养殖场周边土壤重金属分布特征和生态风险评价

摘要 以养鸡场、养猪场和养牛场周边土壤为研究对象，对其土壤中的8种重金属进行含量分析、相关性分析和生态风险评价。结果表明：养殖场周边土壤重金属含量表现为Mn＞Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Cd＞Hg。养鸡场周边土壤的重金属污染问题需要引起足够重视，养牛场周边土壤需要关注Hg的污染问题；多种重金属之间呈显著相关性，其可能来自相同的污染源；养殖场周边土壤重金属潜在生态风险程度表现为Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cu＞Zn＞Cr＞Mn。养殖场周边土壤处于中等潜在生态风险程度，需要对畜禽养殖土壤重金属风险问题引起足够重视。

关键词 养殖场周边；重金属；含量分布；生态风险

中图分类号 X 53  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2025）01-0091-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.01.018

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Distribution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Soil Around Aquaculture Farms

WANG Bing， LI Guang-ming， MA Hong-lei et al

（Puyang Ecological Environment Monitoring Center of Henan Province， Puyang， Henan 457000）

Abstract Based on the soil around the chicken farm， pig farm and cattle farm，content analysis， correlation analysis and ecological risk assessment of 8 kinds of heavy metals were analyzed.Results showed that：the content of heavy metal in soil around the farm was Mn > Zn > Cr > Pb > Cu > As > Cd > Hg.The heavy metal pollution of the soil around the chicken farm needed to be paid enough attention.The soil around the cattle farm needed to pay attention to the pollution of Hg.There was a significant correlation between the heavy metals， indicating that they might come from the same pollution sources.The potential ecological risk of heavy metals in the soil around the farm was：Hg > Cd > As > Pb > Cu > Zn > Cr > Mn.The soil around the farm was in the middle potential ecological risk， so it is necessary to pay enough attention to the risk of heavy metals in the soil.

Key words Round farms;Heavy metals;Content distribution;Ecological risk

基金项目 濮阳市2020年度重大科技专项（200119）。

作者简介 王冰（1985—），女，河南濮阳人，高级工程师，硕士，从事生态环境综合分析研究。

重金属的生态风险评价和分析大多集中于农田土壤、矿区周边土壤、海洋河流表层沉积物中，对于重金属的生态风险评价结论也趋于一致。如安靖等^［1-2］对农田土壤重金属的研究，王俊杰等^［3-5］对海滩表层沉积物、消落区土壤和流域土壤重金属的研究，高鹏等^［6-7］对城区、县域周边土壤重金属的研究，陆泗进等^［8-12］对矿区、工业区周边土壤重金属的研究均发现，Cd和Hg具有较强的潜在生态危害性，其他重金属处于相对较低的生态风险等级。近年来，肉蛋制品等食品安全问题已引起人们的足够重视，然而对于与此相关的养殖场周边土壤重金属的潜在生态风险问题却鲜见研究，养殖场周边土壤重金属的生态风险问题急需科研人员的分析研究以及需引起相关管理者的重视。

笔者依据某市畜禽养殖场周边土壤中重金属分析结果，以养鸡场、养猪场和养牛场周边土壤为研究对象，选取Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn 8个重金属评价指标，分析土壤中重金属在养殖场中含量分布特征，评价养殖场周边土壤中重金属的生态风险程度，这对于防止养殖场土壤重金属危害区域生态环境，通过饲养畜禽等途径进入肉蛋制品危害人体健康具有现实指导意义，为农业畜牧管理、环境决策、风险管理者提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据采集

养殖场类型设置为3种，即养鸡场、养猪场和养牛场。选取具有一定规模和代表性的畜禽养殖场，在每个养殖场周边布设5个土壤采样点位（养殖场外围500 m范围内网格法随机布点，100 m×100 m），采样深度为0～20 cm。共采集15个土壤样品，然后对样品中8种重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn的含量进行分析和评价。

1.2 含量评价

采用《土壤环境质量 农用地土壤风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）（以下简称《标准》）对pH>7.5规定的限值要求，对养殖场土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn的含量进行评价。

1.3 土壤重金属生态风险评价

采用Hakanson的生态危害指数法开展潜在生态风险评价。该方法综合考虑了重金属的毒性，在土壤和沉积物中普遍的迁移转化规律及评价区域对重金属污染的敏感性，以及重金属区域背景值的差异，消除了区域差异影响，体现了生物有效性和相对贡献及地理空间差异等特点，是综合反映重金属对生态环境影响潜力的指标，适合对大区域范围沉积物和土壤进行评价比较^［3］，也是评价重金属潜在生态风险的一种相对快速、简便和标准的方法^［11］。计算公式如下：

RI=  Ei r（1）

Ei r=Ti r×Ci f（2）

Ci f=Ci/Ci n（3）

式中：RI为多种重金属的潜在生态危害指数； Ei r为第i种重金属的潜在生态风险指数；Ti r为第i种重金属的毒性系数；Ci f为第i种重金属的污染系数；Ci为样品中第i种 重金属的质量分数实测值，mg/kg； Ci n为第i 种重金属的质量分数背景值，mg/kg。Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn的毒性系数分别为30、40、10、5、2、5、1、1^［11］；重金属的质量分数背景值采用河南省土壤重金属的背景值^［13］。土壤重金属的潜在风险分级标准见表1^［8-9］。

2 结果与分析

2.1 养殖场周边土壤重金属含量分布 养鸡场、养猪场和养牛场周边土壤中重金属含量分布状况见表2。由表2可知，7种重金属含量的最大值均低于《标准》中农用地土壤污染风险筛选值（Mn无标准限值），评价结果为土壤污染风险低，一般情况下可以忽略；养鸡场和养猪场周边土壤重金属含量表现为Mn＞Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Cd＞Hg，养牛场周边土壤重金属含量表现为Mn＞Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Hg＞Cd。3种类型养殖场周边土壤重金属含量均值表现为Mn＞Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Cd＞Hg。

从不同类型养殖场周边土壤的重金属均值分布（图1）可以看出，只有Hg的分布特征表现为养牛场＞养猪场＞养鸡场，其他重金属Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn分布特征均表现为养鸡场＞养猪场＞养牛场。这表明养鸡场周边土壤的重金属污染问题需要引起足够重视，而养牛场周边土壤需要重点关注Hg的污染问题。

2.2 养殖场周边土壤重金属相关性分析

相关性分析是指对2个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量2个变量因素的相关密切程度。运用SPSS软件对养殖场周边土壤中的Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn之间的相关关系进行统计分析，相关系数结果见表3。由表3可知，Cd-Zn、As-Pb、As-Cr、As-Cu、As-Zn、As-Mn、Pb-Cr、Pb-Zn、Pb-Mn、Cr-Cu、Cr-Zn、Cr-Mn、Cu-Zn、Cu-Mn、Zn-Mn均呈显著相关性（ P<0.05，P<0.01 ），说明它们的来源或者污染途径相同，表明其可能具有相同的污染源。

2.3 养殖场周边土壤重金属潜在生态风险评价

依据生态危害指数法的计算方法，采用各类型养殖场点位重金属含量的均值进行潜在生态风险计算（养殖场的结果为3种类型养殖场点位重金属含量的均值），评价结果见表4。

由表4可知，Hg的潜在生态风险程度最大，其中养牛场周边土壤Hg达到很强的生态风险，Cd的潜在生态风险程度次之，养鸡场周边土壤和养猪场周边土壤Cd达到中等生态风险，养牛场周边土壤Cd处于轻度生态风险等级，其余重金属As、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn的单项生态风险指数均小于40，处于轻度生态风险等级，其中Cr、Zn、Mn的生态风险指数均很低。以3种养殖场的均值来看，重金属潜在生态风险程度表现为Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cu＞Zn＞Cr＞Mn。这表明应对养殖场周边土壤中Hg和Cd的生态风险予以重点关注，防止生态问题产生，避免Hg和Cd的环境污染。养鸡场、养猪场和养牛场的多种重金属综合潜在生态风险指数（RI）分别为165.5、198.6、2206，均处于中等潜在生态风险程度。可见，需要对畜禽养殖土壤问题引起足够重视。

3 结论

该研究通过对养鸡场、养猪场、养牛场3种养殖场周边土壤的8种重金属进行含量分析、相关性分析和生态风险评价，得出以下结论：

（1）养殖场周边土壤重金属含量表现为Mn＞Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Cd＞Hg。重金属含量分布结果表明，养鸡场周边土壤的重金属污染问题需要引起足够重视，而养牛场周边土壤需要重点关注Hg的污染问题。

（2）Cd-Zn、As-Pb、As-Cr、As-Cu、As-Zn、As-Mn、Pb-Cr、Pb-Zn、Pb-Mn、Cr-Cu、Cr-Zn、Cr-Mn、Cu-Zn、Cu-Mn、Zn-Mn均呈显著相关性（ P<0.05，P<0.01 ），表明其可能具有相同的污染源。

（3）养殖场周边土壤重金属潜在生态风险程度表现为Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cu＞Zn＞Cr＞Mn。3种类型重金属的综合潜在生态风险指数结果表明，养殖场周边土壤处于中等潜在生态风险程度，需要对畜禽养殖土壤问题引起足够重视。