王 茜，張光輝，田言亮，嚴明疆，張希雨

(中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所，河北 石家莊 050061)

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農田表層土壤中重金屬潛在生態(tài)風險效應研究

王 茜，張光輝，田言亮，嚴明疆，張希雨

(中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所，河北 石家莊 050061)

皖江經(jīng)濟區(qū)南陵縣是我國商品糧生產(chǎn)基地之一，該區(qū)農田表層土壤中重金屬元素潛在生態(tài)風險效應研究對于提高糧食安全具有重要意義。文章以南陵縣基本農田區(qū)作為主要研究區(qū)，按土地質量地球化學調查評價要求，布設和采集了0～20 cm深度的表層土壤樣品500組，分別監(jiān)測了土壤中Cd、Pb、Cr、Hg、As、Cu、Fe、Mn和Zn等重金屬含量現(xiàn)狀，并采用地質累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法量化解析了這些重金屬在土壤中的潛在生態(tài)風險效應。結果表明：(1)土壤中除了Cr元素，其余重金屬元素都不同程度存在異常；(2)局部土壤中Cd、Hg和Fe等元素含量存在異常，平均含量分別是所在區(qū)域背景值的1.92，1.95，7.13倍，存在潛在生態(tài)風險的影響；(3)土壤中重金屬元素的潛在生態(tài)風險值(平均RI值)為164.5，Cd和Hg元素為主要影響元素。

農田區(qū)表層土壤；重金屬；潛在生態(tài)風險；糧食安全；地質累積指數(shù)法

基本農田是糧食生產(chǎn)的主要載體。農田土壤質量的優(yōu)劣直接決定著農產(chǎn)品的產(chǎn)量、品質與安全。近年來，伴隨城市化進程加快和農業(yè)集約化發(fā)展，人類活動產(chǎn)生的各類污染物質導致土壤環(huán)境質量持續(xù)惡化。重金屬具有毒性、生態(tài)積累性[1～2]、污染不可逆性[3]和危害長久性[4]等特征，是最普遍、危害最嚴重的土壤污染物。農田中重金屬的含量和分布狀況不僅影響土壤質量，而且對糧食安全具有一定的潛在生態(tài)風險，是劃定基本農田和評價耕地質量優(yōu)劣的重要指標之一[5]。此外，由于外源輸入的重金屬主要累積于耕作層[6]，并最終被作物吸收后殘留于體內，影響糧食安全及人體健康[7]。因此，開展農田耕層土壤中重金屬潛在生態(tài)風險效應研究對提高糧食安全保障能力具有積極作用。

目前有關農田土壤重金屬影響的研究方法主要有環(huán)境質量指數(shù)法，包括單因子指數(shù)法、內梅羅指數(shù)法；生態(tài)指數(shù)法，包括地質累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法；地統(tǒng)計和模型法等。生態(tài)指數(shù)法從沉積學角度出發(fā)，基于污染物質的生態(tài)環(huán)境效應和毒理特征，定量評價重金屬對環(huán)境的影響并對其潛在生態(tài)風險程度劃分等級。該方法因其直觀性、定量性和對于潛在生態(tài)危害預測性等特點，在沉積物、土壤和街道灰塵等多種介質和全國多地區(qū)不同利用類型土地的重金屬元素生態(tài)影響研究中廣泛應用，為生態(tài)環(huán)境的改善和人類健康提供了科學依據(jù)。

皖江經(jīng)濟區(qū)是我國水稻、小麥、玉米、薯類重要產(chǎn)區(qū)和國家商品糧生產(chǎn)基地。隨著工農業(yè)發(fā)展、城市化推進和上游山區(qū)有色金屬礦產(chǎn)開發(fā)，該地區(qū)農田土壤中重金屬污染問題引起廣泛關注[8]。但有關皖江地區(qū)農田土壤環(huán)境質量問題研究主要集中于元素基準值、背景值的確定及土壤中微量元素和礦物組成分析，對農田區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風險的研究鮮有報道。本文以皖江經(jīng)濟區(qū)南陵縣國家商品糧基地為重點研究區(qū)，結合野外實地調查和0～20 cm土壤樣品采集分析，應用地質累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法，開展農田表層土壤中重金屬潛在生態(tài)風險效應研究，為該區(qū)基本農田的劃定、安全利用和管理提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

皖江經(jīng)濟區(qū)位于長江流域安徽段兩岸地區(qū)，包括安徽的沿江平原和巢湖地區(qū)，所轄地市涉及合肥、蕪湖、安慶、池州、銅陵、馬鞍山、宣城(除績溪縣)和滁州市。研究區(qū)南陵縣基本農田位于皖江經(jīng)濟區(qū)東南部，隸屬蕪湖市(圖1)，主要包括籍山鎮(zhèn)、弋江鎮(zhèn)、許鎮(zhèn)鎮(zhèn)、家發(fā)鎮(zhèn)、工山鎮(zhèn)、三里鎮(zhèn)、何灣鎮(zhèn)和煙墩鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積1 263.7 km2，人口76萬。南陵縣經(jīng)濟以農業(yè)為主，為國家高標準農田示范區(qū)、國家級生態(tài)示范區(qū)，是我國糧、棉、油、魚、茶的重要產(chǎn)區(qū)，“南陵大米”是國家地理標志保護產(chǎn)品。研究區(qū)地處皖南山區(qū)與沿江平原過渡地帶，地貌以平原、丘陵和低山為主，地勢呈西南部高、東北部低。多年平均氣溫15.8 ℃，年均降水量1 500 mm，降水主要集中每年4～8月份，屬于北亞熱帶濕潤季風氣候。研究區(qū)境內主要河流有青弋江、漳河和資福河。土壤類型以水稻土為主，農作物種植結構為雙季水稻或稻麥輪作。

圖1 研究區(qū)及采樣點位置示意圖Fig.1 Location of the study area with the sampling site

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

在南陵縣的基本農田區(qū)按照1.0 km×2.0 km的矩形規(guī)則網(wǎng)格進行樣品點布設(圖1)，于2015年7—9月期間共采集500組土壤樣品。取樣點所在農田類型包括水田、旱地、菜園和林地等。山地和非農田區(qū)沒有布設采樣點。為確保土壤樣品分布的代表性，每組樣品采用梅花模式取樣，在采樣點的周圍等間距處布設4個輔助樣品點，分別垂直采集0～20 cm農田耕作層土壤，混合均勻后裝入塑封袋中，樣品原始重量大于1 kg。在土壤樣品采集的同時，利用GPS進行采樣點位置定位，并記錄其坐標和高程信息。

室溫條件下，土壤樣品經(jīng)風干、研磨，剔除動植物殘體、礫石和較大雜質后，按照測試規(guī)范的技術要求，分別過2 mm/0.074 mm土樣篩待測。

樣品測試分析由國土資源部保定礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。測試項目包括As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Pb和Zn等元素。其中As、Hg采用原子熒光光譜儀進行測定，其余元素采用電感耦合等離子質譜儀進行測試。測試分析執(zhí)行多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范(DD2005-01)相關規(guī)定。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.3 表層土壤中重金屬潛在生態(tài)風險評價方法

對于農田區(qū)表層土壤中重金屬元素對土壤質量影響和潛在生態(tài)風險效應，本文采用地質累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法進行研究。

2.3.1 地質累積指數(shù)法

地質累積指數(shù)(Igeo)方法由德國海德堡大學沉積物研究所的學者Muller首次提出[9]，可以作為研究水環(huán)境沉積物中重金屬元素潛在影響程度的定量指標，其計算公式為：

(1)

K——經(jīng)驗系數(shù)，一般取1.5。

地質累積指數(shù)分為7級[10]，分別表示土壤或沉積物中重金屬元素對土地質量與土壤生態(tài)影響程度，如表1所示。

表1 地質累積指數(shù)(Igeo)評價指標體系

2.3.2 潛在生態(tài)風險指數(shù)法

(2)

(3)

潛在生態(tài)風險指數(shù)(RI)易受沉積物中金屬元素含量、所含重金屬元素數(shù)量及組分、金屬元素毒性及敏感性等因素影響[11]，其分級與評價標準見表2。

表2 風險因子、潛在生態(tài)危害系數(shù)及生態(tài)風險程度等級

3 結果與討論

3.1 農田區(qū)表層土壤中金屬元素含量異常特征

根據(jù)500組土壤樣品測試分析數(shù)據(jù)，研究區(qū)農田表層(0～20 cm)土壤中重金屬普遍檢出(表3)。同中國土壤中相應元素背景值[12]比較，除了As和Zn平均含量略低，其他各重金屬元素含量均高于背景值，其中Cd和Fe平均含量明顯高于中國土壤元素背景值，是相應元素背景值的2.06倍和10.8倍。與安徽省江淮流域現(xiàn)有的元素背景值相比[13]，Cd、Hg和Fe元素含量高于相應元素背景值2倍或以上，Cr和Cu含量略低于背景值。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，超半數(shù)的取樣點土壤中Cd、Cr、Cu、Fe、Hg和Pb元素含量高于全國相應元素含量背景值，其中Cd和Fe含量超全國背景值的采樣點數(shù)分別占本次總采樣點的97.6%和100%，平均含量低于全國背景值的Zn元素也存在36.3%的采樣點含量超過全國Zn背景值的情況。由此表明，南陵縣基本農田區(qū)土壤中存在重金屬元素外源影響狀況，其中Cd、Hg和Fe含量明顯高于全國或所在區(qū)域對應元素的背景值。

變異系數(shù)(CV, coefficient variation)計算結果表明：研究區(qū)農田表層土壤中9類被測重金屬元素存在不同程度的變異特征，CV值介于14.61%～43.51%，其中As、Cd、Hg和Mn元素的變異系數(shù)大于30%，分別為43.51%、38.25%、32.46%和36.96%，表明這些元素受到外域因素的影響，在研究區(qū)農田土壤中存在一定程度的空間變異性；Cr、Pb和Fe元素的變異系數(shù)小于20%，變異程度較小，表明此類元素受外域因素影響較小。

表3 全國[12]及研究區(qū)[13]成土母質重金屬元素背景

注：a表示金屬元素含量單位為mg/kg；b表示金屬元素含量單位為g/kg。

3.2 土壤重金屬空間變異性

根據(jù)對南陵縣基本農田表層土壤中金屬含量的統(tǒng)計分析和半方差函數(shù)分析，Cr、Pb、Cu、Fe和Mn含量服從正態(tài)分布，Cd含量服從對數(shù)正態(tài)分布(K-S檢驗，p>0.05，雙截尾)，其余元素含量表現(xiàn)為明顯的偏態(tài)分布。

根據(jù)半方差函數(shù)理論，計算得到南陵縣基本農田表層(0～20 cm)土壤金屬含量的半方差函數(shù)擬合模型(表4)，在研究區(qū)土壤的9類重金屬中，As、Cr、Hg、Cu和Zn球狀模型擬合效果最優(yōu)，Cd、Pb、Fe和Mn元素含量采用指數(shù)模型進行擬合。所有被測的9種金屬元素擬合模型的決定系數(shù)在0.720～0.996之間，達到顯著水平。金屬元素的空間相關距離在17.49～192.66 km之間，存在較大的差異性。其中Cd和Zn的空間相關性范圍均小于20 km，元素在空間上的相關性較弱；As、Hg、Pb和Cu的空間相關距離分別為61.1，71.1，36.09，71.04 km，表現(xiàn)為中等程度的空間相關性；Cr、Fe和Mn的相關性范圍分別為192.66，95.91，192.54 km，空間相關距離較遠，表明這些元素受到自然或人類活動等因素的影響較小，導致其空間自相關距離變大。

塊金值(C0, Nugget)是半方差函數(shù)模型中間隔距離為0處的半方差取值，代表由實驗誤差及小于實驗采樣尺度上由于隨機因素產(chǎn)生的變異。南陵農田表層土壤中，9類重金屬含量的塊金值C0分布范圍為0.26～0.72，表明在此次取樣與實驗尺度上由于誤差與隨機變異等因素引起的元素含量變異性較小。

表4 南陵縣基本農田表層土壤(0～20 cm)金屬元素含量統(tǒng)計特征與半方差函數(shù)模型

塊金值與基臺值的比值(C0/Sill)表明土壤中重金屬空間相關性的程度。比值小于0.25表明具有強的空間相關性，比值在0.25～0.75之間表明空間相關性中等，比值大于0.75表明空間相關性很差。通過分析研究區(qū)土壤中重金屬含量的塊金值與基臺值比發(fā)現(xiàn)，Zn和Fe具有較強的空間相關性，C0/Sill值分別為24.13%和18.75%。其余重金屬的空間相關性為中等(30.45%～49.67%)。說明南陵縣基本農田中，大部分重金屬含量的空間分布是由氣候、母質、地貌、土壤類型等結構性因素和人類活動的隨機性因素共同制約與作用的結果。

3.3 土壤重金屬地質累積指數(shù)特征

基于500組農田區(qū)表層土壤測試數(shù)據(jù)，采用地質累積指數(shù)法(Igeo)分析，結果顯示：研究區(qū)農田表層土壤中Fe元素的平均地質累積指數(shù)較大，為2.22，是被測的9類重金屬元素中最大值，表明Fe元素對表層土壤質量存在“中等- 強”程度的影響；Cd、Hg元素的平均地質累積指數(shù)均為0.27，表明它們對土壤質量存在“輕度- 中等”程度的影響；其余各金屬元素的平均地質累積指數(shù)都小于0，表明它們對研究區(qū)農田表層土壤質量影響不明顯。需要指出，雖然在農田表層土壤中，總體上大部分重金屬元素對土壤質量的影響程度表現(xiàn)為不明顯，但是局部范圍的地質累積指數(shù)較高，例如As和Mn的地積累指數(shù)最大值分別達1.84與2.81，表明在某些采樣點表層土壤中As和Cd對土地質量存在不同程度的影響(表5)。

表5 農田表層土壤重金屬元素地質累積指數(shù)(Igeo)及影響程度分級比例

從重金屬元素對表層土壤影響程度分級所占比例分析中可知，F(xiàn)e元素對土壤質量影響程度與影響范圍比例均為最大，全部采樣點(100%)表層土壤中Fe元素均達到“中等”和“中等- 強”影響程度，其中“中等- 強”影響程度的采樣點比例可達到77.76%，“中等”影響程度的采樣點比例占22.24%。Cd和Hg元素對表層土壤具有影響的樣本數(shù)量比例亦很高，分別可達到調查樣地數(shù)的72.56%，76.17%。其中5.28%的土壤樣本處于Cd“中等”、“中等- 強”的影響程度，67.28%的土壤樣本Cd對土地質量影響程度為“輕度- 中等”。對于重金屬元素Hg，達到“中等”程度的土壤樣本比例為5.91%，“輕度- 中等”影響程度的樣本比例約占70.26%。Cr、Cu和Pb元素對表層土壤質量產(chǎn)生影響的樣本數(shù)比例最低。在研究區(qū)所有土壤樣本中Cr元素表現(xiàn)為對表層土地質量無影響，Cu和Pb元素影響土地質量的樣本比例也僅為0.81%和2.26%，且均為“輕度- 中等”程度影響。從總體樣本空間中各重金屬元素的統(tǒng)計分析可以看出，Cd和Mn元素地質累積指數(shù)的標準差(S.D.)相對于其他金屬元素偏高，說明在土壤樣本中這兩類金屬元素的地質累積指數(shù)離散程度較高，變異系數(shù)偏大。

3.4 土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)分布特征

表6 研究區(qū)土壤中重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)及程度比例

Hg和Cd的潛在生態(tài)風險指數(shù)最大值分別為173.2和184.62，達到“很強潛在生態(tài)風險”，其平均值分別為75.92和57.84(表6)。按照重金屬土地質量影響程度等級分類來看，Cd和Hg元素達到“中等程度”及“中等以上程度”生態(tài)危害的比例分別為83.33%和96.13%。其余7類元素中，除As生態(tài)風險系數(shù)最大值為53.83，達到“中等潛在生態(tài)風險”程度，Cr、Pb、Cu、Zn、Fe和Mn的生態(tài)風險系數(shù)最大值均小于40，研究區(qū)全部土壤樣本中這六類元素均表現(xiàn)為“輕微潛在生態(tài)風險”。

從不同重金屬對土壤存在的潛在生態(tài)風險程度比例分析中可知，Hg元素對研究區(qū)農田表層土壤的潛在生態(tài)風險影響以“中度- 強”為主，該程度的樣品數(shù)占樣本重量比例為95.11%；重金屬元素Cd的潛在生態(tài)風險影響以“中度”為主，該程度的采樣點數(shù)占總采樣點的比例為72.56%。由此可見，南陵縣農田區(qū)表層土壤中潛在生態(tài)風險影響主要來源于毒性金屬Cd和Hg。此外，As對于研究區(qū)局部農田表層土壤質量也存在潛在的生態(tài)風險。

在空間分布上，研究區(qū)表層土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)如圖2所示。重金屬Hg的潛在生態(tài)風險最為明顯，研究區(qū)絕大部分農田均處于“中度潛在生態(tài)風險”影響下，在研究區(qū)南部、中部城區(qū)和北部土壤中Hg元素達到“強潛在生態(tài)風險”及以上的水平。Cd為潛在生態(tài)風險第二貢獻元素，超過10%研究區(qū)農田達到“強”和“很強”程度的潛在生態(tài)風險，其中存在“很強”程度潛在生態(tài)風險(>160)的區(qū)域主要分布于研究區(qū)西部。其余重金屬的潛在生態(tài)風險指數(shù)均以輕微為主，為顯示各元素潛在生態(tài)風險的分布特征和趨勢性，將其值分為五級進行Kriging插值作圖(圖2)。

圖2 研究區(qū)表層土壤重金屬單項潛在生態(tài)風險指數(shù)分布特征Fig.2 Spatial distribution of ecological risk coefficients of heavy metals in top- soils of the study area

圖2表明，在研究區(qū)西部和南部的低山—丘陵區(qū)，金屬元素的潛在生態(tài)風險指數(shù)均表現(xiàn)有不同程度的相對增加。進一步調查發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域為該地區(qū)金、銅等有色金屬礦區(qū)，且分布有若干規(guī)模不等的金屬礦產(chǎn)開采、加工廠。土壤中金屬元素含量的分布與變化與有色金屬礦產(chǎn)分布密切相關，礦區(qū)附近土壤的環(huán)境地球化學異常是導致這些區(qū)域重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)偏高的自然因素。此外，礦石的開采、加工和冶煉等人類活動也是造成重金屬區(qū)域性異常的重要因素。

在研究區(qū)北部的沖積—湖積平原地區(qū)，Cr和Cu潛在生態(tài)風險指數(shù)相對較高。該區(qū)域湖塘密集，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)較為發(fā)達。集約化養(yǎng)殖過程中飼料的投放是環(huán)境中重金屬的重要外源輸入，周邊農田引湖塘水澆灌農田是導致土壤中Cr、Cu潛在生態(tài)風險指數(shù)增加的重要因素。

南陵縣農田區(qū)表層土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)(RI)介于65.09～309.33之間，平均值為164.5。分析發(fā)現(xiàn)，皖江區(qū)農田整體上處于“中等- 輕微”程度的潛在生態(tài)風險下(表1)，64.4%的取樣點(322個)存在“中等”程度的潛在生態(tài)風險；處于“輕微”潛在生態(tài)風險(RI<150)下的取樣點占總取樣點比例35%。

圖3為研究區(qū)農田表層土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)空間分布圖。重金屬輕微潛在生態(tài)風險區(qū)呈塊狀、條帶狀分布于南陵縣中部和東部平原區(qū)。重金屬對這些區(qū)域農田土地質量存在較輕微的潛在生態(tài)影響。RI高值區(qū)以斑塊狀分散于研究區(qū)的西部、南部丘陵山區(qū)、城區(qū)和北部平原區(qū)，并呈放射狀向周圍遞減；“中等強度”潛在生態(tài)風險區(qū)域呈條帶狀分布于研究區(qū)的中部和東部。

在農田區(qū)表層土壤中，Cd富集區(qū)分布于南陵縣西部低山丘陵地區(qū)，Hg高值區(qū)分布于南部山區(qū)和中部城區(qū)。對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)綜合潛在生態(tài)風險分布與Cd和Hg的空間異常分布呈高度一致性。結合農田表層土壤重金屬單項潛在生態(tài)風險指數(shù)和綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)，Cd和Hg是該區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風險的主要貢獻因子。

RI值一方面受研究區(qū)重金屬含量高低的影響，更為重要的制約因素是重金屬元素的生態(tài)毒性[18]。Cd和Hg元素的毒性響應系數(shù)分別為30和80,具有極高的生態(tài)毒性，因此雖然研究區(qū)土壤大部分重金屬元素表現(xiàn)為“輕微”程度潛在生態(tài)風險但區(qū)域仍存在“強- 中等”的潛在生態(tài)風險(圖2、圖3)。

圖3 表層土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風險分布與分區(qū)特征Fig.3 Spatial distribution of potential ecological risk index of heavy metals in top- soils

4 結論

在皖江經(jīng)濟區(qū)南陵縣農田區(qū)表層(0～20 cm)土壤中，As、Cd、Hg、Pb、Mn、Fe和Zn的平均含量高于所在區(qū)域的背景值，其中Cd、Hg和Fe平均含量分別為所在區(qū)域相應元素背景值的1.92、1.95和7.13倍；Cd和As元素變異系數(shù)值較高，與上游山區(qū)有色金屬礦產(chǎn)開發(fā)和人類活動影響有關。

根據(jù)土壤重金屬元素地質累積指數(shù)分析結果，F(xiàn)e元素對農田土地質量影響程度為“中等- 強”，Cd、Hg和Mn元素影響程度以“輕度- 中等”為主，局部表現(xiàn)為“中等”程度的影響?？傮w上，As、Cr、Cu、Pb和Zn元素平均地質累積指數(shù)介于“無影響”范圍，局部為“輕度- 中等”程度影響。

南陵縣農田區(qū)土壤中重金屬的單項潛在生態(tài)風險指數(shù)大小順序為：Hg>Cd>As>Fe>Pb>Cu>Cr>Zn>Mn，其中Cd和Hg元素的潛在生態(tài)風險指數(shù)平均值分別為57.84和75.92，潛在生態(tài)風險影響為“中等程度”狀態(tài)。

雖然南陵縣農田區(qū)多數(shù)重金屬元素為“輕微”程度的潛在生態(tài)風險影響，但是，從綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)(RI)來看，研究區(qū)的64%范圍表層土壤存在“中等程度”重金屬潛在生態(tài)風險，這與研究區(qū)表層土壤中Cd和Hg含量偏高、且分布較廣有關。因此，采取相應治理措施勢在必行。

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責任編輯：汪美華

Research on the potential ecological risk of farmland top- soil of heavy metals

WANG Qian, ZHANG Guanghui, TIAN Yanliang, YAN Mingjiang, ZHANG Xiyu

(InstituteofHydrogeologyandEnvironmentalGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Shijiazhuang,Hebei050061,China)

Basic farmland plays an important role in grain quality and security. Research on the potential ecological risk of farmland top- soil of heavy metals is of great guiding significance for increasing grain yield and security. Based on the assessment standard of the soil quality geo- chemical survey, this article selects the basic farmland in Nanling county in Anhui as the main study area, and a total of 500 top- soil samples (depth of 0～20 cm) are collected. By using the methods of geo- accumulation index and potential ecological risk index, the potential effects of heavy metals in the top- soil of Nanling farmland are examined. The results show that (1) there is no pollution of the heavy metal element Cr in the top- soil, however, the rest of heavy metals occur harmful effects in varying degrees; (2) the contents of heavy metals Cd, Hg and Fe exist regional abnormal in top- soil and mean concentration of these heavy metals are more than the geo- chemical background value of Nanling county 1.92, 1.95 and 7.13 times, respectively, which carries potential risk for the grain quality and security; (3) the meanRIvalue is 164.5, indicating that the Nanling farmland sufferes from a moderate- level potential ecological risk and the principle heavy metals element are Cd and Hg.

top- soil in farmland; heavy metals; potential ecological risk; grain security; geo- accumulation index

10.16030/j.cnki.issn.1000- 3665.2017.04.25

2016- 10- 25;

2017- 02- 20

國家自然科學基金項目(41502253)；中國地質調查局地質調查項目(12120115049701，121201236000160009)

王茜(1987- )，女，博士，主要從事水循環(huán)與水土環(huán)境保護等方面研究。E- mail：wangqian870731@gmail.com

張光輝(1959- )，男，研究員，博導，長期從事區(qū)域水循環(huán)演化和地下水可持續(xù)利用研究。E- mail：huanjing59@163.com

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1000- 3665(2017)04- 0165- 08