼中黎族苗族自治县简称琼中，位于海南岛中部，面积2704km2。成壤母质以二叠纪、侏罗纪、白垩纪酸性侵入岩为主，少量变质岩。琼中雨量充沛［17］。参考海南省第二次土壤类型普查结果，结合本次调查，研究区土壤以砖红壤和赤红壤为主，植被以橡胶为主，其次为槟榔，农业产品生产保持平稳增长，主要推广益智以及种桑养蚕，以农林牧渔等行业谋生。

海南琼中岩-土体系样品采样点示意图见图1，样品类型为岩石和土壤。土壤垂向剖面样品采集根据成壤母质分布及土壤发生层发育状况，在区内布设3个精细剖面，分别为QZ-I24、QZ-I46和QZ-I70，成壤母岩均为二长花岗岩，形成时代依次为中二叠世、中三叠世和早白垩世，剖面位置坡度依次为155°、15°、140°，高程依次为361m、191m、193m，土壤类型均为砖红壤，土地利用类型均为其他园地，植被依次为槟榔、橡胶、橡胶，均为自然灌溉，无潜在污染源。土壤垂向剖面深度一般为3～5m，利用机械浅钻进行采样，在每个剖面首先根据土壤发生层分出A层(腐植质层或淋溶层)、B层(淀积层)、C层(母质层)和R层(基岩层)，然后在每个发生层内根据颜色、粒度等发育程度划分亚层，如B1、B2、C1、C2，总体按20cm左右采样间距，连续采集该间距内的土壤柱为剖面样品。共采集土壤剖面样品51件，相应岩石样品3件。表层样品采集依据土地利用类型为基本地质调查单元开展，在每个基本调查单元内采集3个子样品，混合均匀后获得样品1份，保证干重不低于1kg。共采集表层土壤样品7115件。

图1 琼中研究区地质、土壤垂向剖面及表层土壤采样点示意图Fig. 1 Geographic map and soil vertical profile and topsoil sampling sites of the Qiongzhong, Hainan Island.

1.2 样品测试与数据质量监控

采集的样品前处理和测试参照《区域地球化学样品分析方法》(DZ/T 0279—2016)，在华北有色地质勘查局燕郊中心实验室完成。不同重金属元素测试方法不同。岩石和土壤中Cu、Pb、Ni和Cd采用ICP-MS测定，Zn和Cr采用ICP-OES法测定，As和Hg采用AFS法测定，样品分析方法检出限、准确度及相对标准偏差(RSD)见表1。

分析过程质量控制参照《多目标区域地球化学调查规范(1∶250000)》(DZ/T 0258—2014)、《生态地球化学评价样品分析方法和技术要求》(DD 2005—03)和《土地质量地球化学评估样品分析测试技术要求(试行)》(DD2008—06)，采用外部质量控制和内部质量监控相结合的方法控制分析质量，将样品总数 5%的样品进行重复样分析，每 500 件样品中密码插入 12 个 GBW 标准物质进行质量控制，结果表明样品分析测试100%合格。

1.3 数据处理

本研究利用Excel 2021和SPSS 24进行数据统计分析，采用偏度、峰度和Shapiro-Wilk(检验51件垂向剖面土壤)、Kolmogorov-Smirmove(检验7115件表层土壤)对重金属含量进行正态分布检验。采用Origin Pro2022b、Mapgis6.7、Coreldraw2018以及Arcgis10.2绘制相关图件。

2 结果与讨论

2.1 岩-土体系重金属含量与分布特征

岩-土体系重金属垂向分布如图2所示，QZ-I24剖面中，Cu与Pb，Zn与Cr、Ni、As、Hg变化趋势较为一致，Cd表现出单独的变化趋势。QZ-I46剖面中，Zn与Ni变化趋势较为一致，其他元素表现出各自的变化趋势。QZ-I70剖面中，Cu与Pb、Zn变化趋势较为一致，Cr与Ni、As、Hg变化趋势较为一致，Cd表现出单独的变化趋势。整体上，岩-土体系中Cr和Ni、As和Hg含量变化趋势高度一致，Cu、Pb、Zn和Cd含量表现出各自的变化趋势。

图2 琼中岩-土体系重金属元素含量变化Fig. 2 Changes of heavy metal element contents in the rock-soil system of Qiongzhong, Hainan Island. The contents of Cu, Pb, Zn,Cr, Ni, Cd, As and Hg ranged from 1.6 to 9.5, 16 to 49, 29 to 98, 5.8 to 40, 2.4 to 17, 0.02 to 0.08, 0.6 to 12.7 and 0.002 to 0.061mg/kg, respectively. Cu, Pb, Zn, Cr, Ni and Cd were mainly inherited from the parent rocks.

岩-土体系中不同重金属含量随土壤深度变化不一。Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg含量范围分别为1.6～9.5、16～49、29～98、5.8～40、2.4～17、0.02～0.08、0.6～12.7和0.002～0.061mg/kg。岩-土体系中8种重金属含量都有部分超过基岩中的含量，其中Cu、Pb、Zn、Cr、Ni和Cd含量在基岩中最高，暗示它们在垂向剖面主要继承于母岩。土壤由岩石风化而来，其五大形成因素分别为气候、母质、植被(生物)、地形和时间。这3个剖面均采自琼中，气候相似，同时成壤母质一致，不同剖面上元素的变化趋势不同可能与母质的形成时代、植被类型、风化过程中的元素行为、剖面所处不同位置的淋溶强度有关，还可能存在外源的加入等。Wang等［8］利用地理统计和多元分析对海南岛表土和底土中潜在有毒元素进行研究，认为Co、Cr、Cu和Sc主要来自土壤母质，Cd、Hg和Pb主要受外源输入的叠加，As和Zn可能受成土作用和风化作用影响较大。已有研究结果表明，风化过程中主量元素的地球化学行为控制重金属元素的地球化学行为［18］，土壤pH值、有机质和营养元素、氧化还原电位和土壤阳离子交换量等土壤理化性质、土壤微生物与土壤酶活性、重金属之间的交互作用以及作物根际环境等都会对重金属的分布产生影响［19］，如Gong等［5］认为海南的海口、屯昌和琼海耕地土中的重金属分布随粒径减小而增大，不同粒级Cr、Pb和Cd分布受有机碳和铁含量影响明显。海南岛属于中度到强度风化，岩-土体系的风化主要体现在长石矿物的分解，随着高岭石、伊利石和蒙脱石等黏土矿物的生成，QZ-I24剖面的Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As、Hg，QZ-I46和QZ-I70剖面的Zn、Cd、As、Hg相对富集。土壤母质是影响土壤铁含量、黏土含量和土壤pH值的主要因素［20］。土壤理化性质主要对土壤重金属存在的形态产生影响。琼中充沛的降雨使得土壤中可交换态和离子态重金属淋洗释放出来，弱酸性的雨水源源不断地往土壤中输入H+增加对重金属的吸附力，土壤上的可交换态重金属易于解吸，同时碳酸盐态、有机结合态等重金属缓慢释放出来，雨水中SO42-、NH4+、NO3-、Ca2+也会对土壤中重金属的释放产生影响［21］。As和Hg含量在3个土壤剖面中都明显高于基岩，说明As、Hg元素受到人为等外来因素的影响，可能与过去使用含As、Hg的农药或过量施用肥料有关［22］，还有研究者提出土壤Hg异常是与土壤中的辰砂矿物有关［23］。综上所述，不同剖面上元素的变化趋势不同，反映岩-土体系中的重金属含量受到成土母质重金属含量、重金属分布环境、外源输入以及成壤过程中重金属淋溶的迁移与沉淀等多种因素影响［18，24］，并且各种重金属对不同影响因素的响应不同。

2.2 岩-土体系重金属迁移富集特征

迁移系数可以用来表征重金属的迁移能力，其相对于母岩富集或损失的质量分数可通过质量平衡计算得到［25-28］。其原理是利用地球化学开放系统中惰性组分质量守恒，将系统的质量变化转换成惰性组分的浓度变化，进而估算其他元素的迁移情况。该计算需选择惰性元素作为参比元素，其中惰性元素包含Zr、Hf、Nb、Ta、Th、Sc和Ti等。Nesbitt［29］认为Ti是花岗岩风化剖面中最稳定的元素，并且Ti在土壤中稳定性高且人为污染比较小，因此本文选择Ti为参比元素。迁移系数（τ）计算公式为：

式中：Cj，w和Cj，p分别是风化土壤和新鲜母岩中元素j的浓度，Ci，w和Ci，p分别是风化土壤和新鲜母岩中相对最稳定元素i的浓度。迁移系数τi，j<0反映元素j相对于母岩的净损失；τi，j>0反映元素j相对于母岩的净积累或者富集；τi，j=0反映元素j是稳定的和不迁移的。

重金属元素在岩-土体系中的迁移系数分布特征见图3。从基岩到土壤，在3个剖面中不同重金属表现出明显的分异特征，其中Cu、Pb、Zn、Cr、Ni与Cd元素以亏损为主(迁移系数小于0)，表明这些元素发生流失。As元素以富集为主。As和Hg元表现出不同的富集或亏损特征，部分剖面As、Hg元素强烈富集，并且尤其富集在表层。其中QZ-I70剖面中Ni、Cd和As在地表1m范围内富集，QZ-I24和QZ-I46两个剖面中Hg强烈富集(迁移系数高达10～20)。岩-土体系中重金属含量可以直观地判断出其是否有污染，那么表层富集的重金属元素是否有污染，是否有生态风险？亏损的重金属元素就一定无污染、无生态风险？下文对琼中7115件表层土壤样品环境质量进行了评价。

图3 琼中岩-土体系重金属元素迁移系数Fig. 3 Migration coefficients of heavy metal elements in the rock-soil system of Qiongzhong, Hainan Island. Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, and Cd were predominantly deficient, and most of their mass migration coefficients were less than 0. In contrast, As was enriched,and most of its mass migration coefficient was greater than 0. Hg exhibited different enrichment or deficiency characteristics.As and Hg were particularly enriched in the surface layer.

2.3 表层土壤重金属含量特征

相关研究表明酸性条件下，土壤中重金属容易发生迁移［30］。重金属元素含量变异系数越小，表明该重金属元素以自然背景含量为主，变异系数越大说明受人为影响越大。研究区7115件表层土壤样品中8种重金属元素及pH指标统计结果见表2，表层土壤中8种重金属含量变化幅度都很大，pH值在3.98～7.52，平均值为5.4，中位值为5.44，总体呈酸性。表层土壤中8种重金属含量变异系数大小排序为：As＞Cd＞Cr＞Ni＞Cu＞Pb＞Zn=Hg，均为高度变异，表明可能存在由于人为影响而导致表层土壤中重金属分布不均匀。Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg平均含量分别为8.8、31.7、53、36、10.2、0.056、3.7和0.035mg/kg，分别是琼中土壤背景值［31］的1.24、1.04、1.02、1.49、1.62、0.93、3.59和1.17倍，是海南土壤背景值［31］的1.78、1.42、1.51、2.36、2.48、1.12、3.25和1.17倍，除Pb外其余7种重金属平均含量均低于中国土壤背景值［32］。

表2 琼中表层土壤重金属含量统计(n=7115)Table 2 Summary statistical of heavy metal elements contents in the topsoil samples of Qiongzhong, Hainan Island (n=7115).

对照《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)，对7115件表层土壤样品中8种重金属含量按该土壤pH范围以及水田和其他2种农用地类型进行统计。表3结果显示，7115件表层土壤样品中4254件pH小于5.5，2694件pH在5.5～6.5，165件pH在6.5～7.5，2件pH大于7.5。除Hg外，其他7种重金属均存在少量样品含量大于筛选值，分别是Cu(19件，0.27%)、Pb(82件，1.15%)、Zn(3件，0.04%)、Cr(140件，1.97%)、Ni(37件，0.52%)、Cd(23件，0.32%)、As(58件，0.82%)含量超过风险筛选值。所有表层土壤中Pb和Hg含量均低于农用地土壤污染风险管控值，但Cr(5件，0.07%)、Cd(1件，0.01%)和As(3件，0.04%)超过风险管控值，表层土壤中虽然多种重金属含量较高，但整体污染风险低，应对Cr稍加监控。

表3 琼中表层土壤重金属含量土壤污染风险统计结果(n=7115)Table 3 Statistical results of heavy metal element contents and soil pollution risks in the topsoil samples of Qiongzhong,Hainan Island (n=7115).

2.4 表层土壤环境质量评价

2.4.1 表层土壤重金属污染评价

内梅罗综合污染指数(Nemerow pollution index，P)可综合反映出不同污染物在土壤中的污染程度，它由单因子污染指数Pi发展而来，是当前国内外计算综合污染指数常用的方法之一［33］，本研究分别以《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)、琼中土壤重金属元素背景值以及海南岛土壤重金属元素背景值［31］为评价标准。公式为：

式中：Pi为重金属的单因子污染指数；Ci为重金属含量实测值；SI可以为农用地土壤污染风险筛选值，也可以为土壤环境背景值；P为采样点综合污染指数；为采样点重金属污染物单项污染指数平均值；Pimax为采样点重金属污染物单项污染指数的最大值。《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)中规定内梅罗综合污染指数分级标准为：P≤0.7，清洁；0.7＜P≤1.0，警戒线；1.0＜P≤2.0，轻度污染；2.0＜P≤3.0，中度污染；P＞3.0，重度污染。

琼中表层7115件土壤样品重金属元素单因子污染指数以及内梅罗综合污染指数统计结果见表4、表5。以琼中背景值为评价标准时，除As外，其他7种重金属的单因子污染指数的平均值和中位值均小于2，为轻度污染。以海南背景值为评价标准时，Cu、Pb、Zn、Cd、和Hg等5种重金属单因子污染指数的平均值和中位值也小于2，为轻度污染水平，Cr、Ni为中度污染，As为重度污染。综合污染指数均为高度变异，7115件表层土壤样点中出现轻度、中度以及重度污染的情况比较多。但前文已统计7115个表层土壤样点中，实际只有19件Cu、82件Pb、3件Zn、140件Cr、37件Ni、23件Cd、58件As含量超过农用地土壤风险筛选值，只有5件Cr、1件Cd和3件As超过污染风险管控值。因此，选择农用地土壤污染风险筛选值作为内梅罗综合污染指数标准时，8种重金属绝大多数未产生污染。内梅罗综合污染指数介于0.05～36.19，平均值为0.39，其中94.9%土壤采样点均为清洁，3.4%土壤采样点在警戒线范围内，土壤整体为清洁。

表5 琼中表层土壤重金属元素内梅罗综合污染指数统计结果(n=7115)Table 5 Statistical results of Nemerow pollution indices of heavy metal elements in the topsoil samples of Qiongzhong,Hainan Island (n=7115).

2.4.2 表层土壤重金属生态风险评价

潜在生态风险指数(Potential ecological risk index，RI)由Hakanson［34］提出，该方法被广泛应用于评估重金属的污染程度和生态风险，公式为：

由Hakanson公式可知，某样点多种污染物的RI值大小与参评污染物的种类和数量有关，轻微生态风险的RI第一级界限值是假定各个污染物都未发生污染轻微生态风险水体的BPI为5.0时的结果。马建华等2011年首次提出RI值分级调整方案，即单位毒性系数RI值乘以某一具体研究所有参评污染物毒性系数总值，并取十位整数得到第一级界限值；然后将RI第一级界限值乘2得到第二级界限值，余者类推［35］。单位毒性系数RI值为Hakanson的RI第一级界限值(150)除以8种污染物(PCB、Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu和Zn)毒性系数总值133，150/133=1.13。本研究中RI第一级界限值为单位毒性系数RI分级值1.13乘8种重金属的毒性系数总值98或5种重金属的毒性系数总值87，并取十位整数获得，然后余下各级界限值为上一级界限值的2倍，潜在生态风险水平分级划分标准见表6。

表6 潜在生态风险水平分级划分标准Table 6 Classification division standards of potential ecological risks.

表层土壤中重金属潜在生态风险评价结果见表7、图4。以琼中背景值和海南岛背景值为评价标准时，Hg、Cd和As为主要危害元素，以较轻-中度危害为主，其余元素危害程度均较轻，研究区超过90%的采样点呈轻度-中度生态危害。以土壤污染风险筛选值和管控值为评价标准时，7114件土壤样品的生态风险均较低，研究区呈轻度生态危害，1件样品的Cd为很强危害，应核查是否为点源污染。已有研究者认识到不同评价方法会对结果产生一定影响［36］。虽然中国的Hg高值区主要分布在浙江东部、广东中部、福建、湖南和贵州［37］，但花岗岩地区Hg生态风险同样值得关注［36］。研究表明［37］，海南岛农用地Cd和As大量富集是由于施用的化肥农药中约有70%随雨水渗滤到土壤并迁移。有研究者提出［38-39］，生态风险既与含量状况有关，更与其存在形式和存在形式转变、作物根系吸收重金属的机制等有关。

3 结论

岩-土体系重金属的分布特征反映重金属的迁移能力和土壤受污染的程度。在海南岛琼中地区布设3个土壤垂向剖面和7115个表层土壤采样点，利用ICP-MS/OES和AFS分析了Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg共8种重金属元素含量，查明了琼中二长花岗岩岩-土体系重金属的迁移富集特征，多指标定量评价了表层土壤重金属污染情况及生态效应。结果表明，琼中二长花岗岩岩-土体系中不同重金属元素地球化学行为不同，表现出明显的分异特征。7115件表层土壤样品中有极少样品中个别重金属含量超过农用地土壤污染风险筛选值和管控值。以琼中背景值以及海南背景值为评价标准时，单因子污染指数和内梅罗综合污染指数较高，潜在生态危害指数以较轻-中度生态危害为主，8种重金属均呈现不同程度的污染以及生态风险；以农用地土壤污染风险筛选值和管控值为评价标准时，单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和潜在生态危害指数均较低，8种重金属绝大多数未污染，呈轻度生态危害，琼中整体为洁净土壤。不同的评价标准以及评价方法会导致不同的评价结果。以背景值为标准进行评价时可能产生污染较重，无需过度紧张，建议稍加监控；以土壤环境质量土壤污染风险筛选值和管控值为标准评价时，若出现污染应引起重视，加强土壤和农产品协同监测，严重时应采取严格管控措施并及时修复治理。重金属污染评估建议采取多种评价方法以及标准进行综合评估，以得到比较真实、客观、准确的评价结果。

本研究查明了海南岛琼中二长花岗岩岩-土体系重金属的分布特征、迁移特征以及表层土壤环境质量，对正确认识琼中区域地球化学特征具有重要意义，为该地区的农业规划提供建议，进一步为改善海南岛琼中的生态环境提供科学依据、同时为地球关键带中的重金属演化特征研究提供一定参考。本文仅以二长花岗岩母质为例进行探讨，正长花岗岩、玄武岩等其他建造类型岩-土体系重金属的分布特征和迁移特征还有待归纳总结。此外，岩-土体系中重金属的迁移演化机制十分复杂，有待开展深入研究。

BRIEF REPORT

Significance:A large area of intrusive rocks are exposed in Hainan Island, more than 90% of which are monzonitic granite, syenogranite and granodiorite. The study area of Qiongzhong is located in the middle of Hainan Island.Taking the monzonitic granite geological formation as an example, the distribution and migration characteristics of heavy metal elements in the rock-soil system and the environmental quality of the surface soil are identified, which is of great significance for the correct understanding of the geochemical characteristics of Qiongzhong region. It is suggested that a variety of evaluation methods and standards should be used to evaluate the heavy metal element pollution status. In addition, the distribution and migration characteristics of heavy metal elements in the rock-soil system of other geological formation types such as syenite-granite still need to be summarized. The migration and evolution mechanism of heavy metal elements in rock-soil system is very complex and needs to be further studied.

Methods:Three typical adamellite soil profiles and 7115 topsoil samples were collected from Qiongzhong, Hainan Island (Fig.1). The heavy metals Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, Cd, As and Hg in rocks and soils were determined by ICPMS/OES or AFS. An elemental mass migration coefficient was used to study the migration characteristics of heavy metals, and the environmental quality of topsoil were evaluated according to the “Soil Environmental Quality-Risk Control Standard for Soil Contamination of Agricultural Land” (GB 15618—2018), Nemerow index and potential ecological hazard index.

Data and Results:The heavy metal elements in the adamellite rock-soil system exhibited distinct differentiation characteristics, as shown in Fig.2 and Fig.3. The contents of eight heavy metals in the rock-soil system of Qiongzhong, Hainan Island varied with soil depth. The ranges of Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, Cd, As, and Hg were 1.6 to 9.5,16 to 49, 29 to 98, 5.8 to 40, 2.4 to 17, 0.02 to 0.08, 0.6 to 12.7, and 0.002 to 0.061mg/kg, respectively. Cu, Pb, Zn,Cr, Ni, and Cd were predominantly deficient, and most of their mass migration coefficients were less than 0. In contrast, As was enriched, and most of its mass migration coefficient was greater than 0. Hg exhibited different enrichment or deficiency characteristics, and As and Hg were particularly enriched in the surface layer.

The majority of heavy metal element concentrations of topsoil samples in Qiongzhong were lower than the screening values of soil environmental quality standard (GB 15618—2018). The Nemerow index method and potential ecological hazard index method highlighted the need to pay attention to Cr, Ni, and As pollution, as well as the ecological hazards posed by Hg, As, and Cd when the background values of Qiongzhong and Hainan Island were used as evaluation criteria. When soil environmental quality was taken as the evaluation standard, the overall environmental quality of the topsoil was relatively clean, with weak ecological risk. Different evaluation criteria and methods can lead to different evaluation results. It is suggested that a variety of evaluation methods and standards are adopted to carry out comprehensive evaluation in order to obtain more real, objective and accurate evaluation results. Refer to Tables 4, Tables 5, and Tables 7 for detailed data.