全 文 ：第 18 期
第 50 卷第 18期
2011年 9 月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 50 No.18
Sep．，2011
收稿日期：2011－03－09
基金项目：贵州省科技厅项目（黔科合 SZ 字［2009］3024）
作者简介：李存雄（1957－），男，贵州贵阳人， 教授，硕士，主要研究方向为环境分析化学，（电话）15085975092（电子信箱）dandongwxl＠sohu．com。
贵州省地处云贵高原，由于特定的地理位置和
复杂的地形地貌，使贵州省的气候和生态条件复杂
多样。 土壤重金属污染是全球面临的一个亟待解决
的环境问题，对重金属污染土壤进行治理已经成为
环境科学研究的热点和难点问题。 重金属污染是影
响生态系统的重要污染类型，作物对重金属元素具
有富集作用， 重金属必将会通过食物链进入人体，
进而危害人体健康。 因此，重金属在土壤中的积累
及其对农产品安全性的影响一直备受人们的关
注 ［1］。 试验通过研究黔西北土壤重金属之间的相关
性并进行污染特征分析，旨在为改善土壤生态环境
和保障人类健康提供科学依据。
1 材料与方法
1．1 样品采集
土壤样品分别来自贵州省西北部红托竹荪
（Dictyophora rubrovalvata M．Zang．Ji．et Liu．）种植区
的 9个采样点。 土壤样品采集按照文献［2］的要求，
黔西北红托竹荪种植区土壤重金属含量及
污染特征分析
李存雄，王晓莉，吴 迪，杨江江
（贵州师范大学贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室，贵阳 550001）
摘要：通过研究贵州省西北部红托竹荪（Dictyophora rubrovalvata M．Zang．Ji．et Liu．）种植区土壤中 5 种重
金属元素的含量， 并采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法相结合的方法对土壤进行了污染
特征评价。 结果表明，1 号、2 号采样点土壤的污染较轻，属于尚清洁；其他采样点污染比较严重，属于中
度污染和重度污染。 Cd、Cu 的单因子污染指数偏高，是重金属污染的主要元素之一；Cd、Cu、Hg、As 4 种
元素之间的相关性非常显著，因此这 4 种元素有可能存在相同的重金属污染来源，或者是这 4 种元素之
间存在复合污染。 主成分分析结果表明，土壤重金属污染可能主要来自外源性污染。
关键词：土壤；重金属；污染评价；贵州省
中图分类号：X131．3；X825（273） 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2011）18－3739-04
Research on the Content and Pollution Evaluation of Heavy Metals in
Dictyophora rubrovalvata Growing Areas of Northwestern Guizhou Province
LI Cun－xiong，WANG Xiao－li，WU Di，YANG Jiang－jiang
（Key laboratory of Mountain Environment Information System and Eco－Environment Protection of Guizhou Province，
Guizhou Normal University， Guiyang 550001， China）
Abstract： Five heavy metals in soils cultivating Dictyophora rubrovalvata M． Zang． Ji． et Liu． from Northwestern Guizhou
province were investigated and the pollution assessment was made by evaluation method of single pollution index and integrat-
ed pollution index （Nemero index）． The results showed that the soils No．1 and No．2 was polluted less at pollution level Ⅱ．
The other regions belonged to moderate or heavy pollution level． Cd and Cu were the main elements of heavy metal pollution
as the single－factor pollution index was high． The correlation between the four elements （Cd， Cu， Hg， As） was very signifi-
cant， indicating that these four elements might have the same source of heavy metals contamination or combined pollution．
Principal component analysis showed that the main heavy metal pollution might come from outside factors．
Key words： soil； heavy metal； pollution assessment； Guizhou province
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2011.18.016
湖 北 农 业 科 学 2011 年
在实地选择具有代表性的土壤， 采集深度为 0～20
cm土层，用四分法舍至 1．0 kg 左右，装入塑料袋，贴
上标签，共采集 9 个有代表性的土壤样品，送至实
验室。 土样经室内自然风干后除杂，然后用玛瑙研
磨机研磨至通过 100 目（孔径 0．149 mm）尼龙筛，保
存在密封塑料袋中，备用。
1．2 仪器与试剂
仪器主要有 AA 800 原子吸收光谱仪 （美国
PerkinElmer 公司）、AF－640 原子荧光光谱仪 （北京
瑞利分析仪器公司）、pHS－3C 型精密酸度计 （上海
大普仪器有限公司）、XPM－（Φ100×4）星系四筒研磨
机 （武汉探矿机械厂）。 试剂主要有 HCl、HNO3、
HClO4，均为优级纯，其余试剂皆为分析纯。
1．3 分析方法
根据文献［3］对重金属规定的项目，确定土壤
中的 Pb、Cd、Cu、Hg、As 5种重金属元素的总含量及
土壤 pH 值为本研究的测定项目。 将土壤样品采用
混酸消解，Pb、Cd 元素用石墨炉原子吸收光谱法测
定 ［4］，Cu 元素用火焰原子吸收光谱法测定 ［5］，As 元
素用原子荧光光谱法测定，Hg元素用冷原子原子荧
光光谱法测定［6］。 土壤的 pH用精密酸度计测定，水
和土壤的质量比为 2．5∶1．0［7］。
1．4 评价标准
土壤环境重金属含量污染评价能精确而定量
地反映土壤环境质量的真实状况，可为环境规划和
土壤环境污染综合整治提供科学依据［8］。 依据国家
土壤环境质量标准（GB 15618－1995）［3］中的二级标
准作为本研究土壤评价的标准（表 1）。
1．5 评价方法
研究采用单因子污染指数法［9］和内梅罗综合污
染指数法［10，11］相结合的方法对土壤环境质量进行评
价。 单因子污染指数法能够比较直观地反映土壤环
境中各项重金属污染指标的实际情况，单因子评价
计算公式为：
Pi = Ci / Si （1）
式中，Pi为 i 污染因子的质量分指数；Ci 为 i 污
染因子的实测浓度；Si为 i污染因子的评价标准。 当
Pi＜1，表示土壤未受污染物的污染；Pi＞1，表示土壤受
到污染；Pi越大则土壤受污染程度越重。
综合污染指数的计算公式为：
Ki=（Si-Coi） /Coi （2）
Wi=（1 /Ki） /∑（1 /Ki） （3）
ISQJ=
n
i = 1
∑WiPi （4）
式中，ISQJ为土壤的环境质量总指数；Wi 为 i 污
染因子的权重值，∑Wi=1；Pi为 i 污染因子的质量分
指数；Ki为 i污染因子的环境可容纳量；Coi为 i 污染
因子的背景值。 当土壤环境质量总指数为 ISQJ≤0．5，
则土壤环境等级为一级，定为清洁；0．5＜ISQJ≤1．0，则
土壤环境等级为二级，表示有影响；1．0＜ISQJ≤1．5，则
土壤环境等级为三级， 有轻度污染存在；1．5＜ISQJ≤
2．0， 则土壤环境等级为四级， 达到中度污染；ISQJ＞
2．0，则土壤环境等级为五级，达到重度污染。
内梅罗综合污染指数法能反映出土壤环境中
各项污染指标综合后总的土壤环境质量状况，可以
为环境规划和土壤环境污染综合整治提供科学的
依据［12］。 内梅罗综合污染指数计算公式为：
PN=
P
2
i 均+P
2
i 最大
2姨 （5）
式中，PN是内梅罗污染指数；Pi 均为单项污染指
数平均值；Pi 最大为最大单项污染指数。 综合评价分
级标准见表 2。
1.6 数据分析
对试验所得数据，利用 SPSS 11.0 统计软件包，
进行 5 种重金属元素含量的 Pearson 相关分析，以
确认土壤重金属元素之间的相互关系与污染源头；
并应用主成分分析的方法对 5 种重金属元素含量
和 pH的同源性进行关联比较。
2 结果与分析
2．1 土壤中 5种重金属元素的含量及污染状况
将试验测定得到的黔西北红托竹荪种植区 9
个取样点土壤中总汞（Hg）、总砷（As）、总铅（Pb）、总
表 2 内梅罗综合评价分级标准
等级
一
二
三
四
五
综合污染指数
PN≤0.7
0.7 ＜PN≤1.0
1.0 ＜PN≤2.0
2.0 ＜PN≤3.0
PN＞3.0
污染程度
安全
警戒线
轻度污染
中度污染
重度污染
污染水平
清洁
尚清洁
污染物超出标准视为轻度污染
土壤、作物达中度污染
土壤、作物受污染已相当严重
表 1 国家土壤环境质量标准（GB 15618-1995）
级别
一
二
三
pH
自然背景
﹤6.5
6.5~7.5
﹥7.5
﹥6.5
Pb
≤35
≤250
≤300
≤350
≤500
Cu
≤35
≤50
≤100
≤100
≤400
Cd
≤0.20
≤0.30
≤0.30
≤0.60
≤1.00
Hg
≤0.15
≤0.30
≤0.50
≤1.00
≤1.50
As
≤15
≤40
≤30
≤25
≤40
重金属元素含量//mg/kg
3740
第 18 期
表 3 土壤中重金属元素含量及 pH
样品
1
2
3
4
5
6
7
8
9
平均值
标准差
变异系数//%
Pb//mg/kg
1.735
9.215
5.416
9.743
4.449
8.973
0.676
8.812
5.368
6.043
3.368
55.7
Cd//mg/kg
0.156
0.104
1.166
0.969
1.493
1.151
1.098
1.014
1.357
0.945
0.490
51.9
Cu//mg/kg
62.760
49.710
166.000
170.900
171.300
168.400
158.900
163.400
152.200
140.400
48.200
34.3
Hg//mg/kg
0.196
0.157
0.342
0.285
0.285
0.242
0.200
0.257
0.281
0.228
0.101
44.3
As//mg/kg
7.056
6.995
24.240
25.460
24.960
23.990
21.900
21.430
18.430
19.380
7.328
37.9
pH
4.67
4.81
5.21
5.30
5.31
5.22
6.36
5.81
5.93
5.40
0.54
10.0
表 4 土壤环境质量指数及重金属污染评价
样品
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Pb
0.007
0.037
0.022
0.390
0.018
0.036
0.003
0.035
0.021
Cd
0.520
0.347
3.887
3.230
4.977
3.837
3.660
3.380
4.523
Cu
1.255
0.994
3.320
3.418
3.426
3.368
3.178
3.268
3.044
Hg
0.653
0.523
1.140
0.950
0.950
0.807
0.667
0.857
0.937
As
0.176
0.175
0.606
0.636
0.624
0.600
0.548
0.536
0.461
内梅罗综合污染指数 PN
0.96
0.76
3.03
2.71
3.79
2.97
2.83
2.65
3.44
污染程度
尚清洁
尚清洁
重度污染
中度污染
重度污染
中度污染
中度污染
中度污染
重度污染
污染等级
二
二
五
四
五
四
四
四
五
单因子污染指数 Pi
表 5 重金属元素含量的相关性分析
重金属元素
Pb
Cd
Cu
Hg
As
Pb
1.000
-0.038
0.102
0.128
0.155
Cd
1.000
0.931**
0.738*
0.888**
Cu
1.000
0.750*
0.982**
Hg
1.000
0.745*
As
1.000
注：** 表示在 P＜0．01 水平上的差异显著性；* 表示在 P＜0．05 水
平上的差异显著性。
镉（Cd）、总铜（Cu）5 种重金属元素含量原始数据的
的平均值及 pH 列于表 3， 并利用 Excel 2003 和
SPSS 11．0 软件对数据进行处理， 结果也列入表 3。
由表 3 可知，黔西北红托竹荪种植区土壤中重金属
元素的含量差异不太大， 变异系数在 34．3％～55．7％
之间。 1 号、2 号采样点重金属元素的含量大部分
（除铅外） 比其他采样点的含量低，5 种重金属元素
含量的高低顺序为 Cu＞As＞Pb＞Cd＞Hg。 土壤的 pH
在 4．67～6．36 之间，均小于 6．50；1 号、2 号采样点的
pH比其他采样点的小，表明其酸性更强一些。
依据国家土壤环境质量标准（GB15618－1995）
中的二级标准作为本研究的土壤评价标准，则黔西
北红托竹荪种植区土壤中重金属元素的含量为背
景值水平［13］（Pb为 35．20 mg ／ kg；Cd为 0．21 mg ／ kg；Cu
为 32．00 mg ／ kg；Hg 为 0．11 mg ／ kg；As 为 20．00 mg ／
kg），由此利用单因子污染指数法和内梅罗综合污染
指数法相结合的方法，对黔西北红托竹荪种植区土
壤重金属污染水平和污染等级进行评价的结果见
表 4，从表 4 可以看出，1 号、2 号采样点的土壤比其
他采样点土壤的污染程度轻， 综合污染指数小于
1．0，为尚清洁，属于二级污染。其他采样点的重金属
污染比较严重，为中度污染和重度污染，属于四级
和五级污染。 这提示我们要采取相应的措施进行治
理与修复。
2．2 土壤重金属元素间的相关性分析
黔西北红托竹荪种植区的所有土壤样品的 5
种重金属元素含量 Pearson 相关分析结果（表 5）表
明，重金属元素含量的相关性除 Cd 与 Pb 之间存在
负相关之外， 其他相关性均为正相关， 其中 Cu 与
Cd、As 与 Cd、As 与 Cu 之间的相关系数分别为
0．931、0．888、0．982，呈现出极显著差异水平。说明这
3 种元素可能存在相同的来源或元素之间存在复合
污染。 Hg 与 Cd、Hg 与 Cu、Hg 与 As 之间的相关系
数分别在 0．7左右，呈现出比较好的正相关。说明这
4 种元素有可能存在相同的来源或元素之间存在复
合污染。 造成这种现象的原因可能和这个地区的人
类活动有关，并且此地也有矿产资源的开发以及大
型的重工业企业，这些都和土壤重金属的污染有密
不可分的联系。
2．3 土壤重金属的主成分分析
黔西北红托竹荪种植区所有土壤样品的 5 种
重金属元素含量和 pH 主成分分析结果表明， 前 2
个主成分包含了原有全部信息的 85．16％，即前两个
因子已经基本保留了原来 5 种重金属元素和 pH 的
相关信息，涵盖了分析数据中的大部分信息，所以
确定主成分的个数为 2个。 由旋转后的正交因子载
李存雄等：黔西北红托竹荪种植区土壤重金属含量及污染特征分析 3741
湖 北 农 业 科 学 2011 年
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荷矩阵结果（表 6）可知，第一主成分中 Cd、Cu、As
的载荷指标很高， 因子载荷值分别为 0．962、0．988、
0．960，说明 Cd、Cu、As 这 3 种重金属元素的同源性
很好；而 pH 的载荷值不是很高，说明重金属元素与
土壤 pH有一定的相关性，但不是很大。第二主成分
中高载荷的指标只有 Pb， 因子载荷值为 0．888；而
pH 呈现负的载荷值， 重金属元素与 pH 没有关联，
体现了重金属元素与土壤的自然本质关系不大，而
与外源污染因素关系密切。
3 小结
研究结果表明，黔西北红托竹荪种植区的土壤
中，Pb、Cd、Cu、Hg、As 5 种重金属元素含量水平差
异不太大， 变异系数在 34．3％～55．7％之间。 就变异
系数而言，Pb的差异最大，Cu的差异最小。5种重金
属元素含量的高低顺序为 Cu＞As＞Pb＞Cd＞Hg。
以国家土壤环境质量标准（GB 15618－1995）为
评价标准进行分析，结果红托竹荪种植区土壤重金
属的单因子污染指数和内梅罗综合污染指数都很
高，只有 1 号、2 号采样点的土壤为尚清洁，属于二
级污染， 其他采样点的土壤重金属污染比较严重。
其中 Cd、Cu 的单因子污染指数偏高，是污染土壤的
主要重金属元素之一。
由重金属元素含量的相关性分析结果可以看
出，Cd、Cu、Hg、As 这 4 种重金属元素之间存在非常
显著的正相关关系，因此推测这 4 种重金属元素有
可能存在相同的来源，或者是这 4 种重金属元素之
间存在复合污染。 因此，由于污染的复杂性，想要准
确地判定污染来源是有一定难度的。 我们的分析结
果认为，贵州省西北部红托竹荪种植区的土壤重金
属污染可能主要由外源污染因素引起。
参考文献：
［1］ 马 光，贺旭峰，胡 斌，等． 焦作博爱农场与中马村矿土壤及
玉米重金属污染分析［J］． 农业环境科学学报，2007，26（1）：43－
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境科学出版社，1990．
（责任编辑 王 珞）
表 6 方差最大旋转后的正交因子载荷矩阵
指标
Pb
Cd
Cu
Hg
As
pH
1
0.053
0.962
0.988
0.797
0.960
0.637
2
0.888
-0.088
0.040
0.306
0.128
-0.578
主成分因子
品种来源：恩施州农业科学院用“N68”作母本，“F79”作
父本配组育成的杂交玉米品种。2011 年通过湖北省农作物品
种审定委员会审定， 品种审定编号为鄂审玉 2011002。
品质产量：2008～2009 年参加湖北省二高山组玉米品种
区域试验， 品质经农业部谷物品质监督检验测试中心测定，
容重 784 g ／ L，粗淀粉（干基）含量 74．4％，粗蛋白（干基）含量
9．05％，粗脂肪（干基）含量 3．49％，赖氨酸（干基）含量 0．28％。
两年区域试验平均公顷产 10 266．60 kg，比对照鄂玉 10 号增
产 7．57％。 其中 ：2008 年公顷产 9 992．10 kg， 比对照增产
5．47％；2009 年公顷产 10 541．10 kg，比对照增产 9．65％。
特征特性：株型半紧凑。幼苗叶鞘浅紫色，成株叶片数 20
片左右。 雄穗分枝数 10 个左右，花药、颖壳紫色，花丝浅绿
色。 苞叶适中，果穗筒型，穗轴白色，子粒黄色，马齿型。 区域
试验平均株高 306 cm，穗位高 128 cm，穗长 19．8 cm，穗粗 5．3
cm，秃尖长 1．8 cm，穗行数 17．1，行粒数 38．7，千粒重 323．3 g，
干穗出子率 86．9％。生育期 134 d。田间大斑病 1．0 级，小斑病
1．7 级，茎腐病病株率 5．3％，锈病 1．2 级，穗腐病 1．3 级，纹枯
病病指 20．2。 田间倒伏（折）率 16．2％。
栽培要点：①适时播种，合理密植。4 月上中旬播种，单作
每公顷种植密度 45 000～49 500 株。 ②配方施肥。 掌握前控、
后促的施肥原则，施足底肥，轻施苗肥，重施穗肥。 ③加强田
间管理。注意蹲苗，搞好中耕除草，培土壅蔸，抗旱排涝。④注
意防治茎腐病、纹枯病、穗腐病和地老虎、玉米螟等病虫害。
适宜范围：适于湖北省二高山地区作春玉米种植。
玉米——恩单 803
3742