Dissolved trace elements in river water: spatial distribution and the influencing factor, a study for the Pearl River Delta Economic Zone, China

Twenty-nine water samples were collected from different river channels of the Pearl River Delta Economic Zone, China. An inductively coupled plasma-mass spectromonitor (ICP-MS) was used to measure concentrations of the trace elements in these samples. The results suggest that the average concentrations of rare earth elements in river water show an increasing trend from the West River, the North River, the rivers of the Pearl River Delta, and the Shenzhen River to the East River. Relatively high concentrations of heavy metals appear in the East River, the rivers of the Pearl River Delta and the Shenzhen River, while the West River and the North River have relatively low heavy metal concentrations. Trace element concentrations in samples collected near urban or industrial areas are much higher than those of samples collected from distant areas, away from urban and industrial areas. After natural conditions, human activities have significant influence on the trace element concentrations in river water. This trace element concentration’s spatial distribution in the river water from the Pearl River Delta Economic Zone is actually an integrated effect of natural conditions and human activity.     

Risk assessment of heavy metals in topsoil along the banks of theYangtze River in Huangshi,China

High concentrations of heavy metal in farmland threatens food production and human health. Our study assesses soil quality and the distribution of Cd, Cr, Cu, Zn, Pb and Ni, to identify possible sources of heavy metals along the banks of the Yangtze River in Huangshi. Heavy metal concentrations of 22 topsoil samples were measured using the inductively coupled plasma mass spectrometry instrument and data was analyzed by multivariate statistic approaches. Heavy metal contamination risk assessment was performed using a combination of the Nemerow multi-factor index method, the Hakanson potential ecological risk index method and the Muller index of geo-accumulation method. These methods determined similar results indicating that cadmium (Cd) poses a health risk to residents at the study site while Cr, Cu, Zn, Pb and Ni do not. The Nemerow multi-factor index method demonstrated that 18 samples were heavily polluted, three moderately polluted and one lightly polluted. The Muller index of geo-accumulation method found ten samples were moderately to strongly polluted by Cd, five were moderately polluted, six were lightly to moderately polluted and one was lightly polluted. The Hakanson potential ecological risk index method proved six samples were strongly polluted, seven were moderately polluted and nine were lightly polluted. Since our sampling sites were all in agricultural lands, we recommend the potential ecological risk index method as the most effective given it not only considers the range of pollutants contributing to soil pollution but factors in heavy metals toxicity. We are apt that the source of the high concentrations of Cd found in topsoil is derived from alluvial sediments upstream of the Yangtze River with a high percentage of residual speciation and a low percentage of exchangeable speciation distribution of Cd. This in turns indicates that a high concentration of Cd in soil had little impact on the natural environment. However, 31.9% of the iron-manganese oxides bound speciation indicating that such levels of Cd in soil would be potentially hazardous to the crops, particularly if exposed to a reductive condition.     

珠江三角洲经济区河水中微量元素的空间分布

在珠江三角洲经济区采集了29个河水样品,利用高分辨率仪器ICP MS测量了河水中微量元素的含量。结果表明,河水中稀土元素的平均含量按西江、北江、珠三角河、深圳河、东江的顺序呈增加趋势;珠三角河及深圳河具有较高重金属含量,西江和北江中重金属含量相对较低,东江居中。经分析发现,珠江三角洲经济区河水中微量元素的空间分布特征是自然条件和人类活动共同作用的结果;自然环境对稀土元素的空间分布起主要作用;人类活动是影响重金属分布特征不可忽视的重要因素。     

某城市规划新区表层土壤重金属潜在生态风险评价

为评价某城市规划新区表层土壤质量,利用网格法采集表层土样1000件,分析8种重金属(Cd、 Cu、 Zn、 Ni、Cr、Pb、Hg、As)元素的含量,并分别运用污染负荷指数(PLI)和潜在生态危害指数(RI)评价研究区表层土壤中重金属的污染程度和危害等级。利用克里金插值法研究土壤PLI和RI的空间分布特征。结果表明:研究区内表层土壤重金属平均值均大于中国土壤背景值,Cd、Cu、Ni较为富集。研究区Cd和Cu元素为重度污染,Cd的生态危害性较强,87.90%的土样为重金属轻微污染,60.83%的土样为中等生态危害。污染较为严重和风险较强的地区主要位于研究区西南部河流两岸,Cu和Cd可能受到了人类活动的影响而偏高。     

土壤重金属地球化学特征及环境评价——以张北县二台镇为例

张家口北部坝上草原地区属于典型的半干旱草原牧区, 近年来受到人为活动影响, 土地荒漠化加剧, 草原生态系统受损严重。本研究依据张北县二台镇土地利用现状边界布设了136个土壤采样点, 测定了土壤21个指标。运用主成分分析法与GIS空间插值(IDW)方法来分析土壤中重金属元素的空间迁移富集与分异机理, 并采用地累积指数法、潜在生态危害指数法对表层土壤9种重金属元素(Cd、Hg、Mn、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni和As)污染程度、生态风险进行评价。结果显示: 研究区9种重金属元素土壤环境质量单指标等级评价以一等、低风险土壤为主。根据因子分析和主成分分析, Hg、Pb受人类活动及成土母质控制, 其余7种元素均受成土母质的控制。地累积指数结果显示, 9种重金属元素除Hg以外地累积指数均小于0, 总体为无污染等级, Hg为中污染等级。潜在生态危害指数结果显示Hg和Cd为潜在危害元素, 其中Hg整体达到很强生态危害程度, Cd达到中等生态危害程度, 其他元素为轻微生态危害程度。重金属综合生态危害指数(RI)表明在研究区七间窑村—哈拉勿素村以西地区为中等生态危害风险区, 其余地区为轻微生态危害风险区。     

承德伊逊河钒钛磁铁矿小流域土壤重金属地球化学基线及生态风险累积效应

以承德市伊逊河红旗钒钛磁铁矿小流域为例,通过参比元素标准化法、垂向剖面似背景值法确定小流域矿集区土壤12种重金属的地球化学基线,并与不同空间尺度流域的重金属地球化学基线进行对比;采用确定的基线值结合地累积指数法、地统计学、生态风险指数法和GIS叠加法对流域土壤重金属潜在生态风险和累积程度进行了评价.结果表明:钒钛磁铁矿...     

中国西南典型地质背景区土壤重金属分布及生态风险特征

中国西南有22.3%的耕地重金属含量超标,区内广泛分布的峨眉山玄武岩和碳酸盐岩被认为是土壤中重金属的主要母质来源。目前,中国西南地区,尤其是峨眉山玄武岩分布区土壤重金属生态风险的研究程度仍有待提升,不同地质背景区(成土母岩)土壤中重金属含量、空间分布与生态风险缺乏对比。本文选择四川省典型地质背景区采集土壤样品,采用原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱/发射光谱等方法测定重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)含量和pH数据,结合地累积指数法和潜在生态风险指数法,研究了重金属元素的含量、空间分布特征和土壤重金属生态风险。结果表明:(1)玄武岩区土壤中Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn的含量高于碳酸盐岩区,也高于四川和全国背景值。各元素含量分别为四川背景值的3.25、1.08、5.08、1.72、1.55、1.63倍和全国背景值的2.60、1.40、6.87、1.47、1.87、1.91倍;(2)As、Cr、Pb的高含量区域与碳酸盐岩分布区对应,Cd、Cu、Hg、Ni、Zn的高含量区域与峨眉山玄武岩的空间分布对应;(3)地累积指数表明玄武岩分布区土壤中Cd、Cu、Ni、Zn污染程度高于碳酸盐岩区;(4)研究区内生态危害程度较高的元素为Cd、Cu和Hg;其在玄武岩分布区"强生态危害"及以上的比例比碳酸盐岩区分别高出22.4%、1.15%和26.0%。本研究揭示:(1)研究区内土壤中重金属元素的含量、分布及生态风险与地质背景密切相关;(2)产生这一规律的原因在于母岩中元素含量的差异、成土过程中元素的地球化学行为及元素次生富集等因素综合作用的结果;(3)研究区土壤酸碱度偏低(pH平均值为5.5),需预防土壤进一步酸化引起的重金属活化风险。     

我国渔港沉积物的重金属污染及潜在生态风险评价

分析了青岛、宁波、舟山、厦门、深圳、珠海、澳门、茂名和三亚共9个渔港（包括综合港口区）表层沉积物中的Cd、Cu、Pb、Zn、Co和Ni等典型重金属元素的含量,探讨了其可能的来源。采用沉积物质量基准法和Hakanson潜在生态风险指数法,评价了各渔港重金属的污染状况和潜在生态风险。结果表明：（1）渔港沉积物中重金属Cu、Zn、Pb和Cd的富集较为严重,位于珠江三角洲的渔港重金属含量显著高于其他渔港,尤其是Cu和Zn,最高含量分别达到1249mg／kg和664mg／kg,而Cd和Pb的污染也不容忽视;（2）珠三角渔港具“高”或“中等”潜在重金属生态风险,其中Cu和Cd具有高的潜在生态风险,其他渔港均属低生态风险,渔港总的潜在生态风险由高至低顺序为：澳门〉深圳〉珠海〉茂名〉三亚〉厦门〉青岛〉宁波〉舟山;（3）渔港沉积物中重金属主要来自工业废水、生活污水、污灌土壤以及大气沉降的污染和渔船防护漆的使用。而船体防护漆中Cu／氧化亚铜的大量使用是渔港中Cu污染的主要来源。     

二道松花江沉积物重金属特征及其潜在生态风险

为了查明第二松花江河源区水体环境状况,通过测定二道松花江及其主要支流沉积物中重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn的质量分数,探讨了沉积物中的重金属浓度特征,并采用潜在生态风险指数法对该河流沉积物中重金属的潜在生态风险进行了评价。结果表明：二道松花江及其主要支流沉积物中重金属元素分布不均匀,As、Cd、Cr、Cu、Hg质量分数平均值分别为4.47×10^-6、0.158×10^-6、35.81×10^-6、10.57×10^-6、0.040×10^-6,总体处于较低水平;沉积物中重金属潜在生态风险总体上处于轻微生态危害程度,但在金银别河处于极强生态危害程度,以Hg的生态风险为主。     

武水河上游区域土壤重金属污染风险及来源分析

生态功能区在涵养水源、保持水土、维系生物多样性等方面具有重要的作用。本文以位于南岭生态功能区的流域——武水流域为研究对象,采集流域上游交通运输用地、采矿用地、工业用地、耕地及林地5种土地利用类型土壤样品,分析7种重金属Cd、As、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量特征,采用内梅罗综合污染指数评价重金属污染的程度,Hakanson潜在生态风险指数法评价土壤重金属潜在生态风险,并应用主成分分析法探究重金属污染的来源。研究结果显示,武水河上游地区土壤重金属Cd、As、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn平均含量分别为1.28、72.44、54.62、0.27、68.32、72.29和158.42mg/kg,均高于土壤背景值,其中采矿用地土壤重金含量除Hg外均高于其他类型土壤。均值状态下土壤中Cd和As单因子污染指数分别为5.07、3.25,其中采矿用地中Cd单因子污染指数可达13.59;土壤重金属综合污染指数表明,采矿用地污染最为严重,其次是工业用地,林地呈安全状态。潜在生态危害指数评价结果显示,采矿用地和工业用地达到了强生态危害,其他类型土壤为轻微生态危害,而采矿用地土壤中Cd达到极强生态危害,As为强生态危害。土壤重金属来源研究结果表明,As、Cd、Cu和Zn来源于矿山开采及工业活动,Ni和Hg主要来源于成土母质,Pb则来源于交通运输。研究认为:武水流域上游区土壤重金属污染情况较为严重,Cd和As是区内主要的风险因子,主要来源于矿山开采以及工业活动。     

潮白河流域土壤重金属生态风险评价方法研究

为了研究潮白河流域某段土壤重金属环境质量现状及潜在生态风险评价,系统采集了42件土壤样品,对其7种重金属(Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd和As)进行了测试分析,利用《土壤环境质量标准》评价土壤重金属污染现状,并参考北京市土壤重金属背景值,采用环境质量指数与环境潜在生态危害指数、内梅罗综合指数法相结合的方法,探讨土壤中7种重金属的累积污染现状及潜在生态风险。研究表明,土壤样品中Cu、Zn、Cr含量超标分别为97.62%、100%、100%;Cu、Zn、Cr含量重度污染等级以上的分别占2.38%、2.38%、4.76%;潜在生态危害指数法评价表明,Cu、Zn、Cr含量处于轻微生态危害等级分别占97.62%、100%、100%,Cu含量2.38%处于强生态危害等级。内梅罗综合指数法评判表明,所有样点均已污染,其中达到轻度污染、中度污染、重度污染的样点分别占28.57%、42.86%、28.57%;而潜在生态危害指数法评价显示土壤样品点中97.62%处于轻微生态风险等级,根据悲观原则可以判断该段流域重金属污染均处于轻度污染以上。     

雄安新区某金属冶炼区土壤重金属污染程度及风险评价

为支撑雄安新区土地资源科学管理,完善中国土壤污染评价体系,文章以雄安新区某废旧金属冶炼区为研究区开展地质调查,采集541件表层土壤样品,测定了土壤中的Cd、Hg、Pb、As、Cu、Zn、Cr、Ni八种重金属元素的含量和pH,采用主成分分析法研究重金属元素的组合及分布特征,通过单因子指数法、内梅罗综合指数法、地质累积指数法、潜在生态风险评价法和人体健康风险评价法对土壤重金属的污染程度及风险进行评价。结果显示：研究区土壤中Cu、Zn、Cd、Pb元素超标主要受冶炼活动影响,As、Hg元素高值异常主要由受唐河污染的地下水灌溉引起;单因子污染指数超标比例大小顺序为Cd>As>Cu>Zn>Pb>Hg>Cr=Ni;内梅罗综合指数评价结果显示54%的样品达到了污染水平;地质累积指数超标比例大小为Cd>Cu>Pb>As>Zn>Hg>Ni>Cr,Cu、Cd、Zn、Pb、As极重污染比例分别为13.5%、10.2%、9.1%、10.9%、17.2%;Cd和Hg是主要的生态危害元素,Cd中等-强生态危害比例为65.2%,Hg中等-强生态危害比例为71.3%;非致癌风险因子主要为As、Cr、Pb,95.2%样品对儿童的非致癌风险超过了1,29件样品中As对儿童的致癌风险超过10^-4,研究区土壤重金属对儿童具有较高的健康风险。     

珠江三角洲经济区土壤碳储量及有机碳时空变化规律研究

土壤碳库是陆地碳库生态系统的主体,在全球碳平衡中具有重要的作用。通过开展珠江三角洲经济区多目标区域地球化学调查,获得了土壤全碳及有机碳数据,采用"单位土壤碳量"方法计算土壤碳储量,显示珠江三角洲经济区土壤有机碳总体分布:表层(0～0.2 m)土壤有机碳为9.71×107 t,碳密度为2271.34 t/km2;中层(0～1.0 m)土壤有机碳为3.71×108 t,碳密度为8666.05 t/km2;深层(0～1.8m)土壤有机碳为5.87×108 t,碳密度为13722.73 t/km2。对比其他地区,珠江三角洲土壤碳密度处于较低水平。分析了土壤、土地利用、地貌类型与成土母质对区域土壤碳库的影响程度,不同土壤单元有机碳储量分布特征。与第二次土壤普查比较,20年期间珠江三角洲表层土壤有机碳总体减少0.22×108 t,损失幅度达19.20%,仅惠州等地区有所增加。不同生态系统土壤有机碳减少程度不同。     

北京市延庆区土壤重金属元素地球化学特征及其来源分析

北京市延庆区是首都生态涵养区,开展土壤重金属分布特征及来源解析研究对保障土地安全利用、防控生态环境风险具有重要意义。采集延庆区2 354件表层土样及44件深层土样,测试分析了重金属元素As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、V、Zn及Sc等含量。采用空间分布分析、多元统计分析与受体模型相结合的方法,阐明了土壤重金属元素分布特征,解析了土壤重金属潜在来源,并计算了不同来源对土壤重金属的相对贡献率。结果表明,表层土壤中V、Cr、Ni、As元素主要来源于成土母质,Cd、Zn、Pb含量高值区集中分布于人口密集区域,人为活动对该3种元素影响较大,而Hg主要受大气干湿沉降的影响。深层土壤中Hg元素在居民区含量较高,而其余元素均未受到人为活动的影响。     

重庆秀山西北部农田土壤重金属生态健康风险评价

为了解矿业活动较多的重庆秀山县西北部农田土壤重金属污染状况,采集了表层土壤样品386件,分析测定As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、Mn等9种重金属元素,采用地累积指数法、潜在生态危害指数法和健康风险评估模型,对该区土壤重金属污染程度、生态风险和健康风险进行评估。结果表明,该区农田土壤9种重金属平均值都高于重庆市土壤背景值,呈现不同程度的积累;Cd、Hg明显超出国家农用地土壤污染风险筛选值,超标率分别为75.2%和44.6%。土壤中Hg污染较严重,处于中污染或重污染状态,Mn、As、Cd总体呈轻污染,其余重金属基本无污染。生态风险评价显示,Hg、Cd为主要生态危害元素,Hg以强、很强和极强风险为主,Cd以中等风险为主。人体健康风险评价显示,儿童更易受到重金属污染威胁,重金属对成人不具有非致癌风险,对儿童具有非致癌风险,As、Cr是主要非致癌因子;成人致癌风险在可接受范围内,个别土壤样对儿童具有致癌风险,As致癌风险最大。     

河北阜平县表层土壤重金属对人体健康的风险评估

河北省阜平县矿产资源丰富,矿产开发会产生大量重金属污染物,近年来大力发展果农业,也会对表层土壤造成一定影响,目前该县表层土壤重金属现状尚不清晰.为评估阜平县农业重点区表层土壤重金属污染特征和对人体健康的影响,本文按照1:5万土地质量调查规范要求,布设标准网格在该县农业重点区采集表层土壤样品647组,采用原子荧光光谱、电...     

内蒙古包头市固阳县某铁矿区周边土壤多元素测定与健康风险评价

矿产的开发利用会向周边土壤释放重金属元素,当人体摄入或接触受污染的土壤则可能会产生健康危害。铁矿是中国分布最为广泛的矿种之一,但前人对铁矿区土壤重金属健康风险的研究较少,尤其是干旱区铁矿。干旱区生态脆弱,修复困难,因此需要更加科学地对土壤加强管理。本文以内蒙古包头市固阳县某铁矿区为研究对象,采集表层土壤101件,采用电感耦合等离子体质谱/发射光谱法和原子荧光光谱法测定了土壤中的重金属含量,研究元素的特征,并利用健康风险评价法评价重金属对人体的健康危害,提出土壤污染筛选值。结果显示：(1)研究区土壤中Cu、Cr、Ni变异系数大于0.5,平均含量明显高于河套平原背景值;(2)Cu的高值区主要分布于尾矿库与选矿厂周边,Cr、Ni的高值区主要分布于基岩山区;(3)健康风险评价结果表明各元素的危害商(HQ)均小于1,由大到小顺序为As>Cr>Ni>Cu>Cd>Zn>Hg,总危害商(HI)的平均值为0.542,有1个点HI大于1,位于矿区南部基岩区,Cr、Ni、As的贡献率分别为59%、25%、15%,总致癌风险指数(CR)均小于10^-4;...     

珠江三角洲经济区农业地质与生态地球化学调查成果综述

2005年中国地质调查局与广东省人民政府联合开展珠江三角洲经济区农业地质与生态地球化学调查项目。通过开展多目标区域地球化学调查、区域生态地球化学评价、局部生态地球化学评价和总体综合评价,系统完成了珠江三角洲经济区47 954 km²(包括10 m水深以浅的近岸海域)的生态地球化学调查与评价。按照双层网格化方法系统采集了陆域土壤、近岸海域和珠江水系主要河流沉积物表层和深层样品,测试了71项元素和指标,建立了珠江三角洲经济区土壤、沉积物地球化学背景值和基准值,全面查明了珠江三角洲经济区土壤环境质量状况。定量计算了镉、铅、汞等主要异常元素经河流、成土过程等自然来源和大气干湿沉降、施肥、灌溉、使用农药等人为来源贡献量,阐明了其迁移转化途径及生态安全性。项目紧密结合本地区特点,在国内首次开展了三角洲形成演化过程地球化学研究、区域辐射环境质量评价、酸雨对土壤质量影响的模拟实验、土壤环境质量地方标准研究与制订等工作。     

Accumulation and ecological effects of soil heavy metals in conventional and organic greenhouse vegetable production systems in Nanjing,China

The spatial variability of soil heavy metals in conventional and organic greenhouse vegetable production (CGVP and OGVP) systems can reveal the influence of different farming activities on their accumulation and plant uptake. This provides important basic data for soil utilization and pollution risk assessment. Based on horizontal and vertical spatial analysis, this paper presents the spatial variability and accumulation of soil heavy metals. The effects on plant uptake and factors influencing heavy metal accumulation are presented using the two typical greenhouse vegetable sites in Nanjing City, China as examples. Results showed that different greenhouse vegetable production systems had their own dominant heavy metal accumulation, specifically, Hg and Pb in CGVP system and Cd in OGVP system. The spatial analysis showed that horizontally, distribution of soil properties and heavy metal concentrations in the two sites showed decreases from specific regions to the periphery for organic matter (OM), Cd, Cu, Hg, Pb, and Zn in CGVP and OM, As, Cd, Cu, Hg, Pb, and Zn in OGVP. Vertically, soil properties and heavy metals mainly vary in the topsoil. The key factor for the accumulation was excess fertilizer input. Variation of soil properties and the accumulation of soil heavy metals significantly influenced heavy metal uptake by plants. However, accumulation risk varied according to different heavy metals and different plant species. Environmental management of these two kinds of production systems should pay more attention to fertilizer application, plant selection, and soil properties.     

珠江三角洲经济区生态地球化学评价

土壤重金属污染是珠江三角洲地区主要的生态环境问题之一,直接影响到区域生态系统的稳定和食品安全。通过开展多目标区域地球化学调查、区域生态地球化学评价、局部生态地球化学评价和总体综合评价,系统完成了珠江三角洲经济区47954 km²(包括10 m水深以浅的近岸海域)的生态地球化学调查与评价。按照双层网格化方法系统采集了陆域土壤、近岸海域和珠江水系的主要河流沉积物表层和深层样品,测试了71项元素和指标,建立了珠江三角洲经济区土壤、沉积物地球化学背景值和基准值,首次对珠江三角洲地区区域地球化学特征进行了系统全面的调查,全面查明了珠江三角洲经济区土壤环境质量状况,区内一级和二级土壤分别占总面积的19.9%和57.3%,三级和三级以上土壤占22.8%。定量计算了镉、铅、汞等主要异常元素经河流、成土过程等自然来源和大气干湿沉降、施肥、灌溉、使用农药等人为来源贡献量,阐明了其迁移转化途径及生态安全性。结合研究区特点,系统开展了三角洲形成演化过程的地球化学研究,并在国内首次制定了符合地区特点的珠江三角洲经济区土壤环境质量地方标准。