海南琼中岩-土体系重金属迁移特征及表土环境质量评价.pdf

赵红坤，唐世新，付燕刚，等.海南琼中岩-土体系重金属迁移特征及表土环境质量评价J.岩矿测试，2024，43（1）：137151.DOI:10.15898/j.ykcs.202308040122.ZHAOHongkun，TANGShixin，FUYangang，etal.MigrationCharacteristicsandEnvironmentalQualityAssessmentofHeavyMetalElementsintheRock-SoilSysteminQiongzhong,HainanIslandJ.RockandMineralAnalysis，2024，43（1）：137151.DOI:10.15898/j.ykcs.202308040122.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1,2，唐世新1，付燕刚1，兰瑞烜1,2，赵克强1，李晓东3，马生明1*（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）摘要：地球关键带和土壤重金属污染是当今研究的前沿与热点，岩-土体系是地球关键带的重要组成部分。目前海南岛针对不同成壤母质岩-土体系的详细研究较少，并且重金属亟需基于新标准进行评价。为了查清岩-土体系中重金属元素迁移特征及污染状况，本文以海南岛琼中 3 个土壤垂向剖面及 7115 件表层土壤样品为研究对象，采用电感耦合等离子体质谱/发射光谱法(ICP-MS/OES)和原子荧光光谱法(AFS)等分析方法，测定岩石和土壤中 Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As 和 Hg 共 8 种重金属元素含量，利用土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准、内梅罗指数法和潜在生态危害指数法定量评价了表层土壤样品重金属污染状况及生态风险。结果表明，海南岛琼中二长花岗岩岩-土体系中，不同重金属元素表现出明显的分异特征，Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd 元素以亏损为主，As 元素以富集为主，Hg 元素则表现出不同的富集或亏损特征，As、Hg 元素尤其富集在表层。琼中绝大多数表层土壤中重金属元素含量低于土壤环境质量农用地土壤污染风险筛选值，土壤污染风险低。以琼中和海南岛背景值为评价标准时，应关注 Cr、Ni 和 As 污染以及 Hg、As 和 Cd 的生态危害。以土壤环境质量为评价标准时，研究区表层土壤的环境质量总体清洁，生态风险较弱。关键词：岩-土体系；重金属元素；电感耦合等离子体质谱/发射光谱法(ICP-MS/OES)；原子荧光光谱法(AFS)；质量迁移；环境质量；生态风险评价；海南岛琼中要点：(1)岩-土体系化学组成、元素定量迁移揭示了重金属元素活动性特征。(2)重金属元素的表生迁移特征，为其环境效应评价研究提供了研究基础。(3)多指标、多评价标准显示琼中地区表层土壤环境总体清洁，为当地土地资源绿色开发利用提供了研究案例支持。中图分类号：P69；X53；X825文献标识码：A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收稿日期：20230804；修回日期：20231221；接受日期：20240116基金项目：国家科技基础资源调查专项(2022FY101800)；中国地质调查局地质调查项目(DD20190305，DD20230309)第一作者：赵红坤，博士研究生，主要从事地球化学研究。E-mail：。通信作者：马生明，博士，研究员，主要从事生态地质调查与研究。E-mail：。2024年1月岩矿测试Vol.43,No.1January2024ROCKANDMINERALANALYSIS137151137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(GB156182018)，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(GB156182008)，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(ICP-MS/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(GB156182018)、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 35m，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。第1期岩矿测试http：/2024年1381.2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/T02792016)，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(1250000)(DZ/T02582014)、生态地球 化 学 评 价 样 品 分 析 方 法 和 技 术 要 求(DD200503)和土地质量地球化学评估样品分析测试技术要求(试行)(DD200806)，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 Excel2021 和 SPSS24 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 OriginPro2022b、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图例砂岩类板岩、千枚岩类花岗岩类闪长岩类流纹岩、安山岩类地质界线垂向剖面点表层土壤采样点图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.1GeographicmapandsoilverticalprofileandtopsoilsamplingsitesoftheQiongzhong,HainanIsland.第1期赵红坤，等：海南琼中岩-土体系重金属迁移特征及表土环境质量评价第43卷139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。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 1.69.5、1649、2998、5.840、2.417、0.020.08、0.612.7 和 0.0020.061mg/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，表1样品分析方法及准确度、精密度、检出限Table1Analysis method,accuracy,precision and detectionlimitsofthesamples.样品类型重金属元素分析方法准确度(lgC)RSD(%)检出限(mg/kg)土壤CuICP-MS00.0134.646.551PbICP-MS00.0212.767.091.5ZnICP-OES0.0010.0144.176.222CrICP-OES0.0010.0113.595.053NiICP-MS0.0010.0123.566.851CdICP-MS00.0184.297.920.02AsAFS0.0010.0174.416.590.5HgAFS00.0164.737.330.0005TiICP-OES00.0123.025.0010岩石CuICP-MS00.0112.495.261PbICP-MS0.0010.0164.216.601.5ZnICP-OES00.0173.606.882CrICP-OES0.0020.0172.996.033NiICP-MS0.0010.0093.515.731CdICP-MS0.0010.0113.087.830.02AsAFS00.0133.516.400.5HgAFS0.0010.0114.147.560.0005TiICP-OES0.0010.0154.285.7710.322.203.20土壤剖面深度(m)土壤剖面深度(m)土壤剖面深度(m)4.205.000.72.44.00.48012340123401234012340123401234012340123401234012345012340123450.08012340123450123401234501234012345012340123450123401234501234000 40 800000000.03 0.06120.03 0.065 10 1520 4040 8012048 1200 40 800000000.03 0.0612312.710.50.03 0.065 1020 4040 804800 40 800000000.03120.03 0.065 1020 4040 8048 12123450.912.404.50QZ-I24Cu(mg/kg)pb(mg/kg)Zn(mg/kg)Cr(mg/kg)Ni(mg/kg)Cd(mg/kg)As(mg/kg)Hg(mg/kg)A 层A 层A 层B1 层B2 层B 层B 层C1 层C1 层C2 层C2 层C 层基岩基岩基岩QZ-I46QZ-I70有机质壤土粉砂砂砾岩石碎屑二长花岗岩图2琼中岩-土体系重金属元素含量变化Fig.2Changesofheavymetalelementcontentsintherock-soilsystemofQiongzhong,HainanIsland.ThecontentsofCu,Pb,Zn,Cr,Ni,Cd,AsandHgrangedfrom1.6to9.5,16to49,29to98,5.8to40,2.4to17,0.02to0.08,0.6to12.7and0.002to0.061mg/kg,respectively.Cu,Pb,Zn,Cr,NiandCdweremainlyinheritedfromtheparentrocks.第1期岩矿测试http：/2024年140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。Nesbitt29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（）计算公式为：i，j=Cj，wCj，pCi，pCi，w1（1）Cj，wCj，pCi，wCi，pi，j 0i，j=0式中：和分别是风化土壤和新鲜母岩中元素 j 的浓度，和分别是风化土壤和新鲜母岩中相对最稳定元素 i 的浓度。迁移系数反映元素 j 相对于母岩的净损失；反映元素 j 相对于母岩的净积累或者富集；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1020)。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。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 3.987.52，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：AsCdCrNiCuPbZn=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。对照土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB156182018)，对 7115 件表层土壤样品第1期赵红坤，等：海南琼中岩-土体系重金属迁移特征及表土环境质量评价第43卷141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 5.56.5，165 件 pH 在 6.57.5，2 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。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(Nemerowpollutionindex，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00.81012311.0 0.500.51.0011012310123QZ-I24QZ-I46QZ-I700102001020300.4Ti,CuTi,PbTi,ZnTi,CrTi,NiTi,CdTi,AsTi,Hg00.412深度(m)深度(m)34501234501234501234501234566012345012345012345图3琼中岩-土体系重金属元素迁移系数Fig.3Migrationcoefficientsofheavymetalelementsintherock-soilsystemofQiongzhong,HainanIsland.Cu,Pb,Zn,Cr,Ni,andCdwerepredominantlydeficient,andmostoftheirmassmigrationcoefficientswerelessthan0.Incontrast,Aswasenriched,andmostofitsmassmigrationcoefficientwasgreaterthan0.Hgexhibiteddifferentenrichmentordeficiencycharacteristics.AsandHgwereparticularlyenrichedinthesurfacelayer.表2琼中表层土壤重金属含量统计(n=7115)Table2SummarystatisticalofheavymetalelementscontentsinthetopsoilsamplesofQiongzhong,HainanIsland(n=7115).项目CuPbZnCrNiCdAsHgpH最小值1.02.04.03.91.00.020.50.0023.98中位值6.429.75023.76.940.041.70.0325.4平均值8.831.7533610.20.0563.70.0355.44最大值104463500211048815.26540.3957.52标准差7.416.8255913.00.1913.10.020.45变异系数845348163127329350488琼中背景值317.0930.4952.1924.126.280.061.030.03海南岛背景值314.9522.3435.1115.244.120.051.140.03中国土壤背景值3222.626.074.261.026.90.09711.20.065注：重金属含量单位为 mg/kg，pH 无量纲，变异系数单位为%，“”表示未提供此项数据。第1期岩矿测试http：/2024年142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(GB156182018)、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：Pi=CiSI（2）P=(Pi)2+(Pimax)22（3）Pi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/T1662004)中规定内梅罗综合污染指数分级标准为：P0.7，清洁；0.7P1.0，警戒线；1.0P2.0，轻度污染；2.0P3.0，中度污染；P3.0，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 0.0536.19，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。2.4.2表层土壤重金属生态风险评价潜在生态风险指数(Potentialecologicalriskindex，RI)由 Hakanson34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：RI=ni=1Eir=ni=1(TirCif)=ni=1(TirCisCin)（4）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)Table3Statistical results of heavy metal element contents and soil pollution risks in the topsoil samples of Qiongzhong,HainanIsland(n=7115).重金属元素污染风险指标表层土壤重金属含量超标样品件数合计重金属含量超标样品占样品总数的比例(%)pH5.55.5pH6.56.5pH7.5pH7.5(n=4254)(n=2694)(n=165)(n=2)Cu大于风险筛选值91000190.27大于风险管控值Pb大于风险筛选值73900821.15大于风险管控值000000Zn大于风险筛选值120030.04大于风险管控值Cr大于风险筛选值5882001401.97大于风险管控值050050.07Ni大于风险筛选值162100370.52大于风险管控值Cd大于风险筛选值81410230.32大于风险管控值01010.01As大于风险筛选值451300580.82大于风险管控值300030.04Hg大于风险筛选值000000大于风险管控值000000注：“”表示无此数据。第1期赵红坤，等：海南琼中岩-土体系重金属迁移特征及表土环境质量评价第43卷143CisCinTirEiri式中：为重金属 i 元素含量实测值(mg/kg)，为该元素的评价标准。为重金属 i 元素的毒性响应系数，由污染物 i 的毒性系数与水体敏感性参数的乘积得到35，轻微生态风险水体 BPI 参考标准为 5.0，毒性系数分别为 Hg=40、Cd=30、As=10、Pb=Cu=Ni=5、Zn=1 和 Cr=2，n 为重金属类别数量。为重金属 元素的潜在生态风险系数，RI 为某一点土壤多种重金属综合潜在生态风险指数。本研究分别以琼中土壤背景值、海南岛土壤背景值以及土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB156182018)土壤污染风险筛选值和管控值为评价标准。Cif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(=1)、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 值分级调表4琼中表层土壤重金属元素单因子污染指数统计结果(n=7115)Table4Statistical results of single factor pollution indices of heavy metal elements in the topsoil samples of Qiongzhong,HainanIsland(n=7115).评价标准重金属元素单因子污染指数 Pi污染程度 Pi占比(%)最小值中位值均值最大值标准差变异系数1(未污染)12(轻度污染)23(中度污染)3(重度污染)琼中背景值Cu0.140.911.2414.671.048454.7428.3310.985.95Pb0.070.971.0415.190.555353.6143.52.400.49Zn0.080.951.029.580.494854.1442.263.330.27Cr0.160.981.4987.482.4316350.8127.2411.5810.37Ni0.161.111.6277.712.0712746.028.8712.812.33Cd0.330.700.94253.333.0932970.5724.673.151.61As0.491.663.63634.9512.7235015.9245.1415.0223.92Hg0.0701.0701.16213.1670.5554843.252.143.740.92海南背景值Cu0.201.301.7821.011.498437.0531.316.3715.28Pb0.091.331.4220.730.755320.6368.119.361.9Zn0.111.411.5214.240.724824.3354.1118.13.46Cr0.261.562.37138.453.8516335.1125.0316.1623.7Ni0.241.682.48118.453.1512729.427.5617.4125.63Cd0.390.841.12304.003.7032960.7231.295.512.48As0.441.503.28573.6811.4935022.343.5712.6921.44Hg0.0701.0701.16213.1670.5554843.252.153.740.91筛选值Cu0.010.130.172.080.158599.730.260.010Pb0.020.380.415.140.225598.850.940.070.14Zn0.020.250.272.500.134899.960.030.010Cr0.020.160.2414.070.3916398.031.530.30.14Ni0.010.110.166.970.1912399.480.450.010.06Cd0.070.140.1950.670.6232999.690.240.040.03As0.010.040.0916.350.3334899.20.650.070.08Hg0.0010.0220.0240.2190.01251100000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)Table5Statistical results of Nemerow pollution indices of heavy metal elements in the topsoil samples of Qiongzhong,HainanIsland(n=7115).评价标准综合污染指数 P污染等级占比(%)最小值中位值平均值最大值标准差变异系数清洁警戒线轻度污染中度污染重度污染(P0.7)(0.7P1.0)(1.0P2.0)(2.0P3.0)(P3.0)风险筛选值0.050.330.3936.190.55414294.93.41.30.20.2琼中背景值0.381.923.374539.3692780.56.046.520.326.8海南岛背景值0.362.363.784098.8582340.22.936.524.236.3第1期岩矿测试http：/2024年144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。以土壤污染风险筛表6潜在生态风险水平分级划分标准Table6Classificationdivisionstandardsofpotentialecologicalrisks.参评重金属元素潜在生态风险指标潜在生态风险水平较轻中度强很强极强8 种元素(Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As、Hg)Eir40408080160160320320RI1101102202204404405 种元素(Pb、Cr、Cd、As、Hg)Eir40408080160160320320RI100100200200400400注：“”表示无此数据。表7琼中表层土壤重金属潜在生态危害指数统计(n=7115)Table7Statistics of potential ecological harm indices of heavy metal elements in topsoil samples of Qiongzh