张兆永
, 吉力力·阿不都外力
ZHANG Zhao-yong,
中图分类号: X53
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690(2015)09-1198-09
收稿日期: 2014-06-19
修回日期: 2014-10-10
网络出版日期: 2015-09-25
版权声明: 2015 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介：张兆永（1985- ）,男,山东临沂人,博士研究生,主要从事干旱区资源与环境研究。E-mail:baiyangdian313@163.com
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摘要
采集土壤样品,测定8种重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）的总量及各形态含量,然后采用多种方法并结合土壤背景值进行分析。结果表明：艾比湖流域农田土壤中8种重金属的含量值均未超过国家土壤质量二级标准的限值, 8种重金属可以辨识为2个主成分,重金属Cd、Hg、Pb和Zn的较高风险区主要分布在研究区的中部,重金属As、Cr、Cu和Ni的较高风险区主要分布在研究区南部靠近荒漠、山地以及研究区边缘区域,重金属As、Cr和Ni均以残渣态为主,其他形态含量较低。农田土壤中重金属的生物毒性以Cb为最大,Pb和Hg次之。
关键词：
Abstract
In order to investigate the sources, distribution characters, hazardous risks and the chemical fractions of heavy metals in the soil of farmland of Ebinur Basin which is under the rapid economy development, this article collected soils samples, and tested the total contents and chemical forms of 8 heavy metals including As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, and Zn. Then we used multiple analysis methods, combined with the background values of China and Xinjiang, to analyze the values. The results show that: 1) The ranges of heavy metals As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, and Zn in all the samples were lower than those of the National Soil Quality Standards (2nd)(GB15618-1995), but the mean values were all higher than the background values of Xinjiang. 2) Multivariate statistical analysis shows that 8 heavy metals can be classified into two principal components, among which PC1 (Cd, Pb, Hg, and Zn) was mainly influenced by the anthropogenic pollution, and PC2 (Cu, Ni, Cr, and As) was mainly influenced by the natural geological background. 3) Geo-statistical analysis shows that the high assessment risk regions of Cd, Hg, Pb, and Zn mainly distributed in the central and northern parts of the research area close to the townships and traffic routes. They all showed distribution characters with dot and facial shape, and they were mainly influenced by the strong human activities in these regions. While the high assessment risk regions of As, Cr, Cu, and Ni mainly distributed in the southern and the surrounding of the research area close to the desert and mountain, and they were mainly influenced by the relatively high natural geological background of this area. 4) Chemical fraction analysis shows that the main fractions of heavy metals As, Cr, and Ni were in residue states, but there were also low proportions of other states. The biological validity analysis shows that in the farmland of Ebinur Lake Basin, the biotoxicity of heavy metal Cb was the maximum, followed by Pb and Hg, and the biotoxicity of As was the minimum.
Keywords：
重金属含量是表征农田土壤环境质量的重要指标,农田土壤一旦遭受重金属污染不仅会直接影响农产品质量,还会通过食物链对人体健康产生危害[1,2]。随着经济的发展,土壤中重金属含量受人类活动如汽车尾气排放、工业污染、农业生产中化肥和农药的施用影响日益明显。目前,土壤中重金属污染已经成为区域生态系统健康的重要威胁因素[3~6]。重金属不同的形态对其生物吸收有不同的贡献,重金属生物毒性的大小与它们的赋存形态直接相关。除此之外,重金属在土壤、水环境中迁移能力的强弱也主要受重金属不同形态含量的影响[7,8]。因此测定重金属形态含量对于揭示其生物毒性及其在环境中的迁移特性具有重要意义[9,10]。
艾比湖流域是新欧亚大陆桥中国段的西桥头堡,是国家重要的能源通道,也是新疆近几年经济增长较快的地区之一[11]。近年来随着该区域开发活动的不断增加,人类活动对自然环境的污染越来越严重[12,13]。但目前对于艾比湖流域农田土壤中重金属分布、来源以及污染状况的研究还较少。本文以艾比湖流域多年耕作农田为研究区,通过采集土壤样品,测定8种重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn）的总含量及各形态含量,然后采用多元统计分析方法来识别其来源、采用地统计学方法分析重金属的环境风险及空间分布特征;在此基础上通过测取各重金属的形态含量分析重金属的形态组成特征及生物有效性。研究结果可以为艾比湖流域目前经济不断发展背景下,农田土壤重金属污染的防治以及农田土壤质量的保持提供科学依据,同时也可以为干旱区绿洲农田质量的保护及污染防治提供综合参考。
艾比湖流域地处准噶尔盆地西部（43°38′~45°52′N,79°53′~85°2′E）,南、西、北三面环山（图1）,总面积5.06×104km2,其中山地面积2.43×104km2,平原面积2.58×104km2。由于地处干旱区内陆,艾比湖流域属于典型的温带大陆性气候,干燥少雨,年均降水量仅100~200 mm,潜在蒸发量为1 500~2 000 mm。艾比湖流域植物区系受中亚和蒙古植物区系的影响,植被过渡性明显,有各类植物385种,隶属53科191属[14,15]。湖南北两侧山麓发育砾质、石膏质荒漠土,植被为梭梭荒漠、麻黄荒漠;湖滨盐土上植被以盐节木、盐穗木为主;河流下游新老河道、河叉处发育胡杨林、芦苇和低地草甸;平原盐化土壤上发育琵琶柴荒漠。在各种土壤类型中风沙土是艾比湖流域分布范围最广、面积最大的土壤类型。20世纪60年代以来由于该流域耕地面积扩大,大量的引水灌溉导致艾比湖的入湖水量迅速减少,湖面积不断缩小,湖区沙尘暴等灾害频发,对流域生态环境造成严重的威胁[16]。与此同时,随着该流域人类活动的不断增多,特别是工、农业生产以及城镇生活污染物质的排放,导致该区域土壤及地表水体重金属的含量增多[17,18]。
在室内分析艾比湖流域遥感影像资料的基础上,将研究区设置在艾比湖西南部,精河县南侧的多年耕作农田,耕作年限15 a,种植作物为棉花、玉米,土壤质地为棕漠土,pH平均值为8.35,土壤平均含盐量为2.57 g/kg。土壤采样点的布设采用网格法结合3S技术进行,共布设样点74个,采样间距为近600 m,在实际采样过程中结合采样地点的实际状况进行调整,最终生成土壤样点分布图（图2）。所有土壤样品均采自0~20 cm表层土壤,每个样点采集土壤样品500 g,然后装入聚乙烯样品袋,多余样品采用四分法舍去。在采样的同时记录样点的编号,取样位置、取样日期、土壤颜色、样点植被以及周围的环境状况以备后续分析。
土壤样品带回实验室,经室温风干后、剔除其中的植物残体和石块,然后磨碎过100目筛,保存于塑料瓶中。样品中重金属的测定在中国科学院新疆生态与地理研究所中心实验室进行,按如下步骤：首先称取0.5 g试样于Anton PVC消解罐,消化后,封严置于消解仪中,升温170℃后维持30 min,冷却取后取出并收集试样,过滤定容。待测溶液中8种重金属元素（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）的含量测试按照如下方法进行。重金属Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd的含量采用等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry,ICP-MS）测定;As和Hg的含量采用原子荧光光谱法(Atomic Fluorescence Spectrometry,AFS）测定。重金属化学形态测试在新疆大学化学化工学院进行,采用目前常用的,欧共体参比司提出的BCR连续提取法[19,20]。测试仪器各元素的检出限均低于0.01 mg/kg,测试所用试剂均为优级纯,分析方法的准确度和精密度采用国家一级土壤标准物质（GBW系列）进行检验,回收率介于96.41%~103.15%之间,并按比例随机检查和异常点检查进行严格的质量控制。为了避免样品测试中的污染,所有玻璃器皿、消解罐扎在使用之前均使用浓度为5%的硝酸浸泡24 h,冲洗干净后烘干。
1） 描述性与多元统计分析。采用描述性统计分析艾比湖流域农田土壤中重金属的含量范围、均值、标准差、变异系数、峰度和偏度等指标。采用多元统计方法（相关性分析、主成分分析）解析土壤中重金属的来源,以上分析过程均在SPSS 19.0软件中实现。采用地统计分析中的单元指示克里格分析土壤中各重金属的环境风险。重金属变异函数模型的计算和选取,采用GS+9.0软件进行;环境概率风险空间分布制图采用ArcGIS 10.0软件完成。
2） 指示克里格。指示克里格方法（Indicator Kriging, IK）是一种非参数估计方法,它不要求数据服从正态分布,且不受特异值的影响。它是将对区域化变量的研究而转化为对其指示函数的研究,可以用来估计超出规定阈值的概率[21,22]。其具体步骤如下：首先根据问题的要求确定评价指标的阈值;然后为评价指标确定指示函数,根据指示函数将相应的采样点数据进行二态指示变换,得到指示变换值（即1或0）,然后评价属性值的高低（0~1之间）[23,24]。指示克里格法的预测精度超过普通克里格法。目前指示克里格方法广泛应用于地下水、土壤盐渍化及环境中重金属含量分布的研究[21~24]。在本研究中,采用指示变换值进行土壤中重金属变异函数模型的计算和选取,相关过程在GS+9.0软件中实现;计算完成后将所求取的变异函数模型参数输入到 ArcGIS 10.0软件中进行普通克里格空间插值分析,以此得到土壤重金属环境风险概率的空间分布图。
描述性统计结果表明（表1）,艾比湖流域农田土壤中 8种重金属的含量范围均未超过国家二级标准值（pH大于7.5,铜为农田标准）[25],表明土壤中重金属的含量较低;其中重金属Zn、Pb、Cu、Hg、Ni、As、Cd和Cr的平均值分别为107.91、34.81、35.87、0.037、29.28、15.57、0.16、74.51 mg/kg,均超过新疆土壤背景值[26],超标率分别为46.49%,25.57%,31.82%,75.12%,15.19%,30.51%,61.57%和18.15%,表明经济发展背景下,艾比湖流域农田土壤中重金属元素含量受人类活动的影响较大。从变异系数来看[27],艾比湖流域土壤中重金属Cu、Ni、As和Cr变异系数分别为34.74%,19.96%,32.81%和25.62%,均为中等变异（15%<Cv<35%）,而土壤中重金属Cd、Hg、Pb和Zn的变异系数分别为75.57%,86.49%,45.69%和42.87%,均为高度变异（Cv>36%）。从偏度上看,土壤中8种重金属的大小顺序为Hg>Cd>Ni>Cr>Pb>Cu>Zn>As。
表1 土壤重金属的描述性统计
Table 1 Descriptive statistics of (class) heavy elements contents in surface soil of fields
| 元素 | 范围 （mg/kg） | 均值 （mg/kg） | 标准差 | 变异系数 （%） | 超标率 （%） | 峰度 | 偏度 | 背景值 （mg/kg） | 国家二级标准 （mg/kg） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zn | 52.11~272.8 | 107.91 | 11.28 | 42.87 | 46.49 | 18.1 | 15.8 | 68.8 | 300 |
| Pb | 15.31~71.43 | 34.81 | 3.92 | 45.69 | 25.57 | 22.5 | 18.5 | 19.4 | 350 |
| Cu | 11.54~98.54 | 35.87 | 4.57 | 34.74 | 31.82 | 21.5 | 17.6 | 26.7 | 100 |
| Hg | 0.01~0.76 | 0.037 | 0.01 | 86.49 | 75.12 | 37.6 | 35.1 | 0.017 | 1.0 |
| Ni | 12.7~58.06 | 29.28 | 5.61 | 19.96 | 15.19 | 27.7 | 21.5 | 26.6 | 60 |
| As | 7.3~19.54 | 15.57 | 2.19 | 32.81 | 30.51 | 15.2 | 11.8 | 11.2 | 25 |
| Cd | 0.01~0.58 | 0.16 | 0.011 | 75.57 | 61.57 | 35.9 | 33.3 | 0.12 | 0.6 |
| Cr | 25.4~216.24 | 74.51 | 3.84 | 25.62 | 18.15 | 23.7 | 18.6 | 49.3 | 250 |
1） 相关分析。相关分析表明（表2）,艾比湖农田土壤中8种重金属之间的相关关系复杂,其中重金属Hg-Zn-Pb之间具有较强的相关性。重金属Pb-Hg、Pb-Zn和Pb-Cd在p<0.01水平上相关系数分别为0.812、0.771和0.793,均为极显著相关;重金属Zn-Hg、Zn-Cu和Zn-Cd在p<0.05水平上相关系数为0.672、0.686和0.712,为显著相关;重金属Ni-As和Ni-Cr在p<0.01水平上相关系数分别为0.456和0.557,为极显著相关。重金属As-Cr和As-Cu在p<0.05水平上相关系数为0.521和0.475,为显著相关。
表2 土壤重金属的相关关系矩阵
Table 2 Correlation matrix of heavy metals in surface soil of fields
| Zn | Pb | Cu | Hg | Ni | As | Cd | Cr | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zn | 1.000 | |||||||
| Pb | 0.771** | 1.000 | ||||||
| Cu | 0.686* | 0.181 | 1.000 | |||||
| Hg | 0.672* | 0.812** | -0.221 | 1.000 | ||||
| Ni | -0.417 | -0.288 | 0.441 | -0.358 | 1.000 | |||
| As | -0.375 | -0.367 | 0.475* | -0.229 | 0.456* | 1.000 | ||
| Cd | 0.712* | 0.793** | -0.317 | -0.427 | -0.377 | -0.219 | 1.000 | |
| Cr | -0.208 | -0.118 | 0.396 | 0.314 | 0.557** | 0.521* | 0.191 | 1.000 |
2） 主成分分析。主成分分析是判别土壤中重金属来源的有效方法[5,22],主成分分析结果表明（图3）,艾比湖流域农田土壤中8种重金属可以辨识为2个主成分,分别解释总变量信息的57.65%和29.38%,累计贡献率达到86.94%,表明可以解释土壤中8种重金属来源大部分信息。与此同时两个主成分因子的变异系数分别为65.51%和57.31%,表明其差异性较大。第1主成分上,重金属Cd、Pb、Hg和Zn具有较大载荷,结合样点采集背景及文献分析,4种重金属含量较高的样点大多分布于研究区北部靠近县城和国道30（G30）的农田土壤中（图1）。城镇生活、工农业生产污染物质的排放以及道路运输废弃物污染均会造成4种重金属含量增高[5,9,21,23,28~30],其应主要受人为污染的影响;第2主成分上重金属Cu、Ni、Cr和As具有较高的载荷。结合样点采集背景及相关文献分析,4种重金属含量较高的样点大多分布于研究区南部靠近荒漠、草地区域的农田土壤中,较偏僻,人类活动较少。土壤中较高重金属含量应主要受自然地质背景的影响包括山地母岩矿物的风化及成土母质的因素[24,31~34],其主要受自然地质背景的影响。与此同时,重金属As在第1和第2主成分上均具有相当的载荷。结合样点背景及相关文献分析,重金属As含量较高的土壤样点在研究区北部城靠近城镇区域和南部靠近荒漠和草地区域均有相当的分布,未呈现明显的聚集现象,其应受人为污染排放如农业生产中农药使用以及自然地质背景因素如成土母质因素的共同作用[4,24,31,34]。
1） 半方差函数理论模型。半方差函数理论模型主要参数包括块金常数（Co）、基台值（Co+C）、变程（Range）、决定系数（R2）等[21,22]。其中块金常数（Co）是由试验测量误差和小于最小采样尺度的非连续性变异引起。决定系数（R2）表示理论模型的拟合精度。基台值（Co+C）表示系统总的变异性,包括随机性变异与结构性变异总和。块金常数和基台值的比值[Co/（Co+C）]则代表空间的自相关性,表示系统的空间异质性,可以反映出结构性和随机性因素的综合作用[23,24]。当Co/（Co+C）<0.25时,表示变量的空间变异以结构性变异为主,具有强烈空间相关性;当Co/（Co+C）≥0.75时,表示其空间变异已随机性因素主,其空间相关性较弱;当0.25≤Co/（Co+C）<0.75时,表示其受结构性因素和随机性因素的共同影响,为中等程度的空间相关[22~24]。
由半方差函数理论模型的拟合结果可知（表3）,艾比湖流域农田土壤中重金属As和Pb的变异函数理论模型均符合球状模型,重金属Zn符合高斯模型,其余变量符合指数模型。研究表明,各变量的有效变程介于1 892~6 100 m之间,所有元素的决定系数（R2）均大于0.878,而RSS较小,说明本研究中理论模型的选取符合要求,本研究中选取的变异函数的拟合模型可以较好的反映土壤中重金属的空间结构特性。重金属As、Cr、Cu和Ni的块金值/基台值[Co/(Co+C)]均小于0.25,表明这些元素的空间变异性以土壤母质、地形等结构性变异为主。在本研究中重金属Zn、Pb、Hg和Cd的块金值/基台值均大于0.75,表明艾比湖流域农田土壤中4种重金属元素的空间分布均以城镇生产、生活污染等随机性因素引起的空间变异为主。
表 3 土壤重金属的半方差函数模型
Table 3 Semivariogram models of heavy metals of soil
| 变量 | 理论模型 | 块金值 Co | 基台值 Co+C | 基底效应 Co/（Co+C） | 有效变程 R（m） | 残差平方 RSS | 决定系数 R2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| As | 球状 | 0.315 | 0.527 | 0.597 | 3750 | 0.0001 | 0.991 |
| Cr | 指数 | 0.098 | 0.651 | 0.151 | 6100 | 0.0004 | 0.899 |
| Cd | 指数 | 0.601 | 0.715 | 0.841 | 4971 | 0.0002 | 0.924 |
| Hg | 指数 | 0.725 | 0.827 | 0.876 | 5100 | 0.0002 | 0.928 |
| Ni | 指数 | 0.123 | 0.912 | 0.135 | 2145 | 0.0001 | 0.961 |
| Pb | 球状 | 0.509 | 0.567 | 0.897 | 4615 | 0.0003 | 0.957 |
| Zn | 高斯 | 0.040 | 0.495 | 0.081 | 1892 | 0.0003 | 0.981 |
| Cu | 指数 | 0.066 | 0.515 | 0.128 | 2800 | 0.0002 | 0.916 |
2） 重金属环境风险分布特征 。以新疆土壤背景值为指示克里格阈值[24],采用单元指示克里格方法分析艾比湖流域农田土壤中8种重金属的环境风险概率分布格局,相关计算过程在ArcGIS10.0中进行,其中变异函数模型的计算在GS+9.0软件中进行。分析结果表明（图4）,总体看,研究区重金属Cd、Hg、Pb和Zn较高的风险区主要分布在中部和北部靠近城镇、交通干道附近的农田（图1）,并呈先出点状和面状分布（图4b、g、e、f）;重金属As、Cr、Cu和Ni的较高风险区域主要分布在研究区南部靠近荒漠、山地以及研究区边缘的农田（图1、图4a、c、d、h）。结合采样区实际状况分析,研究区北部靠近县城及交通干道（G30）、乡镇道路,该区域城镇生活,工业生产污染排放以及交通运输含重金属污染物排放是造成土壤中重金属的环境风险概率较高的主要原因[21,23,24,29,30]这也与多元统计分析结果一致（图1）。与此同时,在研究区的南部和边缘区域主要为荒漠、山地等人类活动影响较少的土地利用类型,该区域土壤中较高的重金属环境风险概率应主要受较高的自然地质背景因素如山间母岩矿物风化以及成土母质等因素的影响（图1）[4,24,34]。
图4 土壤重金属的单因子环境风险概率格局
Fig.4 The probability of environment risks of single factor of heavy metals of soil
1） 重金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的化学组成。土壤中重金属的分布和形态特征是重金属污染行为研究的重要内容[9,10],特别是对于毒害性重金属Cd、Hg、Pb、Cr。此外,重金属元素在土壤中迁移能力的强弱也主要与它们的赋存形态密切相关[8~10]。评价土壤中重金属形态特征,对了解土壤中重金属的迁移转化及其对作物质量的影响具有重要的意义。在分析艾比湖流域农田土壤中重金属总量的基础上,进一步通过测定其各重金属的形态含量,分析其生物毒性。分析表明,艾比湖流域农田土壤中8种重金属元素的平均形态均以残渣态为主,其中重金属As、Cr、Cu、Ni和Zn的残渣态占其总量的比例均在60%以上,其他各形态含量均不超过20%。其中,8种重金属中残渣态所占总量比例大小顺序依次为Zn>Ni>Cr>As>Cu> Pb>Cd>Hg,以Zn最高、达到75%以上;从酸提取态来看,8种重金属的所占总量的比例大小依次为Hg>Cd> Pb>Cu>Ni>Zn>As>Cr,表明 Hg的可移动形态在总量中的比例较高;从可还原态含量来看,8种重金属的所占其总量的比例大小顺序依次为Pb>Cd>Zn> Hg>Cu> As>Ni>Cr,其中,Pb所占比例最大,占其总量的24.86%。从可氧化态来看,8种重金属的所占总量的比例大小依次为Cr>As>Ni>Cu>Cd>Pb>Hg>Zn。
2） 重金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn生物有效性分析。酸提取态（可交换态和碳酸盐结合态）是植物最容易吸收的形态,可还原态（铁锰氧化物结合态）是植物较易利用的形态,可氧化态（有机物及硫化物结合态）是植物较难利用的形态,残渣态是植物几乎不能利用的形态,对植物而言几乎是无效的[7,35]。在重金属形态测定的基础上,参考文献[7,35]并结合干旱区的实际,将重金属的酸提取态和可还原态作为艾比湖流域农田土壤中重金属的生物有效态含量,以此分析其生物毒性;将可氧化态和残渣态作为重金属的稳定态含量,以此分析其稳定性。
分析结果表明,艾比湖流域农田土壤中重金属Pb、Hg、Cd、Cu、As、Cr、Ni和Zn的平均有效态含量分别占总量的比例为39.05%,30.9%,35.43%,18.1%,10.26%,11.63%,11.06%和20.19%,其中以Cd生物毒性最高,Pb和Hg次之。相对于此,土壤中重金属Cu、Ni、Cr、As和Zn的稳定态含量较高,其平均含量占总量比重均大于80%,表明其生物毒性较低。结合相关文献分析[36,37]艾比湖流域农田土壤中较高的Cd、Hg、Pb的有效态含量应与流域工、农业生产中人为污染物质的排放密切相关,对此应引起重视。
1） 统计分析表明艾比湖流域农田土壤中8种重金属的含量均未超过国家二级标准值。但其平均值和最大值均高于新疆土壤背景值,表明该区域经济发展对农田土壤中重金属含量具有负面效应。
2） 多元统计分析表明,艾比湖流域农田土壤中8种重金属元素可以辨识为两个主成分。PC1（Cd、Pb、Hg和Zn）主要受人为污染因素的影响;PC2（Cu、Ni、Cr和As）主要受自然地质背景的影响,相关分析和主成分分析结果相对应。
3） 地统计分析表明8种重金属的环境风险分布各不相同,其中重金属 Cd、Hg、Pb和Zn的高风险区主要分布在研究区北部靠近城镇、交通干道附近区域;重金属As、Cr、Cu和Ni的高风险区主要分布在研究区南部靠近荒漠、山地附近以及研究区的边缘区域。二者分别受人类污染和自然地质背景因素的控制,呈现点状和面状分布。
4） 化学形态分析表明艾比湖流域农田土壤中重金属As、Cr、Ni以残渣态和可氧化态为主,其余各形态所占比例不超过20%。生物有效性分析表明,艾比湖流域农田土壤中重金属的生物毒性以Cb最大,Pb和Hg次之,Cu、Zn、Ni、Cr和As较低。
近年来新疆绿洲经济得到迅速发展,但与此同时绿洲环境中重金属含量也在不断增高,在某些区域甚至造成污染：已有文献研究表明,艾比湖流域所在的天山地区的河流、湖泊等地表水体和沉积物中重金属含量均受到不同程度人为污染的影响,其中对乌鲁木齐-阿克苏区段一些河流、湖泊和水库等水体和沉积物中重金属含量的影响最为明显,包括流经乌鲁木齐市的水磨河、乌鲁木齐东部的柴窝堡湖和天山南坡的博斯腾湖水体和沉积物,绿洲工、农业生产和城镇生活造成的污染物排放是这些区域的主要污染源;从绿洲灌区农田土壤中重金属含量来看,近年来新疆绿洲农业生产的发展也对一些灌区农田土壤中重金属含量产生较大的负面影响,造成农田土壤中重金属元素超标,这些区域主要包括乌鲁木齐灌区、石河子灌区和奎屯灌区等;与此同时,绿洲工业生产、工业园区建设、交通运输发展和冬季燃煤污染物排放等也对绿洲城市、铁路和国道附近土壤以及大气降尘中重金属含量与健康风险来产生明显的影响,造成一些土壤和大气降尘中重金属含量增加、健康风险增大,如对乌鲁木齐市不同城市功能区土壤和大气降尘中重金属的研究。
相对于中、东部经济发达地区,新疆绿洲生态环境目前总体状况良好,重金属污染事件较少,主要污染目前仅集中在一些较大绿洲城市和大型灌区,但随着近年来西部大开发进程的深入以及对口援疆政策的加快实施,新疆绿洲经济发展过程中含重金属污染物的排放正对一些区域生态环境产生明显的负面影响。今后随着国家“丝绸之路”经济带建设,新疆绿洲经济必将迎来迅速发展的时期,而包括艾比湖流域在内的天山地区正处于这一经济带的核心和辐射区域,在此背景下如何实现艾比湖流域和天山地区绿洲经济的快速发展与生态环境保护的双赢,是事关各族人民福祉和社会良性发展的重大问题。
The authors have declared that no competing interests exist.
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Accumulation of heavy metals in leaf vegetables from agricultural soils and associated potential health risks in the Pearl River Delta, South China [J].https://doi.org/10.1007/s10661-013-3472-0 URL PMID: 24185814 [本文引用: 1] 摘要
This study investigated the extent of heavy metal accumulation in leaf vegetables and associated potential health risks in agricultural areas of the Pearl River Delta (PRD), South China. Total concentrations of mercury (Hg), cadmium (Cd), lead (Pb), chromium (Cr) and arsenic (As) were determined in 92 pairs of soil and leaf vegetable (flowering Chinese cabbage, lettuce, pakchoi, Chinese cabbage, loose-leaf lettuce, and Chinese leaf mustard) samples collected from seven agricultural areas (cities). The bioconcentration factors (BCF) of heavy metals from soil to vegetables were estimated, and the potential health risks of heavy metal exposure to the PRD residents through consumption of local leaf vegetables were assessed. Results showed that among the six leaf vegetables, pakchoi had the lowest capacity for heavy metal enrichment, whereas among the five heavy metals, Cd had the highest capacity for transferring from soil into vegetables, with BCF values 30-fold those of Hg and 50-fold those of Cr, Pb and As. Sewage irrigation and fertilization were likely the main sources of heavy metals accumulated in leaf vegetables grown in agricultural areas of the PRD region. Different from previous findings, soil pH had no clear effect on metal accumulation in leaf vegetables. Despite a certain degree of metal enrichment from soil to leaf vegetables, the PRD residents were not exposed to significant health risks associated with consumption of local leaf vegetables. Nevertheless, more attention should be paid to children due to their sensitivity to metal pollutants.
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An investigation on the distribution of eight hazardous heavy metals in the suburban farmland of China [J].https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.01.127 URL PMID: 19282107 [本文引用: 1] 摘要
Understanding spatial variability of hazardous soil heavy metals is an important precondition for suitably monitoring and evaluating eco-environment quality in the primary agricultural production zone. One hundred topsoils were sampled from the urban-rural transition zone in Taihang Piedmont Plain, China. The contents of eight heavy metals Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg and As were tested for each soil sample, and their spatial patterns were analyzed by the semivariogram approach of geostatistics and geographical information system (GIS) technology. Results showed that Cd concentration exceeded its background level. The local pollution from Cd attributed to the anthropogenic influence. The concentrations of eight hazardous heavy metals are relatively lower than the critical values of the national soil quality standard. The correlation distance of soil heavy metals ranged from 3.28 to 11.63 km, with the eight heavy metals having moderate spatial dependence. Cu, Cr, Ni, Pb and As are associated with and controlled by parent material. The results are helpful for improving agricultural and forest ecosystem in the and and semiarid region. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.
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Health risks of heavy metals in contaminated soils and food crops irrigated with wastewater in Beijing, China [J].https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.06.056 URL PMID: 17720286 [本文引用: 1] 摘要
Consumption of food crops contaminated with heavy metals is a major food chain route for human exposure. We studied the health risks of heavy metals in contaminated food crops irrigated with wastewater. Results indicate that there is a substantial buildup of heavy metals in wastewater-irrigated soils, collected from Beijing, China. Heavy metal concentrations in plants grown in wastewater-irrigated soils were significantly higher (02≤020.001) than in plants grown in the reference soil, and exceeded the permissible limits set by the State Environmental Protection Administration (SEPA) in China and the World Health Organization (WHO). Furthermore, this study highlights that both adults and children consuming food crops grown in wastewater-irrigated soils ingest significant amount of the metals studied. However, health risk index values of less than 1 indicate a relative absence of health risks associated with the ingestion of contaminated vegetables.
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天津郊区农田降雨径流重金属的污染特征及来源分析 [J].
降雨条件下形成的农田径流是土壤与水体间物质交换的一种重要形式,是农业非点源污染的重要组 成部分。2007-2008年,在强降雨条件下,定点采集了天津市郊农田降雨径流样品64个,并对其重金属含量进行了分析测定。结果显示：研究区农田降雨 径流中Cr、Ni、Cd、Zn等4项重金属含量服从对数正态分布,Cu、As、Pb为偏态分布。研究区农田径流中各重金属变异系数普遍较高,数据离散程度 较大,除As外,其他各重金属之间具有显著相关性。主成分分析结果显示,研究区农田降雨径流重金属可提取3个主成分,第一主成分包含Cr、Ni和Zn,第 二主成分包含Cu、Cd、Pb,第三主成分则集中反映了As的作用,表明研究区农田径流重金属可能主要来源于火力发电、电镀工业以及污水灌溉、化肥等农业 投入品施用。
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天山北坡土壤重金属含量的分布特征及其来源解释 [J].
以天山北坡巴里坤 伊吾、新源 巴音布鲁克和昭苏 特克斯3个区段为研究区域, 利用新疆土壤背景值、土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)、单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对不同区段土壤重金属含量进行污染评价, 应用多元统计分析方法对不同区段之间的土壤重金属含量及其污染指数进行定量比较, 分析并阐明不同区段土壤重金属含量的分布特征及其污染来源。结果表明: 天山北坡巴里坤 伊吾区段各重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)含量的平均值及其单因子污染指数和综合污染指数比新源 巴音布鲁克区段、昭苏 特克斯区段高, 新源 巴音布鲁克区段的比昭苏 特克斯区段高。巴里坤 伊吾区段土壤重金属污染程度比新源 巴音布鲁克区段、昭苏 特克斯区段高, 新源 巴音布鲁克区段的比昭苏 特克斯区段高。巴里坤 伊吾区段重金属污染除了受成土母质的影响之外, 还受人为因子(交通、工业和农业、旅游业)的影响, 其中PC1方差贡献率为91.22%; 新源 巴音布鲁克区段土壤重金属污染除了受成土母质的影响之外, 还受人为因子(交通和工业)的影响, 其中PC1方差贡献率为67.58%, PC2贡献率为22.47%; 昭苏 特克斯区段土壤重金属污染主要受成土母质的影响, 此外该区段的农业对其也有一定影响, 其中PC1方差贡献率为47.93%, PC2方差贡献率为29.84%。
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Accumulation of heavy metals in leaf vegetables from agricultural soils and associated potential health risks in the Pearl River Delta, South China [J].https://doi.org/10.1007/s10661-013-3472-0 URL PMID: 24185814 [本文引用: 1] 摘要
This study investigated the extent of heavy metal accumulation in leaf vegetables and associated potential health risks in agricultural areas of the Pearl River Delta (PRD), South China. Total concentrations of mercury (Hg), cadmium (Cd), lead (Pb), chromium (Cr) and arsenic (As) were determined in 92 pairs of soil and leaf vegetable (flowering Chinese cabbage, lettuce, pakchoi, Chinese cabbage, loose-leaf lettuce, and Chinese leaf mustard) samples collected from seven agricultural areas (cities). The bioconcentration factors (BCF) of heavy metals from soil to vegetables were estimated, and the potential health risks of heavy metal exposure to the PRD residents through consumption of local leaf vegetables were assessed. Results showed that among the six leaf vegetables, pakchoi had the lowest capacity for heavy metal enrichment, whereas among the five heavy metals, Cd had the highest capacity for transferring from soil into vegetables, with BCF values 30-fold those of Hg and 50-fold those of Cr, Pb and As. Sewage irrigation and fertilization were likely the main sources of heavy metals accumulated in leaf vegetables grown in agricultural areas of the PRD region. Different from previous findings, soil pH had no clear effect on metal accumulation in leaf vegetables. Despite a certain degree of metal enrichment from soil to leaf vegetables, the PRD residents were not exposed to significant health risks associated with consumption of local leaf vegetables. Nevertheless, more attention should be paid to children due to their sensitivity to metal pollutants.
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土壤有效态Cd、Cu、Pb的分布特征及影响因素研究 [J].
采集126个表层土壤样品分析了江苏省昆山市土壤有效态Cd、Cu、Pb的分布特征,并采用相关系数、通径系数和决策系数综合研究重金属有效态的含量影响因素。研究结果表明,昆山市土壤受有效态Cd、Cu和Pb的风险较大,生物有效性系数分别达63.75%,19.17%和13.51%。不同土地利用方式中交通用地的生物有效性显著高于其它各土地利用类型。随着剖面层次的下降,重金属有效态含量和生物有效性逐渐减小。土壤重金属总量对有效态均具有最大的正向影响作用,有机质对有效态含量均为较大的正向作用,FeOx含量通过吸附固持重金属离子对有效态含量也有较大负作用。
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Speciation distribution of Cd,Pb,Cu, and Zn in contaminated Phaeozem in north-east China using single and sequential extraction procedures [J]. |
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Socha J,van Doorn N Gunawardana S. Linking heavy metal bioavailability (Cd,Cu,Zn and Pb) in Scots pine needles to soil properties in reclaimed mine areas [J]. |
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Source characterisation of road dust based on chemical and mineralogical composition [J].https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.12.012 URL PMID: 22209254 [本文引用: 3] 摘要
Road dust contain potentially toxic pollutants originating from a range of anthropogenic sources common to urban land uses and soil inputs from surrounding areas. The research study analysed the mineralogy and morphology of dust samples from road surfaces from different land uses and background soil samples to characterise the relative source contributions to road dust. The road dust consist primarily of soil derived minerals (60%) with averaging 40-50% and remainder being clay forming minerals of albite, microcline, and muscovite originating from surrounding soils. About 2% was organic matter primarily originating from plant matter. Potentially toxic pollutants represented about 30% of the build-up. These pollutants consist of brake and tire wear, combustion emissions and fly ash from asphalt. Heavy metals such as Zn, Cu, Pb, Ni, Cr and Cd primarily originate from vehicular traffic while Fe, Al and Mn primarily originate from surrounding soils. The research study confirmed the significant contribution of vehicular traffic to dust deposited on urban road surfaces.
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艾比湖流域2008年丰水期水环境质量现状评价 [J].
在断面类别比例法的基础上采用内梅罗综合污染指数法分别评价新疆艾比湖流域2008年丰水期地表水和底泥的污染程度.评价结果显示:总氮、总磷、氨氮基本超标;其中博尔塔拉河污染物超标最严重,总磷超标14.1倍,总氮超标10.1倍.艾比湖流域水质及底泥实际监测类别中Ⅰ-Ⅲ类比例为30%.劣Ⅴ类比例为30%.因此,艾比湖流域丰水期水质中度污染.<dt><strong><t>Abstract：</t></strong></dt><dd>Based on the proportion of cross-section category, the Nemerow Comprehensive Pollution Index was calculated for the water and sediment quality evaluation in Ebinttr Lake Catchment during high-water period, 2008. The result showed that the main indicators (TN, TP and NH_4~+-N) exceed the national standards, especially in Bortala river, i.e., TP exceeded 14.1 times and TN 10.1 times. Furthermore, according to GB3838-2002, the monitored stations showed serious water deteriation with about 30% below Cetegory V in Ebinur Lake Catchment. The result indicated that Lake Ebinur drainage area during high-water period polluted moderately.
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农业面源污染对丰水期艾比湖流域水环境的影响 [J].
在2008年5月对艾比湖流域 地表水进行了系统采集,运用综合污染指数法对水环境质量进行评价,并分析水体中各形态氮磷含量的分布特征。结果表明:丰水期艾比湖流域水体中主要的氮素形 式是NO3--N,各条河流中以博尔塔拉河NO3--N(0.433 mg/L)和TN(3.545 mg/L)含量最高,表明农业面源污染是博尔塔拉河受污染程度高于其他河流的主要原因。奎屯河、精河中NH4+-N(0.251 mg/L,0.249 mg/L)的含量在流域内较高,反应了人类活动的影响在两条河流中起主导作用。艾比湖流域各断面上的TP,TN浓度均较高,博尔塔拉河的TN含量超过Ⅴ类 水质标准。整个艾比湖流域TP,TN的含量基本达到了富营养化的水平。
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新疆艾比湖湿地植被优势种种间关系研究 [J]. |
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新疆艾比湖湿地自然保护区植物的生态分组 [J].
<p>应用列联表的χ<sup>2</sup>检验和Spearman相关系数研究了艾比湖湿地自然保护区植物的种间联结性和相关性。依据测定结果，将艾比湖湿地自然保护区的植物划分为4个生态种组：梭梭+盐节木+白麻+盐爪爪+琵琶柴+碱蓬+花花柴+骆驼刺+绢蒿+白刺+芦苇、小獐茅+多枝柽柳+滨藜+小叶碱蓬+盐豆木+鹅绒藤+盐穗木、胡杨+白梭梭、奶浆草+甘草+西北天门冬+赖草+罗布麻。各生态种组内，物种间具备最大的种间联结性和相关性。长期的演替过程使各生态种组对生境有最大的适应能力，各自分别生活于过渡带的盐化平原低地、湖滨盐沼地、荒漠和荒漠优势种间的阳斑。今后在艾比湖湿地自然保护区植物的保护和恢复中，以整个生态种组的角度出发较单个植物的保护和恢复更为有效。</p>
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阿不都外力,徐俊荣,穆桂金,等.艾比湖盐尘对周边地区土壤盐分及景观变化的影响 [J].
通过对准噶尔盆地西部艾比湖地区盐尘的扩散和堆积进行观测和取样分析,鉴别出粉尘中可溶盐的化学成分、pH和盐尘堆积强度,分析研究了盐尘的形成、分布特征和灾害强度以及盐尘暴与温度、降水、风等气候因子之间的相关关系.结果表明:近50 a来艾比湖的沉积环境总体是比较稳定的,但由于气候波动与人类活动引起艾比湖水位、水域面积曾发生较明显的变化,并产生了盐尘暴的发生、湖泊和土壤盐度以及湖周景观的变化.根据艾比湖周边盐漠区盐尘的时空分布规律、活动特点和危害强度分析,盐尘对准噶尔盆地西部土壤盐分及景观变化的影响强度范围和影响程度划分为3级区.
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Determination of occurrence characteristics of heavy metals in soil and water environments in Tianshan Mountains,Central Asia [J].https://doi.org/10.1080/00032719.2013.784919 Magsci [本文引用: 1] 摘要
China has one of the fastest-growing economies in the world, but this economic development has important implications for environmental changes in this country. Our research was to quantify the presence of heavy metals in soil and water environments in the Tianshan Mountains region of China, associated with the economic development of this region. We used anomaly analysis, correlation analysis, and principal component analysis to assess the occurrence characteristics of heavy metals in this area. Results showed that Co, Cr, As, and Ni are more prevalent in water environments than in soil environments; in contrast, Cd, Zn, Pb, Hg, and Mn are more prevalent in soil samples than in water samples. This analysis grouped 10 heavy metals in soil and water environments into three principal components. In soil environments, the prevalence order was Co, Ni, Cr, As>Mn, Zn, Pb>Hg, Cd, Cu. In water environments, the order was Cu, Co, Ni, Cr, As>Hg, Mn, Zn>Cd, Pb. It is possible to distinguish between the natural and the anthropogenic sources of heavy metals in the Tianshan Mountains. With the current rapid economic development in the Tianshan Mountains, anthropogenic sources are playing principal roles in serious heavy metal accumulations in this region. This problem warrants immediate and widespread attention to prevent further deterioration of the soil and water environments.
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艾比湖地区典型乔灌群落水盐胁迫下土壤重金属对酶活性的影响 [J].
为探讨自然水盐胁迫下土壤重金属对酶活性的影响,对艾比湖国家级自然保护区内3种典型植被群落水盐胁迫下土壤Cd,Cr,Cu等5种重金属和过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶等4种酶活性进行了研究。结果表明:不同群落类型土壤水盐、酶活性和重金属含量方面具有各自特征,典型群落中土壤重金属含量对过氧化氢酶活性的影响更为强烈,而这种现象在耐旱植物梭梭中尤为明显,土壤水分受限情况下,以Cd,Cr和Zn为代表的土壤重金属对土壤酶活性有一定影响。在水盐环境较好、重金属含量较少的自然土壤中,土壤重金属对酶活性具有较高的促进作用;重金属含量较少,盐胁迫对酶活性抑制作用明显;水分胁迫对酶活性限制较小,土壤重金属对酶活性的影响小于土壤可溶性总盐,说明自然条件下土壤盐胁迫对土壤酶活性具有强烈的抑制作用;研究区Cd和Cr对土壤酶表现出激活作用,Cu对土壤酶活性的影响不明显,Mn和Zn对土壤酶则多表现出抑制效应。
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BCR 法在污染农田黑土重金属形态分布研究中的应用 [J]. |
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香港土壤研究Ⅶ.BCR提取法研究重金属的形态及其潜在环境风险 [J].
基于类型土壤的重金属元素形态 分析研究相对较少,本研究以香港地区7个亚纲的土壤剖面为例,利用欧共体参比司(BCR)制定的三步连续提取法研究了类型土壤中重金属Cd、Cu、Pb和 Zn的化学形态及其潜在环境风险。结果表明,Pb、Cd和Zn元素除残留态外,HOAc溶解态的比例也相对较高,但不同类型的土壤有所差别,而Cu元素则 以残留态和可氧化态为主。在这7种类型土壤中,正常潜育土和湿润淋溶土中的重金属潜在环境风险相对较高,而在这4种重金属元素中,又以Pb元素的潜在环境 风险最大。
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北京市农业土壤重金属污染环境风险等级评价 [J].
为全面了解北京市农业土壤中重金属污染环境风险等级及空间分布特征，采用Hakanson潜在生态危害指数法对1018个采样点的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg 8种重金属进行污染的潜在生态风险评价，并运用指示克里格方法绘制污染风险概率分布图，对整个北京市农业土壤重金属污染风险的空间分布特征进行分析。结果表明：北京市农业土壤重金属污染风险已达到中度和低度，低度、中度、重度和严重4个风险等级的样点比例分别为42.63%、34.97%、18.57%、3.83%，8种金属中Cd和Hg元素污染风险最高，Cr、Ni、Zn元素生态风险较低，风险概率图显示城区周围、大兴、通州、密云等地风险等级较高。
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日照市土壤重金属来源解析及环境风险评价 [J].
选择日照市的东港区和岚山区为研究区, 采集了445 个0~20 cm表层土壤样品, 并测定了10 种重金属元素的含量;采用多元统计和地统计分析, 揭示了研究区土壤重金属污染的主要来源以及与土地利用、成土母质之间的关系, 绘制了重金属的环境风险概率的空间分布图。结果表明:① As、Co、Cr 和Cu 的平均值低于山东省东部地区土壤背景值, Cd、Hg、Mn、Ni、Pb 和Zn 的平均值高于背景值, 尤其是Cd、Hg 的含量分别为背景值的1.85 和1.38倍, 土壤中重金属累积较为明显。② 10 种元素可被辩识出4 个主成分(PCs), PC1 (Co、Cr、Mn、Ni 和Zn) 和PC3 (As、Cu) 为自然源因子, PC2 (Cd、Pb) 为工农业及交通源因子, PC4(Hg) 为工业源因子;其中Pb、Zn在PC1 和PC3 上均有较大载荷, 受地质背景和人类活动的共同控制。③ Cd、Hg 含量在不同的覆被类型有显著差异, 在城镇建设用地的含量最高;Co、Cr、Cu、Mn和Ni 在花岗岩和变质岩母质的含量高, 与冲积与海积物母质有较大差异。④ 来自于同一主成分的元素及元素组合的环境风险空间格局与相应主成分插值结果基本一致, 所有重金属综合环境风险的高值区在西部和东部呈点状分布, 主要是由西部的高地质背景和东部的强烈人为干扰的综合作用造成的。
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北京市耕地土壤重金属时空变化特征初步研究 [J].https://doi.org/10.11654/jaes.2014.07.012 URL [本文引用: 4] 摘要
根据1985年和2006年北京市两次耕地表层（0~20 cm）土壤重金属含量调查结果，初步分析了此期间北京市耕地土壤重金属污染的时空变化特征。数据探索分析显示，Cr、Ni、Zn和Hg服从正态分布并满足 Kriging预测条件，可通过对比其含量预测图识别空间分布变化；Cu、As、Cd和Pb则运用Hakanson潜在生态危害指数法和指示克里格法对比 其污染风险及空间分布的变化。结果表明，当前北京市耕地土壤重金属含量处在合理水平。随着北京城市化及集约农业的发展，土壤中八种重金属元素在 1985-2006年间均有不同程度积累：相对累积最多的是Hg元素；Cr、Ni、Zn和As主要是量的增大，污染范围空间分布变化不明显；而Hg、 Cd、Pb和Cu元素在20年间不仅有量的大幅增大，污染风险范围也明显扩大，但仍属于低风险等级。重金属变化最为剧烈的区县有密云、平谷、大兴及北京城 周等。
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关中盆地表土重金属空间分布特征 [J].
以关中盆地表土重金属为研究对象,结合样品实测数据,通过 ArcGIS普通克里金空间插值及数理统计分析,研究关中盆地表土重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、As、Ni)空间分布特征及其与土地利用、城市化进程 和地貌之间的关系.研究结果表明:(1)关中盆地表土的Cu、Zn、Pb、Cr、As、Ni平均含量分别为 29.85,82.40,30.90,65.29,11.78,30.16 mg/kg.(2)由南向北,南部地区重金属含量总体高于北部,但As含量南部低于北部.Cu和Zn、Cr和Ni空间分布特征具有较强的相关性.(3)在 不同地貌部位,秦岭北麓山谷重金属含量最高,丘陵最低,平原、黄土塬沟谷居中.(4)从城乡分布看,城市化进程明显影响土壤重金属的空间分布特征,城市城 区为重金属空间分布的高值区,由此向周边辐射(例如:宝鸡、咸阳、西安、铜川,但渭南市除外),Cu、Zn、Pb、As均表现出由城区经城乡结合带向乡村 衰减的过程,Cr城乡结合部＞乡村＞城区,Ni乡村＞城乡结合部＞城区.(5)从土地利用类型看,在城市,Cu、Zn、Pb、Ni含量,庭院绿地＞道路绿 化带＞广场绿地,Cr道路绿化带＞庭院绿地＞广场绿地,As庭院绿地＞广场绿地＞道路绿化带;在乡村,Cu、Zn、Cr在菜地含量最高,Pb在林地最 高,As、Ni在农田最高;Cu、Pb、Cr在果园含量最低,Zn在农田最低,As、Ni在菜地最低.
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中华人民共和国国家标准土壤环境质量标准(GB15618-1995) [S]. |
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城市表层土壤重金属与磁化率的多尺度空间变异分析 [J].
采集徐州市城区167个表层土壤的样品，并分别测定了磁化率<em>χ</em>的数值及其5种重金属（Cu、Zn、Mo、Cd和Pb）的含量.利用多元因子克里金分析上述研究变量在局部尺度（1 km变程）和区域尺度（5.5 km变程）的空间变异特征.研究表明，徐州城市表土中的磁化率与重金属在局部尺度上主要受到交通、工业和农业等人为因素的影响，在区域尺度上，则以土壤母岩等自然因素为主导.磁化率χ与Cu、Zn、Mo、Cd、Pb在局部尺度上的结构相关性较高，在此尺度内选择适当的采样间隔，有助于提高磁化率作为上述重金属污染替代指标进行空间制图的精度.
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不同耕作方式对路旁土壤重金属分布的影响——以黄淮平原国道310开封段为例 [J].
<p>在G310 开封段的杜良和杏花营分别布设采样断面，共采集320 个样品。用ICP-MS 测定土壤Pb、Cu、Zn、Cd、Cr 和Ni 含量，用泛克里格插值法分析路旁土壤重金属含量空间分布特征。结果表明，不同耕作方式对路旁土壤重金属含量空间分布影响很大。水旱轮作农田在淹水期间，由于水分的流动性以及土壤Eh下降等原因，加速了重金属的迁移，其分布无明显规律性。旱旱轮作农田的土壤重金属含量呈现出与道路平行的带状分布，其中土壤Cr 和Cu含量随着距路基距离增加而递减；土壤Pb、Ni、Zn和Cd含量随着距路基距离增加而先增大然后减小，峰值含量出现在距路基30~50 m间。</p>
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长春市土壤重金属污染特征及其潜在生态风险评价 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2005.01.017 URL [本文引用: 1] 摘要
以长春市区土壤为对象,研究土 壤中重金属污染的特征,并采用Hakanson提出的潜在生态危害指数法对土壤中重金属的潜在生态危害进行了评价。结果表明,长春市区土壤重金属污染较 重,尤其是铅和镍。污染源的空间差异性引起不同功能区土壤中重金属元素的含量不同。长春市土壤达到轻微生态危害,且铅、铜和锌对土壤生态危害达到轻微生态 危害;不同功能区达到生态危害程度的顺序依次是公园郊区耕地工业区 住宅区开发区。
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环鄱阳湖区农家菜地土壤重金属风险评价及来源分析 [J].
通过评价环鄱阳湖区10 个县农家菜地土壤样品重金属的潜在生态风险,分析其与9 个社会经济指标间的灰色关联度来探讨重金属的污染来源。结果显示,鄱阳湖区各菜地土壤中Cd 的超标情况最严重,超标率达到90%,除部分地区Cu超标外,其余重金属均未超标。鄱阳湖区农家菜地土壤达到轻微生态风险,工业较发达地区重金属生态风险较大于工业落后地区,工业发展情况对湖区的空间污染分异有较大影响。蔬菜产量、工业发展情况、城镇化率、交通业发展情况和菜地土壤不同种重金属具有较高关联度,而地区生产总值、农药使用量对各种重金属含量的影响最弱。
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无锡市土壤重金属富集的梯度效应与来源差异 [J].
<p>人类活动引起的土壤重金属富集已经成为区域主要的环境风险。通过对无锡市主城区表层土壤大面积的采样（1957 个），运用空间分析和多元统计工具，对无锡市土壤重金属富集的空间特征及其来源进行分析，结果表明：① 无锡市土壤As、Cu、Hg、Pb 和Zn 空间变异受人类活动的影响明显，均超出当地的土壤背景值，而Hg已经超过国家土壤环境健康二级标准阈值，成为无锡市最主要的土壤重金属污染因子；② 研究区土壤重金属含量随着建设用地距离的增加，呈逐渐下降的趋势，表现出明显的距离梯度特征；③ 基于不同梯度表现，将无锡土壤重金属分为2 种典型距离梯度区间1（0~10 km）和区间2（10~16 km），区间1 土壤重金属富集主要受人类活动的影响明显，而区间2 受自然和人为双重因素的影响；④ 土壤自然特性（CEC、pH和P）与土壤重金属含量（Co、Cu、Fe 和Zn）的富集存在显著的正相关关系；⑤ 无锡市人类活动对于土壤重金属富集的影响范围在10 km左右，本研究的现实意义在于为重金属污染土壤分区治理提供帮助，即对于0~10 km区域内的土壤可以通过以提高土地利用效率、降低废弃物排放等为主的工程措施来解决；而在10~16 km区间则采用以超富集植物修复等为主的生态措施来解决。</p>
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黄河下游滩区开封段土壤重金属空间分异规律 [J].https://doi.org/10.11821/yj2013030004 URL Magsci 摘要
对黄河下游滩区开封段及滩外土壤采样48个,按照土壤化学分析方法,对铅(Pb)、铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)和镉(Cd)5种重金属进行分析,采用单因子污染指数、普通克里格法和相关分析对研究区土壤重金属含量特征、污染状况和分布特征进行了计算。结果表明:①研究区土壤5种重金属Pb、Cr、Hg、As和Cd含量就平均值而言,Cr的平均含量最大,Pb、Hg的平均含量最小。Pb、Cr、Hg、As和Cd4种重金属元素的变异系数在0.13～0.28之间,属于中等变异强度,Hg变异系数较大,Hg的空间差异相对较大;②重金属元素Pb、Cr、Hg、As、Cd之间具有较强的线性关系,可能具有共同来源——水沙输入;③主要污染元素为Hg、As、Pb,其中Pb的污染为中度污染且范围较广,而As和汞Hg构成三级轻度污染。Cr和Cd在各村间变化不大,Cr,Cd没有构成污染,且Cd是全部清洁表现出污染没有积累;④土壤各重金属元素的空间分布特征在研究区内上下段之间分异明显,上段呈清洁状态,中段有少量污染,下段表现出明显富集的分布状态。
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连环湖马圈泡沉积物重金属污染及潜在生态风险 [J].Magsci 摘要
<p>通过对连环湖马圈泡柱状沉积物重金属（Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd）等地球化学指标的分析, 对马圈泡沉积物污染历史进行了讨论。根据元素的变化趋势，结合颗粒组成指标，采用相关分析，富集状况及潜在生态风险评价，并辅以<sup>210</sup>Pb、<sup>137</sup>Cs测年数据，研究了自1937 年以来该湖区沉积物重金属元素污染特征、来源、污染历史及污染程度。结果表明，1987 年以前各元素含量变化趋势平稳，1987 年至今，7 种重金属元素含量均明显增加。重金属元素的来源包括自然来源和人为输入。从单向污染系数来看Cu、Ni、Cr、Pb、Zn属于中等污染强度，Mn、Cd达到了强污染程度；从综合污染系数来看，表层重金属元素主要为中等程度的污染。沉积物重金属污染历史与该区经济发展阶段相吻合可为其湖区生态环境的整治与改善提供基础性的数据资料。</p>
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太原市污灌区土壤重金属污染现状评价 [J].
对太原市污灌区土壤重金属分布特征进行了分析评价,结果表明重金属Pb、Zn、Cu、Ni、Mn、Cr、As、Hg、Cd含量均值均未超过土壤环境质量标准（GB15618—1995）,但其平均值均显著高于太原市土壤背景值。各重金属间的相关分析表明,Pb、Zn、Cu、Ni、Mn、Cr、As、Cd之间呈极显著相关,说明这8种元素污染源可能相同。Hg是本区表层土壤重金属污染的主要因子,重金属元素的污染程度依次为Hg〉Cd〉Pb〉As〉Cu〉Zn〉Cr〉Mn〉Ni。土壤重金属单项污染指数均值均大于1,综合污染指数为2.81,总体上,污染水平为中度及其以上。各种重金属单因子污染指数和综合指数在研究区有相似的空间分布格局,总体分布趋势为东南部小店地区和中南部晋源区相对较高,南部清徐县相对较小;通过因子分析并结合污灌区污染源调查,表明Hg除受污水灌溉的影响外,燃煤释放的Hg可能是重要来源之一,Cd、Zn、Pb和Cu可能来自污水灌溉和大气沉降,以污水灌溉的贡献为主,Ni、Mn、As、Cr来自污水灌溉。Hg、Cd是太原市污灌区土壤中需要优先控制的重金属。
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施污土壤重金属有效态分布及生物有效性 [J].https://doi.org/10.5846/stxb201112312026 Magsci [本文引用: 1] 摘要
以城市污泥为研究对象,将城市污泥与土壤按照一定的质量比配成污泥混合土壤。采用6种不同性质提取剂(0.05 mol/L EDTA、0.1 mol/L CH<sub>3</sub>COOH、0.01 mol/L CaC1<sub>2</sub>、1 mol/L CH<sub>3</sub>COONH<sub>4</sub>, 0.05 mol/L NaHCO<sub>3</sub>和0.05 mol/L Tris-HCl)分别对污泥混合土壤中重金属(Cd、Pb、Cu和Zn)的螯合态、酸溶态、中性交换态、中性结合态、碱性交换态和蛋白质结合态进行提取,考察污泥的添加对土壤中不同形态重金属的消长规律。通过黑麦草盆栽试验,探究污泥混合土壤中不同形态重金属的植物可利用性。结果表明:污泥混合土壤中重金属螯合态比例较大, 占总量的20.3%-40.0%;其次为酸溶态和中性结合态,而中性交换态、碱性交换态和蛋白质结合态的含量较低。污泥的添加促进了黑麦草对Cd、Cu和Zn的吸收,在污泥添加率为44.4%时根部对其吸收量达最大,分别较CK处理增加了0.3、2.3和6.5倍。抑制了对Pb的吸收,在污泥添加率为37.5%时,根部对Pb的吸收较CK处理下降0.4倍。Pearson相关系数分析结果表明:污泥混合土壤中以螯合态、酸溶态和中性结合态存在重金属可被黑麦草吸收利用。
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淮南煤矿复垦区土壤重金属形态分布及污染评价 [J].
采用Tessier连续提取 法,分析淮南矿区煤矸石充填和挖深垫浅2种复垦区土壤中Zn、Ni、Cr、Mn和Pb的赋存形态特征。结果表明:煤矸石充填复垦区土壤Zn含量分别是淮南 土壤背景值和未复垦对照土壤的24.14,4.38倍,具有明显的累积现象。Ni、Cr、Mn和Pb均未超过国家土壤环境质量二级标准。而挖深垫浅复垦区 土壤各重金属含量均小于煤矸石充填复垦土。淮南2种复垦区除煤矸石充填复垦土壤中Zn外,其余重金属含量均偏低。形态分析表明,2种复垦区Zn、Ni、 Cr以残渣态为主,Mn和Pb以铁锰氧化物结合态和残渣态为主。表明复垦土壤受人为活动的干扰相对较小,自然来源是影响其含量的主要因素。但Mn和Pb在 还原条件下容易释放,对环境造成潜在危害。基于形态的次生相与原生相比值法评价结果表明,在2个复垦区中,Mn污染最严重,为重度污染,Zn、Cr和Ni 均无污染;煤矸石充填复垦区Pb为轻度污染;挖深垫浅复垦区Pb为中度污染。煤矸石充填复垦区土壤重金属RSP的大小为MnPbNiCrZn;挖深垫浅复 垦区为MnPbNiZnCr。
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长三角典型区土壤重金属有效态的协同区域化分析、空间相关分析与空间主成分分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0250-3301.2007.12.016 URL [本文引用: 1] 摘要
以昆山市为典型区,采集了126个表层土壤样品,通过多元统计 学、地统计学与GIS技术相结合,采用基于协同区域化理论的因子克立格法探讨了长三角多个土壤重金属有效态的区域分异,并在剖析不同空间尺度有效态重金属 的空间结构特征基础上,应用空间相关分析和空间主成分分析来揭示引起这种分布格局的成因和污染来源,结果表明,昆山土壤有效态重金属服从正态或对数正态分 布,变异系数较大,有效态Cd污染最重.重金属有效态在空间上可划分为块金尺度、小空间尺度(15km左右)和大空间尺度(40 km左右),它可用3个尺度的实验(交叉)变异函数的协同区域化模型线性拟合.空间相关分析中,Cd和Zn在3个尺度中的相关性均极显著,且元素在小尺度 和大尺度的相关性比块金尺度更强,大尺度的负相关特征较其它尺度明显.空间主成分分析表明,不同尺度的空间污染来源不同.重金属有效态第一、二主成分的空 间分布格局结果表明重金属有效态含量与工业活动、污水灌溉和土壤性质密切相关.
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