蒋金柱 吴媛媛 蒋艳娇

摘要 为了解安徽省东南部长江北岸的江淮平原区土壤重金属含量特征、污染程度及来源，采集研究区44个土壤样品，测定Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg、Se含量，应用单因子指数法评价土壤的污染状况，结合地累积指数法和相关性分析初步判断重金属来源。结果表明，Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb在土壤中有一定的积累，而As、Hg、Se 3种元素含量低于背景值，不会对环境造成危害;单因子指数评价结果显示，Cr、Co、Ni、Cu、Cd属于轻微污染，Zn、Pb、As、Hg、Se属于清洁无污染;由地累积指数法和相关性分析可知，Ni、Cr、Cu 3种元素以人为污染源为主，Cr与Co、Ni、Cu、Zn之间，Co与Ni、Cu、Zn之间，Ni与Cu、Zn之间，Cu与Zn之间，Zn与Cd之间，Cd与Hg、Se之间，Pb与Se之间，Hg与Se之间同源性很强。

关键词 重金属;单因子指数法;地累积指数法;相关性分析

Abstract In order to find the characteristics of soil heavy metal content， pollution degree and sources in Jianghuai Plain on the north bank of Yangtze River in southeastern Anhui Province， fortyfour soil samples in the study area were collected and the contents of Cr， Co， Ni， Cu， Zn， Cd， Pb， As， Hg and Se were determined. The single factor index method was used to evaluate the pollution status of soil， combination with geoaccumulation index method and correlation analysis， the sources of heavy metals in soil were determined preliminarily. The results showed that Cr， Co， Ni， Cu， Zn， Cd and Pb accumulated in the soil to some extent， while the contents of As， Hg and Se were lower than the background values， which would not cause harm to the environment. The single factor index evaluation results showed that Cr， Co， Ni， Cu and Cd were minor pollution， while Zn， Pb， As， Hg and Se were clean and pollutionfree. Based on the geoaccumulation index method and correlation analysis， it can be seen that the three elements of Ni， Cr and Cu were mainly manmade pollution sources. There was a strong homology between Cr and Co， Ni， Cu， Zn， between Co and Ni， Cu， Zn， between Ni and Cu， Zn， between Cu and Zn， Zn， Cd， between Cd and Hg and Se， between Pb and Se， between Hg and Se.

Key words Heavy metal;Singlefactor exponential method;Geoaccumulation index method（GAI）;Correlation analysis

近年来，中国土壤重金属污染事故频发[1-2]。因土壤重金属不可降解、具有生物累积性、移动且具有毒性而对粮食安全、生态系统以及人类安全造成了严重的威胁。其中，耕地土壤重金属污染引起国内外的广泛关注[3-4]。当前，中国对土壤重金属污染研究多集中在工业区[5-6]、矿区[7-8]、城郊耕地[9]、交通道路[10]等，但对粮食主产区耕地土壤重金属的研究较少。长江中下游的江淮地区是中国农业资源条件极为优越的五大粮食主产区之一，但耕地的土壤重金属污染情况直接威胁着中国的糧食安全和国民健康[11]。鉴于此，笔者以安徽省东南部长江北岸的江淮平原区为研究对象，采用单因子指数法评估耕地土壤重金属（Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg、Se）的污染现状;同时，基于样点的区位环境，结合地累积指数法分析土壤重金属的污染源，以期为建立土壤空间数据库、全面了解江淮平原粮食主产区耕地土壤重金属污染状况、查清污染来源及制定有效的防治策略提供支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区主要位于长江北岸，安徽省东南部，研究区属北亚热带湿润季风气候区，多年平均气温15.8 ℃，全区降雨丰富，多年平均降雨量为1 041 mm，主要集中在5—8月，占年降雨量的60%以上。年平均蒸发量为1 561.0 mm，年平均相对湿度为78.50%。

研究区地貌整体属江淮波状平原区，地貌类型有河谷平原、波状平原、浅丘状平原、丘陵等。总体上来看，中部和东南部沿江平原区地势低平，西部和东北部丘陵区地势较高。研究区主要被第四系覆盖，厚度在20～60 m，出露地层主要为全新统和上更新统，岩性主要为黏土、亚黏土、粉砂、细砂等。

1.2 样品采集与处理

采用1∶5万地形图针对性地布设样点，采样利用GPS精准定位，误差均小于5 m。共采集农用地土壤样品44件，样品均布于整个研究区，深度0～20 cm。单个样品的采取方法是将土壤掰碎，除去植物根茎（不刮去表层土）、砖头石块、虫体、肥料团块等杂物后组合成1个样品，样品采集重量约1 000 g。

将样品置于干净整洁场所自然风干后，经木槌轻轻敲打，过20目尼龙筛。过筛后，样品剩余部分不能超过1 g。将初步加工后的样品称重并装入样品袋中，每个单点样重量大于500 g。

样品送交南京地质调查中心进行测试，采用国家一级土壤标准物质进行监控。分析测试方法为：采用离子选择性电极法（ISE）测定pH;采用原子荧光法（AFS）测定As、Hg含量;采用X射线荧光光谱法（XRF）测定Cr、Ni、Pb含量;采用等离子体质谱法（ICP-MS）测定Cd含量。采用Excel软件和SPSS数据统计软件对数据进行处理。通过肖维纳检验法剔除异常值。

1.3 试验方法

1.3.1 土壤重金属污染评价方法。单因子指数法[12]是以土壤元素背景值为评价标准来评价重金属元素的累积污染程度。在针对单因子进行评价分析时，一般选用该方法，计算公式为：

式中，Pi为土壤中单项重金属i的污染指数;Ci为污染物i的实测浓度;Si为污染物i在《GB15168—2018土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中给出的筛选值。若Pi≤1.0，则重金属含量在土壤背景值含量之内，土壤没有受到人为污染;若Pi>1.0，则重金属含量已超过土壤背景值，土壤已受到人为污染，指数越大则表明土壤重金属累积污染程度越高。依据《DZ/T 0295—2016土地质量地球化学评价规范》将单因子污染指数Pi划分为5个等级，见表1。

1.3.2 土壤重金属污染源识别方法。

地质累积指数法是德国科学家Muller于20世纪60年代提出的一种研究土壤及沉积物中重金属污染程度的定量指标[13]，Igeo值越大，则污染越严重。该方法重点考虑了环境地球化学背景值，以及自然活动对背景值的影响，用它来判别自然背景和人为污染对土壤重金属影响程度，可以为后续的污染源识别研究奠定基础。其计算公式为：

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量比较

对研究区土壤样品的重金属含量进行统计分析，结果见表3。由表3可知，研究区重金属元素Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的平均含量分别为77.25、15.15、35.38、28.25、74.49、0.11、26.25 mg/kg，均超过背景值，其中Ni高出背景值0.32倍，Cr高出背景值0.27倍，Cu高出背景值0.25倍。元素超出背景值表明其在土壤中存在累积现象。而As、Hg、Se 3种元素平均值低于背景值，因此这3种元素不会对土壤环境造成危害。样本的变异系数是衡量样本资料中各观测值变异程度的重要统计量，在一定程度上能反映出人为因素对样本的影响程度[14]。研究区土壤重金属的变异系数在18%～63%，按变异等级划分，均属于中等变异（10%≤Cv≤100%）。其中，Cd的变异系数最高，为63%，说明研究区土壤中Cd的含量受人为影响较大。

2.2 土壤重金属污染评价

对研究区土壤样品的重金属含量进行单因子指数评价，结果见表4。由表4可知，Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg、Se的单因子指数均值分别为1.25、1.19、1.32、1.22、0.98、1.14、0.99、0.88、0.64、0.62，污染程度从大到小依次为Ni>Cr>Cu>Co>Cd>Pb>Zn>As>Hg>Se，其中Cr、Co、Ni、Cu、Cd的单因子指数1

2.3 土壤重金属来源分析

2.3.1 地累积指数法。

当Igeo值大于0时表示土壤中的金属来自人为活动而不是来源于自然地壳的贡献[11]。研究区土壤重金属的Igeo均值从大到小依次为Ni>Cr>Cu>Co>Pb>Zn>Cd>As>Hg>Se（表4），均表现为无污染。其中，Ni、Cr、Cu的Igeo接近于0，可初步判断研究区土壤中Ni、Cr、Cu 3种元素以人为污染源为主。

2.3.2 相关性分析。采用SPSS 25软件对重金属元素间的相关性进行分析，结果显示相关系数较高（表5）。元素间相关性显著和极显著，说明元素间一般具有同源关系或是复合污染[16]。Cr与Co、Ni、Cu、Zn在0.01水平上均呈极显著正相关，與Cd在0.05水平上呈极显著正相关;Co与Ni、Cu、Zn在0.01水平上呈极显著正相关，与其他元素相关性不显著;Ni与Cu、Zn在0.01水平上呈极显著正相关，与其他元素相关性均不显著;Cu与Zn在0.01水平上呈极显著正相关;Zn与Cd在0.05水平上呈极显著正相关，与其他元素相关性不显著;Cd与Hg、Se在0.01水平上呈极显著正相关，与Pb、As相关性不显著;Pb与Se在0.01水平上呈极显著正相关;As与各元素间相关性不显著;Hg与Se在0.01水平上呈极显著正相关。上述呈极显著正相关的元素之间具有很强的相关性，同源性很强。

3 结论与讨论

该研究以重金属含量特征分析为基础，结合土壤污染评价和相关性分析对研究区内重金属污染来源进行初步判定，得出以下主要结论：

（1）安徽省东南部江淮平原区农业土壤中Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的平均含量分别为77.25、15.15、35.38、28.25、74.49、0.11、26.25 mg/kg，均超过背景值，在土壤中有一定的积累。而As、Hg、Se 3种元素平均值低于背景值，不会对环境造成危害。

（2）单因子指数评价结果显示研究区土壤重金属元素污染程度从大到小依次为Ni>Cr>Cu>Co>Cd>Pb>Zn>As>Hg>Se，其中Cr、Co、Ni、Cu、Cd的单因子指数1

（3）基于地累积指数法和相关性分析初步判定重金属的污染来源，结果表明Ni、Cr、Cu 3种元素以人为污染源为主，Cr与Co、Ni、Cu、Zn之间，Co与Ni、Cu、Zn之间，Ni与Cu、Zn之间，Cu与Zn之间，Zn与Cd之间，Cd与Hg、Se之间，Pb与Se之间，Hg与Se之间具有很强的相关性和同源性。

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