全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 10 期摇 摇 2012 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
基于系统动力学的城市住区形态变迁对城市代谢效率的影响 李旋旗,花利忠 (2965)…………………………
居住鄄就业距离对交通碳排放的影响 童抗抗,马克明 (2975)……………………………………………………
经济学视角下的流域生态补偿制度———基于一个污染赔偿的算例 刘摇 涛,吴摇 钢,付摇 晓 (2985)…………
旅游开发对上海滨海湿地植被的影响 刘世栋,高摇 峻 (2992)……………………………………………………
汶川地震对大熊猫主食竹———拐棍竹竹笋生长发育的影响 廖丽欢,徐摇 雨,冉江洪,等 (3001)………………
江西省森林碳蓄积过程及碳源 /汇的时空格局 黄摇 麟,邵全琴,刘纪远 (3010)…………………………………
伊洛河流域草本植物群落物种多样性 陈摇 杰,郭屹立,卢训令,等 (3021)………………………………………
新疆绿洲农田不同连作年限棉花根际土壤微生物群落多样性 顾美英,徐万里,茆摇 军,等 (3031)……………
荒漠柠条锦鸡儿 AM真菌多样性 贺学礼,陈摇 烝,郭辉娟,等 (3041)……………………………………………
彰武松、樟子松光合生产与蒸腾耗水特性 孟摇 鹏,李玉灵,尤国春,等 (3050)…………………………………
中亚热带常绿阔叶林粗木质残体呼吸季节动态及影响因素 刘摇 强,杨智杰,贺旭东,等 (3061)………………
盐土和沙土对新疆常见一年生盐生植物生长和体内矿质组成的影响 张摇 科,田长彦,李春俭 (3069)………
长白山北坡林线灌木草本植物与岳桦的动态关系 王晓东,刘惠清 (3077)………………………………………
不同生态条件对烤烟形态及相关生理指标的影响 颜摇 侃,陈宗瑜 (3087)………………………………………
基于因子分析的苜蓿叶片叶绿素高光谱反演研究 肖艳芳,宫辉力,周德民 (3098)……………………………
三峡库区消落带水淹初期土壤种子库月份动态 王晓荣,程瑞梅,唐万鹏,等 (3107)……………………………
三种利用方式对羊草草原土壤氨氧化细菌群落结构的影响 邹雨坤,张静妮,陈秀蓉,等 (3118)………………
西洋参根残体对自身生长的双重作用 焦晓林,杜摇 静,高微微 (3128)…………………………………………
不同程度南方菟丝子寄生对入侵植物三叶鬼针草生长的影响 张摇 静,闫摇 明,李钧敏 (3136)………………
山东省部分水岸带土壤重金属含量及污染评价 张摇 菊,陈诗越,邓焕广,等 (3144)……………………………
太湖蓝藻死亡腐烂产物对狐尾藻和水质的影响 刘丽贞,秦伯强,朱广伟,等 (3154)……………………………
不同生态恢复阶段无瓣海桑人工林湿地中大型底栖动物群落的演替 唐以杰,方展强,钟燕婷,等 (3160)……
江西鄱阳湖流域中华秋沙鸭越冬期间的集群特征 邵明勤,曾宾宾,尚小龙,等 (3170)…………………………
秦岭森林鼠类对华山松种子捕食及其扩散的影响 常摇 罡,王开锋,王摇 智 (3177)……………………………
内蒙古草原小毛足鼠的活动性、代谢特征和体温的似昼夜节律 王鲁平, 周摇 顺, 孙国强 (3182)……………
温度和紫外辐射胁迫对西藏飞蝗抗氧化系统的影响 李摇 庆,吴摇 蕾,杨摇 刚,等 (3189)………………………
“双季稻鄄鸭冶共生生态系统 C循环 张摇 帆,高旺盛,隋摇 鹏,等 (3198)…………………………………………
水稻籽粒灌浆过程中蛋白质表达特性及其对氮肥运筹的响应 张志兴,陈摇 军,李摇 忠,等 (3209)……………
专论与综述
海水富营养化对海洋细菌影响的研究进展 张瑜斌,章洁香,孙省利 (3225)……………………………………
海洋酸化效应对海水鱼类的综合影响评述 刘洪军,张振东,官曙光,等 (3233)…………………………………
入侵种薇甘菊防治措施及策略评估 李鸣光,鲁尔贝,郭摇 强,等 (3240)…………………………………………
研究简报
渭干河鄄库车河三角洲绿洲土地利用 /覆被时空变化遥感研究
孙摇 倩,塔西甫拉提·特依拜, 张摇 飞,等 (3252)
……………………………………………………
……………………………………………………………
2009 年冬季东海浮游植物群集 郭术津,孙摇 军,戴民汉,等 (3266)……………………………………………
新疆野生多伞阿魏生境土壤理化性质和土壤微生物 付摇 勇,庄摇 丽,王仲科,等 (3279)………………………
塔里木盆地塔里木沙拐枣群落特征 古丽努尔·沙比尔哈孜,潘伯荣, 段士民 (3288)…………………………
矿区生态产业共生系统的稳定性 孙摇 博,王广成 (3296)…………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄05
封面图说: 哈巴雪山和金沙江———“三江并流冶自然景观位于青藏高原南延部分的横断山脉纵谷地区,由怒江、澜沧江、金沙江
及其流域内的山脉组成。 它地处东亚、南亚和青藏高原三大地理区域的交汇处,是世界上罕见的高山地貌及其演化
的代表地区,也是世界上生物物种最丰富的地区之一。 哈巴雪山在金沙江左岸,与玉龙雪山隔江相望。 图片反映的
是金沙江的云南香格里拉段,远处为哈巴雪山。 哈巴雪山主峰海拔 5396 m,而最低江面海拔仅为 1550 m,山脚与山
顶的气温差达 22. 8益,巨大的海拔差异形成了明显的高山垂直性气候。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 10 期
2012 年 5 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 10
May,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(40772209,41072258,40901276);山东省自然科学基金(ZR2010DL007)
收稿日期:2011鄄04鄄06; 摇 摇 修订日期:2011鄄07鄄11
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: chenshiyue@ lcu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201104060443
张菊,陈诗越,邓焕广,吴爱琴,孙卫波,陈影影.山东省部分水岸带土壤重金属含量及污染评价.生态学报,2012,32(10):3144鄄3153.
Zhang J, Chen S Y, Deng H G, Wu A Q, Sun W B, Chen Y Y. Heavy metal concentrations and pollution assessment of riparian soils in Shandong
Province. Acta Ecologica Sinica,2012,32(10):3144鄄3153.
山东省部分水岸带土壤重金属含量及污染评价
张摇 菊1,陈诗越1,*,邓焕广1,2,吴爱琴1,孙卫波1,陈影影1
(1. 聊城大学 环境与规划学院, 聊城摇 252000;2. 华东师范大学资源与环境科学学院,上海摇 200062)
摘要:为了解山东省水岸带土壤重金属的含量特征和污染状况,于 2010 年 9 月—10 月采集了 39 个水岸带土壤样品,分析了土
壤中 Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb和 Hg的含量以及土壤的 pH值、粒度和有机质,采用单因子指数法、综合指数法和潜在生态危害
指数法对水岸带土壤重金属污染进行了评价,并利用相关分析和聚类分析对其来源进行了初步的解析。 结果表明:水岸带土壤
的 pH值为 5. 67—8. 66,主要呈碱性;有机质的平均含量为 9. 39 g / kg,土壤粒度主要以砂粒和粉粒为主,其平均体积百分比分别
为 50. 33%和 38. 48% ,平均粒径为 89. 69 滋m;Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb 和 Hg 的平均含量为 53. 03 mg / kg、10. 33 mg / kg、24. 96
mg / kg、18. 38 mg / kg、56. 13 mg / kg、0. 142 mg / kg、22. 48 mg / kg和 0. 020 mg / kg。 各水岸带土壤重金属的含量均符合《土壤环境
质量标准》(GB15618—1995)二级标准。 以山东省土壤元素背景值为评价标准,水岸带土壤重金属总体表现为轻度污染和轻微
生态风险,其中 Cd和 Hg是主要的污染因子,其对潜在生态危害指数的平均贡献率分别为 46. 8% 和 33. 6% 。 洙赵新河、廖河、
门楼水库和东平湖水岸带土壤重金属污染及潜在生态危害明显高于其他水源地。 源解析的结果表明:水岸带土壤重金属的含
量受自然源和人为源的双重影响,人为源主要包括地表径流、工业废气、垃圾和交通运输等。
关键词:重金属;土壤;污染评价;水岸带;水源地
Heavy metal concentrations and pollution assessment of riparian soils in
Shandong Province
ZHANG Ju1, CHEN Shiyue1,*, DENG Huanguang1, 2, WU Aiqin1, SUN Weibo1, CHEN Yingying1
1 School of Environment and Planning, Liaocheng University, Liaocheng 252059, China
2 College of Resources and Environmental Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China
Abstract: A total of 39 riparian soil samples were collected in 24 rivers, five reservoirs and Dongping Lake in Shandong
province from September to October 2010. Concentrations of heavy metals, such as Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb and Hg,
as well as some basic physiochemical properties, including pH, particle size and organic matter content, were measured.
Using the soil background concentrations of heavy metals in Shandong Province as standards, single factor indices and
comprehensive indices of heavy metals were calculated to assess the degree of heavy metal contamination. The potential
ecological risk index method was applied to evaluate the ecological risk of heavy metal contamination in riparian soil. The
results showed that the riparian soil was mainly alkaline with a pH range of 5. 67—8. 66. The organic matter content was
2郾 60—33. 74 g / kg with an average of 9. 39 g / kg. The riparian soil had coarse granularity with an average particle size of
89. 69 滋m. Silt and sand grains were the main particles in riparian soil with average volume fractions of 50. 33% and
38郾 48% . The average concentrations of Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb and Hg were 53. 03 mg / kg, 10. 33 mg / kg, 24. 96
mg / kg, 18. 38 mg / kg, 56. 13 mg / kg, 0. 142 mg / kg, 22. 48 mg / kg and 0. 020 mg / kg, respectively. Heavy metal
concentrations in the riparian soil samples were all lower than the heavy metal limit values of the class II environmental
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quality standard for soils in China (GB15618—1995). Heavy metal pollution in riparian soil was generally low and posed
low ecological risk. The degree of contamination of the different heavy metals decreased as follows: Cd>Hg>Ni>Zn>Pb>Cr
>Cu>Co and the potential ecological risk were in the order of Cd>Hg>Ni>Pb>Cu>Co>Cr>Zn. Thus, Cd and Hg most
contributed to the ecological risk with average ratios of 46. 8% and 33. 6% . A higher degree of heavy metal pollution was
found in riparian soil from Zhu Zhaoxin River, Liaohe River, Menlou Reservoir and Dongping Lake than riparian soil from
other water source areas. Correlation analysis revealed that heavy metal concentrations were significantly and positively
correlated with each other, and also with organic matter; in contrast, they were negatively correlated with average particle
size. Hierarchical cluster analysis, based on Pearson correlation coefficients, was used to identify the sources of heavy
metals in the riparian soils. The results suggested that the heavy metal concentrations in riparian soils were determined by
both the soil parent materials and external sources related to human activities. Specifically, Cr, Co, Ni and Cu largely
originated from soil parent materials; Zn and Cd were associated with contaminated surface runoff, Hg might be related to
industry and domestic solid waste, and Pb probably derived from vehicle emissions.
Key Words: heavy metal; soil; pollution assessment; riparian zone; water source area
水岸带是水陆生态系统的过渡与缓冲区域,是非常重要的典型生态交错区[1],按水体类型的不同可划分
为河岸带、湖滨带[2]、水库消落带[3]等。 水岸带具有重要的生态、社会、经济和旅游价值,但同时也强烈的受
到人类活动的影响,水岸带生态系统的退化和修复已引起国内外学者的广泛关注和研究[4鄄6]。 研究表明[7鄄8]:
水岸带可通过物理、化学和生物作用滞留阻控多种污染物质,尤其是对地表径流中的 N、P 营养物质具有较好
的截留转化作用,但不能降解的污染物质则将长期滞留于水岸带环境中,对水生态系统造成持久性的影响。
重金属是典型的持久性毒物(PTS),具有生物富集性、持久性、毒性和来源的广泛性等特点。 地表径流以及农
业耕作、垃圾堆放、旅游等人类活动均可向水岸带环境中输入大量重金属,造成水岸带土壤重金属的污染[9]。
水岸带土壤中重金属不仅对水岸带生态系统的生物具有毒性,同时在一定条件下又可进入水体导致“二次污
染冶,因此开展水岸带土壤重金属研究对于水岸带生态系统的保护、恢复和重建具有重要的科学意义和实践
意义。
山东省是北方严重缺水的省份之一,年人均水资源占有量 334 m3,约为全国人均占有量的 1 / 6,世界人均
占有量的 1 / 25[10]。 因此,水源地的生态安全对于山东省社会经济的可持续发展具有重大意义。 同时,南四湖
与东平湖还是我国南水北调东线的重要调蓄湖,其水质及流域生态安全状况将直接影响输水水质安全。 然
而,近年来随着经济社会的快速发展,山东省的河流、湖泊、水库等地表水源正日益受到水质恶化和水源生态
系统破坏等的威胁。 根据本课题组的调查结果发现,水源地河岸生态系统出现不同程度的退化,主要表现在
水岸带垃圾堆积、土壤遭受污染、护岸植被消失、生物多样性降低,生态系统的功能几乎丧失等方面。 土壤重
金属是反映水岸带环境质量变化的重要指标之一[9,11],但目前关于山东省水岸带土壤重金属的研究较
少[12鄄13]。 因此,本文拟对山东省部分水岸带土壤的重金属含量进行分析和评价,以了解水岸带土壤重金属污
染的状况及其来源,为山东省水岸带生态系统的保护和生态重建提供科学依据。
1摇 材料和方法
1. 1摇 样品采集和预处理
样品采集时间为 2010 年 9 月—10 月,样点主要设置在山东省东平湖、水库(5 个)和河流(24 条)的近岸
带(距离水体 0—3 m)(图 1) [9],每一样点均用 GPS进行定位,并记录采样点周围的环境信息。 采样时采用多
点(5—12 点)混合取样法,用有机玻璃铲各取 0—20 cm 表层土壤样品,用四分法组成 1 个混合样品,共采集
样品 39 个。 所有样品均装入聚乙烯密封塑料袋中,放入便携式冷藏箱带回实验室冷冻保存。
土壤样品经自然风干,剔除样品中植物根系,用木棍碾碎并用玛瑙研钵研磨成粉末,取出一部分样品用以
测定 pH值和粒度,剩余部分过 100 目尼龙网筛测定重金属和有机质的含量。
5413摇 10 期 摇 摇 摇 张菊摇 等:山东省部分水岸带土壤重金属含量及污染评价 摇
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图 1摇 采样点示意图
Fig. 1摇 Sketch map showing the sampling sites
东平湖环湖共设有 6 个采样点
1. 2摇 分析方法
样品 pH值的测定采用 pH计法(水土比为 2. 5颐1) [14],粒度采用 LS 13 320 型激光粒度仪测定[15],有机质
的测定采用重铬酸钾鄄外加热法[16]。 样品重金属的测定在中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国
家重点实验室完成。 土壤样品经过密闭微波消解后,用 ICP鄄AES测定重金属 Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd和 Pb的含
量[17],Hg采用直接汞分析仪测定。 在分析过程中均做相应的试剂空白,并采用国家土壤标准物质 GBW
07406(GSS鄄6)进行 3 个平行分析,各重金属元素分析结果最大误差均小于 5% 。 随机抽取了 4 个样品做 5 次
重复试验,各重金属元素的相对标准偏差均可以控制在 10%以内。
1. 3摇 评价方法
以山东省土壤背景值作为土壤重金属的评价标准[18],分别采用单因子指数法、综合指数法和潜在生态危
害指数法对水岸带土壤重金属的污染水平及其潜在生态危害进行评价。 单因子指数法的计算公式
为[19]:P i =C i / Si,P i臆1 表示未污染,1

3 表示重污染。 综合指数
法即内梅罗指数法,计算公式为[19鄄20]:P=[(avg(P i)) 2+(max(P i)) 2] 1 / 2,P臆1 表示未污染,1污染,23 表示重度污染。
潜在生态危害指数法的计算公式为[19,21]: RI =移
n
i = 1
E ir =移
n
i = 1
Tir·C if =移
m
i
Tir·
cin
ci0
,式中,Tir 为单一重金属的
毒性系数,具体为 Zn=1生态危险指数 RI与污染程度的关系如表 1 所示。
1. 4摇 数据分析方法
运用 Excel2003 软件和 SPSS13. 0 软件对数据进行了处理和统计分析,绘图采用 Origin 8. 0 和 CorelDRAW
9 完成。
6413 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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表 1摇 潜在生态危害指数评价标准
Table 1摇 Assessment standard of potential ecological risk index
Eir
单一重金属的生态风险程度
Ecological risk level of single heavy metal RI
生态风险程度
Ecological risk level of the environment
<40 生态危害轻微 <150 生态危害轻微
40—80 生态危害中等 150—300 生态危害中等
80—160 生态危害较高 300—600 生态危害较高
160—320 生态危害高 逸600 生态危害高
逸320 生态危害极高
2摇 结果与讨论
2. 1摇 水岸带土壤的基本理化性质
水岸带土壤的基本理化参数如表 2,土壤 pH值的范围为 5. 67—8. 66,其中,日照水库、米山水库、高陵水
库、门楼水库、沭河和乳山河点位土壤的 pH值小于 7,略显酸性,其他点位土壤均呈碱性。 水岸带土壤的酸碱
度主要是受成土母质和土壤类型的影响[23鄄24]。 有机质的平均含量低于背景值,其中,51. 3%的点位有机质含
量小于 10 g / kg。 从土壤的粒度来看,水岸带土壤主要以粉粒和砂粒为主,5 个点位土壤样品中石砾含量大于
0,其中高陵水库的石砾含量最高,为 10. 90% 。 由平均粒径可见,水岸带土壤的粒径较粗,25. 6%的点位土壤
平均粒径大于 100 滋m。 水岸带土壤粒度和有机质的含量除受到成土母质的影响外,水岸带对地表径流中泥
沙的选择性截留以及汛期水体淹没水岸带冲刷带走土壤中的细颗粒物质并沉淀下泥沙也可能是导致水岸带
土壤粒径较粗和有机质含量偏低的原因[11,25]。 从各理化参数的变异系数来看,水岸带土壤有机质含量和粒
度的空间分布差异较大,反映了土壤质地和物质来源构成的差异性。
表 2摇 水岸带土壤理化参数统计
Table 2摇 Physicochemical characterization of riparian soil samples
统计参数
Statistic
parameter
pH值
pH value
有机质
Organic matter
content
/ (g / kg)
粘粒含量
Clay volume
fraction
(<0. 002mm)
/ %
粉粒含量
Silt volume
fraction
(0.002—0.05mm)
/ %
砂粒含量
Sand volume
fraction
(0. 05—1 mm)
/ %
石砾含量
Gravel volume
fraction
(1—3 mm)
/ %
平均粒径
Average
particle
size
/ 滋m
平均值 Average 7. 84 9. 39 10. 72 50. 33 38. 48 0. 47 89. 69
最小值 Minimum 5. 67 2. 60 3. 51 18. 32 5. 30 0. 00 13. 42
最大值 Maximum 8. 66 33. 74 27. 00 74. 40 77. 60 10. 90 455. 21
标准偏差 Standard deviation 0. 76 6. 08 5. 53 17. 84 21. 80 1. 92 95. 98
变异系数
Coefficient of variance / % 9. 7 64. 7 51. 58 35. 45 56. 66 408. 61 107. 0
偏度系数 Skewness -1. 45 1. 78 0. 88 -0. 60 0. 40 4. 86 2. 16
峰度系数 Kurtosis 1. 34 5. 60 0. 82 -1. 16 -1. 26 24. 96 5. 06
山东省土壤背景值
Soil Background values of
Shandong province
7. 7 11. 6
2. 2摇 水岸带土壤重金属的含量水平
图 2 为水岸带土壤重金属含量的频数分布。 应用 Shapiro鄄Wilk 法对数据进行正态检验,Cr、Co、Ni、Cu 和
Zn的偏度系数近似为 0,属于正态分布,Cd、Pb和 Hg的偏度系数大于 0,数据呈正偏态分布。
表 3 为水岸带土壤重金属含量的参数统计,与土壤环境质量标准(GB15618—1995)一级标准值相比,除
Cd外其他 7 种重金属含量均较好的符合一级标准,而 Cd有 7 个点位超标,超标率为 17. 9% ;与二级标准值相
比,则全部达标。 与山东省土壤背景值相比,Cd 的平均含量约为背景值的 1. 7 倍,Hg 的含量略高于背景值,
而其他 6 种重金属的平均含量均小于背景值。 各水源地 Hg 和 Cd 含量的空间分布差异较大,其最大值分别
7413摇 10 期 摇 摇 摇 张菊摇 等:山东省部分水岸带土壤重金属含量及污染评价 摇
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为背景值的 3. 6 倍和 4. 5 倍。
图 2摇 水岸带土壤重金属含量的频数分布
Fig. 2摇 Histograms of frequency of heavy metal concentrations in riparian soil samples
表 3摇 水岸带土壤重金属浓度参数统计 / (mg / kg)
Table 3摇 Statistic values of heavy metal concentrations in riparian soil samples
统计参数 Statistic parameters Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb Hg
平均值 Average 53. 03 10. 33 24. 96 18. 38 56. 13 0. 142 22. 48 0. 020
最小值 Minimum 6. 42 2. 25 5. 72 3. 94 25. 91 0. 037 14. 74 0. 003
最大值 Maximum 90. 53 17. 50 44. 64 35. 01 107. 60 0. 382 42. 97 0. 069
标准偏差 Standard deviation 17. 16 3. 33 8. 71 7. 19 16. 49 0. 067 5. 52 0. 016
变异系数 Coefficient of variance / % 32. 4 32. 2 34. 9 39. 1 29. 4 47. 5 24. 6 78. 3
偏度系数 Skewness -0. 47 -0. 12 -0. 09 0. 22 0. 65 1. 23 1. 52 1. 51
峰度系数 Kurtosis 0. 98 0. 46 0. 31 0. 39 1. 28 2. 91 3. 78 2. 59
山东省土壤背景值
Soil background values of Shandong Province 66. 0 13. 6 25. 8 24. 0 63. 5 0. 084 25. 8 0. 019
土壤一级标准(GB15618—1995)
National standard鄄Class 玉 90 40 35 100 0. 20 35 0. 15
超标率 Over鄄limit ratio / % 2. 6 5. 1 2. 6 2. 6 17. 9 2. 6 0. 0
2. 3摇 水岸带土壤重金属的污染评价
水岸带土壤各重金属的平均单因子指数表现为:Cd(1. 69)>Hg(1. 06)>Ni(0. 97)> Zn(0. 88)>Pb(0. 87)
>Cr(0. 80)>Cu(0. 77)>Co(0. 76),Cd和 Hg表现为轻污染,其他重金属表现为未污染。 从各重金属单因子指
数的分布情况来看(图 3):Cr、Co、Ni、Cu、Zn 和 Pb 的污染指数均小于 2,主要表现为未污染,其次为轻污染。
其中 Ni未污染和轻污染的比例较为接近。 Hg也主要表现为未污染,其次为轻污染,污染指数大于 2 表现为
中污染和重污染的样品所占比例为 12. 8% 。 与其他重金属不同,Cd 主要表现为轻污染,其次为中污染,未污
染样品仅占 15. 4% ,并且还有 5. 1%表现为重污染。 而从综合指数来看,其范围为 0. 56—3. 53,平均值为
1郾 45,整体表现为轻度污染。 水岸带土壤重金属综合指数值的分布如下:轻度污染 (66. 7% ) >未污染
(20郾 5% )>中度污染(10. 3% )>重度污染(2. 6% )。
水岸带土壤各重金属的潜在生态危害系数的范围为 0. 19—144. 82,因此各重金属的生态危害均在较高
水平以下(E ir<160)。 各重金属的平均潜在生态危害系数表现为:Cd(50. 67) >Hg(42. 40) >Ni(4. 84) >Pb
(4郾 36)>Cu(3. 83)>Co(3. 80)> Cr(1. 61) >Zn(0. 88),Cd 和 Hg 具有中等的生态危害,而其他 6 种重金属的
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生态危害则为轻微。 从各重金属潜在生态危害系数分布情况来看(图 4):Cr、Co、Ni、Cu、Zn和 Pb 的潜在生态
系数的范围为 0. 19—8. 65,均小于 40,表现为较低的生态危害;仅 Cd和 Hg表现出中等以上水平的生态危害,
并且 Cd表现为中等生态危害的比例最高。 8 种重金属的潜在生态危害指数(RI)的范围为 30. 42—309. 61,
平均值为 112. 38,总体表现为轻微的生态危害,其中,Cd和 Hg对潜在生态危害的较大,其平均贡献率分别为
46. 8%和 33. 6% 。 水岸带土壤重金属潜在生态危害指数的分布如下:生态危害轻微(79. 5% )>生态危害中等
(17郾 9% )>生态危害较高(2. 6% )。
图 3摇 水岸带土壤各重金属单因子指数的分布
摇 Fig. 3摇 Percentage of riparian soil samples in varied single factor
index classes
图 4摇 水岸带土壤样品各重金属潜在生态危害指数的分布
摇 Fig. 4 摇 Percentage of riparian soil samples in varied potential
ecological risk index classes
从以上分析可以看出,单因子指数法、综合指数法和潜在生态危害指数法的评价结果具有较好的一致性。
Hg和 Cd的污染程度虽然较轻,但是由于其毒性系数较大,因此表现为中等的生态危害。 Ni虽然总体上表现
为未污染,但其表现为轻污染的比例较高,仅次于 Cd,其污染发展趋势应引起关注。 总的来说,各水岸带土壤
重金属处于轻度污染的水平,生态危害较低。 进一步分析重金属污染评价指数的空间分布特征发现:综合污
染水平表现为中度污染以上(P>2. 0)同时具有中等水平以上潜在生态危害的点位(RI逸150)包括洙赵新河、
廖河、门楼水库和东平湖。 Co、Ni、Cu、Zn、Cd和 Hg含量的极大值均出现在上述点位的样品中,同时还发现洙
赵新河 1 个点位和东平湖 2 个点位中的 8 种重金属含量均超过背景值,其中,洙赵新河的综合污染指数和潜
在生态危害指数均最高,分别为 3. 53 和 309. 61,是所有样点中唯一表现为重污染和较高生态风险的点位。
根据对采样点周围环境的初步调查分析发现,上述点位重金属污染可能与农业面源污染、农村生活污水、生活
垃圾以及水源污染有关。 潮河、马颊河和徒骇河岸带土壤重金属的综合污染虽然轻微,却具有中等的潜在生
态危害,这主要是由于 Hg的潜在生态危害较高(E ir>80)导致的。
2. 4摇 水岸带土壤重金属的判源分析
元素间的相关分析、聚类分析和因子分析等统计学方法被广泛应用于土壤重金属污染的来源解析[26鄄27]。
本研究采用相关分析和聚类分析对水岸带土壤重金属的来源进行初步的分析。 水岸带土壤重金属元素和理
化指标的 Pearson 相关系数如表 4,Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg 之间存在显著的相关性,其中,Cr鄄Ni、Co鄄Ni、Co鄄
Cu、Ni鄄Cu、Cu鄄Zn和 Zn鄄Cd的相关系数均在 0. 90 以上,而 Pb仅与 Cu、Zn和 Cd显著相关。 各重金属均与有机
质极显著相关,说明土壤有机质是重金属重要的载体。 除 Pb和 Hg外,其他重金属均与土壤的平均粒径呈极
显著的负相关。 各重金属与 pH值的相关性较弱,仅 Cd和 Pb与 pH 值分别呈显著正相关和负相关。 从各理
化指标的相关性来看,有机质和 pH值均与平均粒径呈显著负相关。
根据重金属之间的 Pearson相关系数进行聚类分析,结果如图 5 所示:8 种重金属元素可以聚为 4 类:(1)
Cr鄄Ni鄄Co鄄Cu;(2)Zn鄄Cd;(3)Hg;(4)Pb。Cr、Ni、Co、Cu之间存在极显著相关性,说明其具有较好的自然伴生
9413摇 10 期 摇 摇 摇 张菊摇 等:山东省部分水岸带土壤重金属含量及污染评价 摇
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表 4摇 水岸带土壤重金属和理化性质的 Pearson相关系数
Table 4摇 Pearson correlation coefficients of heavy metal concentrations and physiochemical properties in riparian soil samples
元素
Element Co Ni Cu Zn Cd Pb Hg
有机质
Organic
matter
平均粒径
Average
particle size
pH
Cr 0. 88a 0. 96 a 0. 86 a 0. 73 a 0. 70 a 0. 16 0. 39b 0. 56 a -0. 55 a 0. 29
Co 0. 94 a 0. 94 a 0. 82 a 0. 77 a 0. 26 0. 48 a 0. 60 a -0. 61 a 0. 26
Ni 0. 94 a 0. 84 a 0. 80 a 0. 28 0. 43 a 0. 61 a -0. 60 a 0. 28
Cu 0. 93 a 0. 86 a 0. 36 b 0. 56 a 0. 71 a -0. 65 a 0. 32
Zn 0. 91 a 0. 54 a 0. 60 a 0. 79 a -0. 54 a 0. 28
Cd 0. 37 b 0. 66 a 0. 80 a -0. 60 a 0. 34 b
Pb 0. 24 0. 52 a 0. 16 -0. 36 b
Hg 0. 63 a -0. 28 0. 07
有机质
Organic
matter
-0. 36 b 0. 03
平均粒径
Average
particle size
-0. 61 a
摇 摇 a: 99%置信区间显著; b: 95%置信区间显著
图 5摇 水岸带土壤重金属分层聚类树枝图
摇 Fig. 5摇 Hierarchical cluster analysis dendrogram of heavy metals
in riparian soil samples
关系,且其含量均接近背景值,主要表现为未污染,因此
可认为其代表自然来源即土壤母质。 Zn 和 Cd 均是较
易受到人类活动影响的元素,降雨径流、生活污水以及
工业废水中含有大量的 Zn和 Cd[28鄄29],因此水岸带的土
壤极易受到来自于地表径流的“二次污染冶 [9]。 水岸带
土壤样品中 84. 6%的 Cd表现为轻度以上污染水平,Zn
也有 30. 8%表现为轻度污染,因此可认为 Zn鄄Cd 代表
的是地表径流污染。 同时由图 5 可见,(1)和(2)又可
合并为 1 个大类,反映了水岸带土壤重金属的含量同时
受到自然源和地表径流外源性输入的影响。 Hg 的污染
程度和潜在生态危害仅次于 Cd,但并没有与 Cd、Zn 聚
为一类,说明其具有不同的来源。 水岸带土壤中 Hg 含
量具有较大的空间变异性,而 Hg又是一种具有高挥发性的元素[30],其来源可能是水岸带周边工业污染源如
火力发电、水泥制造、燃煤锅炉等排放的废气[31]以及水岸带垃圾的堆积和焚烧。 由于样点均靠近交通干线,
交通流量大,尾气中含有大量的重金属特别是 Pb,可经大气沉降进入土壤[32],因此 Pb 可能主要是代表交通
运输污染源。
2. 5摇 讨论
与萧月芳 1992 年对山东棕壤区(包括烟台、昌潍、青岛、临沂、泰安、枣庄等)土壤重金属的调查结果相比
(表 5),水岸带土壤中 Cd、Pb、Ni、Cu、Zn含量明显较高,其中 Cd 的平均含量为棕壤区土壤的 3. 46 倍,Hg 的
含量则显著低于棕壤区土壤,Cr的含量相差不大。 水岸带土壤中 Ni、Cu、Zn、Pb 与南水北调东线工程山东境
内农田土壤和鲁北小清河流域土壤的含量范围较为一致,Cr 的含量明显高于上述区域,而 Cd 的含量则显著
高于南水北调东线工程山东境内农田土壤值,Hg的含量低于鲁北小清河流域。 由于南水北调东线工程目前
还没有实施引水,因此其土壤重金属的含量可以作为没有受到引水水质影响的“背景值冶。 水岸带土壤重金
属 Cd含量显著高于该“背景值冶,并与鲁北小清河流域土壤 Cd 的含量可比,一定程度上反映了由于河流、湖
泊、水库等水源污染对水岸带土壤造成的“二次污染冶。 而 Hg 的含量与该“背景值冶相当,并显著低于棕壤区
0513 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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土壤 Hg的含量(表 5),这可能与近些年来山东省加大大气污染控制导致 Hg大气沉降减少有关[33]。
表 5摇 水岸带土壤重金属含量与其他研究结果的比较
Table 5摇 Comparison of heavy metal concentrations in riparian soils of different areas
Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb Hg
本研究 平均值 Average 53. 03 10. 33 24. 96 18. 38 56. 13 0. 142 22. 48 0. 020
This research 范围 Range 6. 42—90. 53 2. 25—17. 50 5. 72—44. 64 3. 94—35. 01 25.91—107.60 0. 037—0. 38214. 74—42. 97 0. 003—0. 069
山东棕壤区[24] 平均值 Average 50. 80 16. 60 12. 50 38. 1 0. 041 11. 5 0. 048
Brown earth areas of
Shandong Province 范围 Range 17. 2—102. 9
- 4. 84—33. 0 4. 04—28. 8 15. 1—76. 1 0. 0093—0. 102 4. 00—26. 1 0. 007—0. 11
南水北调东线工程
山东境内[12]
平均值 Average 24. 3 24. 8 18. 8 54. 3 0. 0546 17. 0 0. 020
Field soil in Shandong
Province of eastern line
project of water allocating
from south to north
范围 Range 13. 9—49. 4 15. 6—44. 2 9. 70—46. 0 30. 8—96. 6 0. 0156—0. 129 5. 80—32. 8 0. 007—0. 046
鲁北小清河流域[34] 平均值 Average 13. 1 13. 9 21. 7 58. 5 0. 131 20. 0 0. 0357
Soil in the Xiaoqing River
valley, northern Shandong 范围 Range 51—307 5. 80—24. 0 6. 00—84. 0 19. 0—109 0. 051—0. 307 6. 20—58. 0 0. 0047—0. 700
本研究在一定程度上揭示了山东省部分水岸带土壤重金属污染的状况和来源,但由于受条件限制,在各
水源地的采样点位数量较少,分析的指标尤其是反映土壤基本理化性质的指标还不够全面。
3摇 结论
(1)山东省部分水岸带土壤重金属 Cr、Co、Ni、Cu、Zn和 Pb的平均含量均小于背景值,Hg 略高于背景值,
仅 Cd的平均含量显著高于背景值,约为背景值的 1. 7 倍。 各水岸带土壤重金属的含量均符合土壤环境质量
二级标准。
(2)单因子指数法、综合指数法和潜在生态危害指数法的评价结果表明:水岸带土壤重金属主要表现为
轻度污染,生态危害较低,其中 Cd和 Hg是主要的污染因子和生态危害因子。 从重金属污染的空间分布特征
来看,洙赵新河、廖河、门楼水库和东平湖水岸带土壤重金属的污染程度和潜在生态危害显著高于其他水
源地。
(3)相关分析和聚类分析的结果表明:水岸带土壤重金属含量之间具有显著的相关性,且与土壤的有机
质和粒度密切相关。 水岸带土壤重金属的含量受到自然源(成土母质)和人为源的双重影响,人为源主要包
括地表径流、工业废气、垃圾和交通运输等污染源。
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3513摇 10 期 摇 摇 摇 张菊摇 等:山东省部分水岸带土壤重金属含量及污染评价 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 10 May,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Landscape aesthetic assessment based on experiential paradigm assessment technology LI Xuanqi, HUA Lizhong (2965)……………
Significant impact of job鄄housing distance on carbon emissions from transport: a scenario analysis
TONG Kangkang, MA Keming (2975)
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The watershed eco鄄compensation system from the perspective of economics: the cases of pollution compensation
LIU Tao,WU Gang,FU Xiao (2985)
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The tourism development impact on Shanghai coastal wetland vegetation LIU Shidong, GAO Jun (2992)……………………………
Effects of the Wenchuan Earthquake on shoot growth and development of the umbrella bamboo (Fargesia robusta), one of the
giant panda忆s staple bamboos LIAO Lihuan, XU Yu, RAN Jianghong, et al (3001)……………………………………………
Forest carbon sequestration and carbon sink / source in Jiangxi Province HUANG Lin, SHAO Quanqin, LIU Jiyuan (3010)…………
Species diversity of herbaceous communities in the Yiluo River Basin CHEN Jie , GUO Yili, LU Xunling, et al (3021)……………
Microbial community diversity of rhizosphere soil in continuous cotton cropping system in Xinjiang
GU Meiying, XU Wanli, MAO Jun, et al (3031)
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Diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in the rhizosphere of Caragana korshinskii Kom. in desert zone
HE Xueli, CHEN Zheng, GUO Huijuan, et al (3041)
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Characteristics of photosynthetic productivity and water鄄consumption for transpiration in Pinus densiflora var. zhangwuensis and
Pinus sylvestris var. mongolica MENG Peng,LI Yuling, YOU Guochun,et al (3050)……………………………………………
Seasonal dynamic and influencing factors of coarse woody debris respiration in mid鄄subtropical evergreen broad鄄leaved forest
LIU Qiang, YANG Zhijie, HE Xudong,et al (3061)
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Influence of saline soil and sandy soil on growth and mineral constituents of common annual halophytes in Xinjiang
ZHANG Ke,TIAN Changyan,LI Chunjian (3069)
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Dynamics change of Betula ermanii population related to shrub and grass on treeline of northern slope of Changbai Mountains
WANG Xiaodong, LIU Huiqing (3077)
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Effects of ecological conditions on morphological and physiological characters of tobacco YAN Kan, CHEN Zongyu (3087)…………
A study on the hyperspectral inversion for estimating leaf chlorophyll content of clover based on factor analysis
XIAO Yanfang, GONG Huili, ZHOU Demin (3098)
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Monthly dynamic variation of soil seed bank in water鄄level鄄fluctuating zone of Three Gorges Reservoir at the beginning after
charging water WANG Xiaorong, CHENG Ruimei, TANG Wanpeng, et al (3107)………………………………………………
Effects of three land use patterns on diversity and community structure of soil ammonia鄄oxidizing bacteria in Leymus chinensis
steppe ZOU Yukun, ZHANG Jingni, CHEN Xiurong, et al (3118)………………………………………………………………
Autotoxicity and promoting: dual effects of root litter on American ginseng growth JIAO Xiaolin, DU Jing, GAO Weiwei (3128)……
Effect of differing levels parasitism from native Cuscuta australis on invasive Bidens pilosa growth
ZHANG Jing, YAN Ming, LI Junmin (3136)
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Heavy metal concentrations and pollution assessment of riparian soils in Shandong Province
ZHANG Ju, CHEN Shiyue, DENG Huanguang,et al (3144)
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Effect of decomposition products of cyanobacteria on Myriophyllum spicatum and water quality in Lake Taihu,China
LIU Lizhen, QIN Boqiang, ZHU Guangwei,et al (3154)
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Succession of macrofauna communities in wetlands of Sonneratia apetala artificial mangroves during different ecological restoration
stages TANG Yijie, FANG Zhanqiang, ZHONG Yanting, et al (3160)……………………………………………………………
Group characteristics of Chinese Merganser (Mergus squamatus) during the wintering period in Poyang Lake watershed, Jiangxi
Province SHAO Mingqin, ZENG Binbin, SHANG Xiaolong,et al (3170)…………………………………………………………
Effect of forest rodents on predation and dispersal of Pinus armandii seeds in Qinling Mountains
CHANG Gang, WANG Kaifeng, WANG Zhi (3177)
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Circadian rhythms of activity, metabolic rate and body temperature in desert hamsters (Phodopus roborovskii)
WANG Luping, ZHOU Shun, SUN Guoqiang (3182)
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Effects of temperature stress and ultraviolet radiation stress on antioxidant systems of Locusta migratoria tibetensis Chen
LI Qing,WU Lei,YANG Gang,et al (3189)
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Carbon cycling from rice鄄duck mutual ecosystem during double cropping rice growth season
ZHANG Fan, GAO Wangsheng, SUI Peng,et al (3198)
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Protein expression characteristics and their response to nitrogen application during grain鄄filling stage of rice (Oryza Sativa. L)
ZHANG Zhixing, CHENG Jun, LI Zhong,et al (3209)
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Review and Monograph
Advances in influence of seawater eutrophication on marine bacteria ZHANG Yubin, ZHANG Jiexiang, SUN Xingli (3225)…………
A review of comprehensive effect of ocean acidification on marine fishes
LIU Hongjun,ZHANG Zhendong, GUAN Shuguang,et al (3233)
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Evaluation of the controlling methods and strategies for Mikania micrantha H. B. K.
LI Mingguang, LU Erbei, GUO Qiang,et al (3240)
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Scientific Note
Dynamics of land use / cover changes in the Weigan and Kuqa rivers delta oasis based on Remote Sensing
SUN Qian, TASHPOLAT. Tiyip, ZHANG Fei, et al (3252)
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Phytoplankton assemblages in East China Sea in winter 2009 GUO Shujin, SUN Jun, DAI Minhan, et al (3266)……………………
On the physical chemical and soil microbial properties of soils in the habitat of wild Ferula in Xinjiang
FU Yong,ZHUANG Li,WANG Zhongke,et al (3279)
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The community characteristics of Calligonum roborowskii A. Los in Tarim Basin
Gulnur Sabirhazi,PAN Borong, DAUN Shimin (3288)
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Stability analysis of mine ecological industrial symbiotic system SUN Bo,WANG Guangcheng (3296)…………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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第 32 卷摇 第 10 期摇 (2012 年 5 月)
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Vol郾 32摇 No郾 10 (May, 2012)
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