浙西南典型耕地土壤重金属空间分布及污染评价.pdf

浙西南典型耕地土壤重金属空间分布及污染评价王会来1，吴东涛2，叶正钱3（1.丽水市莲都区土肥能源发展中心，浙江丽水323000；2.丽水市土肥植保能源总站，浙江丽水323000；3.浙江农林大学浙江省土壤污染生物修复重点实验室，浙江杭州311300）摘要：【目的目的】采集分析丽水市莲都区某乡土壤样品，了解全乡农田重金属污染情况，为后续开展土壤安全管理和污染综合治理提供科学依据。【方法方法】采用主成分分析法进行来源解析，运用单项污染指数法、内梅罗指数法、地积累指数法、潜在生态风险指数法及生态风险预警指数进行土壤重金属污染评价。【结果结果】土壤镉(Cd)和铅(Pb)超标率(风险筛选值)分别为 60.71%和 39.29%，但均低于农用地土壤污染风险管控值。土壤 Cd 污染指数(Pi)为 1.31，属于轻微污染，其余重金属小于 1，无污染；内梅罗指数(P综合)为 1.10，属于轻度污染。土壤 Cd 和 Pb 的地积累指数(Igeo)分别为1.74 和 0.79，属中度污染和无污染-中度污染；其余重金属均处于清洁水平。5 种重金属的潜在生态危害系数(Eir)均值小于 40，处于轻微水平风险；生态风险指数(IR)为 48.87，属于轻微风险。土壤生态风险预警指数(IER)处于轻度预警级别。汞(Hg)和铬(Cr)受到人为和自然双重因素影响，Cd、Pb 和砷(As)主要受矿山开发过程中污染物排放和畜禽粪便施用等人类活动影响。【结论结论】研究区土壤总体为轻微污染，Cd 和 Pb 是研究区农田土壤最重要的生态环境因子，后续应加强治理和动态检测，保障农产品安全。图 4 表 6 参 37关键词：土壤重金属；空间分析；风险评价；源解析中图分类号：X825文献标志码：A文章编号：2095-0756(2024)02-0396-10SpatialdistributionandpollutionassessmentofheavymetalsintypicalcultivatedsoilsinsouthwestZhejiangProvinceWANGHuilai1，WUDongtao2，YEZhengqian3（1.SoilFertilizerandRuralEnergyDevelopmentCenterofLianduDistrict,Lishui323000,Zhejiang,China;2.SoilFertilizerandPlantProtectionandEnergySourcesStationofLishuiCity,Lishui323000,Zhejiang,China;3.KeyLaboratoryofSoilContaminationBioremediationofZhejiangProvince,ZhejiangA&FUniversity,Hangzhou311300,Zhejiang,China）Abstract:Objective The heavy metal contamination of farmland in one town of Liandu District,wascomprehensively mapped through soil sample collection and analysis,providing a scientific basis forsubsequentcomprehensivesoilsafetymanagementandcomprehensivepollutionmanagement.MethodTheprincipalcomponentanalysis(PCA),single-factorpollutionindexmethod(Pi),theNemeroindexmethod(Pc),thelandaccumulationindexmethod(Igeo),thepotentialecologicalriskindexmethod(IR)andecologicalriskearly warning index(IER)were used to analyze pollution assessment,and source analysis of heavy metalpollutioninthestudyarea.ResultTheexceedanceratesofCdandPb(riskscreeningvalue)were60.71%and39.29%,respectively,butbothwerelowerthantheriskcontrolvalueofsoilpollutiononagriculturalland.收稿日期：2023-07-04；修回日期：2023-11-30基金项目：浙江省 2022 年度“尖兵”“领雁”研发攻关计划项目(2022C02022)；浙江省土壤污染生物修复重点实验室开放基金(FSLAB2022001)作者简介：王会来(ORCID:0000-0003-3754-4653)，从事农业土壤与肥料技术研究。E-mail:。通信作者：叶正钱(ORCID:0000-0002-6321-815X)，教授，博士，从事土壤肥力与植物营养研究。E-mail:浙江农林大学学报，2024，41（2）：396405Journal of Zhejiang A&F Universitydoi:10.11833/j.issn.2095-0756.20230389EirTheaveragevaluePiofCdwas1.31,indicatingaslightlypollutedlevel,whilePivalueoftheotherheavymetalswaslessthan1,indicatingintheclean.Pcvaluewas1.10,indicatingaslightlypollutedlevel.TheIgeovalueofCdandPbwas1.74and0.79,indicatinginmoderatepollutionandnopollution-moderatepollutionrespectively,therestoftheheavymetalswasintheclean.Theaveragepotentialecologicalhazardcoefficientoffiveheavymetalswaslessthan40,indicatingaslightecologicalrisk.TheaveragevalueofIRwas48.87,indicatingaslightecologicalrisk.IERreachedtheslightearlywarning.HgandCrwereinfluencedbybothhumanandnaturalfactors,whileCd,PbandAsweremainlycausedhumanactivitiessuchasminingpollutionandlivestockmanureapplication.ConclusionThesoilinthestudyareaisgenerallyslightlypolluted.CdandPbarethemostimportantecologicalelementsinagriculturalsoils,andsubsequenttreatmentanddynamicdetectionshouldbeincreasedtoensurethesafetyofagriculturalproducts.Ch,4fig.6tab.37ref.Key words:heavymetalsinsoil;spatialanalysis;riskassessment;sourceapportionment土壤是动植物活动以及微生物进行物质交换的场所，是人类赖以生存的最重要的物质基础之一12。工矿“三废”大量排放、长期不合理施肥、大气沉降等原因导致农田土壤环境质量问题日趋严峻34，土壤重金属污染是其中之一。重金属不能自然降解，隐蔽性强，来源复杂，在输入源基础上不断富集，通过土壤迁移到地下水和农作物中，进一步通过食物链危害动物和人体健康56。农田土壤重金属污染来源众多，既与区域地球化学过程和成土环境有关，又受到采矿、农业生产和交通运输等人为活动的影响，造成不同重金属元素的污染程度和空间分布存在较大差异7。因此，有必要对农田周围土壤的重金属污染程度以及污染来源进行调查评价8。土壤重金属污染评价方法较多，可分为 3 类，包括以单因子指数法9、内梅罗综合指数法10、地积累指数法11、潜在生态风险指数法12等为代表的指数法，以健康风险评价模型13为代表的模型模拟法，以及基于地理信息系统(GIS)进行空间分析的 GIS 分析法14。这些评价方法通过土壤重金属质量分数变化和内在关联性，量化重金属的累积情况，从而对土壤重金属污染情况进行分等定级，但目前尚未形成统一的标准和方法1516。因此，应根据不同土壤状况，综合运用多种评价方法或模型并改进，从而提高土壤重金属评价分析的精度和科学性17。矿山开发过程中的污染物排放，以及过度施肥、畜禽养殖和生活污水排放等原因，导致浙江省丽水市莲都区耕地受到不同程度的重金属污染，其中以莲都区某乡耕地土壤重金属污染问题最为突出。为了解区域重金属污染基本情况，实现区域土壤风险基本管控，本研究利用空间分析研究区土壤重金属污染状况，评估研究区内重金属污染带来的潜在生态风险18，通过主成分分析法对研究区潜在污染源进一步识别19，为后续全面开展土壤安全管理和污染综合治理提供科学依据。1研究区与方法1.1研究区概况研究区位于浙江省丽水市莲都区某乡(283228283828N，11953181195945E)，总面积为64.14km2，区域土壤为红壤类，黄红壤亚类，地形以山地丘陵为主。气候属中亚热带季风气候类型，温暖湿润，雨量充沛，四季分明，具有明显的山地立体气候特征，年平均气温为 17.8，年平均降水量为 1568.4mm，年日照时数为 1676.6h。土壤基本理化性质：有机质 34.26gkg1、全氮 2.08gkg1、pH5.06、速效钾 166.59mgkg1、有效磷 51.98mgkg1、碱解氮 95.89mgkg1。1.2样品采集及分析根据研究区耕地沿河流分布的特点，在河流两侧设置采样点(图 1)，原则上河流距离采样点位置不超过 1km，点位间距约 1km。为探究土壤重金属垂直分布特征，在养猪场排放沼液区域布设 10 个剖面点位(P1P10)，点位相距约 0.1km。共采集 66 份土壤样品，其中 020cm 耕层土壤样品 56 份，0100cm 剖面土壤样品 10 份。为保证土壤样品代表性，在 5m5m 正方形区域内采集 58 个独立样品，按照四分法混样后装入布袋，每个土样约 1kg，采样时用 GPS 记录点位坐标。土壤样品自然风干后挑拣出石第 41 卷第 2 期王会来等：浙西南典型耕地土壤重金属空间分布及污染评价397子、动植物残体等，混匀磨碎后分别过 2.00 和 0.15mm 筛备用。测试指标包括土壤有机质、全氮、pH、速效钾、有效磷、碱解氮，以及砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)等 5 种重金属元素。有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤pH 采用 pH 计法(土水质量比为 12)测定；全氮用半微量凯氏定氮法测定；碱解氮采用氢氧化钠(NaOH)碱解扩散法测定；有效磷采用碳酸氢钠(NaHCO3)浸提-钼锑抗分光光度法测定；速效钾采用乙酸铵(NH4OAc)浸提-火焰光度测定20。土壤Cd、Pb 和 Cr 采用离子体质谱法(ICP-MS)测定；As 和 Hg 采用原子荧光光谱法(AFS)测定。以国家标准物质土壤标准样作为质量控制，测定结果的相对标准偏差5%。1.3土壤污染评价方法以 GB156182018土壤环境质量农用地土壤Eir污染风险管控标准中的农用地污染风险筛值(Cd、Pb、Cr、Hg、As 的风险筛值分别为 0.3、70.0、150.0、1.3、40.0mgkg1，pH5.5)21为参照值，采用单项污染指数(Pi)和内梅罗指数(P综合)对研究区土壤重金属进行污染评价，评价分级参见文献 22。以浙江省土壤背景值(Cd、Pb、Cr、Hg、As 的背景值分别为 0.07、23.70、52.90、0.09、9.20mgkg1)为参照值23，采用地积累指数(Igeo)评价土壤重金属污染的地积累指数，评价分级参见文献 24。以 GB156182018 中的农用地污染风险筛值21为标准，采用潜在生态风险指数 某一重金属的潜在生态危害系数()和综合潜在生态风险指数(IR)评价土壤重金属污染的潜在生态风险2526，并用生态风险预警指数(IER)进行土壤重金属污染的预警评估，其中Cd、Pb、Cr、Hg、As 的毒性系数分别为 30、5、2、40、10，评价等级参见文献 16。1.4数据分析采用 Excel2016 和 SPSS22.0 对土壤重金属进行统计分析，运用 ArcGIS10.5 绘制土壤采样分布图和重金属空间分布图，利用 OriginPro2021 绘制土壤重金属分布箱体图和剖面图，用主成分分析法分析土壤重金属来源。2结果与分析2.1重金属元素污染特征及空间分布由表 1 表明：研究区土壤 Cd、Pb、Cr、Hg、As 平均质量分数分别为 0.39、69.41、40.38、0.10和 3.36mgkg1。与 农 田 评 价 标 准(GB 15618 2018)对比发现，研究区大部分土壤 Cr、Hg、As 质量分数低于土壤污染风险筛选值；土壤 Cd 和 Pb 超标率分别为 60.71%和 39.29%，但均低于农用地土壤污染风险管控值。土壤 Cr 和 As 平均质量分数未超过浙江省土壤环境背景值，Cd、Pb 和 Hg 平均质量分数均分别为背景值的 5.63、2.93 和 1.11 倍。从5 种重金属的变异系数来看，Cr 和 As 元素的变异系数大于 100%，属于强变异，表明受到人类干扰较大；Cr、Hg、Pb 变异系数为 10%100%，属于中等变异。土壤中 Cr 和 As 的偏度系数和峰度系数显著高于其他土壤重金属，但平均质量分数低于污染风险筛选值，表明土壤中 Cr 和 As 在局部区域呈现高累表1土壤重金属统计分析Table1Descriptivestatisticsofheavymetalsinsoil统计指标重金属质量分数/(mgkg1)CdPbCrHgAs平均值0.3969.4140.380.103.36最小值0.1518.996.070.050.71最大值1.39210.45287.200.2630.67标准差0.2236.7949.720.054.19变异系数/%55.6153.00123.1447.08124.69偏度2.111.613.881.555.27峰度6.833.6116.652.6233.53!(!(!(!(!(!(!(!(!(芦村村仙里村南源村北梅田村滴水岩村张山后村皂树村何金富村根竹园村董弄村葛畈村董弄村仙渡茶场仙渡乡柑桔园01234 km河流!表层点基于自然资源部标准地图服务网站 GS(2020)4619 号的标准地图制作，底图边界无修改。!(剖面点图1研究区土壤采样点分布示意图Figure1Locationofsamplingpointsinthestudyarea398浙江农林大学学报2024 年 4 月 20 日积状态。图 2 表明：所有土壤 Cd 的质量分数高于浙江省土壤环境背景值，平均质量分数超过风险筛选值，但低于风险管控值。土壤 Pb 平均质量分数高于浙江省土壤环境背景值，但低于农用地土壤污染风险筛选值；部分样品 Pb 质量分数高于风险筛选值但低于风险管控值。部分土壤样品 Hg 质量分数高于浙江省土壤环境背景值，但均低于风险筛选值。大部分 Cr 和 As 质量分数低于浙江省土壤环境背景值。Cd/(mg kg1)Pd/(mg kg1)000100200300400500As/(mg kg1)010203040500.51.01.5Hg/(mg kg1)0.51.01.52.00300600900Cr/(mg kg1)黑线指浙江省土壤环境背景值；绿线和红线分别指 GB 156182018 农用地土壤风险管控标准筛选值和管控值。图2研究区土壤重金属分布箱体图Figure2Boxplotofsoilheavymetalcontentdistribution从图 3 可知：土壤 Cd 总体污染程度为轻微污染，轻中度污染区主要分布在张山后村西南部和根竹园村东部附近。土壤 Pb 污染区域集中在南源村、皂树村中南部、何金富村、葛畈村中南部以及张山后村东部区域。土壤 Cr 仅在仙里村南部和葛畈村北部附近轻微污染。全域土壤重金属 Hg 和 As 无污染风险。01234 km0.722.502.503.003.004.504.5010.0010.0030.67芦村村仙里村南源村梅田村滴水岩村张山后村皂树村何金富村根竹园村董弄村葛畈村董弄村仙渡茶场仙渡乡柑桔园芦村村仙里村南源村梅田村滴水岩村张山后村皂树村何金富村根竹园村董弄村葛畈村董弄村仙渡茶场仙渡乡柑桔园芦村村仙里村南源村梅田村滴水岩村张山后村皂树村何金富村根竹园村董弄村葛畈村董弄村仙渡茶场仙渡乡柑桔园芦村村仙里村南源村梅田村滴水岩村张山后村皂树村何金富村根竹园村董弄村葛畈村董弄村仙渡茶场仙渡乡柑桔园芦村村仙里村南源村梅田村滴水岩村张山后村皂树村何金富村根竹园村董弄村葛畈村董弄村仙渡茶场仙渡乡柑桔园0.150.200.200.300.300.600.600.900.901.396.1150.0050.00150.00150.00200.00200.00250.00250.00287.000.050.080.090.100.110.120.130.150.160.220.230.2619.0070.0070.0080.0080.0090.0090.00100.00100.00140.00140.00210.00Cd/(mg kg1)Pd/(mg kg1)As/(mg kg1)Hg/(mg kg1)Cr/(mg kg1)取值范围为上限排除法。基于自然资源部标准地图服务网站 GS(2020)4619 号的标准地图制作，底图边界无修改。北图3研究区表层土壤重金属空间分布示意图Figure3Spatialdistributionofheavymetalsinsurfacesoils2.2土壤重金属剖面特征从图 4 可见：各层剖面土壤 Cd 质量分数总体趋势为：P2、P3 和 P5 点位各层土壤 Cd 质量分数随土第 41 卷第 2 期王会来等：浙西南典型耕地土壤重金属空间分布及污染评价399壤深度增加而降低，P1、P4、P6、P7 和 P8 点位各层土壤 Cd 质量分数随土层深度的增加而增加，P9 和P10 点位中间层 Cd 质量分数低于表层和底层土壤。不同深度土壤 Pb 的变化趋势为：P1、P4、P5、P8 点位土壤 Pb 质量分数随土层深度的增加而增加，P2、P3、P6、P7 和 P10 点位土壤 Pb 质量分数随土壤深度增加呈降低趋势，P9 点位中层土壤 Pb 质量分数高于表层和底层土壤。土壤 Hg 质量分数变化总体趋势为：P2 和 P7 点位土壤 Hg 质量分数随土层深度增加而增加，P3、P5、P6 和 P8 点位土壤 Hg 质量分数随土层深度增加而降低，P1、P9 和 P10 点位中间层土壤 Hg 质量分数均高于表层和底层，P4 点位中间层土壤 Hg 质量分数低于表层和底层。不同土层中 Cd、Pb 和 Hg 质量分数变化趋势无明显规律，这与前期农业生产中养殖粪便的施用以及山涧溪水的淋溶有关。剖面点位土壤中 Cr 和 As 质量分数均低于环境风险筛选值。Pd/(mg kg1)502001.81.51.20.90.60.3150100250Cd/(mg kg1)0204060800.60.31.81.51.20.9P1P1P10 为 10 个土壤剖面点位。P2P3P4P5P6P7P8P9P10020406080020406080Hg/(mg kg1)土层深度/cm土层深度/cm土层深度/cm图4研究区土壤重金属剖面图Figure4Verticaldistributionofheavymetalsinsoils外源输入和成土母质是引起农田土壤重金属、污染的 2 个重要因素，剖面检测结果表明：不同深度土壤均有重金属污染，为分析污染来源，将重金属质量分数最低的土层重金属质量分数认定为由成土母质因素引起，以重金属质量分数最低土层的重金属质量分数除以最高土层的重金属元素质量分数得到土壤母质因素对土壤污染的贡献率。外源污染 Cd、Pb 和 Hg 输入对土壤污染贡献率分别约 12.0%65.7%、8.2%42.6%和 18.3%62.3%。2.3重金属元素污染评价2.3.1单项污染指数和内梅罗综合污染指数评价以 GB156182018 农用地风险筛选值为标准，计算单项污染指数(Pi)和内梅罗综合污染指数(P综合)。土壤 Cd、Pb、Cr、Hg 和 As 的 Pi平均值分别为 1.31、0.99、0.27、0.08 和 0.08(表 2)，其中 Cd的 Pi1，属轻微污染，其余重金属 Pi1，无污染。(P综合)为 0.383.40，平均值 1.10，属轻度污染。由表 3 可知：39.29%点位的土壤 Cd 的 Pi1，超标点位占比 60.71%，其中轻微污染、轻度污染、中度污染的点位占比分别为 44.64%、14.29%和 1.79%。60.71%的点位土壤 Pb 的 Pi1，超标点位占比39.29%，其中轻微污染、轻度污染、中度污染的点位占比分别为 33.93%、3.57%和 1.79%。96.43%的点位土壤 Cr 的 Pi1，超标点位占比 3.57%，属于轻微污染。Hg 和 As 土壤点位 Pi1，全部为无污染。由此推断 Cd 和 Pb 是研究区土壤污染累积最严重的重金属。从 P综合看，P综合0.7 的点位占比仅为23.21%，超标点位占比 76.79%，其中尚清洁、轻度污染、中度污染、重度污染的点位占比分别为28.57%、42.86%、3.57%和 1.79%。总体来看，研究区土壤环境污染较严重，需要采取修复措施，减轻土壤污染程度。2.3.2地积累指数法评价由表 4 可知：土壤 Cd、Pb、Cr、Hg 和 As 的地积累指数(Igeo)平均值分别为表2土壤重金属污染指数Table2Heavymetalpollutionindexinsoils统计指标单项污染指数(Pi)内梅罗综合污染指(P综合)CdPbCrHgAs平均值1.310.990.270.080.081.10最小值0.500.270.040.040.020.38最大值4.643.011.910.200.773.40标准差0.730.530.330.040.100.56变异系数/%55.61 53.00 123.14 47.08 124.6950.57400浙江农林大学学报2024 年 4 月 20 日1.74、0.79、1.49、0.56、2.49，其中土壤 Cd 和 Pb 的 Igeo0，分别为中度污染和无污染-中度污染；Cr、Hg 和 As 的 Igeo0，无污染。土壤 Cd 的 Igeo点位全部超标，其中无污染-中度污染、中度污染、中度污染-强污染、强污染分别为 16.07%、55.36%、25.00%和 3.57%。土壤 Pb 的 Igeo点位超标率为85.71%，其中无污染-中度污染、中度污染、中度污染-强污染分别为 46.43%、33.93%和 5.36%。土壤Cr、Hg 和 As 的 Igeo点位超标率分别为 8.93%、17.86%和 1.79%。总体而言，研究区在人类活动的影响下，土壤 Cd 和 Pb 呈现高度富集；土壤 Cr、Hg 和 As 存在轻微富集现象。表4土壤重金属地积累指数法点位分布Table4Statisticaltableofevaluationcharacteristicvaluesofaccumulationindexofheavymetalelements重金属地积累指数(Igeo)地积累指数(Igeo)点位比率/%变化范围平均值标准差Igeo00Igeo11Igeo22Igeo33Igeo4Cd0.513.731.740.69016.0755.3625.003.57Pb0.902.570.790.7114.2946.4333.935.360Cr3.711.861.491.1391.075.363.5700Hg1.530.940.560.6082.1417.86000As4.281.152.491.0398.211.79000EirEirEir2.3.3潜在生态风险指数法和生态风险预警法评价由表 5 可知：土壤 Cd、Pb、Cr、Hg 和 As 的潜在生态危害指数()平均值分别为 39.45、4.96、0.54、3.09 和 0.84，土壤 Pb、Cr、Hg 和 As 的所有点位40，处于轻微水平风险。土壤 Cd 的最高，平均为 39.45，变化幅度较大，最大为 139.30，最小为14.94，达到中等和较强生态风险的样点占比分别为 26.79%和 3.57%。该区域 IR为 18.80149.55，平均为 48.87，变异系数差异性较大，但所有样点的 IR均150，处于轻微风险，主要贡献因子为土壤 Cd。该区域 IER为3.991.21，平均为2.26，处于无风险至轻度预警级。采用潜在生态风险指数法和生态风险预警指数法均表明：研究区土壤重金属处于轻微污染级别。表5土壤重金属潜在生态风险评价Table5Evaluationofpotentialecologicalrisksofheavymetalelements重金属Eir潜在生态危害指数()Eir潜在生态危害指数()点位比率/%变化范围平均值标准差变异系数/%Eir40Eir4080Eir80160Cd14.94139.3039.4521.9355.6169.6426.793.57Pb1.3615.034.962.6353.00000Cr0.083.830.540.66123.14000Hg1.437.973.091.4547.08000As0.187.670.841.05124.690002.3.4主成分分析通过主成分分析(表 6)进一步确认土壤中 5 种重金属的具体来源，共提取 3 个主成分，累积贡献率为 69.037%。第 1 主成分(PC1)累积贡献率为 25.899%，Hg 和 Cr 具有较大载荷，分别表3土壤重金属污染点位分布Table3Distributionofheavymetalpollutionpointsbasedonthepollutionindexmethod单项污染指数(Pi)污染等级点位占比/%内梅罗综合污染指数(P综合)污染等级点位占比/%CdPbCrHgAsPi1无污染39.2960.7196.43100100P综合0.7清洁23.211Pi2轻微污染44.6433.933.57000.7P综合1.0尚清洁28.572Pi3轻度污染14.293.570001.0P综合2.0轻度污染42.863Pi5中度污染1.791.790002.0P综合3.0中度污染3.57Pi5重度污染00000P综合3.0重度污染1.79第 41 卷第 2 期王会来等：浙西南典型耕地土壤重金属空间分布及污染评价401为 0.749 和 0.668。第 2 主成分(PC2)累积贡献率为 22.636%，As 和 Cd 具有较大载荷，分别为 0.887 和0.505。第 3 主成分(PC3)累积贡献率为 20.502%，Pb 具有较大载荷，为 0.891。表6土壤重金属主成分分析Table6PCAresultofheavymetalsinsoil成分初始特征值提取平方和载入旋转成分矩阵特征值贡献率/%累积贡献率/%特征值贡献率/%累积贡献率/%重金属PC1PC2PC311.29525.89925.8991.29525.89925.899Cd0.4460.5050.44021.13222.63648.5351.13222.63648.535Pb0.0790.0170.89131.02520.50269.0371.02520.50269.037Cr0.6680.1780.26340.86217.23086.268Hg0.7490.2730.15150.68713.732100.000As0.1000.8870.0463讨论3.1土壤重金属污染评价分析本研究采用多种土壤重金属污染评价方法，但各方法的评价结果存在一定差异性。以 GB156182018 中的风险筛选值作为背景值时，单项污染指数法结果显示 Cd 属轻微污染，内梅罗综合污染指数属轻度污染。采用浙江省背景值为标准进行评价时，地积累指数法结果显示 Cd 属中度污染，Pb 属无污染-中度污染。以 GB156182018 中的风险筛选值作为背景值时，潜在生态风险指数法分析结果显示 5 种重金属为轻微水平风险，生态风险显示为无风险至轻度预警级。从评价结果来看，潜在风险指数法对于 Cd 应比较灵敏，而单项污染指数法、内梅罗指数法和地积累指数法对 5 种重金属均比较灵敏，这主要是不同方法的侧重性与不同背景值选择的结果2728。内梅罗指数法能全面反映各重金属对土壤的不同作用，以避免由于平均作用削弱高水平金属权重现象的发生，但易受高水平或低水平因子的影响29。地积累指数法考虑了成岩作用对土壤背景值的影响，但只能给出各采样点某种重金属的污染指数，无法对元素间或区域间环境质量进行比较分析11。潜在生态风险指数法及生态风险预警指数法将环境生态效应与毒理学联系起来，但易忽略重金属复合污染时不同金属之间的加权或拮抗作用30。3.2土壤重金属源解析从研究区土壤重金属的主成分分析结果来看，土壤 Hg 和 Cr 在第 1 主成分具有较大载荷。本研究中大部分土壤 Hg 和 Cr 的质量分数低于浙江省土壤环境背景值，但土壤 Cr 变异系数较大，表明 Cr 受到人类活动影响较大，如农药化肥施用、畜禽粪便排放等人为因素31。同时土壤 Cr 也受到土壤地球化学作用的影响，与成土母质的影响密切相关32。不同耕层中 Hg 质量分数变化趋势较为混乱，这与前期农业生产中养殖粪便的施用以及山涧溪水的淋溶有关33。由此推断，土壤 Hg 和 Cr 受到人为和自然双重因素的影响。本研究土壤 As 平均质量分数低于浙江省土壤环境背景值，但土壤 As 变异系数较大，受到人为影响较大；土壤 Cd 平均质量分数高于浙江省土壤环境背景值，具有明显的富集现象，原因是 20 世纪钼矿开采导致土壤存在 Cd 污染。已有研究表明，土壤 As 因含 As 农药和有机肥的使用而增加，约 70%的化肥农药会随着雨水的下渗造成土壤中 As 和 Cd 大量累积3435。污水排放、矿山开采等人类活动所产生的Cd 是土壤 Cd 的重要来源12,36。因此，土壤 As 和 Cd 与农业、钼矿开采等有关。土壤 Pb 平均质量分数高于浙江省土壤环境背景值，部分区域 Pb 呈现高度富集，且土壤 Pb 剖面的混乱与养殖粪便施用有关。穆虹宇等37研究发现：虽然猪粪中 Pb 的超标率仅为 2.58%，但 Pb 的生态毒性较大，同一区域连续大量施用猪粪，会造成土壤 Pb 累积。因此，土壤 Pb 受到畜禽粪便施用的影响。4结论研究区土壤 Hg 和 Cr 受到人为和自然双重因素影响，土壤 Cd、Pb 和 As 与矿山开发过程中污染物排放和畜禽粪便施用等人类活动有关。研究区土壤总体为轻微污染，土壤 Cd 的污染指数为轻微污染，402浙江农林大学学报2024 年 4 月 20 日内梅罗指数法为轻度污染，土壤 Cd 和 Pb 的地积累指数分别处于中度污染和无污染-中度污染，潜在生态风险指数处于轻微水平风险，生态风险预警指数处于轻度预警级别。Cd 和 Pb 是研究区农田土壤健康最主要的生态环境因子，后续应加强治理和动态监测，保障农产品安全。5参考文献刘平.银北灌区土壤-水-作物系统的重金属来源解析及生态健康风险的时空预测研究D.银川:宁夏大学,2022.LIUPing.Source Analysis,Ecological and Health Risk Prediction of Heavy Metals in Farmland Soil,Irrigation Water,andMaize in the Irrigation Area of Northern YinchuanD.Yinchuan:NingxiaUniversity,2022.1GUANQingyu,WANGFeifei,XUChuanqi,et al.SourceapportionmentofheavymetalsinagriculturalsoilbasedonPMF:acasestudyinHexiCorridor,northwestChinaJ.Chemosphere,2018,193:189197.2蔡美芳,李开明,谢丹平,等.我国耕地土壤重金属污染现状与防治对策研究J.环境科学与技术,2014,37(增刊2):223230.CAIMeifang,LIKaiming,XIEDanping,et al.ThestatusandprotectionstrategyoffarmlandsoilspollutedbyheavymetalsJ.Environmental Science&Technology,2014,37(suppl2):223230.3曾思燕,于昊辰,马静,等.中国耕地表层土壤重金属污染状况评判及休耕空间权衡J.土壤学报,2022,59（4）:10361047.ZENGSiyan,YUHaochen,MAJing,et al.IdentifyingthestatusofheavymetalpollutionofcultivatedlandfortradeoffspatialfallowinChinaJ.Acta Pedologica Sinica,2022,59（4）:10361047.4陈卫平,杨阳,谢天,等.中国农田土壤重金属污染防治挑战与对策J.土壤学报,2018,55（2）:261272.CHEN Weiping,YANG Yang,XIE Tian,et al.Challenges and countermeasures for heavy metal pollution control infarmlandsofChinaJ.Acta Pedologica Sinica,2018,55（2）:261272.5QINGuowei,NIUZhaodong,YUJiangdong,et al.SoilheavymetalpollutionandfoodsafetyinChina:effects,sourcesandremovingtechnologyJ/OL.Chemosphere,2021,267:1292052023-06-10.doi:10.1016/j.chemosphere.2020.129205.6徐建明,何丽芝,唐先进,等.中国重金属污染耕地土壤安全利用存在问题与建议J.土壤学报,2023,60（5）:12891296.XU Jianming,HE Lizhi,TANG Xianjin,et al.Problems and suggestions on safe utilization of heavy metal(loid)-contaminatedfarmlandsinChinaJ.Acta Pedologica Sinica,2023,60（5）:12891296.7张