胡青青，聶超甲，沈 強(qiáng)，孔晨晨，張世文*

（1.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，安徽 淮南 232001）

礦業(yè)廢棄地是一類特殊的因礦業(yè)活動(dòng)受損的國(guó)土空間，其復(fù)墾利用對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)布局、促進(jìn)資源節(jié)約和生態(tài)文明建設(shè)具有重要作用[1]。當(dāng)前礦業(yè)廢棄地復(fù)墾生態(tài)意識(shí)淡薄，復(fù)墾重工程，輕生態(tài)恢復(fù)，加上礦業(yè)廢棄復(fù)墾地自身屬于重構(gòu)土體，其擾動(dòng)性較強(qiáng)，且存在突變界面和層狀介質(zhì)非均質(zhì)，上下層面理化性質(zhì)差異明顯，具有突變性和無(wú)序性。復(fù)墾后的地力提升與質(zhì)量改善需較長(zhǎng)的過(guò)程，跟蹤監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作至關(guān)重要。

由于長(zhǎng)時(shí)間的礦業(yè)開(kāi)采和土法煉磺，我國(guó)西南地區(qū)礦業(yè)廢棄地重金屬污染問(wèn)題十分嚴(yán)重，已然成為制約復(fù)墾土壤質(zhì)量提升的關(guān)鍵因素[2]。重金屬由于其難降解、易富集特征，容易在植物體內(nèi)積累，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降和質(zhì)量降低，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，使人體產(chǎn)生慢性中毒，對(duì)人類的生存和健康構(gòu)成威脅[3]。近年來(lái)，許多學(xué)者就土壤-作物系統(tǒng)，重金屬空間分布特征、富集規(guī)律、污染源解析等方面進(jìn)行了大量的研究[4-6]。隨著公眾健康風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)的增強(qiáng)，農(nóng)作物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和致癌風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)，逐步成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。就研究對(duì)象而言，目前關(guān)于作物健康風(fēng)險(xiǎn)的研究主要集中在金屬礦區(qū)附近、濕地周圍、農(nóng)用廢棄地和城郊污灌區(qū)等原狀土壤[7-10]，而針對(duì)復(fù)墾利用的重構(gòu)土體，其主導(dǎo)作物攝入引起人體健康危害的研究卻鮮有涉及。就研究?jī)?nèi)容來(lái)看，土壤與作物中重金屬的相關(guān)性分析多側(cè)重于樣點(diǎn)間的多元線性回歸[11-12]，而科學(xué)解釋其空間相關(guān)性則需要進(jìn)一步深入。

針對(duì)以上不足，本文以西南地區(qū)某歷史遺留硫磺礦廢棄地為研究對(duì)象，以重構(gòu)土壤為研究核心，利用污染指數(shù)法和健康風(fēng)險(xiǎn)模型對(duì)玉米籽粒中重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用ArcGIS 10.2軟件分析該區(qū)域玉米籽粒中重金屬污染空間分布特征，再結(jié)合地理加權(quán)回歸模型（Geographic Weighted Regression，GWR）解釋土壤與玉米重金屬之間的空間相關(guān)性。以期來(lái)為重金屬污染的監(jiān)測(cè)、防治及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理和決策提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及樣品采集

研究區(qū)為典型的硫磺礦區(qū)，位于四川省古藺縣石屏鄉(xiāng)向頂村（105°59′54″～106°01′57″E，28°01′13″～28°02′51″N），總面積為 296.79 hm2。石屏磺廠始建于1958年，主要從事硫礦開(kāi)采和冶煉，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的土法煉磺，廢棄物堆積成山，復(fù)墾前生態(tài)環(huán)境惡劣。礦業(yè)廢棄地復(fù)墾試點(diǎn)工作于2013年開(kāi)工，復(fù)墾方向分為耕地、林地和草地，主要采用覆土、土地平整和酸性土壤改良等措施，于2014年底完成復(fù)墾并驗(yàn)收。復(fù)墾區(qū)建設(shè)規(guī)模共266.49 hm2，分為5個(gè)區(qū)。研究區(qū)地處四川盆地與貴州高原的過(guò)渡地帶，具有四川盆地氣候和貴州高原氣候特征，年平均氣溫在17℃左右，年降水量約為1000 mm，濕度適中，光照較充足。研究區(qū)海拔高度在500～1100 m之間，整個(gè)地勢(shì)呈東西、南北部高，中部低。該區(qū)土壤為黃壤，成土母質(zhì)多為碳酸鹽，土壤以酸性為主，且有機(jī)質(zhì)含量較低。在綜合考慮以耕地為主，兼顧林地、荒地的布點(diǎn)原則下，共布設(shè)40個(gè)樣點(diǎn)（圖1）。野外采樣于2016年7月完成，采集表層土壤，采樣深度為0～20 cm；作物樣品的采集與土壤采樣點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，即土壤和玉米樣品來(lái)源于同一點(diǎn)。采集玉米樣品時(shí)，每個(gè)采樣點(diǎn)為3～5個(gè)樣品的混合樣，并利用GPS定位確定樣品的地理位置。將采集的玉米樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，去皮后用自來(lái)水沖洗，然后用去離子水洗凈后烘干并研磨，研磨后的樣品置入聚乙烯塑封袋保存，以備分析。

1.2 分析測(cè)試與數(shù)據(jù)處理

本研究作物籽粒中重金屬參照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GBW-07603）進(jìn)行分析測(cè)試。玉米樣品采用HNO3-HClO4加熱消解，籽粒中As和Hg的質(zhì)量比采用氫化物發(fā)生-原子熒光法（HG-AFS）測(cè)定；Cd和Cr采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測(cè)定；石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定Ni的含量。為保證樣品的預(yù)處理及儀器分析質(zhì)量，整個(gè)分析過(guò)程使用的試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水，所有玻璃器皿均在10%的硝酸中浸泡24 h以上。分析方法的精確度和準(zhǔn)確度采用空白試劑、重復(fù)樣，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，各元素均獲得較好的回收率，在95%～105%之間。本文利用Excel 2016和SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，在ArcGIS 10.2上利用反距離權(quán)重法來(lái)制作玉米籽粒重金屬含量空間分布圖[13]。

圖1 研究區(qū)位置和樣點(diǎn)分布圖Figure 1 Map of location and sampling points of the study area

1.3 研究方法

1.3.1 重金屬污染質(zhì)量評(píng)價(jià)

分別采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法對(duì)玉米籽粒中5種重金屬（Cr、Ni、Cd、As和Hg）進(jìn)行評(píng)價(jià)，詳細(xì)計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[14]。表1為農(nóng)作物的綜合污染指數(shù)污染評(píng)價(jià)等級(jí)劃分[14]。

1.3.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

為了對(duì)該研究區(qū)居民玉米攝入進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，將農(nóng)產(chǎn)品攝入引起的重金屬平均日攝入量模型運(yùn)用到本研究中[15]，具體計(jì)算方法如下：

表1 農(nóng)作物質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The classification standards of grain heavy metal pollution evaluation

式中：DAd為玉米攝入的平均日攝取量，mg·kg-1·d-1；Ci為玉米中重金屬的含量，mg·kg-1；RI為玉米攝入速率，kg·d-1；DE為暴露時(shí)間，a；FE為暴露頻率，d·a-1；WB為當(dāng)?shù)鼐用衿骄w重，kg；TA為平均接觸時(shí)間，a；DRf為重金屬暴露參考劑量，mg·kg-1·d-1；QH為單一重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其中，QH＞1時(shí)表明單一重金屬可引起人體健康風(fēng)險(xiǎn)；IH為多種重金屬對(duì)人體健康的綜合風(fēng)險(xiǎn)，如果IH≤1，表明沒(méi)有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)IH在1～10之間，表明對(duì)人體健康產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性大；IH＞10，表明存在慢性毒性。

目前，國(guó)內(nèi)外有多種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型被用來(lái)評(píng)價(jià)食用農(nóng)作物可能產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)。本文以美國(guó)USEPA推薦的模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，因EPA中暴露參數(shù)及經(jīng)口攝入?yún)⒖紕┝科驓W美人體特點(diǎn)，因此本文采用我國(guó)《污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》參數(shù)。同時(shí)結(jié)合實(shí)地調(diào)查，確定該地區(qū)成人玉米攝入量為0.15 kg·d-1，兒童玉米攝入量為0.1 kg·d-1，各參數(shù)取值見(jiàn)表2。

表2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型參數(shù)Table 2 Parameters of the health risk assessment model

不同類型污染物通過(guò)飲食途徑進(jìn)入人體后所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型包括致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型和非致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型[15-16]。

致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型為：

式中：RCig為致癌物i經(jīng)飲食途徑產(chǎn)生的平均個(gè)人致癌年風(fēng)險(xiǎn)，a-1；Dig為致癌物i經(jīng)飲食途徑的單位體重日均暴露劑量，mg·kg-1·d-1；Qig為致癌物i經(jīng)飲食途徑的致癌強(qiáng)度系數(shù)，kg·d·mg-1，70為人均壽命，a。

非致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型為：

1.3.3 地理加權(quán)回歸

地理加權(quán)回歸（GWR）是對(duì)最小二乘回歸（OL?SR）模型的一種擴(kuò)展，通過(guò)解釋不同空間子區(qū)域上自變量和因變量之間關(guān)系的一種回歸分析方法[20-21]。GWR為每個(gè)位置的變量分配不同的權(quán)重，以此來(lái)估計(jì)變量之間的空間關(guān)系。其公式為：

式中：μ為區(qū)域內(nèi)不同的空間位置；y（μ）為μ處因變量的值；xi(μ)為μ處的第i個(gè)自變量的值；β0( μ )是μ處的回歸模型的截距；βi( μ )是μ處第i個(gè)自變量的回歸系數(shù)；P為回歸項(xiàng)的個(gè)數(shù)；ε(μ)是μ處的隨機(jī)誤差項(xiàng)。關(guān)于GWR模型更多介紹參見(jiàn)Fotheringham等[22]。

本研究選擇核函數(shù)來(lái)確定權(quán)重，采用校正后的赤池信息準(zhǔn)則（corrected Akaike Information Criterion，AICc）確定最優(yōu)寬帶。

2 結(jié)果與討論

2.1 玉米籽粒中重金屬含量統(tǒng)計(jì)特征

基于SPSS 21.0軟件獲取玉米籽粒中各重金屬的描述性統(tǒng)計(jì)變量（表3），參照各元素的限值標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算玉米籽粒重金屬的超標(biāo)率。農(nóng)作物富集系數(shù)為植物中重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值，反映了植物對(duì)土壤重金屬元素的富集能力[23]。

表3 3玉米籽粒中重金屬含量特征Table 3 Characteristics of heavy metal content in corn kernel

由表3可見(jiàn)，玉米籽粒重金屬Cr、Ni、Cd、As和Hg的均值分別為0.178±0.292、0.187±0.115、0.044±0.117、0.019±0.005 mg·kg-1和0.001±0 mg·kg-1，不同重金屬在玉米籽粒中的質(zhì)量比差異較大。與相關(guān)國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)相比，玉米籽粒中重金屬均值均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值，只是部分點(diǎn)位出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。其中，Cr、Ni、Cd出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，超標(biāo)率分別為2.5%、5.0%和10.0%，玉米中重金屬總超標(biāo)率為17.5%。玉米籽粒中Cr含量范圍為0.080～1.910 mg·kg-1，極大值已達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的1.91倍；Ni含量范圍為0.070～0.610 mg·kg-1，其極大值為食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的1.525倍，而Cd含量范圍為0.004～0.710 mg·kg-1，極大值是食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的7.1倍。變異系數(shù)（CV）反映總體樣本中各采樣點(diǎn)重金屬含量的平均變異程度[23]。在5種重金屬中，Cd和Cr變異系數(shù)均大于100%，表明不同點(diǎn)位之間這兩種重金屬含量的空間變化性顯著偏高，波動(dòng)性較大；Hg的變異系數(shù)最小，為15.830%，表明樣點(diǎn)間Hg含量變化不大，均勻性好。從富集系數(shù)分析，玉米對(duì)不同重金屬元素的富集能力存在差異，這與土壤中各重金屬的含量差異及玉米對(duì)不同重金屬的吸收能力不同有一定的關(guān)系。雖然研究區(qū)玉米地重構(gòu)土壤重金屬超標(biāo)嚴(yán)重，但是玉米中重金屬超標(biāo)率相對(duì)較低，可能與玉米對(duì)重金屬的累積能力較低有關(guān)。玉米對(duì)不同重金屬的富集系數(shù)順序?yàn)?Cd＞Hg＞Ni＞As=Cr，其中Cd的富集系數(shù)僅為0.058，整體上富集程度偏低，可能是由于Cr、Ni、Cd、As和Hg均是植物生長(zhǎng)非必需的微量元素，此類重金屬的吸收屬被動(dòng)吸收[25]，玉米生長(zhǎng)對(duì)其并無(wú)需求。

2.2 玉米籽粒重金屬空間分布特征

反距離權(quán)重法（IDW）基于相近相似原理，以樣本點(diǎn)與插值點(diǎn)間的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，距插值點(diǎn)越近的樣本被賦予權(quán)重越大，反之越小。與普通克里格法相比較，其平滑作用較小，能夠反映局部極值信息，更好地識(shí)別出污染區(qū)域。由于本研究區(qū)玉米樣品中僅有很小比例的高污染點(diǎn)，因此對(duì)高污染區(qū)域的識(shí)別應(yīng)作為優(yōu)先考慮的因素，故認(rèn)為選擇反距離權(quán)重法較為合適[13，26-27]。根據(jù)玉米籽粒中重金屬含量，結(jié)合ArcGIS 10.2中反距離權(quán)重法插值得到研究區(qū)玉米籽粒中重金屬含量空間分布圖（圖2）。

圖2 玉米籽粒重金屬含量空間分布圖Figure 2 Spatial distribution map of heavy metals content in corn kernel

根據(jù)上面的描述性統(tǒng)計(jì)（表3）可看出，研究區(qū)玉米中As和Hg并不超標(biāo)，全區(qū)玉米籽粒中As含量均在小于0.050 mg·kg-1范圍內(nèi)；除了一個(gè)樣點(diǎn)值低于0.001 mg·kg-1之外，97.5% 的 Hg含量均在 0.001～0.010 mg·kg-1之間。與國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)相比，玉米籽粒中As和Hg的濃度顯著偏低，安全性好。而對(duì)Cr、Ni和Cd來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)了局部超標(biāo)現(xiàn)象。從圖2可知，一區(qū)東部、三區(qū)西部和四區(qū)西部重金屬呈現(xiàn)較高含量，二區(qū)中部和五區(qū)重金屬含量相對(duì)較低。采集的玉米樣品中有1個(gè)樣點(diǎn)存在Cr超標(biāo)現(xiàn)象，出現(xiàn)在三區(qū)西部（1.910 mg·kg-1）；Ni在所有樣點(diǎn)中，也只有兩個(gè)點(diǎn)位出現(xiàn)超標(biāo)，分布在三區(qū)西北部和二區(qū)北部；Cd超標(biāo)出現(xiàn)在一區(qū)東部、三區(qū)中部和四區(qū)西北部，最大值出現(xiàn)在四區(qū)西北部（0.710 mg·kg-1）。

2.3 玉米籽粒重金屬污染評(píng)價(jià)

分別采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法對(duì)玉米籽粒中5種重金屬進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，并參照表1中的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，估計(jì)其污染程度。玉米籽粒中各重金屬元素的單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果，如表4所示。

由表4可見(jiàn)，玉米籽粒中5種重金屬的單因子指數(shù)均值均小于1，其均值從大到小排序?yàn)椋篘i＞Cd＞Cr＞Hg＞As，但部分Cr、Cd和Ni的單因子污染指數(shù)大于1，其中Cd尤為突出，達(dá)到7.053。總體上看，所有樣點(diǎn)綜合污染指數(shù)均值為0.588，根據(jù)農(nóng)作物質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1）可知，該研究區(qū)玉米籽粒整體上處于安全等級(jí)，污染水平為清潔。綜合污染指數(shù)范圍為0.133～5.122，最大值為5.122，超過(guò)3.0，屬于重度污染，其空間分布在四區(qū)的西部（圖3）。由于四區(qū)復(fù)墾前長(zhǎng)期堆放廢棄的磺渣，土壤重金屬含量總體偏高，故會(huì)對(duì)玉米生長(zhǎng)產(chǎn)生一定影響。從圖3可看出，其中玉米籽粒處于安全等級(jí)的占82.5%，有5.0%處于警戒限內(nèi)，另外輕度污染占10.0%，2.5%的玉米屬于重度污染，無(wú)中度污染等級(jí)。

2.4 玉米籽粒健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

圖3 玉米籽粒綜合污染指數(shù)的空間分布圖和不同污染等級(jí)的比例Figure 3 Spatial distribution map of comprehensive pollution index of corn kernel and pollution level of different proportions

土壤中重金屬可通過(guò)作物根系吸收進(jìn)入農(nóng)作物體內(nèi)，并在植物不同器官和組織中累積，如果玉米可食用部分重金屬含量過(guò)高，則會(huì)通過(guò)食物鏈傳遞到人體，對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本研究通過(guò)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)估算玉米籽粒中重金屬通過(guò)飲食攝入對(duì)人體發(fā)生不良影響的概率，表征重金屬對(duì)人體健康危害程度，可以為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理和風(fēng)險(xiǎn)決策提供依據(jù)[28]。根據(jù)暴露因子手冊(cè)和玉米攝入引起的重金屬平均日攝入量模型計(jì)算QH和IH，結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5中可知，對(duì)成人來(lái)說(shuō)，玉米籽粒中單一重金屬Cr、Ni、Cd、As和Hg的QH均小于1，其多種重金屬綜合風(fēng)險(xiǎn)IH為0.495＜1，說(shuō)明食用該地區(qū)種植的玉米對(duì)成人健康不會(huì)引起風(fēng)險(xiǎn)；而對(duì)兒童來(lái)說(shuō)，雖單一重金屬元素QH都小于1，但復(fù)合重金屬的綜合風(fēng)險(xiǎn)IH為1.166＞1，表明該地區(qū)種植的玉米對(duì)兒童健康產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性大，這可能與兒童各器官組織發(fā)育不完全，抵抗力差，特別是對(duì)重金屬污染的解毒能力弱等方面有關(guān)。值得注意的是兒童通過(guò)攝食玉米籽粒引發(fā)的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)均大于成人，這與前人研究結(jié)果一致[6，25]。相對(duì)于成人，兒童更具有健康風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)兒童食品應(yīng)更加重視?？傮w上而言，無(wú)論成人還是兒童，玉米攝入對(duì)人體造成的健康風(fēng)險(xiǎn)順序均為As＞Cr＞Cd＞Hg＞Ni。

表4 玉米籽粒重金屬單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)Table 4 Single factor pollution index and comprehensive pollution index of heavy metals in corn kernel

表5 玉米籽粒重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Results of health risk assessment of heavy metals in corn kernel

根據(jù)國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）和世界衛(wèi)生組織（WHO）通過(guò)全面評(píng)價(jià)化學(xué)物質(zhì)致癌性可靠程度而編制的分類系統(tǒng)，其中Cr、Cd和As為化學(xué)致癌物，Ni和Hg為非化學(xué)致癌物[29-31]。從表5可以看出，致癌物對(duì)當(dāng)?shù)鼐用窠】滴：Φ娘L(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)非致癌物的風(fēng)險(xiǎn)值，其風(fēng)險(xiǎn)水平相差4～5個(gè)數(shù)量級(jí)。其中，致癌物Cr所致的健康風(fēng)險(xiǎn)最大，成人和兒童風(fēng)險(xiǎn)值分別為2.727×10-4a-1和6.406×10-4a-1，兒童大于成人，且兒童超過(guò)USEPA最大可接受風(fēng)險(xiǎn)（1.0×10-4a-1），故應(yīng)該作為優(yōu)先污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制；其次是Cd和As，兩者較為接近，數(shù)量級(jí)均在10-5a-1，低于國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）推薦的（5×10-5a-1）最大可接受風(fēng)險(xiǎn)，屬于安全水平。三者致癌風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)镃r＞As＞Cd。對(duì)于非致癌物Ni和Hg來(lái)說(shuō)，數(shù)量級(jí)在10-9～10-10a-1，幾乎達(dá)到可忽略的程度，不會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用駱?gòu)成明顯的傷害。

2.5 土壤與玉米籽粒重金屬相關(guān)性分析

本文選取的研究區(qū)為典型的硫磺礦廢棄復(fù)墾地，由于眾多因素導(dǎo)致土壤受到重金屬不同程度的污染，表聚現(xiàn)象嚴(yán)重，特別是Cd。為了說(shuō)明土壤對(duì)玉米重金屬含量的直接影響，對(duì)土壤重金屬全量[2]與對(duì)應(yīng)玉米重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析，基于SPSS 21.0獲得二者之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，再結(jié)合地理加權(quán)回歸模型來(lái)確定其空間相關(guān)性，進(jìn)一步弄清土壤重金屬對(duì)玉米籽粒重金屬含量的區(qū)域貢獻(xiàn)。

玉米籽粒重金屬含量與土壤重金屬含量之間的相關(guān)性分析結(jié)果（表6）顯示，玉米中的Ni、As與土壤中的Ni、As存在顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.355和0.350；且玉米中Cd與土壤中Cd呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.460，由此可見(jiàn)，玉米中的Cd、Ni和As與土壤中的Cd、Ni和As存在緊密聯(lián)系，故玉米中Cd和Ni的累積超標(biāo)主要來(lái)源于土壤的影響。由于本研究區(qū)土壤偏酸性，重金屬活性較高，其化學(xué)形態(tài)中有效態(tài)含量占比相對(duì)較高，容易被根部吸收，這是導(dǎo)致玉米超標(biāo)的一個(gè)重要原因。而玉米中的As與土壤中的Ni則表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.348；此外，其他無(wú)顯著相關(guān)性。

由GWR分析結(jié)果顯示（圖4），玉米綜合污染指數(shù)與土壤綜合污染指數(shù)的關(guān)系在空間上是非平穩(wěn)的，且隨著空間位置的變化而變化。土壤綜合污染指數(shù)作為自變量，玉米綜合污染指數(shù)作為因變量，土壤對(duì)玉米的影響程度可通過(guò)它們相應(yīng)的回歸系數(shù)來(lái)解釋，回歸系數(shù)絕對(duì)值大小表達(dá)土壤對(duì)玉米影響的強(qiáng)烈程度[21]。從圖4可看出，不同空間位置的回歸系數(shù)是不同的，即不同子區(qū)域土壤污染對(duì)玉米的影響非恒定。土壤對(duì)玉米的回歸系數(shù)在正負(fù)區(qū)間都有分布，范圍在-0.019～0.593，大部分為正相關(guān)。在二區(qū)西南部和五區(qū)南部，回歸系數(shù)為-0.019～0.135，正負(fù)交錯(cuò)、靠近零點(diǎn)，說(shuō)明不論是負(fù)相關(guān)還是正相關(guān)，土壤對(duì)玉米的影響都較小。由西南向中部和北部，回歸系數(shù)不斷增加。在一區(qū)北部、三區(qū)西部和四區(qū)中部，回歸系數(shù)最大，為0.521～0.593，即土壤對(duì)玉米的影響較大，由于此區(qū)域內(nèi)現(xiàn)在或曾經(jīng)分布有眾多磺渣堆場(chǎng)，且地勢(shì)相對(duì)較低，土壤重金屬含量總體偏高，勢(shì)必會(huì)對(duì)玉米籽粒中重金屬累積產(chǎn)生一定影響，所以為預(yù)防作物重金屬污染對(duì)人體健康的危害，建議減少在三區(qū)、四區(qū)玉米的種植密度，并采取相應(yīng)的重金屬防治措施。

表6 土壤重金屬與玉米籽粒重金屬含量相關(guān)性分析Table 6 Correlations of heavy metals in soil and heavy metals in corn kernel

圖4 玉米綜合污染指數(shù)與土壤綜合污染指數(shù)之間的GWR回歸系數(shù)分布圖Figure 4 Spatial distribution map of the regression parameter from the geographically weighted regression analysis of comprehensive pollution index of corn versus comprehensive pollution index of soil

3 結(jié)論

（1）研究區(qū)玉米籽粒中5種重金屬，與國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)相比，Cd、Ni和Cr出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，總超標(biāo)率為17.5%，而As和Hg無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象。從Pi和P綜來(lái)看，有個(gè)別樣點(diǎn)屬于重度污染；從總體上看，82.5%玉米樣點(diǎn)處于安全等級(jí)，有5.0%處于警戒限內(nèi)，另外輕度污染的占10.0%，重度污染為2.5%，無(wú)中度污染等級(jí)。

（2）食物攝入是作物重金屬進(jìn)入人體的最直接方式，通過(guò)對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析可知，該研究區(qū)玉米籽粒中單一重金屬Cr、Ni、Cd、As和Hg對(duì)成人和兒童均不會(huì)構(gòu)成危害；其復(fù)合重金屬污染對(duì)成人沒(méi)有影響，但對(duì)兒童有一定的健康風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)引起當(dāng)?shù)夭块T(mén)的高度重視。個(gè)人平均年健康風(fēng)險(xiǎn)除Cr之外，其他元素均保持在最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平（5×10-5a-1）和可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平之間，Cr的致癌風(fēng)險(xiǎn)最大，故應(yīng)該作為優(yōu)先污染物進(jìn)行治理和控制。

（3）其相關(guān)性表明，土壤對(duì)玉米有一定的影響，且在研究區(qū)北部影響顯著，建議減少北部玉米的種植密度，可選擇種植林木或時(shí)令花卉等，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行治理。