姜鳳成,李義連*,楊 森,楊國(guó)棟 (.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 430074；.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 43008)

土壤是人類得以生存的重要資源,參與地球系統(tǒng)各圈層的物質(zhì)循環(huán)和能量交換,其環(huán)境質(zhì)量直接或間接地影響人類的生產(chǎn)、生活和健康[1].

隨著城市化、工業(yè)化快速發(fā)展以及農(nóng)藥、化肥的大量使用,土壤環(huán)境污染問題也日漸突出.重金屬是一類典型的土壤污染物,具有高毒性、難降解性、生物累積性等特點(diǎn)[2-3],污染土壤后會(huì)向大氣圈、水圈和生物圈遷移,通過吸入土壤顆粒物、皮膚接觸和經(jīng)口攝入等途徑危害人類健康[4-5].因此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤重金屬污染問題進(jìn)行了大量研究[6-10].現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)土壤重金屬的研究主要體現(xiàn)在重金屬的來源、分布、污染評(píng)價(jià)和修復(fù)幾個(gè)方面,研究方法多種多樣[11-14].在眾多研究當(dāng)中以秦王川盆地為研究區(qū)的還鮮有報(bào)道.

隨著蘭州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,受老城區(qū)自然條件限制,蘭州市確定了在秦王川盆地建設(shè)蘭州新區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略.在國(guó)家建設(shè)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的戰(zhàn)略背景下,蘭州新區(qū)的建設(shè)和未來發(fā)展顯得尤為重要,而土壤環(huán)境質(zhì)量的好壞關(guān)系著蘭州新區(qū)的建設(shè)和發(fā)展.本文以秦王川盆地為研究區(qū),結(jié)合相關(guān)性分析、因子分析、地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和GIS技術(shù)對(duì)該區(qū)表層土壤中Cr、Zn、Cu、As、Pb、Mn、Ni、Cd 共 8 種重金屬的來源、空間變異結(jié)構(gòu)和分布進(jìn)行了研究,并利用污染指數(shù)法和模糊綜合評(píng)判法對(duì)重金屬污染狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià),旨在為研究區(qū)土壤重金屬污染防治,土壤資源的可持續(xù)利用和城市環(huán)境規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù),對(duì)蘭州新區(qū)乃至絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的建設(shè)具有重要意義.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于蘭州市北部的秦王川盆地,地跨永 登 、 皋 蘭 兩 縣 (103°29′60″E～103°43′44″E,36°25′45″N～36°46′47″N),距蘭州市區(qū)約 40km,面積約 430.5km2(圖 1),地勢(shì)北高南低,海拔在1800～2200m 之間.該區(qū)屬大陸性冷溫帶半干旱氣候區(qū),降水稀少,蒸發(fā)量大,日照充足,年平均氣溫 5.9℃,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng),多年平均降水量 240～290mm,蒸發(fā)量 1800～2100mm,無霜期 167d,日照2655.2h.該區(qū)主要存在土壤種類有灰鈣土、栗鈣土、黃綿土、鹽土、灌淤土、草甸土、灰褐土、黑壚土等,土壤種類中 1/2以上為灰鈣土,栗鈣土和黃綿土次之,鹽土主要分布在盆地南部地帶.

圖1 研究區(qū)位置和土壤采樣點(diǎn)分布示意Fig.1 Location of the study area and the distribution of soil sampling sites

秦王川盆地植被類型主要為人工林地、干旱草原以及荒漠草原.得益于“引大入秦”灌溉工程,該區(qū)分布有大片經(jīng)濟(jì)型植物和蔬菜作物,是蘭州市著名的果菜之鄉(xiāng).該區(qū)是蘭州新區(qū)建設(shè)的核心區(qū)域,南部分布有中川機(jī)場(chǎng),隨著蘭州新區(qū)的建設(shè)部分企業(yè)也相繼入駐.

1.2 樣品采集及測(cè)試

1.2.1 樣品采集 依據(jù)均勻分布、典型區(qū)域適當(dāng)加密布點(diǎn)的原則,兼顧經(jīng)濟(jì)性和可行性,于2016年11月中旬采集研究區(qū)0～20cm表層土壤.具體做法是每個(gè)采樣點(diǎn)選擇較開闊的區(qū)域,采用五分法用木鏟采集土樣,采樣前除去表層浮土,將土樣混合均勻后采用四分法選取 1kg,裝入干凈布袋并寫好編號(hào),同時(shí)采用 GPS定位,記錄經(jīng)緯度.采樣點(diǎn)分布示意圖如圖1所示.共采集土壤樣品51個(gè),根據(jù)采樣記錄信息,參照標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010-2017)[15]對(duì)所采土壤利用類型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì),如表1所示.

1.2.2 測(cè)試分析 樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后在常溫下自然風(fēng)干,去除石子、植物殘?bào)w等雜物,用瑪瑙研磨機(jī)磨碎后過 100目尼龍篩,放在自封袋中低溫保存?zhèn)溆?

土壤樣品的測(cè)試項(xiàng)目有 pH值以及重金屬Cr、Zn、Cu、As、Pb、Mn、Ni、Cd 的總量.pH值的測(cè)定采用電極法,通過測(cè)定土壤/水比值為1:2.5的試樣溶液獲得.土壤樣品經(jīng)王水消解法消解后,As采用原子熒光光譜法(AFS-830)測(cè)定,其余重金屬利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICPMS,PE Elan DRC II)測(cè)定.測(cè)試過程中隨機(jī)挑選20%的平行樣,并插入國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-3、GSS-5以及空白樣品各3個(gè)進(jìn)行分析質(zhì)量檢驗(yàn),檢測(cè)結(jié)果符合要求.

表1 采集土壤利用類型統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of type of soil utilization collected

1.3 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

本研究對(duì)重金屬的空間變異特征分析采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法.半變異函數(shù)是研究土壤性質(zhì)空間變異特征的主要工具,也是進(jìn)行克里金插值的依據(jù)[16-17],其公式如下:

式中:r(h)為半方差函數(shù);h為分隔距離;N(h)為以h為分隔距離的數(shù)據(jù)點(diǎn)的成對(duì)數(shù)目;Z(x)為區(qū)域化變量在空間位置 x處的值;Z(x+h)為區(qū)域化變量在x+h處的值.

1.4 土壤污染評(píng)價(jià)方法

采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)各重金屬污染程度做出評(píng)價(jià),采用模糊綜合評(píng)判法對(duì)各采樣點(diǎn)重金屬總體污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià).

1.4.1 單因子及內(nèi)梅羅指數(shù)法 土壤單因子污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用蘭州市土壤環(huán)境背景值[18-19],其適合利用單一因子對(duì)某特定區(qū)域污染的評(píng)價(jià);內(nèi)梅羅指數(shù)法能綜合反映某種污染物或某個(gè)采樣點(diǎn)的污染程度.兩種評(píng)價(jià)方法計(jì)算公式如下[20-21]:

式中:Pi為土壤重金屬 i的單因子污染指數(shù);ci為重金屬i的測(cè)試濃度,mg/kg;Si為重金屬i的環(huán)境背景值,mg/kg;P綜為土壤重金屬元素復(fù)合污染指數(shù);Pimax為各重金屬元素中的單因子污染指數(shù)最大值,Piavg是其平均值.如Pi＞1.0說明土壤中重金屬i的含量已超標(biāo),當(dāng)Pi≤1.0時(shí)說明重金屬i含量不超標(biāo),尚未受到污染;將 P綜按P綜≤0.7、0.7＜P綜≤1、1＜P綜≤2、2＜P綜≤3以及 P綜＞3分為 5級(jí),分別對(duì)應(yīng)的污染程度為安全、警戒線、輕度污染、中度污染和重度污染[22].

1.4.2 模糊綜合評(píng)判法 模糊綜合評(píng)判法可以避免單純靠某一標(biāo)準(zhǔn)界限對(duì)土壤重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)的不合理性,評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際,其評(píng)價(jià)方法如下:

第一步確定隸屬度函數(shù)[23]:

當(dāng)j=1時(shí):

當(dāng) 1＜j＜n 時(shí):

當(dāng)j=n時(shí):

式中:rij表示第i種重金屬被評(píng)價(jià)為第j級(jí)污染的可能性,即i對(duì)j的隸屬度;Sij為第i種重金屬的第j類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);Ci為第i種重金屬的檢測(cè)值.從而得出評(píng)價(jià)指標(biāo)與所屬污染類別的模糊關(guān)系陣 Rmn,其中m為評(píng)價(jià)因子數(shù);n為污染類別.

第二步確定評(píng)價(jià)因子權(quán)重,計(jì)算公式為[22]:

式中:Qi為第i種重金屬的超標(biāo)比;Wi為第i種重金屬的權(quán)重.得到的權(quán)重集為W={w1,w2,…,wm}.

最后,生成評(píng)價(jià)結(jié)果:

根據(jù)最大隸屬度原則,如果bj=max(b1, b2,…,bn)則土樣污染級(jí)別屬于第j類.

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用拉依達(dá)準(zhǔn)則對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了剔除(顯著水平為0.01),Zn、Cd、Mn各剔除了一個(gè)最大值,Ni剔除了2個(gè)最小值,剔除后分別用余下的最大值或最小值代替[24].土壤重金屬的描述性統(tǒng)計(jì)分析、正態(tài)分布檢驗(yàn)以及多元統(tǒng)計(jì)分析利用SPSS18.0軟件;半變異函數(shù)擬合采用 GS+軟件,克里金插值運(yùn)用 ArcGIS 10.3中的地統(tǒng)計(jì)模塊;采樣點(diǎn)分布圖及重金屬污染程度分布圖的繪制在ArcGIS 10.3中完成.

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬及pH值的統(tǒng)計(jì)特征分析

據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166-2004)[25]選定置信水平 95%,可接受相對(duì)偏差為20%計(jì)算土壤的合理采樣數(shù)目(表2),可見除Cd外,51個(gè)采樣點(diǎn)可以反映土壤重金屬的分布,而對(duì)Cd而言采樣點(diǎn)數(shù)目偏少.

表2 土壤重金屬含量及pH值統(tǒng)計(jì)特征Table 2 The statistical feature of soil heavy metals contents and pH

如表2,土壤中重金屬Zn和Ni的平均含量超過當(dāng)?shù)乇尘爸?其余重金屬平均含量都在背景值之下;各重金屬的最高含量全部低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)[26]的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值.pH值的平均值為8.66,屬于強(qiáng)堿性土壤.Zn和Cd的個(gè)別采樣點(diǎn)濃度很高,最大值分別是背景值的3.98和3.36倍.變異系數(shù)反應(yīng)了各采樣點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)變化程度.重金屬變異系數(shù)(CV)由大到小為 Cd＞Zn＞As＞Cu＞Mn＞Pb＞Cr＞Ni,Cd 的變異系數(shù)為 125.9%,屬于強(qiáng)變異性(CV＞100%),表明Cd空間分布不均勻,可能受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)烈;其余重金屬都屬中等變異(10%＜CV＜100%),其中 Zn含量的變異系數(shù)超過了 50%,表明其受到外界干擾也較大;pH值的變異系數(shù)為4.2%,屬于弱變異性(CV＜10%),表明pH值空間變異不明顯,主要受自然條件的控制[27].對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S檢驗(yàn),顯著性大于0.1認(rèn)為符合正態(tài)分布[28],可見Zn和Cd的偏度和峰度較大,顯著性小于0.1,屬于偏態(tài)分布,其余符合正態(tài)分布,對(duì)Zn和Cd進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后,符合正態(tài)分布.

2.2 土壤重金屬來源分析

多元統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)隱藏在大量原始數(shù)據(jù)中的信息進(jìn)行提取,簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù),揭示數(shù)據(jù)的主要關(guān)聯(lián),廣泛應(yīng)用于土壤重金屬的來源分析[29].本文采用相關(guān)性分析和因子分析對(duì)研究區(qū)土壤重金屬來源進(jìn)行研究.

2.2.1 相關(guān)性分析 對(duì)重金屬元素進(jìn)行相關(guān)性分析可以體現(xiàn)任意兩元素之間存在但不完全確定的關(guān)系.通常認(rèn)為,兩種元素間的相關(guān)性越顯著,它們具有相同來源的可能性就越大[30].

對(duì)土壤中8種重金屬和pH值做相關(guān)性分析,得到Pearson相關(guān)系數(shù).如表3,Cr、Cu、As、Pb、Mn兩兩之間相關(guān)性系數(shù)在 0.01水平上達(dá)到了0.60以上,說明 Cr、Cu、As、Pb、Mn相互間相關(guān)性很強(qiáng),暗示其來源相似;Zn與 Cu、Cr、Pb、As的相關(guān)系數(shù)在0.38～0.54之間,相關(guān)性較高,說明 Zn與 Cu、Cr、Pb、As有相同的來源;Ni和Cd兩者之間的相關(guān)系數(shù)相對(duì)其他重金屬最大(0.39),表明其來源相似;pH值與各重金屬元素相關(guān)性都較弱,可能是因?yàn)樵趬A性環(huán)境下,pH值對(duì)土壤重金屬的空間分布影響不大[30-32].

2.2.2 因子分析 為更精確的分析土壤重金屬的來源,采用因子分析對(duì)相關(guān)性分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證.對(duì)重金屬含量數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析,采用方差最大旋轉(zhuǎn)因子法進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn),提取了 3個(gè)主因子,累積方差貢獻(xiàn)率為79.108%(表4).

表3 土壤重金屬含量相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of soil heavy metals contents

表4 土壤重金屬含量因子分析Table 4 Factor analysis of soil heavy metals contents

第一因子(F1)載荷較高的元素為 Cr、Cu、As、Pb、Mn,貢獻(xiàn)率為 44.609%.據(jù)前面討論可知,5種重金屬的平均含量低,且變異系數(shù)較小,彼此間相關(guān)性顯著,表明此5種重金屬?zèng)]有在當(dāng)?shù)馗患?分布較均勻,主要受土壤母質(zhì)、地形、氣候等自然因素的控制.因此,F1因子被視為一種自然因子,Cr、Cu、As、Pb、Mn主要來源于成土母質(zhì).

第二因子(F2)載荷較高的元素是 Ni和 Cd,貢獻(xiàn)率為18.410%.Ni平均含量超過當(dāng)?shù)乇尘爸?表現(xiàn)出富集趨勢(shì);Cd個(gè)別區(qū)域濃度最大值超出背景值數(shù)倍,表現(xiàn)出強(qiáng)變異性;相關(guān)性分析表明Ni和Cd相關(guān)性較高.因此,F2因子被認(rèn)為是一種人為來源.研究區(qū)中南部區(qū)域人類活動(dòng)強(qiáng)烈,分布有機(jī)械制造、汽車工業(yè)、電子信息等產(chǎn)業(yè);交通方面道路縱橫,有蘭州中川機(jī)場(chǎng).工業(yè)生產(chǎn)向環(huán)境中排放的重金屬Cd、Ni會(huì)在土壤中不斷富集;交通運(yùn)輸排放也是 Cd和 Ni的重要來源.研究區(qū)有近 70%采樣點(diǎn) Ni的濃度超過背景值,同時(shí) Ni的變異系數(shù)并不高,表現(xiàn)出均勻分布的特點(diǎn),表明 Ni污染可能來源于周邊工業(yè)生產(chǎn)排放至大氣中的含Ni粉塵的沉降.此外,研究區(qū)北部距離“鎳都”金昌市較近,處于上風(fēng)向,鎳礦的開采、加工等活動(dòng)造成的污染也會(huì)通過大氣傳輸?shù)竭_(dá)研究區(qū).

第三因子(F3)載荷較高的元素主要是 Zn,貢獻(xiàn)率為16.089%.Zn的變異系數(shù)較大,平均含量高于背景值,表明其含量與人類活動(dòng)相關(guān).某些農(nóng)藥和化肥中含有 Zn[22],研究區(qū)灌溉系統(tǒng)發(fā)達(dá),農(nóng)業(yè)種植面積較大,長(zhǎng)期以來農(nóng)藥化肥的大量使用,以及采用含Zn水灌溉,使Zn在土壤中不斷累積[33].牲畜飼料中 Zn的含量也較高,黃玉溢等[34]研究指出,豬糞便與豬飼料中 Zn含量有很強(qiáng)的正相關(guān)性.牲畜糞便中的 Zn進(jìn)入土壤也會(huì)不斷富集.結(jié)合相關(guān)性分析,Zn和Cu、Cr、Pb、As在0.01水平上相關(guān)性顯著,表明 Zn的來源較為復(fù)雜,除主要為人為因素外還與自然因素有一定關(guān)系.

2.3 土壤重金屬空間分布特征分析

2.3.1 土壤重金屬半變異函數(shù) 半變異函數(shù)可以很好地分析土壤重金屬的空間變異結(jié)構(gòu),并可用來分析影響重金屬分布的可能原因[35].半變異函數(shù)的計(jì)算要求數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布,否則會(huì)使計(jì)算的空間變異特征精確度降低.利用式(1)計(jì)算重金屬含量的半變異函數(shù),利用不同的理論模型進(jìn)行擬合,獲得最優(yōu)擬合模型和其參數(shù)(表5).

重金屬Cr、As、Pb的最優(yōu)擬合模型是球狀模型,Zn、Ni與指數(shù)模型擬合最佳,Mn、Cd符合線性模型,Cu為高斯模型.塊金值C0表示小尺度上由測(cè)量分析誤差等人為因素引起的隨機(jī)空間異質(zhì)性;C反映自然因素對(duì)空間變異的影響,是結(jié)構(gòu)變異;半變異函數(shù)隨著分隔距離的增大從非零值達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值,該值稱為基臺(tái)值 C0+C,表示系統(tǒng)內(nèi)部的總變異;塊金值與基臺(tái)值之比C0/(C0+C)為塊金效應(yīng),是隨機(jī)變異部分占總體變異的比例,反應(yīng)系統(tǒng)的空間變異性程度[36].塊金效應(yīng)的大小可反映系統(tǒng)變量空間自相關(guān)性的強(qiáng)弱,Cr、As、Mn的塊金效應(yīng)小于 0.25,可知這 3種重金屬以結(jié)構(gòu)性變異為主,主要受自然因素的影響;Zn、Cu、Pb、Ni的塊金效應(yīng)處于 0.25～0.75之間,空間自相關(guān)性中等,表明這些重金屬元素受自然因素和人為因素的共同影響;Cd的塊金效應(yīng)為 1.000,表現(xiàn)出純塊金形式,空間自相關(guān)性弱,表明其含量分布受人為因素影響強(qiáng)烈[37].

表5 土壤重金屬半變異函數(shù)理論模型及其參數(shù)Table 5 Theoretical models and parameters of semivariance of soil heavy metals

決定系數(shù)R2越接近于1,半變異函數(shù)模型的擬合效果越好.Cd的決定系數(shù)僅為0.135,結(jié)合塊金效應(yīng),表明其空間變異復(fù)雜,也說明 Cd的樣品采集量較小,未有效反映其空間變異特征,需適當(dāng)?shù)募用懿键c(diǎn),在更小尺度上研究其空間變異特征,這與表2得出合理采樣點(diǎn)數(shù)目偏低的結(jié)論一致.

2.3.2 土壤重金屬空間分布格局 半變異函數(shù)可以反映土壤重金屬空間變異特征,但其提供的信息不夠直觀.因此,根據(jù)方差函數(shù)擬合結(jié)果,采用泛克里金法在ArcGIS的地統(tǒng)計(jì)平臺(tái)上繪制研究區(qū)8種重金屬空間分布圖,如圖2(a)～(h).

圖2 土壤重金屬含量及復(fù)合污染指數(shù)空間分布Fig.2 Spatial distribution of soil heavy metal contents and the combined pollution index

由圖 2可知,重金屬 Cr、Cu、As、Pb、Mn的空間分布格局大體相似,高值區(qū)域分布都以西緣中部區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)向東北、東南兩個(gè)方向輻射,但各自分布特點(diǎn)不同:As的空間分布特征呈島狀;Cu、Mn呈帶狀分布;Cr、Pb呈島狀和帶狀分布相結(jié)合的特點(diǎn).上述重金屬的高值區(qū)域主要為農(nóng)田和農(nóng)村居民點(diǎn),但其空間分布與農(nóng)田以及居民點(diǎn)的分布并不具有對(duì)應(yīng)關(guān)系.結(jié)合前面所論,這5種重金屬主要受自然因素的控制,許多學(xué)者也發(fā)現(xiàn)[1,38-39]Cu或 Mn受地質(zhì)條件控制的情況;Chen等[40]研究表明,As受人類活動(dòng)影響較小,主要與土壤的類型和屬性有關(guān);Cr一般認(rèn)為受成土母質(zhì)的影響[39];Pb一般被認(rèn)為是交通污染[41],但其最大值小于當(dāng)?shù)乇尘爸?且高值區(qū)域交通并不發(fā)達(dá).綜上,再次證明 Cr、Cu、As、Pb、Mn主要受地質(zhì)環(huán)境條件的影響.

Cd、Ni的空間分布特征呈島狀.Cd含量高的區(qū)域主要分布在研究區(qū)中部偏南區(qū)域,在中部偏東區(qū)域也有分布.研究區(qū)中部偏南分布有中川機(jī)場(chǎng),隨著蘭州新區(qū)的建設(shè),此區(qū)域交通線越來越密集,許多企業(yè)入駐該區(qū)域,交通污染和工業(yè)生產(chǎn)使 Cd在土壤中不斷富集;中部偏東區(qū)域有國(guó)家石油儲(chǔ)備庫,油庫的日常維護(hù)和產(chǎn)品的運(yùn)送等活動(dòng)也會(huì)造成Cd的聚集.Ni在中部以及中部偏南的部分區(qū)域濃度偏高,可能與中部區(qū)域的秦川鎮(zhèn)和南部區(qū)域的產(chǎn)業(yè)園區(qū)有關(guān).

Zn的空間分布形態(tài)為島狀.除西北部區(qū)域含量較低外,其他區(qū)域含量均較高.這主要是由于自然條件下研究區(qū)西北部 Zn含量較低,再加上研究區(qū)西北部區(qū)域海拔高、地形坡度大,來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的Zn會(huì)在雨水和灌溉水的淋洗作用下不斷向中南部遷移;南部區(qū)域雖目前農(nóng)用地較少,但歷史上多年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn),會(huì)造成Zn的累積.

2.4 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

單種重金屬污染的單因子指數(shù)和內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果見表 6.單因子污染評(píng)價(jià)表明 Cr、Pb沒有樣品超標(biāo),不存在污染;51個(gè)樣品中,Zn、Cu、As、Mn、Ni、Cd的超標(biāo)個(gè)數(shù)分別為 35、10、18、16、35、12;Zn和Ni的超標(biāo)率均為68.63%,表明Zn和Ni在研究區(qū)的富集較為普遍.

各重金屬的內(nèi)梅羅指數(shù)在0.76～3.01之間,其中Cr、Cu、Pb處在警戒線,As、Mn、Ni屬于輕度污染,Cd屬于中度污染,Zn為重度污染.為直觀的反映土壤重金屬污染分布情況,采用內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算了各采樣點(diǎn)重金屬的復(fù)合污染指數(shù),并采用泛克里金法插值得出其空間分布,如圖 2(i).復(fù)合污染指數(shù)在0.68～3.01之間,其中66.67%的采樣點(diǎn)在1～2之間,屬于輕度污染;9.80%的采樣點(diǎn)在2以上,屬于中度及以上污染.由圖2(i)可以看出研究區(qū)污染分布在除西北部以外的區(qū)域,中部西緣、東南部以及東北部存在中度以上污染.

為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更貼近實(shí)際,避免個(gè)別濃度高值點(diǎn)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響,每個(gè)采樣點(diǎn)各種重金屬綜合污染程度采用模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行評(píng)價(jià).采用土壤重金屬背景值和臨界含量確定污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表 7).評(píng)價(jià)結(jié)果表明,51個(gè)土樣中,1個(gè)屬于輕度污染,2個(gè)為警戒程度,其余都為安全.

表7 土壤重金屬模糊綜合評(píng)判分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[22] (mg/kg)Table 7 Classification standard of soil heavy metal fuzzy comprehensive evaluation(mg/kg)

可見針對(duì)不同的評(píng)價(jià)對(duì)象,采用不同的評(píng)價(jià)方法計(jì)算出的評(píng)價(jià)結(jié)果是有差異的,這也是合理的[42].總之,研究區(qū)土壤某些重金屬已經(jīng)開始富集,但土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量總體良好,均未超國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),不會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康造成危害.

3 結(jié)論

3.1 研究區(qū)土壤重金屬Zn和Ni富集程度較明顯.Cd含量屬于強(qiáng)變異,其余為中等變異.Zn和Cd呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布,其余呈正態(tài)分布.

3.2 多元統(tǒng)計(jì)和半變異函數(shù)分析表明,土壤中重金屬Cr、Cu、As、Pb、Mn主要受成土母質(zhì)等自然因素的控制;Cd、Ni主要來源于工業(yè)、交通產(chǎn)生的污染;Zn主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的污染.

3.3 重金屬的空間分布顯示,各重金屬濃度的高值區(qū)域都分布在研究區(qū)西北部以外的區(qū)域,這與地質(zhì)環(huán)境等自然因素有關(guān),也與交通分布和產(chǎn)業(yè)布局等人為因素有關(guān);Zn、As、Ni、Cd的空間分布特征呈島狀,Cu、Mn呈帶狀分布,Cr、Pb呈島狀和帶狀分布相結(jié)合的特點(diǎn).

3.4 指數(shù)法評(píng)價(jià)顯示,Zn為重度污染,Cd為中度污染,As、Mn、Ni為輕度污染,Cr、Cu、Pb含量達(dá)到了警戒程度;模糊綜合評(píng)判得出,只有個(gè)別土樣為輕度污染或警戒程度,大部分為安全.總的來看研究區(qū)土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量良好,不會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康造成危害.但部分區(qū)域某些重金屬有富集趨勢(shì),應(yīng)及時(shí)采取措施防止進(jìn)一步惡化.

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