西南岩溶区果园土壤—作物系统重金属元素迁移特征与污染评价.pdf

54卷南 方 农 业 学 报 1106西南岩溶区果园土壤作物系统重金属元素迁移特征与污染评价宁静1，2，马一奇3，杨慧1，4，马洋1，黎永生5*，姚蓉6，7，黄超3，徐灿3（1中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部广西岩溶动力学重点实验室，广西桂林541004；2桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林541006；3中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心，云南昆明650111；4联合国教科文组织国际岩溶研究中心，广西桂林541004；5中国科技开发院广西分院，广西南宁530022；6黑龙江大学寒区地下水研究所，黑龙江哈尔滨150080；7黑龙江大学水利电力学院，黑龙江哈尔滨150080）摘要：【目的】分析西南岩溶地区地质高背景下土壤作物系统的重金属迁移富集关系及其潜在生态风险，为岩溶区土壤合理开发利用和粮食安全生产提供科学依据。【方法】选取广西较典型的岩溶区果园和撂荒地作为研究区，同时采集不同母质的土壤进行对比，对果园和撂荒地内植物的根、茎、叶、果实及土壤剖面（0100 cm）中的8种重金属元素 镉（Cd）、铬（Cr）、砷（As）、汞（Hg）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）含量进行研究，并分别采用单因子污染指数、地累积指数、生物富集系数及相关分析等方法对土壤及作物的生态风险进行评价。【结果】研究区土壤中重金属元素Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn含量平均值均超广西土壤元素背景值，其中，Cd和Zn含量分别是广西土壤元素背景值的7.7和5.4倍。地累积指数结果表明，果园剖面土壤的Cd存在中度至重度污染，Zn的最大值存在中度污染；撂荒地剖面土壤的Cd存在中度污染，Zn存在无污染至中度污染。果园土壤剖面中Cd、Cu、Ni和Zn 4种元素最大迁移率均出现在5060 cm处，撂荒地土壤中Ni和Cd元素最大迁移率出现在3040 cm处，Cu和Zn元素最大迁移率则出现在6080 cm处。果园和撂荒地土壤的Cd活化率最高，具有较强活性。果园中7种重金属元素的作物污染指数排序为Pb（22.09）Ni（20.84）Zn（3.24）As（2.77）Cr（1.43）Cu（0.21）Cd（0.01）。比较作物根、茎、叶和果实的生物富集系数，发现所有元素含量均在根系部位最大；果实中As元素的生物富集系数最高，为0.07。除As和Pb 2个元素外，其他元素（Cu、Cd、Zn、Ni和Cr）的生物富集系数最小值均出现在果实。研究区内土壤和果实中同一种重金属元素含量之间无显著相关性（P0.05），即土壤重金属元素含量不会影响作物重金属元素含量。【结论】研究区土壤中Cd和Zn的超标率较高，存在Cd污染现象；与土壤相比，研究区作物果实中Cd和Zn的生物富集系数总体较低，表明研究区重金属元素总体表现出高含量、低活性和生态低风险的特点。关键词：重金属污染评价；岩溶区；土壤作物系统；迁移富集中图分类号：S154.1文献标志码：A文章编号：2095-1191（2023）04-1106-13收稿日期：2022-05-07基金项目：广西重点研发计划项目（桂科AB22035004）；广西科技基地和人才专项（桂科AD20297090）；桂林市重点研发计划项目（2020010403）；桂林市科学研究与技术开发计划项目（2020010905）通讯作者：黎永生（1986-），https:/orcid.org/0000-0001-8001-993X，高级工程师，主要从事应对气候变化相关研究工作，E-mail：第一作者：宁静（1998-），https:/orcid.org/0000-0002-9034-2471，研究方向为岩溶生态系统，E-mail：南方农业学报Journal of Southern Agriculture2023，54（4）：1106-1118ISSN 2095-1191；CODEN NNXAABhttp:/DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2023.04.015Migration characteristics and pollution evaluation of heavymetal elements in orchard soil-crop system in karst area ofsouthwestern ChinaNING Jing1，2，MAYi-qi3，YANG Hui1，4，MAYang1，LI Yong-sheng5*，YAO Rong6，7，HUANG Chao3，XU Can3（1Institute of Karst Geology，ChineseAcademy of Geological Sciences/Key Laboratory of Karst Dynamics in Guangxi，Ministry of Natural Resources，Guilin，Guangxi 541004，China；2College of Environmental Science and Engineering，Guilin University of Technology，Guilin，Guangxi 541006，China；3Kunming General Survey Center for NaturalResources，China Geological Survey，Kunming，Yunnan 650111，China；4International Research Center on Karst undertheAuspices of United Nations Educational，Scientific and Cultural Organization，Guilin，Guangxi 541004，4期11070引言【研究意义】全球碳酸盐岩裸露面积约占陆地面积的12%，我国岩溶面积346.3万km2，约占我国陆地总面积的1/3（Jiang et al.，2014；Beckford et al.，2021；张双银等，2022），主要分布在西南地区，如广西、贵州、云南等省份。土壤一直是人类赖以生存的基础，也是供应人类食物的重要保障。但随着工业和农业的快速发展，城市化程度越来越高，土壤问题日益增多，其中岩溶区的土壤重金属污染问题较严重（梁裕平等，2018；罗慧等，2018；张富贵等，2020；唐世琪等，2021）。岩溶地区特殊的地质背景，以及岩溶景观在发育过程中对岩溶土壤中重金属存在潜在的贡献行为导致我国西南岩溶区域的土壤重金属问题尤为严重，如广西镉（Cd）、湖南铅（Pb）和锌（Zn）、贵州Zn和镍（Ni）、云南铜（Cu）等（潘琼和潘峰，2015；刘旭等，2017；张广映等，2021；夏子书等，2022）。而岩溶区土壤中重金属含量普遍偏高的原因主要与地质成因有关，如母岩的溶蚀作用和次生富集等，局部还受矿石开采及人为活动的影响（马宏宏等，2020，2021）。人类活动将大量的污染物质带入土壤中，使得生态环境不断遭到破坏，土壤污染问题也愈加严重，同时土壤中重金属污染具有潜伏性和不易修复的特点。因此，研究西南岩溶地区土壤与作物间重金属元素的迁移转换规律，对改善及防控当地土壤与作物的重金属含量具有重要意义。【前人研究进展】我国西南岩溶区中大部分的土壤重金属处在一个高背景、低活性状态下（武永锋等，2008）。在自然状态下，土壤重金属元素不存在明显的活动性，随着人为因素的干扰而变得活跃。Mic等（2006）研究发现土壤中Cd、Cu和Pb与人类在地中海地区开展农业活动有关。宋雁辉等（2012）对油菜籽中重金属元素的迁移规律进行研究，发现果实China；5Guangxi Branch of ChinaAcademy of Science and Technology Development，Nanning，Guangxi 530022，Chi-na；6Cold Groundwater Research Institute，Heilongjiang University，Harbin，Heilongjiang 150080，China；7College ofWater Resources and Electric Engineering，Heilongjiang University，Harbin，Heilongjiang 150080，China）Abstract：【Objective】This paper analyzed the heavy metal migration and enrichment relationship of soil-crop systemand its potential ecological risk under the geological high background of karst area in southwestern China，so as to pro-vide scientific basis for the rational development and utilization of soil，and food security and production in karst area.【Method】Orchards and wastelands in the relatively typical karst areas of Guangxi were selected as the study areas.Soilswith different matrices were collected for comparative studies.The contents of eight heavy metal elementscadmium（Cd），chromium（Cr），arsenic（As），mercury（Hg），lead（Pb），copper（Cu），zinc（Zn），and nickel（Ni）in roots，stems，leaves，fruits，and soil profiles（0-100 cm）of the plants in the orchards and wastelands were investigated andevaluated for the ecological risks of the soil and the crops by using the single factor contamination index method，the geo-accumulation index，the bioconcentration coefficient，and the correlation analysis respectively.【Result】The averagevalues of heavy metal elements Cd，Cr，Cu，Pb，Ni and Zn in the soils of the study area exceeded the Guangxi back-ground values of the soil elements，of which the contents of Cd and Zn were 7.7 and 5.4 times as much as the Guangxibackground values of the soil elements.The results of the geoaccumulation index showed that the Cd in the orchard soilprofile was moderately to severely polluted，and the maximum value of Zn was also moderately polluted；the Cd in thewasteland profile was moderately polluted，and the Zn was non-polluted to moderately polluted.The maximum mobilityof 4 elements，Cd，Cu，Ni and Zn，in the soil profile of the orchard appeared at 50-60 cm.The maximum mobility of Niand Cd，Cu and Zn in the soil profile of the wasteland appeared at 30-40 cm and 60-80 cm respectively.Cd had the highestactivation rate in orchard and wasteland soils with strong activity.The ranking of crop contamination indexes for the 7heavy metal elements in the orchard was Pb（22.09）Ni（20.84）Zn（3.24）As（2.77）Cr（1.43）Cu（0.21）Cd（0.01）.Comparison of the bioconcentration coefficients of roots，stems，leaves and fruits of the crop revealed that all theelements were found to be maximum in the root portion of the crop；the highest bioconcentration coefficient of the ele-ment As was found in the fruits，which was 0.07.The minimum bioconcentration coefficients of all elements（Cu，Cd，Zn，Ni，Cr）except the 2 elements（As and Pb）were found in fruits.In addition，it was found that there was no signifi-cant correlation between the content of the same heavy metal element in soil and fruits in the study area（P0.05），namely，soil heavy metal element content did not affect crop heavy metal element content.【Conclusion】The exceeding rates of Cdand Zn in the soil of the study area are relatively high，and there is Cd pollution；compared with the soil，the bioconcen-tration coefficients of Cd and Zn in the fruits of the study area are generally low，which indicates that the heavy metalelements in the study area generally show characteristics of high content，low activity and low ecological risk.Key words：heavy metal pollution evaluation；karst area；soil-crop system；migration and enrichmentFoundation items：Guangxi Key Research and Development Plan Project（Guike AB22035004）；Guangxi Scienti-fic Base and Talents Project（Guike AD20297090）；Guilin Key Research and Development Plan Project（2020010403）；Guilin Scientific Research and Technological Development Plan Project（2020010905）宁静等：西南岩溶区果园土壤作物系统重金属元素迁移特征与污染评价54卷南 方 农 业 学 报 1108类转移系数叶菜类转移系数根茎类转移系数。Roba等（2015）对种植蔬菜的6种重金属 Zn、Cu、Pb、Ni、Cd和铬（Cr）含量进行调查，发现Cd、Zn和Ni具有较高的转移因子。吴见珣等（2017）发现岩溶地区土壤中Cd的富集主要是岩石风化成土造成。此外，有研究表明Cd在自然界处于分散状态，只有在成矿区（带）才能相对富集，伴生在金属硫化物矿床，特别是低温铅锌矿床（田恒川和徐国志，2014）。蔡燕子等（2018）评价农田土壤作物系统中重金属的污染风险，发现作物Cu的富集程度最高，Pb的富集程度最低。张富贵等（2020）通过对典型碳酸盐岩覆盖区的农田土壤重金属进行生态风险评价，发现由于受地质背景的影响，研究区内Cd含量远高于全国土壤背景值，同时伴随着其他重金属元素的复合污染。董艺博等（2021）研究发现在不同空间尺度下，岩溶地区重金属分布的主控元素有所不同，主要原因是自然条件与人为活动协同合作的结果。【本研究切入点】目前，关于土壤与作物之间迁移转换过程的研究较多（高清等，2014；张成等，2017；李嘉蕊，2019；马宏宏等，2021），但针对西南岩溶区土壤与作物之间迁移转换过程的研究鲜见报道，对于西南岩溶区土壤天然存在较高的元素背景属性是否对作物产生不一样的影响结果尚不清楚。【拟解决的关键问题】以岩溶区的土壤与作物作为研究对象，通过分析土壤作物系统的迁移富集关系来判断较高背景值属性的岩溶土壤是否对作物产生影响，为研究区内土壤与作物制定一个较科学的防控对策，为岩溶区土壤合理开发利用和粮食安全生产提供科学依据。1材料与方法1.1研究区概况研究区位于广西桂林市恭城县某镇（东经1105337.71105424.21，北纬244045.26243946.55），恭城县地处广西东北部、桂林市东南部。属亚热带季风气候，该气候特点是夏湿冬干，太阳辐射强，日照充足，热量足，适宜柿子、茶叶、沙田柚和马蹄等作物生长。恭城县是典型的岩溶地区，岩溶区面积占全县面积的48%，主要分布在水系较发达的中部河谷地带。研究区内主要出露地层为泥盆纪灰岩，主要土壤类型为黄壤。研究区内以农业为主，无其他发达的工业。1.2样品采集与前期处理根据当地的土地利用类型及地质背景，选取4种土地利用方式的采样地，按照HJ/T 1662004土壤环境监测技术规范 的相关要求对研究区进行布点采集，分别采集果园土壤（HS-O2）、撂荒地土壤（HS-HD）、自然植被土壤（HS-GS）和母质岩层附近土壤（HS-CK）作为土壤样品。由于HS-CK样地在母质岩层附近，50 cm以下为基岩部分（石灰岩），即除母质岩层附近土壤外，其他类型的土壤样地深度均为1 m，每种类型样地设置3个平行样地，样地间相距至少10 m，同一深度的多个土壤样品按照相关要求制备成混合样。同时对所选样地内的植物样品进行采集，主要是果园样地内对应的植物根、茎、叶及果实等。共采集土壤样品95份，植物样品51份。将采集好的土壤样品拣出石块和根系等，过10目筛（2 mm）在阴凉处风干，之后进行研磨，再过100目筛（0.147 mm）后待测。对于采集的植物样品，用纯净水洗净后晾干，放入烘箱105 杀青30 min，之后80 烘干，最后研磨过100目筛待测。1.3测定项目及方法将处理后的土壤样品采用HCl4-HNO3-HCl消解后，以电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定土壤8种重金属元素 砷（As）、Cd、Cr、Cu、汞（Hg）、Ni、Pb和Zn 含量，为保证结果的准确性，采用GSS-27标准物质进行质检。对植物样品同样采用HCl4-HNO3-HCl进行消解，以ICP-MS测定植物样品中8种重金属元素（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn）含量。采用二乙烯三胺乙酸氯化钙三乙醇胺（DTPA-CaCl2-TEA）缓冲液浸提土壤中的有效态元素，再通过ICP-MS测定上述8种重金属元素的土壤有效态含量（谢飞等，2020）。1.4评价标准与方法1.4.1评价标准以GB 156182018 土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）中的农用地土壤风险筛选值作为土壤重金属污染风险阈值，结合测定的土壤pH，对研究的土壤环境质量进行评价。以GB 27622017 食品安全国家标准 食品中污染物限量 中水果重金属限量指标作为污染阈值，评价果实中重金属含量状况。1.4.2评价方法1.4.2.1单因子污染指数法单因子污染指数法是一种以土壤中某个重金属元素含量与评价标准的比值表示重金属元素污染情况的评价方法。即实际测量值与土壤风险筛选值的比值（罗慧等，2018），其计算公式如下：Pi=CiSi式中，Pi为某种重金属污染指数；Ci为重金属i的实测数值；Si为重金属i的评价标准数值，本研究采用4期1109农用地土壤污染风险筛选值作为评价标准。单因子污染指数法的分级标准见表1。1.4.2.2地累积指数法地累积指数评价方法同时考虑自然地质过程和人为活动对重金属污染的影响（马宏宏等，2020）。地累积指数（Igeo）的计算公式如下：Igeo=log2CikBi式中，Ci为某种重金属i的实测数据；Bi为重金属i在该区域的背景值（本研究采用广西土壤元素背景值）（中国环境监测总站，1990）；k为修正系数，通常取1.5（马宏宏等，2020）。地累积指数污染评价的分级标准见表1。1.4.2.3土壤重金属迁移率重金属的迁移率（即淋失比率）主要用于体现在土壤剖面中重金属元素的迁移特征（许可等，2021），其计算公式如下：WWC=Mi-1-Cb(Mi-Cb)+(Mi-1-Cb)式中，WWC代表i层重金属元素的迁移率，Mi-1为i-1层中某种重金属元素测量值，Mi为i层中某种重金属元素测量值，Cb为当地该重金属元素的土壤背景值。1.4.2.4作物重金属污染风险评价本研究选用作物污染指数（CPI）对作物重金属污染风险进行评价（李嘉蕊，2019），其计算公式如下：CPI=CCiCSi式中，CCi表示重金属元素i的实测值，CSi为国家标准GB 27622017 食品安全国家标准 食品中污染物限量 中规定重金属元素i的标准值。作物重金属评价标准参照土壤单因子污染分级评价标准。1.4.2.5生物富集系数（BCF）BCF作为反映植物从土壤中吸收富集重金属能力的指标，通常用植物某部位重金属含量与对应土壤中重金属含量的比值表示，BCF越大，表明植物对重金属的富集能力越强。其计算公式如下：BCF=CRCS式中，CR为植物中重金属元素实测值，本研究中为柿子树果实中重金属含量；CS为对应根系土中同一重金属元素实测值。1.4.2.6活化率活化率计算公式（许可等，2021）如下：活化率（%）=样品元素有效态含量样品元素全量1001.5统计分析采用SPSS 26.0和Excel 2016进行描述性统计和相关分析，以Arcgis 10.6和Origin 2022制图。2结果与分析2.1研究区土壤剖面重金属含量特征研究区土壤剖面重金属元素含量描述性统计结果见表2。研究区土壤剖面中8种重金属元素含量变化较大，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量的平均值分别为23.90、1.38、116.19、53.23、0.03、112.97、64.68和450.57 mg/kg。除Hg外，研究区土壤其他7种重金属元素含量均明显高于全国土壤元素背景值，且大部分元素（Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn）高于广西土壤元素背景值；其中，Cd和Zn含量远超广西土壤元素背景值，分别是背景值的7.7和5.4倍。从土壤剖面重金属元素垂向分布特征上看（图1），不同土地利用方式的土壤剖面中重金属元素含量的分布存在较大差异，无明显的一致性，可能与耕地翻耕有关。总体上，4种土地利用方式中，As、Cr和Hg元素差异较小；Cd、Cu、Ni和Zn表现为果园含量明显高于自然状态土壤；而Pb元素在果园中的含量较低。由于土壤中Hg元素含量远低于广西土壤元素背景值，后续研究主要针对其他7种重金属元素。2.2土壤剖面的重金属污染评价结果根据GB 156182018 土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）中农用地土壤风险筛选值Si与实际土壤中重金属含量的关系，对研究污染程度等级Grade of pollution123456单因子污染指数 Pi指数范围 Index rangePi11Pi22Pi335污染等级 Pollution level无污染轻微污染轻度污染中度污染重度污染地累积指数 Igeo指数范围 Index rangeIgeo00Igeo11Igeo22Igeo33Igeo44Zn（0.91）Cu（-0.19）Ni（-0.90）Cr（-0.93）Pb（-1.12）As（-1.47）；撂荒地剖面土壤的重金属地累积指数按平均值大小排序：Cd（1.25）Zn（0.50）Ni（-0.24）As（-0.85）Pb（-0.93）Cr（-1.29）Cu（-1.30）。Cd和Zn元素的地累积指数大于0，而Cu和Ni元素的个别点大于0，其余元素的地累积指数均小于0。果园剖面土壤的Cd存在中度至重度污染，Zn的最大值存在中度污染；撂荒地剖面土壤的Cd存在中度污染，Zn存在无污染至中度污染。综上，根据单因子污染指数法确定研究区内Cd、Cu、Ni和Zn为主要的污染元素，结合地累积指数法分析，进一步确定Cd和Zn为研究区主要的污染元素。2.3土壤重金属迁移转化特征2.3.1重金属富集迁移特征通过计算不同深度土层的重金属元素富集情况，发现与单因子污染指数法不同的是，富集系数是测量元素与当地元素背景的比值。对各元素富集系数进行相关分析，结果如图4所示。Zn元素的富集与土壤中Cu和Ni之间存在极显著相关性（P0.01，下同）。土壤Cd污染程度较高的样品也存在较严重的Zn污染，而由图4所示，土壤中Zn的污染不仅与Cd相关，可能还存在其他因素的影响。此外，元素Pb与As、Ni与Cu之间存在极显著相关性；Cd元素的富集与土壤中Cu、Ni及Cr有关，其中与Ni具有极显著相关性。图5为研究区土壤剖面中Cd、Cu、Ni和Zn 4种元素的迁移率，从图中可知果园土壤剖面中最大迁移率均出现在5060 cm处，而撂荒地的各元素在剖面上的迁移有一定差异。其中，撂荒地土壤Ni和Cd元素最大迁移率出现在3040 cm处，Cu和Zn元素最大迁移率出现在6080 cm处。2.3.2重金属活化率对研究区存在污染情况的Cd、Cu、Ni和Zn 4种元素进行金属活化率计算，其在果园表层土壤的活化率分别为8.85%、0.53%、0.22%和0.23%，在撂荒地表层土壤的活化率分别为7.72%、0.46%、0.05%和0.11%。撂荒地土壤4种元素的活化率均低于果园土壤，同时，果园和撂荒地土壤的Cd元素活化率具有较强活性，表明研究区果园和撂荒地2种土地利用方式样地均存在Cd元素污染的现象。图 2土壤重金属单因子污染指数分布情况Fig.2Soil heavy metal single factor contamination index distributionPiAsCdPbCuNiCrZn重金属元素 Heavy metal elementAsCdPbCuNiCrZnAsCdPbCuNiCrZnAsCdPbCuNiCrZn10.08.06.02.01.00.0HS-GSHS-O2HS-HDHS-CK5.04.01.00.08.06.04.02.01.00.05.04.03.02.01.00.0PiPiPi重金属元素 Heavy metal element重金属元素 Heavy metal element重金属元素 Heavy metal element宁静等：西南岩溶区果园土壤作物系统重金属元素迁移特征与污染评价54卷南 方 农 业 学 报 1112图 3土壤重金属地累积指数分布情况Fig.3Geoaccumulation index distribution of soil heavy metals图 4土壤重金属元素富集系数Pearson相关系数热图Fig.4Pearson correlation coefficient heat map of soil heavy metal enrichment coefficient上三角区域阴影深度代表不同元素间相关强度，其中红色表示元素间呈正相关，绿色表示元素间呈负相关。颜色越深，饱和度越高，元素相关性越显著。下三角区域显示相关系数大小；*表示显著相关（P0.05），*表示极显著相关（P0.01）。表4同The depth of shading in the upper triangle represented the correlation strength between different elements，red indicated a positive correlation betweenelements and green indicated a negative correlation between elements.The darker the color and the higher the saturation was，the more significant theelemental correlation was；the lower triangle showed the magnitude of the correlation coefficient；*indicated significant correlation（P0.05），*indicated extremely significant correlation（PNi（20.84）Zn（3.24）As（2.77）Cr（1.43）Cu（0.21）Cd（0.01）。按照GB 27622017 食品安全国家标准 食品中污染物限量 标准可知，样地内Pb、Ni和Zn 3种重金属元素作物污染指数变化幅度相对较大，果园的作物中Pb和Ni存在重度污染，As和Zn分别存在轻度和中度污染，同时Cr存在轻微污染，与土壤中重金属单项污染指数的评价结果（CdZnCuNiCrPbAs）存在明显不同。2.4.2土壤作物系统元素的迁移累积特征土壤和作物中重金属元素的Pearson相关分析结果见表4，可知土壤和果实中同一种重金属含量之间无显著相关性（P0.05，下同），即土壤重金属含量不会影响作物重金属含量，相反地，土壤中某些重金属含量抑制作物中重金属含量。土壤Cr与作物Pb、Cu和Zn呈显著（P茎叶果实，从根系到果实逐步递减；所有元素的生物富集系数均在根系最大；在果实中重金属As的生物富集系数最高，为0.07，其他重金属的系数排序依次为Pb、Zn、Cu、Ni、Cr和Cd，对土壤中存在的Cd元素污染情况，在作物果实中并未检出，果树可能对土壤Cd有一定的解析作用。除As和Pb 2个元素外，其他5种元素的生物富集系数均在果实中最小，且随离土壤的距离越远，重金属的累积量越低。3讨论3.1土地利用方式对土壤重金属元素含量的影响目前，针对广西岩溶区土壤的重金属污染评价主要围绕020 cm表层土进行，所研究的土地利用类型多样，且重点关注的是Cd元素（凌乃规，2010）。本研究某西南岩溶地区果园土壤剖面中重金属元素含量的测定结果与马宏宏等（2021）研究广西典型碳酸盐岩区农田土壤的结果相同。总体而言，本研究区内土壤中重金属元素之间存在明显差异，As、Cr和Hg元素随土层深度的增加其差异较小，与唐世琪等（2021）的研究结果一致；Cd、Cu、Ni和Zn元素则表现为果园含量明显高于自然状态的土壤，同时Pb元素在果园中的含量较低。Tahervand和Jalali（2017）采用地球化学计算机模型来模拟重金属在改良土壤和原土壤中是否随pH大小而变化，结果发现随着pH的升高，重金属吸附量有所增加。有研究表明，随pH升高，土壤对Cd2+吸附量增加，主要原因是因为降低溶液中H+浓度，减少H+和Cd2+在吸附点位上的竞争（Garcia-Miragaya and Page，1978）。由于西南岩溶地区的土壤富钙偏碱，使得岩溶区土壤pH较一般地区高，而pH升高促使Cd2+吸附量增加，也是岩溶地区存在Cd元素污染的原因之一。但研究区内果园土壤的pH小于撂荒地，撂荒地土壤中Cd含量低于果园土壤中Cd含量。同时，土壤剖面与剖面之间无明显随pH大小而变化，可能原因与耕地翻耕有关。与原状土相比，翻耕后土壤中各金属元素随土层深度无明显的变化规律。此外，随着年化肥用量增加，土壤重金属Cd、Ni和Zn的有效态含量显著增加（韦炳干等，2021）；王开峰等（2008）发现以秸秆、粪肥等有机肥为主的稻田土壤中元素的活化性普遍偏高，同时使用有机肥会导致土壤中Zn元素偏高。本研究发现，除个别点外，果园土壤中Zn含量明显高于其他样地，主要原因在于研究区果园有机肥的大量使用，使得果园样地的Zn元素污染程度远高于撂荒地样地。同时，Zn元素又是常见的饲料添加剂，而Cd与Zn通常伴生难以彻底分离，因此农用饲料中Cd含量通常较高（马彩云等，2013），也能很好地解释研究区内土壤存在Cd元素污染就会伴随着Zn污染的情况。这一现象也可能是因为Zn和Cd属于同一族，2个元素之间许多性质较相似。除去土壤背景值高和人为因素添加有机肥外，有研究表明工业活动和车辆排放作物中重金属元素Heavy metal elements in cropAsCdPbNiCrCuZn土壤中重金属元素 Heavy metal elements in soilAs0.282-0.410-0.1130.3780.127-0.1810.052Cd-0.677*-0.264-0.545-0.441-0.618-0.583-0.661Pb-0.477-0.247-0.125-0.265-0.578-0.120-0.223Ni0.0240.006-0.780*0.322-0.015-0.773*-0.504Cr-0.287-0.089-0.690*-0.430-0.192-0.909*-0.853*Cu0.0160.180-0.797*0.2360.046-0.835*0.532Zn0.2190.057-0.6030.3190.184-0.680*0.359表 4土壤作物重金属元素相关分析结果Table 4Correlation analysis of heavy metal elements in soil-crops表 5果园作物重金属的生物富集系数Table 5Bioconcentration factor for heavy metals in orchardcrops植物部位Plant part根 Root茎 Stem叶 Leaf果实 FruitCu0.140.070.060.03Cd0.220.060.010.00Zn0.100.090.030.03As0.090.040.050.07Ni0.100.050.050.03Pb0.070.020.020.05Cr0.060.010.010.014期1115也可能导致土壤Cd、Zn、Cu和Pb元素的污染（Zhanget al.，2018；Chen et al.