全 文 ：中国生态农业学报　2008 年 11 月　第 16 卷　第 6 期
Chinese Journal of Eco唱Agriculture，Nov．2008，16（6）：1517唱1522 　　
DOI： 10．3724／SP．J．1011．2008．01517
　 倡倡
辽宁省污灌区土壤重金属污染特征与生态风险评价倡 倡
李名升１，２　佟连军１倡倡
（１．中国科学院东北地理与农业生态研究所　长春　１３００１２； ２．中国科学院研究生院　北京　１０００４９）
摘　要　针对当前污灌区土壤污染研究中存在的问题，提出了一种模糊识别模型评价土壤综合环境质量，并
对潜在生态风险指数法进行改进，用以计量重金属潜在生态风险。 采用建立的方法对辽宁省污灌区土壤环境
质量和重金属潜在生态风险进行了评价，结果显示：Ｃｄ是辽宁省污灌区首要重金属污染物，而 Ｈｇ、Ｐｂ、Ｎｉ污染
较为普遍；重金属的来源主要是灌溉污水和农田施肥；以工业废水为灌溉用水的灌区污染情况比以河水为灌
溉用水的灌区污染严重；污灌区重金属元素污染程度大小依次为：Ｃｄ ＞Ｐｂ ＞Ｎｉ ＞Ｈｇ ＞Ｃｕ ＞Ｃｒ ＞Ａｓ，而重金属
潜在生态风险从大到小则依次为：Ｃｄ ＞Ｈｇ ＞Ｐｂ ＞Ｃｕ ＞Ｎｉ ＞Ａｓ ＞Ｃｒ。 总体来看，辽宁省污灌区存在一定程度的
重金属污染，且具有较为明显的复合型污染特点，其潜在生态风险超出警戒水平，各灌区应根据各自污染特点
和风险等级制定相应的污染防治对策。
关键词　辽宁省　污灌区　模糊识别模型　潜在生态风险　土壤重金属污染　毒性系数
中图分类号：Ｘ８２０．４　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７１－３９９０（２００８）０６－１５１７－０６
Specificity and ecological risk of heavy metal pollution in
Liaoning sewage irrigation district
ＬＩ Ｍｉｎｇ唱Ｓｈｅｎｇ１，２， ＴＯＮＧ Ｌｉａｎ唱Ｊｕｎ１
（１．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２， Ｃｈｉｎａ；
２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９， Ｃｈｉｎａ）
Abstract　Ｔｏ ａｄｄｒｅｓｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ， ｆｕｚｚｙ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｓｏｉｌ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ．Ｔｈｅ ｓｏｉｌ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｑｕａｌｉｔｙ， ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｗｅｒｅ
ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｍｏｄｅｌ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｉｎ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｃｔｓ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
ｉｓ Ｃｄ， ｗｈｅｒｅａｓ Ｈｇ， Ｐｂ ａｎｄ Ｎｉ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅ ｐｅｒｖａｓｉｖｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｉ唱
ｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆａｒｍｌａｎｄ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｓｏｉｌｓ．Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｉｎ ｔｈｅ
ｒｅｇｉｏｎｓ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｒｅｇｉｏｎｓ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｒｉｖｅｒ ｗａｔｅｒ．Ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ
ｉｓ： Ｃｄ ＞Ｐｂ ＞Ｎｉ ＞Ｈｇ ＞Ｃｕ ＞Ｃｒ ＞Ａｓ； ａｎｄ ｔｈａｔ ｆｏｒ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｓ： Ｃｄ ＞Ｈｇ ＞Ｐｂ ＞Ｃｕ ＞Ｎｉ ＞Ａｓ ＞
Ｃｒ．Ｏｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ， ｔｈｅ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｉｓ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ａｓ ａ ｃｏｍｐｌｅｘ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｉｔｕａ唱
ｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｓ ｓｏｍｅｈｏｗ ｍｏｄｅｒａｔｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ， ｓｏｉｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｔａｋｅ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ｏｆ
ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｉｓｋ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ．
Key words　Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｆｕｚｚｙ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ， Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ， Ｓｏｉｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ
ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ， Ｔｏｘｉｃｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｊａｎ．２０， ２００８； ａｃｃｅｐｔｅｄ Ａｐｒｉｌ １０， ２００８）
　　辽宁省是我国重要的农业大省和缺水省份，作
为解决农业缺水问题的有效方法，污水灌溉在辽宁
省有较长历史。 长时间的污水灌溉致使一些重金
属富集于污灌土壤中，通过食物链进入人体，对人
类健康构成威胁。 因此，土壤重金属尤其是污灌区
土壤重金属［ １ －３］ 污染已引起国内外学者的广泛
关注。
从国内外对土壤重金属污染的研究来看，限于
倡 国家自然科学基金项目（４０５７１０４１）和国家自然科学基金重点项目（４０６３５０３０）资助
通讯作者， Ｅ唱ｍａｉｌ： ｔｏｎｇｌｊ＠ｎｅｉｇａｅ．ａｃ．ｃｎ
李名升（１９８１ ～） ，男，汉族，博士生，主要从事经济环境协调发展和环境质量评价等研究。 Ｅ唱ｍａｉｌ： ｌｍｓｘｓｍｌ＠ｎｅｉｇａｅ．ａｃ．ｃｎ
收稿日期：２００８－０１－２０ 　 接受日期：２００８－０４－１０
中国生态农业学报 2008 第 16卷
人力、财力，大多数研究是基于采样点的点过程研
究 ［１ －４］ ，即从微观的界面迁移转化过程切入，直接
从宏观角度利用空间采样研究较大尺度重金属污
染的面过程很少，缺乏宏观上对污灌区污染情况的
总体把握和对比；从研究方法来看，内梅洛指数是
为数不多的土壤环境质量评价方法 ［５，６］ ，它考虑了
最大污染元素对土壤环境质量的影响，但在各元素
对土壤、动植物的毒性方面有欠考虑；而生态风险
指数作为定量评价重金属危害的方法 ［７，８］ ，在土壤
尤其是污灌区土壤的应用较少，且从研究案例来
看，大多采用 Ｈａｋａｎｓｏｎ 所确定的基于重金属浓度的
毒性系数，同样没有考虑重金属对生物体的毒性。
基于以上考虑，本文引入模糊识别模型定量评
价辽宁省主要污灌区土壤环境质量，应用潜在生态
风险指数法评价重金属的危害。 并按照 Ｈａｋａｎｓｏｎ
的思路［８ ］ ，吸收利用毒性试验研究成果，重新确定
各重金属的毒性系数，作为模糊识别模型和潜在生
态风险评价中重金属的权重。
1　研究方法
1．1　模糊识别模型
1．1．1　基本原理
土壤环境质量是由多个指标表征的，当这些评
价指标均未对周围环境造成影响时可以认为污染
较轻，环境质量属于优级，反之则属于劣级。 如果
在优级和劣级之间划分为若干级别，那么土壤环境
质量的实际情况往往是有些属于优级，有些属于劣
级，而大多数指标处于优级与劣级之间。 此时土壤
环境质量级别的归属就存在模糊性。 为了定量描
述土壤污染归属评价级别的模糊属性，获取全面、
客观的评价结果，本文引入工程模糊集理论中的级
别特征值概念。
若将土壤污染级别分为 １、２、…、c级，并以变量
h 表示，待评价地区土壤污染对级别 １、２、…、c 的相
对隶属度分别为 μ１ （ i）、μ２ （ i）、…、μc （ i），而某级别
的相对隶属度可以看作是该级别的权重，则有：
L（ i） ＝钞ch ＝１ μh（ i）· h （１）
式中，L（ i）为待评价地区土壤污染物的级别特征
值，表示该地区土壤污染归属评价级别的整体
特征。
1．1．2　模型构建
设待评价的 n个地块 m个评价指标（x ij）的特征
值矩阵为：X ＝（x ij） m ×n，污染级别分 c 个等级进行评
价，m个指标 c个级别的标准（y ij）特征值矩阵为：Y ＝
（y i j） m ×c。 这样，土壤污染评价指标的特征值对土壤
污染 １ 级的相对隶属度（rij）可按线性内插法确定：
r i j ＝X ij －y j１ ／y jc －y j１ （２）
　　由上式可对矩阵 X 规格化为指标隶属度模糊
矩阵：R ＝（ r ij） m ×n，同理，按上述方法可将矩阵 Y 规
格化为标准值隶属度模糊矩阵：S ＝（ s ij ） m ×n。 设各
评价指标的权向量为：W ＝（ω１，ω２ ，…，ωn ），由工程
模糊集理论［ ９］ ，可得土壤污染对评价级别 h 的相对
隶属度表达式：
uhj ＝ 钞b jk ＝a j 钞
m
i ＝１
ωi（ r ij －s ih） q
钞mi ＝１ ωi（ r ij －s ik） q
２ ／q －１
（３）
式中，q 为距离参数，q ＝１ 为海明距离，q ＝２ 为欧氏
距离；a j、b j 分别为根据 r i j和 s ih相比较求出的最低和
最高等级。 由上式可求出样本对各级别的最优相
对隶属度矩阵：U ＝（uhj） c ×n。 由于最大隶属原则的
不适应性，采用相对级别特征值识别方法：
R ＝（１，２，…，n）· U ＝（ r１ ，r２ ， …，rn） （４）
式中，r j 为某地块土壤污染的最终评价结果，１≤r j≤
c，且 r j 越接近于 １ 污染越轻。
本文选取对土壤污染有重要影响的 Ｃｕ、Ｐｂ、Ｎｉ、
Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｒ等 ６ 种重金属及 Ａｓ进行评价。 各元素的
权重根据其毒性系数（详见 １．２ 节）进行归一化得
到表 １。
根据枟土壤环境质量标准枠，将土壤污染级别分
为 ３ 级。 辽宁省各污灌区土壤 ｐＨ 多处于 ６．５ ～７．５
之间，故 ２ 级标准限值取 ｐＨ 为 ６．５ ～７．５ 时各重金
属的值。 污染级别标准集矩阵如下：
Y ＝（y i ×h） m ×c ＝
３０　　１００　　４００
３５　　３００　　５００
４０　　５０　 ２００
０．２　　０．３　　１
１５　　２５　　 ３０
０．１５　　０．５ 　　１．５
９０　　３００　　４００
Ｃｕ
Ｐｂ
Ｎｉ
Ｃｄ
Ａｓ
Ｈｇ
Ｃｒ
（５）
1．2　潜在生态风险指数
本文采用 Ｈａｋａｎｓｏｎ 从沉积学角度提出的潜在
生态危害指数法［８］对辽宁省污灌区土壤中重金属
污染的潜在生态危害进行评价。 该法不仅反映了
某一特定环境对各污染物的影响，也反映了多种污
染物的综合影响，并以定量的方法划分出潜在危害
的程度。 其公式为：
RI ＝钞ni ＝１ E i ＝钞
n
i ＝１
T iF i ＝钞ni ＝１ T i（C is ／C in） （６）
式中，RI 为多种重金属的综合潜在生态风险指数，
E i、T i、F i 分别为重金属 i 的潜在生态风险指数、毒
性系数和富集度指数，C is 为重金属 i 的表层土壤实
测含量，C in 为计算所需的参比值。
8151
第 6期 李名升等：辽宁省污灌区土壤重金属污染特征与生态风险评价
目前国内外评价生态风险时大多采用 Ｈａ唱
ｋａｎｓｏｎ 计算的毒性系数，指导思想是重金属的潜
在毒性与其在生态环境中的丰度成反比，并根据
火成岩、土壤、陆生动植物和淡水中重金属的浓
度推算出毒性系数。 美国国家环保局根据对生
物体的大量毒性试验和 “三致” （致死、致畸、致
突变）效应研究成果，于 １９７７ 年和 １９８０ 年先后
提出了 ６００ 多种化学物质的毒性系数 ［ １０ ］ ，这些
数据作为环境评价的科学依据被许多国家和地
区使用。 本文考虑重金属的生态毒理学特性，按
照 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的计算方法 ［ ８ ］ ，将美国环保局的毒
性系数与 Ｈａｋａｎｓｏｎ 计算的毒性系数进行重新计
算，从而得到新的考虑地球环境化学、生态毒理
学的毒性系数。 将毒性系数值归一化，即可得到
各种金属评价指标权重（表 １） 。
关于评价参考值，国内外尚未统一。 通常取工
业化以前沉积物的最高背景值［ ８］ 、国家或区域背景
值等。 本文采用辽宁省土壤中重金属背景值［ １１］作
参比。 重金属生态危害程度的划分依据 Ｈａｋａｎｓｏｎ
提出的分级标准（表 ２）。
表 1　重金属的毒性系数和评价权重
Ｔａｂ．１　Ｔｏｘｉｃｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｎｄ ｗｅｉｇｈｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ
金属 Ｍｅｔａｌ Ｃｕ Ｐｂ Ｎｉ Ｃｄ Ａｓ Ｈｇ Ｃｒ
毒性系数 Ｔｏｘｉｃｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ １０ １０ １０ ２１ １３ ２５ ８
权重 Ｗｅｉｇｈｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ０．１０３ ０．１０３ ０．１０３ ０．２１６ ０．１３４ ０．２５８ ０．０８２
表 2　重金属潜在生态风险分级表
Ｔａｂ．２　Ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ
风险等级
Ｒｉｓｋ ｒａｎｋ
安全
Ｓａｆｅ
警戒
Ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎ
轻警
Ｓｌｉｇｈｔ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎ
中警
Ｍｉｄｄｌｅ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎ
重警
Ｓｅｒｉｏｕｓ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎ
单项潜在生态风险指数
Ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｖａｌｕｅ ＜３０ ３０ ～６０ ６０ ～１２０ １２０ ～２４０ ＞２４０
综合潜在生态风险指数
Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｖａｌｕｅ ＜１５０ １５０ ～３００ ３００ ～６００ ６００ ～１ ２００ ＞１ ２００
2　结果与分析
2．1　研究区概况
辽宁省共有 ８ 个主要污灌区，各污灌区情况见
表 ３。 数据来源为辽宁省环境监测总站 “２００１ ～
２００５ 辽宁省环境质量报告书”。
2．2　污灌区土壤重金属污染特征分析
2．2．1　污灌区土壤环境质量综合评价
将各监测地块监测值代入模糊识别模型得到
５６ 个地块的级别特征值，然后对各灌区内众多地块
的级别特征值进行平均，得 ８ 个污灌区的级别特征
值（图 １、表 ４）。
从模糊识别评价结果来看，辽宁省各污灌区土
壤环境质量大多处于 １ ～２ 级之间，８ 个灌区中只有
张士灌区评价结果劣于 ２ 级，污染最为严重；而八
一、旗口、柳壕等灌区较为接近国家土壤环境质量 １
级标准。 张士灌区较为严重的 Ｃｄ 污染是造成该灌
表 3　辽宁省污灌区概况
Ｔａｂ．３　Ｇｅｎｅｒａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎｓ ｉｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
灌区
Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ
ｒｅｇｉｏｎ
位置
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ
面积
Ａｃｒｅａｇｅ
（ ｈｍ２ ）
灌溉水来源
Ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ
ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｗａｔｅｒ
监测地块数
Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ
ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｐｌｏｔｓ
备注
Ｒｅｍａｒｋ
沈抚 Ｓｈｅｎｆｕ 沈阳、抚顺交界 １ ２００ 工业、生活污水 １８ １９６０ 年开始污灌，１９９９ 年停止
张士 Ｚｈａｎｇｓｈｉ 沈阳市于洪区 ３９２ 工业污水 ４ １９８２ 年开始逐步停耕，３０ 余年历史
浑蒲 Ｈｕｎｐｕ 沈阳市于洪区，新民市，
辽中县，浑河与蒲河之间 ４ ５２０ 工业污水 ３ 建于 １９５７ 年
八一 Ｂａｙｉ 沈阳市苏家屯区 １ ７００ 大伙房水库（Ⅳ）
和浑河水（劣Ⅴ） ９ 建于 １９５８ 年，沈阳市水稻主产区
旗口 Ｑｉｋｏｕ 营口市东北部 ２１０ 劳动河水 １０
柳壕 Ｌｉｕｈａｏ 辽阳市柳壕河下游 ３２０ 柳壕河水（劣Ⅴ） ５ 建于 １９５８ 年
宋三 Ｓｏｎｇｓａｎ 鞍山市宋三镇 ３４０ 鞍钢工业废水及城市生活污水 ３ 我国污灌历史最长的灌区
小凌河 Ｘｉａｏｌｉｎｇｈｅ 凌海市 １２０ 小凌河河水（劣Ⅴ） ４ ３０ 余年历史
　　括号内数字为水质评价级别。 Ｎｕｍｂｅｒｓ ｉｎ ｂｒａｃｋｅｔｓ ａｒｅ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｌｅｖｅｌｓ．
9151
中国生态农业学报 2008 第 16卷
图 1　56个监测点级别特征值
Ｆｉｇ．１　Ｒａｎｋ ｆｅａｔｕｒｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ５６ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｐｌｏｔｓ
区土壤环境质量不高的主要原因。 从地块分布看，
５６ 个地块中只有 ３ 个地块评价结果劣于 ２ 级，仅占
５．４％；有 ７１．４％的地块评价级别特征值在 １．２ 以
下。 劣于 ２ 级的 ３ 个地块全部位于张士灌区。 但是
应该看到，枟土壤环境质量标准枠对重金属污染物 １
级标准限值的确定明显高于全国土壤中重金属污
染物的背景值［１１］ ，更高于辽宁省背景值［ １１］ （表 ５），
且 １ 级标准限值与 ２ 级标准限值的间隔过大，这是
造成评价结果大部分位于 １ 级且偏于 １ 级的重要原
因。 由此，根据辽宁省土壤中重金属含量背景值与
国家土壤环境质量标准 １ 级限制的差，结合内梅洛
指数及综合污染指数评价结果，确定土壤污染等级
标准（表 ６）。
表 4　8个污灌区土壤环境质量评价结果
Ｔａｂ．４　Ｓｏｉｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ８ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎｓ
灌区
Ａｒｅａ
沈抚
Ｓｈｅｎｆｕ
张士
Ｚｈａｎｇｓｈｉ
浑蒲
Ｈｕｎｐｕ
八一
Ｂａｙｉ
旗口
Ｑｉｋｏｕ
柳壕
Ｌｉｕｈａｏ
宋三
Ｓｏｎｇｓａｎ
小凌河
Ｘｉａｏｌｉｎｇｈｅ
平均
Ａｖｅｒａｇｅ
级别特征值
Ｌｅｖｅｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｖａｌｕｅ １．１３８ ２．００６ １．６４９ １．０７４ １．０５７ １．０９５ １．４５２ １．２３０ １．３３８
首要污染物
Ｐｒｉｍａｒｙ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ
Ｃｄ
（２１．３％）
Ｃｄ
（５９．２％）
Ｃｄ
（５３．９％）
Ｐｂ
（２８．０％）
Ｎｉ
（２１．２％）
Ｃｄ
（２１．９％）
Ｈｇ
（２８．３％）
Ｃｄ
（４０．５％）
Ｃｄ
（２５．８％）
　　括号内数字为首要污染物的污染负荷系数。 Ｎｕｍｂｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｂｒａｃｋｅｔｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｌｏａｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．
表 5　土壤重金属背景值与枟土壤环境质量标准枠1级标准限值
Ｔａｂ．５　Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｌｅｖｅｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｎ ｓｏｉｌ ｍｇ· ｋｇ －１　　
金属 Ｍｅｔａｌ Ｃｕ Ｐｂ Ｎｉ Ｃｄ Ａｓ Ｈｇ Ｃｒ
辽宁背景值 Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｖａｌｕｅ ｉｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １９．８ ２１．４ ２５．６ ０．１０８ ８．８ ０．０３７ ５７．９
全国背景值 Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｖａｌｕｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ２２．６ ２６ ２６．９ ０．０９７ １１．２ ０．０６５ ６１
１ 级标准限值 Ｆｉｒｓｔ ｌｅｖｅｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ３０ ３５ ４０ ０．２０ １５ ０．１５ ９０
　　根据评价结果及分级标准，辽宁省主要污灌
区土壤均受到不同程度的污染，总体污染情况处
于轻微污染状态。 ８ 个污灌区中有 ３ 个符合安全
标准，１ 个处于警戒线，２ 个轻微污染，１ 个中污
染，１ 个重度污染。 在 ５６ 个地块中，污染级别由
轻到重所占的比例为：６４．３％、８．９％、１２．５％、
５．４％、８．９％。
从空间分布看，位于经济较为发达地区、且灌
溉历史较长的灌区污染较为严重，灌溉水来源为生
活污水和工业污水的灌区较引用河水的灌区污染
严重。 沈抚灌区虽然引用工业和生活污水灌溉，但
评价级别特征值并不高，其原因之一是远离城市中
心，污水中重金属含量较低。 由于缺少 １９９９ 年以前
该灌区土壤污染数据，无法进行对比研究，所以对
停止污灌前后土壤环境质量的变化不得而知，但
是，停止污灌对缓解土壤重金属污染的加剧应该有
积极作用。
表 6　土壤污染级别分级标准
Ｔａｂ．６　Ｒａｎｋ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
ｏｆ ｓｏｉｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ
级别特征值
Ｌｅｖｅｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｖａｌｕｅ
分级
Ｇｒａｄｅ
污染等级
Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ
１≤R ＜１．１ １ 安全
１．１≤R ＜１．２ ２ 警戒级
１．２≤R ＜１．５ ３ 轻污染
１．５≤R ＜１．８ ４ 中污染
１．８≤R ５ 重污染
　　以国家 １ 级土壤标准限值为参照值，运用综合
污染指数对各重金属对综合污染的贡献进行分析
发现，辽宁省污灌区 Ｃｄ 污染最为严重，其次是 Ｐｂ、
Ｎｉ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｓ，污染负荷系数分别为 ２５．８％、
１７．２％、１４．９％、１２．６％、８．９％和 ７．９％。 在 ８ 个污
灌区中有 ５ 个污灌区的首要污染物为 Ｃｄ，张士、浑
蒲灌区 Ｃｄ 的污染负荷系数达到 ５０％以上，是 Ｃｄ 污
0251
第 6期 李名升等：辽宁省污灌区土壤重金属污染特征与生态风险评价
染最为严重的灌区。 八一、旗口、宋三灌区的首要
污染物则分别为 Ｐｂ、Ｎｉ、Ｈｇ，但首要污染物的污染负
荷系数均未超过 ３０％，对总体污染的贡献不大。
就全省来看，各种污染物的污染负荷分布较为
均衡，没有污染特别严重的重金属。 就各灌区而
言，张士、浑蒲、小凌河首要污染物的污染负荷系数
都在 ４０％以上，单项污染物的污染较严重。 而根据
毒理学研究，当某种污染的浓度较高时，对环境和
人体的危害要大于各种污染物均衡分布时的危害。
2．2．2　土壤重金属元素来源分析
元素间相关性显著说明元素间一般具有同源关
系或是复合污染。 ７ 种元素中，Ｃｕ 与其他元素、Ａｓ 与
其他元素的相关性较强，说明 Ｃｕ 和 Ａｓ 与其他元素
常常是以复合型污染存在的。 污灌区土壤重金属来
源主要有灌溉用水、农田耕作施肥、交通运输。 结合
表 ３、表 ４、表 ７ 以及对各灌区 ７ 种重金属的富集度和
综合污染指数可以看出，以工业废水为主要灌溉用水
的沈抚、张士、浑蒲、宋三灌区 Ｈｇ、Ｃｄ 污染较为严重，
同时 Ｃｕ 的富集度也较高；常用氮肥和钾肥中重金属
含量很少，混杂有重金属的主要是磷肥、含磷复合肥
以及以城市垃圾、污泥为原料的肥料，这些肥料中除
含有一定量无机营养元素外，还含有毒物质 Ａｓ、Ｃｒ、
Ｐｂ、Ｃｄ 和 Ｃｕ 等，以 Ｃｕ为例，含 Ｃｕ 的杀真菌剂、化肥
及有机肥施用可使土壤含 Ｃｕ 达到原始土壤的几倍
乃至几十倍［１２，１３］ ；Ｐｂ、Ｃｕ 是交通污染源的标志元
素［１４］ ，如果土壤中重金属元素来源于交通污染，Ｐｂ
与 Ｃｕ 的浓度应该具有较高的正相关性。
表 7　辽宁污灌区土壤各重金属含量相关系数
Ｔａｂ．７　Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎｓ
Ｃｕ Ｐｂ Ｎｉ Ｃｄ Ａｓ Ｈｇ Ｃｒ
Ｃｕ １ ０．３９ ０．４２ ０．７４ ０．８２ ０．５８ ０．５３
Ｐｂ １ ０．１４ ０．２６ ０．４２ ０．３７ ０．３４
Ｎｉ １ ０．３３ ０．４８ ０．２１ ０．４４
Ｃｄ １ ０．７６ ０．４９ ０．２４
Ａｓ １ ０．５８ ０．４７
Ｈｇ １ ０．３１
Ｃｒ １
　　表 ７ 相关分析表明，Ｃｕ 和 Ａｓ、Ｃｄ，Ａｓ 和 Ｃｄ 存在
显著正相关；Ｈｇ 与 Ｃｕ、Ｃｄ 存在较强正相关。 这说明
工业废水是污灌区 Ｈｇ、Ｃｕ、Ｃｄ 的主要来源，农田施肥
是 Ｃｕ 和 Ａｓ、Ｃｄ 的重要来源。 而 Ｐｂ 与 Ｃｕ 的相关性
不大，说明各污灌区受交通污染的影响较小。
2．3　污灌区土壤重金属污染潜在生态风险评价
依据式（６）计算得到各污灌区单项重金属的潜
在生态风险指数和综合生态风险指数（表 ８）。
从表 ８ 可以看出，辽宁省 ８ 个污灌区存在一定
程度的潜在生态风险，大部分灌区处于警戒线以
上。 而全省平均的综合潜在生态风险已高于警戒
水平，达到轻警等级，易产生农作物重金属富集。
根据潜在生态风险评价等级和特点，辽宁省污
灌区土壤重金属污染的潜在生态风险区域可划为 ４
种类型：（１）两种金属生态风险突出型。 张士灌区
Ｃｄ、Ｈｇ 污染极为强烈，单项金属的潜在生态危害等
级达到或接近重警水平，综合生态风险也非常高；
（２）单一金属生态风险突出型。 宋三灌区的 Ｈｇ、浑
蒲灌区的 Ｃｄ 污染都较为严重，单项金属的潜在生
态危害等级均达到重警，并且第二高风险元素的潜
在生态风险也较高，由此综合潜在生态风险等级高
于警戒线，达到轻警；（３）两种金属高生态风险综合
型。 包括柳壕、沈抚、小凌河、八一 ４ 个灌区，其特
点是 Ｈｇ、Ｃｄ 污染相对其他元素严重，但单项风险等
级处于警戒线到轻警之间，综合风险等级处于警戒
水平；（４）相对清洁的低风险型。 旗口灌区各重金
属的单项生态风险均不高，处于警戒线以下，综合
生态风险等级处于安全级别。 将风险评价与当地
社会、经济和灌溉条件相结合，可相应地制定出污
染物的初步管理对策：对类型 （１）与（２），应逐步
停止耕作，将农田改为非农用地或林地，防止重金
属通过农作物富集，最终进入人体；对于类型（３）
和（４），应该严格控制灌溉用水水质，禁止使用工
业废水和生活污水灌溉，防止土壤重金属进一步
累积。
从单项重金属潜在生态风险指数看，各重金属
潜在生态风险由大到小依次为：Ｃｄ ＞Ｈｇ ＞Ｐｂ ＞
Ｃｕ ＞Ｎｉ ＞Ａｓ ＞Ｃｒ。 Ｃｄ、Ｈｇ 的风险等级均达到中警
级别，对综合潜在生态风险的贡献率达到 ４１．９％和
３６．５％，两者贡献率合计达 ８０％左右，是辽宁省污
灌区潜在生态风险的主要来源；其他重金属污染程
度不高，风险等级均处于安全级别，对综合潜在生
态风险的贡献率在 ５％左右，对农业生产、人体危害
等基本不构成危险。
3　结论
利用模糊识别模型对辽宁省污灌区土壤环境
质量评价的结果显示，污灌区土壤污染具有复合型
污染特征，总体环境质量等级为 １．３４，属轻微污染，
但个别灌区污染较为严重，达到 ２ 级以上。 ８ 个灌
区土壤环境质量由高到低依次为：旗口、八一、柳
壕、沈抚、小凌河、宋三、浑蒲、张士。 以城市工业和
生活污水为灌溉用水的污灌区较以河流为灌溉用
水的污灌区污染严重。
1251
中国生态农业学报 2008 第 16卷
表 8　污灌区土壤重金属潜在生态风险指数评价结果
Ｔａｂ．８　Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎｓ
灌区
Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ
单项重金属潜在生态风险指数
Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔｈａｌ
Ｃｕ Ｐｂ Ｎｉ Ｃｄ Ａｓ Ｈｇ Ｃｒ
综合潜在生态风险指数
Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ
ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｖａｌｕｅ
综合潜在生态风险等级
Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ
ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｇｒａｄｅ
沈抚 Ｓｈｅｎｆｕ １７ ２０ １５ ５９ １１ ９４ ７ ２２３ 警戒
张士 Ｚｈａｎｇｓｈｉ ３０ ３２ ２０ ５５０ ２４ ２２８ ９ ８９３ 中警
浑蒲 Ｈｕｎｐｕ １６ １８ １５ ２４６ １２ ７２ ８ ３８７ 轻警
八一 Ｂａｙｉ １６ ３７ １８ ４８ １４ ５８ ９ ２００ 警戒
旗口 Ｑｉｋｏｕ １２ １２ １６ ３２ １２ ５６ ７ １４７ 安全
柳壕 Ｌｉｕｈａｏ １７ １７ １７ ５９ １２ ９８ ８ ２２８ 警戒
宋三 Ｓｏｎｇｓａｎ １７ ３３ １４ ９５ １５ ３６４ ７ ５４５ 轻警
小凌河 Ｘｉｘｏｌｉｎｇｈｅ １０ １１ １２ ９８ ９ ６６ ６ ２１２ 警戒
平均 Ａｖｅｒａｇｅ １７ ２３ １６ １４８ １４ １３０ ８ ３５４ 轻警
　　污灌区重金属元素依污染程度大小依次为：
Ｃｄ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｓ，其中，Ｃｄ 污染最为严重，
是土壤背景值的 ８．４ 倍，但是 Ｐｂ、Ｈｇ、Ｎｉ 的污染具
有普遍性，超标率在 ９５％ ～９９％之间。 土壤中 Ｃｕ
和 Ａｓ、Ｃｄ，Ｈｇ 与 Ｃｕ、Ｃｄ 存在显著相关性，说明辽宁
省污灌区土壤重金属来源主要是灌溉用水和农业
施肥。
潜在生态风险评价表明，辽宁省污灌区总体潜
在生态风险等级为轻警，易引起农作物重金属富
集。 各重金属潜在生态风险由大到小依次为：Ｃｄ ＞
Ｈｇ ＞Ｐｂ ＞Ｃｕ ＞Ｎｉ ＞Ａｓ ＞Ｃｒ，其中 Ｃｄ 和 Ｈｇ 是潜在
生态风险的主要来源，两者对综合生态风险指数的
贡献近 ８０％，其他元素对环境的危害不大。 依据潜
在生态风险等级和风险特点，辽宁省 ８ 个污灌区被
划分为 ４ 类，各类污灌区需根据不同的特点进行有
针对性地综合防治。
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