云南某铅锌矿区周边农田土壤Cd、Pb分布特征及风险评价
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单因子污染指数法：
会泽县
矿山镇
矿渣堆
者海镇
玛色卡村 图例
0
采样点 5
图 1 调查采样点分布 Figure 1 Distribution of sampling sites
10 km
Pi =Ci /Si 式中：Pi 为计算出的污染物的单项重金属污染指数； Ci 为 i 污染物的重金属含量实测值；Si 为 i 污染物的 重金属含量评价标准值（GB 15618—1995）。
圆园14，33（11）:2143-2148
农业环境科学学报 允燥怎则灶葬造 燥枣 粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼 杂糟蚤藻灶糟藻
2014 年 11 月
云南某铅锌矿区周边农田土壤 Cd、Pb 分布特征及风险评价
邹小冷，祖艳群 *，李 元，湛方栋
（云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201）
摘 要：通过大田调查云南省某铅锌矿区周边农田的土壤及农作物（马铃薯和玉米）中重金属 Cd、Pb 含量，对该区域重金属污染现 状进行评价，结果表明：该区域内土壤中 Cd 和 Pb 平均含量分别为 12.93、2 246.48 mg·kg-1，总体污染程度属于重污染；马铃薯内 Cd、Pb 含量分别为 1.41、11.45 mg·kg-1，玉米籽粒中 Cd、Pb 含量分别为 1.18、12.50 mg·kg-1。土壤重金属和土壤理化性质间的关系复 杂，Cd 与 Pb 之间呈极显著正关系，有效态 Cd 与总 P、速效 P 呈极显著正相关关系；当 pH臆6.5 时，全量 Cd 和全量 Pb 与总 P、速效 P 呈极显著正相关关系。该区域的土壤和食用作物已对当地居民的健康构成威胁。 关键词：重金属；土壤；农作物；污染现状；健康风险 中图分类号：X171.5 文献标志码：A 文章编号：1672-2043（2014）11-2143-06 doi:10.11654/jaes.2014.11.011
收稿日期：圆园14原03原25 基金项目：国家自然科学—云南省联合基金（U1202236） 作者简介：邹小冷（1988—），男，安徽滁州人，硕士研究生，主要从事重金
属空间分布和污染评价研究。E-mail：zouxiaoleng@gmail.com * 通信作者：祖艳群 E-mail：zuyanqun@ynau.edu.cn
用自来水和 0.1 mol·L-1 稀盐酸洗净植物样品，用 去离子水淋洗 2~3 次，于 105 益烘箱中杀青30 min， 70 益烘箱中烘干 2 d。使用 DFY-300 型不锈钢磨碎机 粉碎烘干样品，过筛保存备用。土壤样品避光自然风 干，充分搅拌混匀后过 1 mm 筛用于测定土样中重金 属有效态含量，过 0.25 mm 筛用于测定土样中重金属 全量。植物样品的 Cd、Pb 含量测定用浓 HNO3 加热完 全消解后利用火焰原子吸收分光光度法。土壤样品的 Cd、Pb 有效态分析测定采用 DTPA-TEA 浸提法[9]。土 壤样品的 Cd、Pb 全量分析采用先经HF-HClO4-HNO3 消煮[10]，然后用 SpectaAA-220Z 型石墨炉原子吸收 分光光度计测定 Cd 元素含量，用 TAS-986 型原子 吸收分光光度计测定 Pb 元素含量。土壤样品 pH 值 （水 土比 2.5颐1）用 pH 计测 定，其有 机质、总 磷、速 效磷、CEC、粒径分析分别用重铬酸钾容量法、NaOH 熔融-钼锑抗比色法、浸提剂-钼锑抗分光光度法、 BaCl2-MgSO（4 强迫交换法）、比重计法测定。 1.4 数据计算及统计 1.4.1 土壤重金属污染现状评价方法
在研究区的主要农田区域内每隔 500 m 左右布 点（排除受人为干扰严重的点位，如村庄、企业等），并 在每个点位沿公路两侧垂直方向并种植作物的位置 间隔 100 m 左右布点，在冶炼厂处考虑冶炼过程中烟 囱排放气体沉降污染的影响采用网格布点法，在玛色 卡村耕地内按间距 50 m 左右采用网格布点法采样 （图 1）。采集作物时，每点选取 3~5 株作物的果实合 成一个混合样。采样期间，使用 GPS（Dakota 20 型）确 定并记录该点具体坐标，同时采集作物生长位置表 层 0~20 cm 土壤样品 1 kg，使用洁净的聚乙烯塑料袋 装样备用。土壤样品和作物样品各采集 48 个。 1.3 样品处理及测定方法
Pollution and Health Risk Assessment of Cadmium and Lead in Cultivated Soils and Crops Surrounding a Lead-Zinc Mine in Yunnan Province
ZOU Xiao-leng, ZU Yan-qun*, LI Yuan, ZHAN Fang-dong （College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China） Abstract：Mining activities have contaminated the surrounding soils and crops. A field investigation was conducted in a lead-zinc mine in Yunnan Province to determine concentrations of Cd and Pb in cultivated soils and crops（potato and maize）and to evaluate their health risk. The average contents of Cd and Pb in soils were 12.93 mg·kg-1 and 2 246.48 mg·kg-1, respectively, belonging to heavy pollution. The con原 tents of Cd and Pb in plants were respectively 1.41 mg·kg-1 and 11.45 mg·kg-1 in potato and 1.18 mg·kg-1 and 12.50 mg·kg-1 in maize. Significant positive relationship was observed between soil Cd and soil Pb contents, and between soil available Cd and soil total P content and available P contents. At soil pH臆6.5, total Cd and Pb were significantly positively correlated with total P and available P. The present results indicate that soil and crop contamination by heavy metals from mining has threatened the health of local residents. Keywords：heavy metal; soil; crop; pollution; health risks
污染风险分区以及作物种植的重金属污染规避等均 具有重要的意义[6]。
云南省是著名的有色金属王国，对于各大铅锌矿 区附近的土壤重金属调查已有研究报道[7]，但大多局 限于单独对土壤或农作物的评价。本研究旨在从云南 省某铅锌矿区周边农田土壤及农作物中重金属 Cd、 Pb 含量、土壤理化性质，土壤重金属分布特征三个方 面分析该区域农田重金属污染状况，进一步了解当地 土壤受重金属污染的程度，并以国家土壤环境质量标 准结合单因子污染指数和内梅罗综合污染指数法对 该区域土壤重金属污染进行评价，为揭示矿区周边农 田重金属污染特征和污染治理提供科学依据。
内梅罗综合污染指数法[11]： Pn=｛（[ Cn/Sn）m2ax +（Cn/Sn）a2ve ]/2｝1/2 式中：Pn 为计算出的污染物的内梅罗综合污染指数； （Cn/Sn）max 为污染物单因子指数中的最大值；（Cn/Sn）ave 为污染物单因子指数的平均值。 依据单因子指数法和内梅罗综合污染指数法可 将土壤重金属污染划分为 5 个等级，如表 1 所示。 1.4.2 采样区域 Cd、Pb 分布作图与分析 用 SPSS 11.5 进行指标的描述性分析，用 ArcGIS 8.3 的地统计模型模块进行 Kriging 内插，作重金属空 间分布图。 1.4.3 粮食作物重金属生态风险评价 依据国家粮食卫生标准（GB 2715—2012）进行作 物重金属生态风险评价。 该标准明确规定粮食作物中污染物限量指标为： Cd（镉）的含量不得高于 0.1 mg·kg-1，Pb（铅）的含量不 得高于 0.2 mg·kg-1。
研究区土壤中的含量均呈现出在铅锌矿区和铅锌冶 炼厂两端较高，而在中间公路地带及玛色卡村落下降 趋势，整体呈现出两端大中间小的现象。且对于 Cd 来 说，在较开阔的玛色卡村落耕地处，随着沿垂直公路 方向公路间距离的加大，Cd 的含量出现明显下降趋 势（图 2）。
以铅锌矿区为起始点将所有采样点按等距 2 km 分段分析，土壤中重金属 Cd、Pb 的平均含量随距离 的变化趋势见图 3。土壤中 Cd 平均含量的最小值 （5.92 mg·kg-1）出现在距离铅锌矿区 4 km 处，最大 值 含量（32.98 mg·kg-1）出现在距离铅锌矿区 12 km 处（即铅锌冶炼厂所在地附近）；Pb 平均含量的最小 值（1 402.79 mg·kg-1） 出现在距离铅锌矿区 4 km 处， 最大值含量（3 474.75 mg·kg-1）出现在距离铅锌矿区 12 km 处，且 12 km 处含量显著高于其他点位。 2.2 土壤重金属含量的影响因素
第203124卷年第111月期 邹小冷，等：云南某铅锌矿区周边农田土壤 Cd、Pb 分布特征及风险评价
表 1 土壤重金属污染等级标准 Table 1 Criteria for classification of soil heavy metal pollution
等级 单项污
划分 染指数
1
Pi臆0.7
2 0.7约Pi臆1.0
3 1.0约Pi臆2.0
4 2.0约Pi臆3.0
5
Pi跃3.0
综合污 染指数 Pn臆0.7 0.7约Pn臆1.0 1.0约Pn臆2.0 2.0约Pn臆3.0 Pn跃3.0
污染等级
污染水平
安全 警戒限 轻污染 中污染 重污染
清洁 尚清洁 土壤开始受到污染 土壤受中度污染 土壤受污染已相当严重
2144
农业环境科学学报 第 33 卷第 11 期
1 材料与方法
1.1 研究区概况 研究区 （26毅34忆~27毅38忆N，103毅36忆~103毅42忆E）位
于会泽县城东南 40 km，平均海拔 2216 m，相对高差 312 m，采样范围覆盖城郊玛色卡村到铅锌矿区及冶 炼厂间公路周边农田，当地农民种植的主要农作物为 玉米（Zea mayz L.）、马铃薯（Solanum tuberosum L.）和 水稻（Oryza sativa），其次为大豆（Glycine max）和荞麦 （Fagopyrum tataricum）等[8]。 1.2 样品布点及采集
ຫໍສະໝຸດ Baidu
重金属污染会导致农田土壤退化，农作物减产， 且会通过食物链影响人体的健康和安全。因此，采矿 企业周边耕地的重金属污染问题也受到越来越多的 关注[1-3]，特别是与粮食生产关联的土壤重金属污染更 是受到普遍重视[4-5]。研究区域农田土壤重金属含量的 空间差异与污染源之间的关系、评估及预测区域土壤 重金属污染风险，对于农田土壤重金属的污染治理、
N
图例 Cd/mg·kg-1
4.500~7.330 7.330~8.154 8.154~10.809 10.809~19.500 19.500~47.000 0 2.5 5.0 km
（a）Cd
2145
2 结果与分析
2.1 土壤重金属含量及分布特征 土壤与作物中 Cd 和 Pb 含量见表 2。Cd 和 Pb 在
会泽县
矿山镇
矿渣堆
者海镇
玛色卡村 图例
0
采样点 5
图 1 调查采样点分布 Figure 1 Distribution of sampling sites
10 km
Pi =Ci /Si 式中：Pi 为计算出的污染物的单项重金属污染指数； Ci 为 i 污染物的重金属含量实测值；Si 为 i 污染物的 重金属含量评价标准值（GB 15618—1995）。
圆园14，33（11）:2143-2148
农业环境科学学报 允燥怎则灶葬造 燥枣 粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼 杂糟蚤藻灶糟藻
2014 年 11 月
云南某铅锌矿区周边农田土壤 Cd、Pb 分布特征及风险评价
邹小冷，祖艳群 *，李 元，湛方栋
（云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201）
摘 要：通过大田调查云南省某铅锌矿区周边农田的土壤及农作物（马铃薯和玉米）中重金属 Cd、Pb 含量，对该区域重金属污染现 状进行评价，结果表明：该区域内土壤中 Cd 和 Pb 平均含量分别为 12.93、2 246.48 mg·kg-1，总体污染程度属于重污染；马铃薯内 Cd、Pb 含量分别为 1.41、11.45 mg·kg-1，玉米籽粒中 Cd、Pb 含量分别为 1.18、12.50 mg·kg-1。土壤重金属和土壤理化性质间的关系复 杂，Cd 与 Pb 之间呈极显著正关系，有效态 Cd 与总 P、速效 P 呈极显著正相关关系；当 pH臆6.5 时，全量 Cd 和全量 Pb 与总 P、速效 P 呈极显著正相关关系。该区域的土壤和食用作物已对当地居民的健康构成威胁。 关键词：重金属；土壤；农作物；污染现状；健康风险 中图分类号：X171.5 文献标志码：A 文章编号：1672-2043（2014）11-2143-06 doi:10.11654/jaes.2014.11.011
收稿日期：圆园14原03原25 基金项目：国家自然科学—云南省联合基金（U1202236） 作者简介：邹小冷（1988—），男，安徽滁州人，硕士研究生，主要从事重金
属空间分布和污染评价研究。E-mail：zouxiaoleng@gmail.com * 通信作者：祖艳群 E-mail：zuyanqun@ynau.edu.cn
用自来水和 0.1 mol·L-1 稀盐酸洗净植物样品，用 去离子水淋洗 2~3 次，于 105 益烘箱中杀青30 min， 70 益烘箱中烘干 2 d。使用 DFY-300 型不锈钢磨碎机 粉碎烘干样品，过筛保存备用。土壤样品避光自然风 干，充分搅拌混匀后过 1 mm 筛用于测定土样中重金 属有效态含量，过 0.25 mm 筛用于测定土样中重金属 全量。植物样品的 Cd、Pb 含量测定用浓 HNO3 加热完 全消解后利用火焰原子吸收分光光度法。土壤样品的 Cd、Pb 有效态分析测定采用 DTPA-TEA 浸提法[9]。土 壤样品的 Cd、Pb 全量分析采用先经HF-HClO4-HNO3 消煮[10]，然后用 SpectaAA-220Z 型石墨炉原子吸收 分光光度计测定 Cd 元素含量，用 TAS-986 型原子 吸收分光光度计测定 Pb 元素含量。土壤样品 pH 值 （水 土比 2.5颐1）用 pH 计测 定，其有 机质、总 磷、速 效磷、CEC、粒径分析分别用重铬酸钾容量法、NaOH 熔融-钼锑抗比色法、浸提剂-钼锑抗分光光度法、 BaCl2-MgSO（4 强迫交换法）、比重计法测定。 1.4 数据计算及统计 1.4.1 土壤重金属污染现状评价方法
在研究区的主要农田区域内每隔 500 m 左右布 点（排除受人为干扰严重的点位，如村庄、企业等），并 在每个点位沿公路两侧垂直方向并种植作物的位置 间隔 100 m 左右布点，在冶炼厂处考虑冶炼过程中烟 囱排放气体沉降污染的影响采用网格布点法，在玛色 卡村耕地内按间距 50 m 左右采用网格布点法采样 （图 1）。采集作物时，每点选取 3~5 株作物的果实合 成一个混合样。采样期间，使用 GPS（Dakota 20 型）确 定并记录该点具体坐标，同时采集作物生长位置表 层 0~20 cm 土壤样品 1 kg，使用洁净的聚乙烯塑料袋 装样备用。土壤样品和作物样品各采集 48 个。 1.3 样品处理及测定方法
Pollution and Health Risk Assessment of Cadmium and Lead in Cultivated Soils and Crops Surrounding a Lead-Zinc Mine in Yunnan Province
ZOU Xiao-leng, ZU Yan-qun*, LI Yuan, ZHAN Fang-dong （College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China） Abstract：Mining activities have contaminated the surrounding soils and crops. A field investigation was conducted in a lead-zinc mine in Yunnan Province to determine concentrations of Cd and Pb in cultivated soils and crops（potato and maize）and to evaluate their health risk. The average contents of Cd and Pb in soils were 12.93 mg·kg-1 and 2 246.48 mg·kg-1, respectively, belonging to heavy pollution. The con原 tents of Cd and Pb in plants were respectively 1.41 mg·kg-1 and 11.45 mg·kg-1 in potato and 1.18 mg·kg-1 and 12.50 mg·kg-1 in maize. Significant positive relationship was observed between soil Cd and soil Pb contents, and between soil available Cd and soil total P content and available P contents. At soil pH臆6.5, total Cd and Pb were significantly positively correlated with total P and available P. The present results indicate that soil and crop contamination by heavy metals from mining has threatened the health of local residents. Keywords：heavy metal; soil; crop; pollution; health risks
污染风险分区以及作物种植的重金属污染规避等均 具有重要的意义[6]。
云南省是著名的有色金属王国，对于各大铅锌矿 区附近的土壤重金属调查已有研究报道[7]，但大多局 限于单独对土壤或农作物的评价。本研究旨在从云南 省某铅锌矿区周边农田土壤及农作物中重金属 Cd、 Pb 含量、土壤理化性质，土壤重金属分布特征三个方 面分析该区域农田重金属污染状况，进一步了解当地 土壤受重金属污染的程度，并以国家土壤环境质量标 准结合单因子污染指数和内梅罗综合污染指数法对 该区域土壤重金属污染进行评价，为揭示矿区周边农 田重金属污染特征和污染治理提供科学依据。
内梅罗综合污染指数法[11]： Pn=｛（[ Cn/Sn）m2ax +（Cn/Sn）a2ve ]/2｝1/2 式中：Pn 为计算出的污染物的内梅罗综合污染指数； （Cn/Sn）max 为污染物单因子指数中的最大值；（Cn/Sn）ave 为污染物单因子指数的平均值。 依据单因子指数法和内梅罗综合污染指数法可 将土壤重金属污染划分为 5 个等级，如表 1 所示。 1.4.2 采样区域 Cd、Pb 分布作图与分析 用 SPSS 11.5 进行指标的描述性分析，用 ArcGIS 8.3 的地统计模型模块进行 Kriging 内插，作重金属空 间分布图。 1.4.3 粮食作物重金属生态风险评价 依据国家粮食卫生标准（GB 2715—2012）进行作 物重金属生态风险评价。 该标准明确规定粮食作物中污染物限量指标为： Cd（镉）的含量不得高于 0.1 mg·kg-1，Pb（铅）的含量不 得高于 0.2 mg·kg-1。
研究区土壤中的含量均呈现出在铅锌矿区和铅锌冶 炼厂两端较高，而在中间公路地带及玛色卡村落下降 趋势，整体呈现出两端大中间小的现象。且对于 Cd 来 说，在较开阔的玛色卡村落耕地处，随着沿垂直公路 方向公路间距离的加大，Cd 的含量出现明显下降趋 势（图 2）。
以铅锌矿区为起始点将所有采样点按等距 2 km 分段分析，土壤中重金属 Cd、Pb 的平均含量随距离 的变化趋势见图 3。土壤中 Cd 平均含量的最小值 （5.92 mg·kg-1）出现在距离铅锌矿区 4 km 处，最大 值 含量（32.98 mg·kg-1）出现在距离铅锌矿区 12 km 处（即铅锌冶炼厂所在地附近）；Pb 平均含量的最小 值（1 402.79 mg·kg-1） 出现在距离铅锌矿区 4 km 处， 最大值含量（3 474.75 mg·kg-1）出现在距离铅锌矿区 12 km 处，且 12 km 处含量显著高于其他点位。 2.2 土壤重金属含量的影响因素
第203124卷年第111月期 邹小冷，等：云南某铅锌矿区周边农田土壤 Cd、Pb 分布特征及风险评价
表 1 土壤重金属污染等级标准 Table 1 Criteria for classification of soil heavy metal pollution
等级 单项污
划分 染指数
1
Pi臆0.7
2 0.7约Pi臆1.0
3 1.0约Pi臆2.0
4 2.0约Pi臆3.0
5
Pi跃3.0
综合污 染指数 Pn臆0.7 0.7约Pn臆1.0 1.0约Pn臆2.0 2.0约Pn臆3.0 Pn跃3.0
污染等级
污染水平
安全 警戒限 轻污染 中污染 重污染
清洁 尚清洁 土壤开始受到污染 土壤受中度污染 土壤受污染已相当严重
2144
农业环境科学学报 第 33 卷第 11 期
1 材料与方法
1.1 研究区概况 研究区 （26毅34忆~27毅38忆N，103毅36忆~103毅42忆E）位
于会泽县城东南 40 km，平均海拔 2216 m，相对高差 312 m，采样范围覆盖城郊玛色卡村到铅锌矿区及冶 炼厂间公路周边农田，当地农民种植的主要农作物为 玉米（Zea mayz L.）、马铃薯（Solanum tuberosum L.）和 水稻（Oryza sativa），其次为大豆（Glycine max）和荞麦 （Fagopyrum tataricum）等[8]。 1.2 样品布点及采集
ຫໍສະໝຸດ Baidu
重金属污染会导致农田土壤退化，农作物减产， 且会通过食物链影响人体的健康和安全。因此，采矿 企业周边耕地的重金属污染问题也受到越来越多的 关注[1-3]，特别是与粮食生产关联的土壤重金属污染更 是受到普遍重视[4-5]。研究区域农田土壤重金属含量的 空间差异与污染源之间的关系、评估及预测区域土壤 重金属污染风险，对于农田土壤重金属的污染治理、
N
图例 Cd/mg·kg-1
4.500~7.330 7.330~8.154 8.154~10.809 10.809~19.500 19.500~47.000 0 2.5 5.0 km
（a）Cd
2145
2 结果与分析
2.1 土壤重金属含量及分布特征 土壤与作物中 Cd 和 Pb 含量见表 2。Cd 和 Pb 在