西安市高陵區土壤重金屬污染現狀分析

摘要 通過分析高陵區土壤中汞（Hg）、砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）含量，采用單因子污染指數法進行污染等級劃分，并進行不同元素間相關分析。結果表明：高陵區Hg、As、Cd、Pb含量正態分布呈現左偏，Cr含量呈現右偏。各元素含量排序為Cr＞Pb＞As＞Cd＞Hg。Hg元素存在分布中心，含量由中心向周邊遞減；As和Cr元素不存在分布中心。Hg分布存在安全和輕污染級，As分布存在安全和輕污染級，Cd分布存在安全、輕污染和中污染級，Cr分布存在安全和輕污染級，Pb分布存在安全、輕污染和中污染級，其中Hg、Cd、Pb的分布特征較相似，在藥惠鄉部分區域均存在較重污染。Hg與As存在中度負相關，與Cd、Cr存在中度正相關，與Pb存在弱正相關性；As與Cd、Cr均存在弱負相關性；Cd與Cr存在弱正相關，與Pb均存在強正相關性；Cr與Pb存在中度正相關。綜上，高陵區土壤存在重金屬污染，應加強治理。

關鍵詞 土壤重金屬；單因子污染指數法；安全分級；空間分析；相關性；高陵區

中圖分類號 X 53" 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2025）04-0047-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.04.010

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis on the Current Situation of Heavy Metal Contamination in Soils in Gaoling District of Xi’an City

YIN Zong min1，YIN Zong qi2，HE Wen xi1

（1.Wuhan Geological Survey Center of China Geological Survey，Wuhan，Hubei 430205;2.School of Computer and Control Engineering，Northeast Forestry University，Harbin，Heilongjiang 150040）

Abstract By analyzing the content of mercury （Hg），arsenic （As），cadmium （Cd），chromium （Cr），and lead （Pb） in the soil of Gaoling District，the pollution level was classified using the single factor pollution index method，and the correlation analysis between different elements was conducted.The results showed that the normal distribution of Hg，As，Cd and Pb content in Gaoling District showed a left skewed pattern，while the Cr content showed a right skewed pattern.The order of element content was Crgt;Pbgt;Asgt;Cdgt;Hg.Hg element existed in the distribution center，and its content decreased from the center to the periphery;there was no distribution center for As and Cr elements.The distribution of Hg had safety and light pollution levels，the distribution of As had safety and light pollution levels，the distribution of Cd had safety，light pollution and medium pollution levels，the distribution of Cr had safety and light pollution levels，the distribution of Pb elements had safety，light pollution and medium pollution levels.Among them，the distribution characteristics of Hg，Cd and Pb were relatively similar，and there was heavy pollution in some areas of Yaohui Township.Hg had a moderate negative correlation with As，a moderate positive correlation with Cd and Cr，and a weak positive correlation with Pb.There was a weak negative correlation between As and Cd，Cr; Cd had a weak positive correlation with Cr and a strong positive correlation with Pb.There was a moderate positive correlation between Cr and Pb.In summary，there was heavy metal pollution in the soil of Gaoling District，and efforts should be made to strengthen its management.

Key words Soil heavy metals; Single factor pollution index method; Safety classification; Spatial analysis; Relevance; Gaoling District

作者簡介 殷宗敏（1992—），男，江西九江人，工程師，碩士，從事地形地貌、地質遙感、滑坡監測研究。*通信作者，高級工程師，碩士，從事礦產資源開發與礦山生態修復遙感監測等相關工作。

收稿日期 2024-01-23

土壤作為農業生產的根基，對可持續發展起著極為關鍵的支撐作用。在工業化與城市化進程持續推進的背景下，土壤污染狀況愈發嚴峻，而農用化學品使用量的不斷攀升，導致土壤重金屬污染程度持續加深^［1］。汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）等重金屬元素是土壤中常見的主要污染物，它們具有累積性特征，能夠在植物生長過程中被富集，并通過食物鏈進入人體，進而引發諸多健康與環境安全問題^［2］。

眾多學者針對土壤重金屬污染開展了大量的研究工作。例如，部分研究聚焦于不同土地利用類型下土壤重金屬的分布差異，發現工業用地周邊土壤重金屬含量往往顯著高于農業用地^［3］；還有研究致力于探究土壤重金屬污染的來源，結果表明工業廢水排放、礦山開采、交通運輸等是重要的污染源^［4］。然而，在區域尺度上針對特定農業示范區土壤重金屬污染的精細空間分布特征及精準安全等級評價方面的研究鮮見報道。

高陵區作為國家農產品質量安全示范區，深入探究其土壤重金屬含量的空間分布格局及污染態勢，對于保障農業生產安全、維護農產品質量具有不可忽視的重要性。該研究以高陵區為研究區域，借助先進的空間分析技術與科學的安全等級評價方法，深入剖析土壤重金屬含量的空間分布規律，并進行全面的安全等級評定，旨在為高陵區土壤重金屬污染的有效防控與精準治理提供科學依據與數據支撐，從而推動區域農業的可持續健康發展。

1 資料與方法

1.1 研究區概況 高陵區地處關中平原腹地，涇渭河兩岸，土質肥沃，水灌條件較好，位于西安市轄域北部，是陜西省重要的糧食生產基地和棉花、油菜、麻、蔬菜、瓜果等農產品生產基地^［5］。區域內涇河和渭河自西向東流過，于涇渭堡鎮東北部交匯，并流入縣境西部^［6］。

高陵區內以涇渭河北川平原為主，占高陵區面積的67.7%。大部分土壤為淤土，土層豐厚，農業生產力良好，適宜廣泛的農作物生長。涇渭河北岸和涇渭交匯處的丘陵平地上層表土疏松有助于保水保肥，適宜各類糧食作物的生長^［7］。渭河南部地區為高漫沙灘地，占高陵區面積的3.7%，大部分為低洼沙灘地，土壤疏松、氣溫適中，地下水位較高，適合種植經濟作物^［8］。其余部分為河流兩岸的水域，占高陵區面積的5.6%。該區域土地利用現狀以農業用地為主，區域內建成“千棟日光溫室大棚”和“萬畝無公害蔬菜基地”等，形成了西北有名的無公害蔬菜生產批發基地。因此對該地區土壤重金屬含量進行空間分析與污染評價，可為農產品質量安全提供有力保障^［9］。

1.2 數據采集 土壤重金屬含量通過野外實測獲取，通過GPS定位，使用不銹鋼鏟取出地表面下土壤，并且使用手持熒光分析儀在原地立刻對土壤中的重金屬成分進行分析^［10］，該儀器帶有微型能量分散光譜儀，利用熒光光譜探測3.5 mm2的窗口在珀耳帖效應的冷卻固體狀態，并通過硅（鋰）二極管探測器分析元素含量^［11］。

進行采樣時，主要采集距表層0～20 cm的耕作層土壤^［12］。按照“土壤采樣記錄卡”要求的內容詳細記錄。具體采樣原則：①樣點位置受現場情況干擾時，可以適當調整；②采樣點距離主干道300 m以上；③不能在住宅、公路、溝渠、糞堆、廢物堆及墳堆附近進行采樣；④不能在坡地、洼地等區域進行采樣；⑤應在土壤自然狀態良好、地面平坦、各種因素均相對穩定的區域進行采樣；⑥采樣點應使用GPS定位，并建立樣點檔案^［13］。該研究采樣點如圖1所示。

1.3 評價標準與方法

1.3.1 安全等級評價。該研究使用陜西省土壤環境背景值（Hg含量為0.089 mg/kg，As含量為12.20 mg/kg，Cd含量為0.11 mg/kg，Cr含量為62.38 mg/kg，Pb含量為21.40 mg/kg）作為標準，進行土壤環境質量評價，同時參照《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）二級標準值，使用單因子污染指數法對該區域的土壤污染進行評價^［14］。

單因子污染指數法是一種用于評估環境污染程度的方法，通常用于監測大氣、水體、土壤等環境中的污染情況^［15］。該方法是將多個不同污染物的含量或含量等級轉化為單一的綜合指數，以便更容易比較不同地點或時間的污染水平，其計算公式如下：

P i=C iS i

式中：P i為土壤中i污染物的污染指數；C i為i污染物的實測含量（mg/kg）；S i為i污染物的背景值或平均值（mg/kg）。P i＜1，表示未污染；P i＞1，表示污染。P i越大，污染越嚴重^［16］。結合污染分級標準，單因子污染指數法土壤污染分級標準如表1所示。

結合土壤背景值，制作基于陜西省土壤背景值的重金屬含量污染分級標準表，如表2所示。

1.3.2 相關性及主成分分析。該研究采用SPSS軟件進行土壤污染指標含量相關性分析，相關性元素選用Hg、As、Cd、Cr、Pb等。當相關性系數的絕對值在0～﹤0.3時，一般認為變量間存在弱相關；當相關系數的絕對值在0.3～﹤0.5時，一般認為變量間存在中度相關；當相關性系數的絕對值≥0.5時，一般認為變量間存在強相關^［17］。

通過對數據進行主成分分析，可分析各污染元素之間的關系，先對樣本數據進行標準化處理，以確保每個特征在主成分分析中具有相同的權重，并將數據特征減少到2個主要成分，從而獲得新的正交特征集^［18］。計算各要素間的主成分，主成分圖中散點圖表示樣本分布，用來揭示樣本群體之間的關系，密集區域表明樣本具有相似的特征組合；主成分圖中箭頭方向和長度表示各特征在主成分分析中的重要性和方向，箭頭方向相同表示正相關，相反方向則表示負相關^［19］。

在主成分分析中，判斷2個方向是否相同或相反通常是通過考慮主成分的方向向量的夾角，當2個要素的方向向量夾角為0，表示這2個主成分之間是線性正相關；當2個要素的方向向量夾角為180°，表示這2個主成分之間是線性負相關；當2個方向的方向向量的夾角為90°，表示這2個主成分之間是線性無關的^［20］。

2 結果與分析

2.1 土壤污染統計分析 從高陵區土壤污染物含量（表3）可以看出，Hg含量為0.01～0.31 mg/kg，平均值為0.08 mg/kg，變異系數高達87.65%，樣本間含量存在顯著差異，標準差相對較高；As含量為10.70～20.20 mg/kg，平均值為15.61 mg/kg，變異系數為12.31%，樣本間含量差異較小；Cd含量為0.05～0.35 mg/kg，平均值為0.14 mg/kg，變異系數為43.96%，樣本間含量存在中等程度的差異性，標準差適中；Cr含量為47.10～85.30 mg/kg，平均值為63.77 mg/kg，變異系數為16.00%，變異系數相對較低，但含量平均值較高，樣本中可能存在一些高含量的異常值；Pb含量為16.30～77.80 mg/kg，平均值為36.85 mg/kg，變異系數為20.77%，樣本間含量存在中等程度的差異性，含量平均值相對較高。綜上，不同元素含量排序為Crgt;Pbgt;Asgt;Cdgt;Hg，其中Hg含量在樣本間存在顯著差異，As含量樣本間差異較小，Cd、Pb含量樣本間存在中等程度差異，Cr樣本中存在一些高含量的異常值。

從土壤重金屬含量分布（圖2）可以看出，Hg、As、Cd、Cr、Pb這5種土壤重金屬含量分布均符合正態分布，其中Hg、As、Cd、Pb含量呈現左偏分布，集中在對稱軸左側的含量范圍，這表明大多數樣本中Hg、As、Cd、Pb含量集中在區間內的較小值，但也存在一些較大的值；Cr含量呈現右偏分布，說明大多數樣本中Cr含量較高。

2.2 土壤污染空間分析 利用surfer軟件繪制Hg、As、Cd、Cr、Pb含量等值線圖，如圖3所示，Hg在高陵區北部、中部含量較高，在東部和南部含量相對較低；As在高陵區東部和南部含量較高，在北部含量相對較低；Cd在高陵區西部和北部含量較高，在南部含量相對較低；Cr在高陵區東南部含量較高；Pb在高陵區北部含量較高。其中Hg分布在該區域存在明顯的中心區域，含量由中心向周邊遞減，說明污染源在中心區域，As和Cr分布在該區域不存在中心分布特征。

2.3 土壤污染等級分析 從圖4可以看出，高陵區Hg元素分布存在安全和輕污染2個等級，其中藥惠鄉大部分區域和張卜鎮小部分區域存在輕污染，其余區域為安全狀態；As元素分布存在安全和輕污染2個等級，其中除藥惠鄉部分區域和張卜鎮大部分區域為安全狀態，其余區域為輕污染；Cd元素分布存在安全、輕污染和中污染3個等級，其中除耿鎮全域、張卜鎮和榆楚鎮部分區域為安全狀態外，其余均為污染狀態，其中藥惠鄉、鹿苑鎮部分地區為中污染；Cr元素分布存在安全和輕污染2個等級，其中除張卜鎮為安全狀態外，其他地區均為輕污染；Pb元素分布存在安全、輕污染和中污染3個等級，其中除藥惠鄉、鹿苑鎮部分地區為中污染，張卜鎮西部為安全狀態外，其他地區均為輕污染。同時發現安全等級分布特征中，Hg、Cd、Pb的分布特征較相似，都是藥惠鄉部分區域存在較重的污染。

2.4 土壤污染相關性分析 從土壤污染元素間的相關分析結果（表5）可以看出，Hg與As存在中度負相關，與Cd、Cr存在中度正相關，與Pb存在弱正相關性；As與Cd、Cr均存在弱負相關性；Cd與Cr存在弱正相關，與Pb存在強正相關性，相關系數達0.761；Cr與Pb存在中度正相關。綜上所述，除As與Pb相關性不顯著外，其余元素間都存在顯著相關性，其中Cd與Pb的相關性最顯著。

從主成分分析結果（圖5）可以看出，Hg和As之間存在負相關，Hg與Cd、Pb無明顯相關性，As與Cd、Pb也無明顯相關性，Cd與Pb之間呈明顯正相關性，可能具有相近或相同的來源，Cr與其他元素間存在弱相關性。

3 結論

該研究通過分析高陵區土壤重金屬含量，采用單因子污染指數法進行污染等級劃分，并進行不同元素間相關分析，結果表明：①研究區不同土壤重金屬元素含量排序為Cr＞Pb＞As＞Cd＞Hg，其中Hg含量在樣本間存在顯著差異，As含量樣本間差異較小，Cd、Pb含量樣本間存在中等程度差異，Cr樣本中存在一些高含量的異常值。Hg、As、Cd、Pb含量正態分布呈現左偏分布，Cr含量正態分布呈現右偏分布。②Hg元素在該區域存在明顯的分布中心，含量由中心向周邊遞減；As和Cr元素在該區域不存在中心分布特征。③Hg元素分布存在安全和輕污染2個等級，藥惠鄉大部分區域和張卜鎮小部分區域存在輕污染；As元素分布存在安全和輕污染2個等級，藥惠鄉部分區域和張卜鎮大部分區域為安全狀態；Cd元素分布存在安全、輕污染和中污染3個等級，藥惠鄉、鹿苑鎮部分地區為中污染；Cr元素分布存在安全和輕污染2個等級，除張卜鎮為安全狀態；Pb元素分布存在安全、輕污染和中污染3個等級，藥惠鄉、鹿苑鎮部分地區為中污染，張卜鎮西部為安全狀態。同時Hg、Cd、Pb的分布特征較相似，在藥惠鄉部分區域均存在較重污染。④Hg與As存在中度負相關，與Cd、Cr存在中度正相關，與Pb存在弱正相關性；As與Cd、Cr均存在弱負相關性；Cd與Cr存在弱正相關，與Pb均存在強正相關性；Cr與Pb存在中度正相關。說明高陵區土壤存在重金屬污染且問題較為突出，應加強污染治理。

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