摘要：土壤中重金屬的富集是自然過(guò)程和人為活動(dòng)共同作用的結(jié)果，土壤重金屬來(lái)源解析及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是開(kāi)展土壤重金屬污染防治的必要手段。為查明新泰市廢棄石灰?guī)r礦區(qū)土壤中重金屬來(lái)源及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征，系統(tǒng)的采集分析了新泰市15座典型廢棄礦山65組表層土壤樣品，對(duì)其pH和8種重金屬含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。綜合運(yùn)用內(nèi)梅羅污染指數(shù)（NPI）、地累積指數(shù)（Igeo）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（Er）對(duì)研究區(qū)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用相關(guān)性分析、聚類分析和主成分分析探究土壤重金屬來(lái)源，采用絕對(duì)主成分得分多元線性回歸（APCSMLR）受體模型定量計(jì)算各個(gè)污染源貢獻(xiàn)率。結(jié)果顯示，Cd、Hg、Cu、Zn、Ni的含量均值均超出當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸担桓鶕?jù)內(nèi)梅羅污染指數(shù)可知，Cd、Hg、Cu、Zn為中度污染，As、Pb、Cr、Ni為輕度污染；根據(jù)地累積指數(shù)分析，土壤中Hg和Cd元素污染相對(duì)嚴(yán)重，為污染主要貢獻(xiàn)因子；根據(jù)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算，處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位占72%；相關(guān)性分析及主成分分析結(jié)果顯示，As、Cr、Ni主要來(lái)源于母巖風(fēng)化自然源，Cu、Zn主要來(lái)源于農(nóng)用化肥、農(nóng)藥使用的農(nóng)業(yè)源，Cd、Hg、Pb主要來(lái)源于汽車尾氣、煤礦開(kāi)采、燃煤等交通—工業(yè)混合源；APCSMLR模型揭示自然源、農(nóng)業(yè)源、交通—工業(yè)混合源和未知源對(duì)研究區(qū)土壤重金屬的貢獻(xiàn)率依次為：28.77%、26.54%、28.33%和16.46%。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬；廢棄礦山；APCSMLR；山東新泰

中圖分類號(hào)：X825文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.12128/j.issn.16726979.2025.03.001

0引言

我國(guó)礦產(chǎn)資源總量豐富且礦種齊全，2024年已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)173種［1］。礦產(chǎn)資源是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，由于礦產(chǎn)資源的長(zhǎng)期開(kāi)采，導(dǎo)致部分礦山資源已經(jīng)枯竭。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有廢棄礦山約9.9萬(wàn)座，呈現(xiàn)出“露天開(kāi)采礦山比例高、非金屬礦山占比大、小規(guī)模礦山居多”的特點(diǎn)［23］。這些礦山在服務(wù)期間對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用顯著，帶來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了諸多環(huán)境問(wèn)題，包括水土流失、土地壓占和破壞、次生地質(zhì)災(zāi)害、礦山廢水以及重金屬污染等［48］。相較于地表水體、空氣等污染，土壤重金屬污染具有隱蔽性、持續(xù)性、高遷移性、高毒性、積蓄性等特點(diǎn)，一旦進(jìn)入土壤便難以降解，對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境及人類健康形成長(zhǎng)期威脅［9］。

近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者對(duì)礦山土壤重金屬污染評(píng)價(jià)、來(lái)源解析等開(kāi)展了大量研究，如張浙等［4］對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶礦山土壤重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)錫礦、鉛鋅礦土壤污染較為嚴(yán)重，且致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)處于不可接受范圍內(nèi)；林曼利［10］運(yùn)用富集因子法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等對(duì)安徽銅陵典型礦區(qū)周邊土壤污染狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并利用相關(guān)性分析、聚類分析和主成分分析探索了土壤重金屬來(lái)源；吳燦萍等［11］運(yùn)用PMF模型定量計(jì)算了云南某銅選冶廠周邊農(nóng)田土壤重金屬來(lái)源；JIANG等［12］在對(duì)普定縣土壤重金屬調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合APCSMLR和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型對(duì)其重金屬進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，認(rèn)為煤、鐵的開(kāi)采和冶煉是主要的污染源。盡管以上研究綜合利用多種技術(shù)手段對(duì)礦山土壤重金屬來(lái)源進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，但均以在產(chǎn)礦山研究為主，針對(duì)廢棄石灰?guī)r礦山周邊土壤重金屬污染成因、污染類型及其源解析的研究仍然較為欠缺。

山東省新泰市是典型的資源型城市，在省內(nèi)承擔(dān)著重要能源基地的職責(zé)。新泰石灰?guī)r礦產(chǎn)資源豐富，前期由于缺乏系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃，礦山開(kāi)采導(dǎo)致地形地貌嚴(yán)重?fù)p壞、山體植被大量破壞，大面積水土流失，嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。已有研究結(jié)果表明，新泰市土壤中Cd、Zn、Cu等重金屬均有不同程度的富集［13］，但廢棄礦山對(duì)土壤的重金屬污染機(jī)制尚不清楚。因此針對(duì)廢棄礦山土壤重金屬污染現(xiàn)狀開(kāi)展調(diào)查研究，系統(tǒng)評(píng)估重金屬污染水平，并結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行源解析，以期為后續(xù)礦山土壤污染防治工作提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東省新泰市東部，地處泰山山脈南麓，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，多年平均氣溫為12.6℃，多年平均降水量為719.9 mm；柴汶河為區(qū)內(nèi)主要的地表水系；地勢(shì)自東向西傾斜，南北東三面環(huán)山，中部和西部為平原，地貌形態(tài)有山地、丘陵和山間平原3種類型，土壤類型以棕壤和褐土為主；新泰市為黃河流域下游重要的資源型城市之一，礦產(chǎn)資源較為豐富，截至2020年底，全市已發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)40種，已經(jīng)開(kāi)發(fā)利用的礦產(chǎn)資源為煤、鐵、長(zhǎng)石、石灰?guī)r、砂巖、花崗巖、礦泉水等8種，采礦活動(dòng)在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)中占據(jù)了重要位置。自20世紀(jì)以來(lái)，礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)為新泰市經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展提供了重要的資源保障。然而，由于常年開(kāi)采，部分資源已接近枯竭，形成了大量的廢棄礦山，對(duì)土壤和水環(huán)境形成了長(zhǎng)期的生態(tài)威脅［1415］。

1.2樣品采集

2023年10月對(duì)新泰市15處典型的廢棄石灰?guī)r礦山進(jìn)行土壤取樣，按照1 km×1 km網(wǎng)格布設(shè)點(diǎn)位，共布設(shè)65個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）。采樣時(shí)，以布設(shè)點(diǎn)位為中心，采用雙對(duì)角線法5點(diǎn)采樣，用GPS記錄采樣點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)［16］。采樣過(guò)程中，去除根茬、落葉、礫石等雜物，用木鏟采集0～20 cm表層土壤，將樣品充分混合后裝入塑料袋內(nèi)密封保存，取樣重量約1 kg［17］。

1.3樣品測(cè)試

本研究樣品分析測(cè)試主要依據(jù)《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定 石墨爐原子吸收分光光度法》（GB/T 17141—1997）和《土壤質(zhì)量汞、砷、鉛、鉻、鎘的測(cè)定》（HJ 491—2009）進(jìn)行樣品前處理與分析，其中鎘（Cd）和鉛（Pb）由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP—MS 7850，美國(guó)安捷倫）測(cè)定；鉻（Cr）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鎳（Ni）由電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICAP6300，美國(guó)賽默飛世爾）測(cè)定；砷（As）和汞（Hg）由原子熒光分光光度計(jì)（AFS—8230，北京吉天）測(cè)定。測(cè)試過(guò)程中采用國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 系列）進(jìn)行質(zhì)量保證和控制，所有樣品分析誤差均小于10%。以上樣品測(cè)試均由山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實(shí)驗(yàn)室完成。

1.4研究方法

利用內(nèi)梅羅污染指數(shù)、地累積指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)研究區(qū)土壤重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)，揭示研究區(qū)礦山周邊土壤中重金屬的累積和污染程度（表1）。

1.4.1內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

1.4.2地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法（Igeo）是由德國(guó)學(xué)者M(jìn)uller于1969年提出的一種用于評(píng)估土壤或沉積物中重金屬污染程度的方法［4，20］。計(jì)算方法如公式（2）：Igeo=log2［Cik×Bi］（2）式中：Igeo為重金屬的地累積指數(shù)；k為表征巖石沉積特征等影響土壤背景值自然波動(dòng)的系數(shù)，一般取1.5。

1.4.3潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

1.4.4APCSMLR模型

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

采用ArcGIS 10.2軟件繪制采樣點(diǎn)分布圖；采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析以及主成分分析；其他圖件繪制采樣Origin 2021軟件繪制完成。

2結(jié)果與討論

2.1重金屬含量特征

研究區(qū)65件土壤重金屬、pH含量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表2。土壤pH在4.68～8.84之間，平均值為7.21，為中性土壤。重金屬平均含量由大到小依次為：Zn（83.29 mg·kg1）gt;Cr（67.59 mg·kg1）gt;Ni（31.69mg·kg1）gt;Cu（28.83 mg·kg1）gt;Pb（26.07 mg·kg1）gt;As（9.32 mg·kg1）gt;Cd（0.13 mg·kg1）gt;Hg（0.03 mg·kg1）。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618—2018），所有重金屬平均值均未超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值；與山東省土壤元素背景值［20］對(duì)比，均存在不同程度超標(biāo)，背景值依次為1.60、1.58、1.01、1.01、1.02、1.20、1.31和1.23，各種重金屬超標(biāo)率由大到小依次為：Cd（89.23%）＞Zn（81.54%）＞Ni（76.92%）＞Cu（73.85%）＞Hg（64.62%）＞Cr（61.54%）＞As（53.85%）＞Pb（36.92%），可見(jiàn)該區(qū)域Cd、Zn存在明顯富集，可能存在污染風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步明確其來(lái)源。

變異系數(shù)（CV）在一定程度上能夠反映人類活動(dòng)對(duì)土壤重金屬的影響程度，是重金屬污染評(píng)價(jià)的重要參數(shù)［26］。變異系數(shù)越大，表明元素在土壤中的分布越不均勻，受人類活動(dòng)影響的可能性就越大。由表2可知，研究區(qū)土壤重金屬變異系數(shù)由大到小依次為As（0.43）gt;Pb（0.39）gt;Cu（0.38）gt;Hg（0.33）gt;Ni（0.32）gt;Cd（0.31）gt;Zn（0.29）gt;Cr（0.27），均為中等變異（0.2≤CV＜0.5），說(shuō)明區(qū)內(nèi)重金屬整體上分布較為均勻。

2.2重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.1內(nèi)梅羅污染指數(shù)

研究區(qū)8種重金屬單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。土壤重金屬單因子污染指數(shù)（Pi）均值大小依次為：Cd（1.51）＞Hg（1.33）＞Zn（1.31）＞Ni（1.23）＞Cu（1.20）＞Cr（1.02）＞Pb（1.01）＞As（1.00）。由此可知研究區(qū)土壤中8種重金屬均為輕度污染狀態(tài)。其中Cd無(wú)污染樣品數(shù)占比10.77%，輕污染占比76.92%，中污染占比12.31%；Hg無(wú)污染占比38.46%，輕污染占比40.08%，中污染占比21.46%；As無(wú)污染占比47.69%，輕污染占比52.31%；Pb無(wú)污染占比63.08%，輕污染占比30.77%，中污染占比6.15%；Cr無(wú)污染占比38.46%，輕污染占比61.54%；Cu無(wú)污染占比26.15%，輕污染占比67.69%，中污染占比6.15%；Zn無(wú)污染占比18.46%，輕污染占比75.38%，中污染占比6.15%；Ni無(wú)污染占比20.08%，輕污染占比73.85%，中污染3.07%?？梢?jiàn)重金屬污染來(lái)源主要來(lái)自于Cd、Zn，與2.1節(jié)分析結(jié)果相一致。

由表3可知研究區(qū)土壤重金屬內(nèi)梅羅污染指數(shù)（NPI）在1.32～2.22之間，均值為1.93，整體上處于輕度污染水平，其中Cd、Hg、Cu、Zn為中度污染，As、Pb、Cr、Ni為輕度污染。

2.2.2地累積指數(shù)

研究區(qū)表層土壤重金屬地累積指數(shù)Igeo評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示。該區(qū)域土壤重金屬Igeo均值由高到低依次是：Cd（0.05）gt;Zn（0.24）gt;Hg（0.37）gt;Ni（0.38）gt;Cu（0.41）gt;Cr（0.63）gt;Pb（0.65）gt;As（0.75）均為未污染。從圖3可以看出，土壤中8種重金屬污染程度都具有多樣性，Hg、As、Pb離散性較強(qiáng)，與2.1節(jié)分析的結(jié)果一致。Cd元素污染最為嚴(yán)重，污染樣點(diǎn)占比49.33%；其次是Hg元素，污染樣點(diǎn)占40.00%，再次之為Zn污染樣點(diǎn)占比21.33%，其余指標(biāo)污染樣點(diǎn)占比均在20%以下?？傮w來(lái)說(shuō)，研究區(qū)表層土壤中Hg和Cd元素污染相對(duì)嚴(yán)重，Pb、As、Ni、Zn、Cu和Cr元素呈現(xiàn)局部污染，可能存在點(diǎn)源污染。

研究區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)見(jiàn)表4。從中可知，研究區(qū)8種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值依次為：Hggt;Cdgt;Asgt;Nigt;Cugt;Pbgt;Crgt;Zn。除Hg和Cd外其余6種重金屬Er平均值小于40，屬于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；Cd和Hg的Er平均值大于40，屬于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。從各種金屬Er具體分布來(lái)看，As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni均處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Cd和Hg分別有60.08%和40.08%點(diǎn)位屬于中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Hg有18.46%為較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。Cd和Hg中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以上點(diǎn)位存在占比分別為60.08%和58.54%，且對(duì)重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）貢獻(xiàn)率分別為35.15%、41.17%，進(jìn)一步說(shuō)明了土壤中Hg和Cd污染范圍較廣，同地累積指數(shù)評(píng)價(jià)分析一致。

重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。8種重金屬RI范圍為50.11～207.11，平均值為129.12，說(shuō)明研究區(qū)土壤重金屬整體處于輕微風(fēng)險(xiǎn)水平，其中處于輕微、中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤數(shù)量占比分別為69.23%、30.77%，中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要分布在東都鎮(zhèn)、谷里鎮(zhèn)、小協(xié)鎮(zhèn)、新甫街道等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，新汶煤田主要分布在以上街道，初步推斷中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與煤礦開(kāi)采、燃煤等有關(guān)。

2.3重金屬的來(lái)源

2.3.1相關(guān)性分析

相關(guān)性分析用于定量評(píng)價(jià)土壤重金屬之間內(nèi)在聯(lián)系的強(qiáng)弱程度，具有高度正相關(guān)的土壤重金屬可能擁有共同或相似的污染源［27］。由表6可知Cr與Ni之間呈顯著性正相關(guān)（P≤0.01），相關(guān)系數(shù)為0.852；Cu與Zn之間呈顯著性正相關(guān)（P≤0.01），相關(guān)系數(shù)為0.639；Cu與Ni之間呈顯著性正相關(guān)（P≤0.01），相關(guān)系數(shù)為0.599；As與Cr之間呈顯著性正相關(guān)（P≤0.01），相關(guān)系數(shù)為0.519；由此判斷Cr、Ni、As可能具有相同的來(lái)源，Cu、Zn、Ni可能具有共同的來(lái)源。Cd與Hg、As、Cu、Zn、Ni，As與Ni，Cr與Cu具有一定的相關(guān)性，但相關(guān)程度較弱。

聚類分析結(jié)果如圖4所示。在距離為17～20時(shí)，聚類分析結(jié)果可將所測(cè)元素歸為3類：Ⅰ類是CrNiAsCuZn，Ⅰ類又可以進(jìn)一步劃分為2類，I1（CrNiAs）、I2（CuZn）；Ⅱ類是CdHg，Ⅲ類是Pb；當(dāng)距離為12～17時(shí)，聚類分析結(jié)果分為4類，Ⅰ類是CrNiAs，Ⅱ類是CuZn，Ⅲ類是CdHg，Ⅳ類是Pb。聚類分析結(jié)果與相關(guān)性分析結(jié)果基本一致。

本研究主成分分析結(jié)果見(jiàn)表7。KMO檢驗(yàn)值為0.625（gt;0.50），而巴特利特球形度檢驗(yàn)的近似卡方值為219.39，其中顯著性為0.000（lt;0.05），說(shuō)明各元素?cái)?shù)據(jù)間存在相關(guān)性且相關(guān)程度無(wú)大差異，可進(jìn)行主成分分析［2829］。提取了特征值大于1的3個(gè)主成分因子，旋轉(zhuǎn)后主成分對(duì)各因子的方差貢獻(xiàn)率分別為31.15%、21.42%和19.84%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)72.41%。

主成分載荷矩陣結(jié)果顯示，Z1載荷較高的重金屬有As、Cr、Ni，由表2可知，As、Cr和Ni的含量平均值與當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸迪嘟儺愊禂?shù)也相對(duì)較小，其內(nèi)梅羅污染指數(shù)、地累積指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均較小，說(shuō)明受人為活動(dòng)影響較小。在相關(guān)性分析中As、Cr、Ni呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明三者具有相同的來(lái)源。相關(guān)研究表明，As、Cr和Ni主要受自然來(lái)源的影響，如地質(zhì)背景和成土母質(zhì)的控制［30］。因此推測(cè)本區(qū)第一成分（PC1）中的As、Cr、Ni來(lái)源主要為自然源。

Z2載荷較高的有Cu、Zn，均超出當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?，在相關(guān)性分析中Cu和Zn呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明兩者具有相同的來(lái)源。相關(guān)研究表明，Cu和Zn主要受有機(jī)肥、殺蟲(chóng)劑、農(nóng)藥等影響［10，18，31］。根據(jù)2023年泰安市統(tǒng)計(jì)年鑒，新泰市2022年農(nóng)用化肥施用量為27 997 t，農(nóng)藥使用量為1 107 t，顯然大量的農(nóng)用化肥、農(nóng)藥使用導(dǎo)致土壤中重金屬的富集。推測(cè)本區(qū)第二成分（PC2）中的Cu、Zn來(lái)源主要為農(nóng)業(yè)源。

Z3載荷較高的重金屬有Cd、Hg、Pb，Cd、Hg平均含量超出背景值1.55倍、1.58倍，雖然Pb平均值未超出當(dāng)?shù)乇尘爸?，但是?4%點(diǎn)位含量超出了背景值，主要分布在新汶街道、東都鎮(zhèn)、小協(xié)鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，相關(guān)研究表明機(jī)動(dòng)車尾氣排放中含有大量Pb［24］，同時(shí)化石燃料、汽車制動(dòng)裝置的使用，也會(huì)導(dǎo)致Pb的排放，礦山在生產(chǎn)期間有大量的開(kāi)采、運(yùn)輸設(shè)備，且以上區(qū)域主要分布在新泰市城區(qū)附近，因此推斷Pb主要來(lái)源于交通源；Cd、Hg生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，說(shuō)明受人類活動(dòng)影響較大，前人研究表明，工礦企業(yè)和工業(yè)“三廢”排放會(huì)增加Cd、Hg的富集［32］，上述鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布大量的煤礦開(kāi)采、冶煉、焦化等企業(yè)，因此可以推斷Cd、Hg主要來(lái)源與工業(yè)活動(dòng)有關(guān)。推測(cè)本區(qū)第二成分（PC2）中的Cd、Hg和Pb來(lái)源主要為交通-工業(yè)混合源。

2.3.3APCSMLR計(jì)算重金屬來(lái)源貢獻(xiàn)率

將主成分分析獲取的因子得分轉(zhuǎn)換為絕對(duì)主因子得分后作為自變量，以土壤重金屬元素實(shí)測(cè)含量值為因變量，通過(guò)多元線性回歸進(jìn)行擬合方程。各元素?cái)M合方程可決系數(shù)R2在0.5～0.9，且顯著性均小于0.05，擬合效果整體較好，說(shuō)明了APCSMLR模型的適用性。

采用APCSMLR模型的貢獻(xiàn)率計(jì)算結(jié)果表明（圖5），新泰市廢棄礦山土壤中As、Cr、和Ni等重金屬元素的來(lái)源主要為母巖風(fēng)化的自然來(lái)源，其貢獻(xiàn)率分別為43.20%、57.34%和66.34%，Cu、Zn主要來(lái)自農(nóng)用化肥、農(nóng)藥使用等農(nóng)業(yè)源，其貢獻(xiàn)率分別為62.08%和69.50%。Cd、Hg和Pb這3種重金屬主要來(lái)源煤礦開(kāi)采、燃煤及汽車尾氣等交通—工業(yè)混合源，其貢獻(xiàn)率分別為66.02%、63.29%和53.44%。綜上各個(gè)重金屬來(lái)源平均貢獻(xiàn)率依次為：母巖風(fēng)化自然源（28.67%）、農(nóng)業(yè)源（26.54%）、交通—工業(yè)混合源（28.33%）和其他未知源（16.46%）。

3結(jié)論

（1）研究區(qū)土壤以中性土壤為主，除As、Pb和Cr外，Cd、Hg、Cu、Zn、Ni的含量均值均超出當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?，Hg、Cd超過(guò)背景值倍數(shù)較高，超標(biāo)率分別為1.58、1.55，為研究區(qū)的主要污染特征因子。

（2）重金屬污染評(píng)價(jià)顯示，重金屬的內(nèi)梅羅污染指數(shù)（NPI）在1.32～2.22之間，均值為1.93，整體上處于輕度污染水平，其中Cd、Hg、Cu、Zn為中度污染；地累積指數(shù)顯示Cd、Hg污染最為嚴(yán)重，污染樣點(diǎn)占比依次為49.33%、40.00%；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)顯示Cd和Hg中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以上，點(diǎn)位存在占比分別為60.08%和58.54%。

（3）主成分分析識(shí)別出研究區(qū)重金屬3個(gè)污染來(lái)源，即自然來(lái)源、農(nóng)業(yè)源和工業(yè)源，其中As、Cr和Ni主要來(lái)源于母巖風(fēng)化自然源，Cu和Zn主要來(lái)源于農(nóng)用化肥、農(nóng)藥使用的農(nóng)業(yè)源，Cd、Hg和Pb主要來(lái)源于汽車尾氣、煤礦開(kāi)采、燃煤等交通源—工業(yè)源混合源。APCSMLR模型揭示自然源、農(nóng)業(yè)源、交通—工業(yè)混合源和未知源對(duì)研究區(qū)土壤重金屬的貢獻(xiàn)率依次為28.67%、26.54%、28.33%和16.46%。

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Pollution Characteristics and Source Apportionment of Heavy Metals

in Soil of Abandoned Mines in Xintai City in Shandong Province

LIAN Dejun MA Lei SU Ying LI Hang LIU Yunhuan ZHAO Xilei SUN Pengchao JIANG Yunyun ZHANG Baoxing QIU Zhiqiang

（1.No.5 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Tai'an 271000，China；2.Key Laboratory of Mountains Rivers Forests Farmlands Lakes Grasslands of Shandong Provinicial Bureau of Geological and Mineral Resources， Shandong Tai'an 271000， China；3.Tai'an Ecological Environment Protection and Control Center， Shandong Tai'an 271000，China）

Abstract：The enrichment of heavy metals in soil is the result of the interaction of natural processes and human activities. The source analysis and ecological risk assessment of heavy metals in soil are necessary means to carry out the prevention and control of heavy metal pollution in soil. In order to find out the sources and ecological risk characteristics of heavy metals in the soil of abandoned limestone mining areas in Xintai city， 65 groups of surface soil samples from 15 typical abandoned mines in Xintai city have been systematically collected and analyzed， and their pH values and contents of 8 heavy metals have been statistically analyzed. The Nemero comprehensive pollution index （ NPI ）， geoaccumulation index （ Igeo ） and potential ecological risk index （Er） are used to evaluate the pollution status of soil heavy metals in the study area. Correlation analysis， cluster analysis and principal component analysis are used to explore the sources of soil heavy metals. The absolute principal component score-multiple linear regression （ APCS-MLR ） receptor model is used to quantitatively calculate the contribution rate of each pollution source. It is showed that the average contents of Cd， Hg， Cu， Zn and Ni can exceed the local soil background values. According to the Nemero comprehensive pollution index， Cd， Hg， Cu and Zn are moderately polluted， while As， Pb， Cr and Ni are lightly polluted. According to cumulative index analysis， the pollution of Hg and Cd in soil is relatively serious， which is the main contribution factor of pollution. According to comprehensive ecological risk index， the moderate ecological risk points can account for 72%. As showed by the results of correlation analysis and principal component analysis， As， Cr and Ni are mainly derived from the natural source of parent rock weathering， Cu and Zn are mainly derived from agricultural sources of agricultural fertilizer and pesticide use， Cd， Hg and Pb are mainly derived from traffic-industrial mixed sources， such as automobile exhaust， coal mining and coal combustion. According to APCS-MLR model， it is revealed that the contribution rates of natural sources， agricultural sources， traffic-industrial mixed sources and unknown sources to soil heavy metals in the study area are 28.77%， 26.54%， 28.33% and 16.46% respectively.

Key words：Heavy metals in soil；abandoned deposits；APCS-MLR; Xintai city in Shandong province