安徽省典型農(nóng)耕區(qū)土壤重金屬污染特征及來源解析

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-2443（2025）03-0223-09

引言

土壤是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤安全直接關(guān)系到糧食安全。我國(guó)土壤重金屬污染嚴(yán)重，土壤污染總體超標(biāo)率為 16.1% ，鎘、汞、鉛、砷、鋅、銅、鉻濃度超標(biāo)的土壤分別占 7.0%1.6%1.5%2.7%0.0%2.1%1.1% （2號(hào)耕地污染問題突出，超標(biāo)率為 19.4%^[1] 。重金屬元素在土壤中易富集、難以降解，具有生物毒性，且土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性和持久性等特點(diǎn)2，可通過食物鏈進(jìn)入人體。過量的重金屬攝入會(huì)對(duì)人體健康造成威脅，有研究表明，過量銅、鎘等元素在人體中積累會(huì)對(duì)人體骨骼產(chǎn)生影響[3]。因此，開展農(nóng)耕區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，進(jìn)行土壤重金屬污染源解析，對(duì)維護(hù)糧食安全，保護(hù)人體健康，實(shí)現(xiàn)“健康中國(guó)2035”戰(zhàn)略任務(wù)有一定實(shí)際意義。

學(xué)者們對(duì)我國(guó)農(nóng)耕區(qū)土壤重金屬污染特征及來源已進(jìn)行了一定的研究，如對(duì)冀東平原農(nóng)田土壤研究表明，該地區(qū)受Cd污染相對(duì)較大，研究區(qū)重金屬來源主要受人為活動(dòng)影響[4;對(duì)遼寧省沈大高速公路沿線農(nóng)田土壤研究表明，在交通量較大的路段，沿線土壤中Zn和Pb濃度較高5;對(duì)川東丘陵區(qū)農(nóng)田土壤研究發(fā)現(xiàn)，水田土壤中Cd和 Hg 含量較高，其土壤污染風(fēng)險(xiǎn)高于旱地[6;對(duì)青海省典型農(nóng)業(yè)區(qū)土壤研究發(fā)現(xiàn)，柴達(dá)木盆地與河湟谷地土壤中Cd變異性最高，存在較高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[7;對(duì)江蘇、浙江等沿海地區(qū)土壤研究表明，其重金屬污染主要來源于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，在江西、湖南等有色金屬資源較多的省份，土壤中的重金屬含量普遍高于其他省份[8];對(duì)安徽境內(nèi)長(zhǎng)江流域農(nóng)田土壤研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)作物根系土中重金屬含量均超過背景值，通過健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，表明兒童更易受到重金屬污染威脅9。由此可見，不同農(nóng)耕區(qū)因所處環(huán)境不同，其土壤重金屬污染特征具有區(qū)域分異性。杭埠河流域地處江淮丘陵農(nóng)業(yè)區(qū)，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)活動(dòng)頻繁，是重要的水產(chǎn)品、畜牧和商品糧油生產(chǎn)基地，大量農(nóng)藥和化肥的施用可能導(dǎo)致土壤重金屬含量增加，也可間接改變土壤理化性質(zhì)，影響土壤重金屬的空間分布，進(jìn)而可能影響糧食安全[10]。本研究以杭埠河流域土壤為研究對(duì)象，分析測(cè)定土壤中九種重金屬元素含量，采用地累積指數(shù)法和污染負(fù)荷指數(shù)法[11]評(píng)價(jià)表層和剖面土壤中重金屬污染情況，采用相關(guān)性分析與主成分分析相結(jié)合的方法進(jìn)行土壤重金屬溯源，為杭埠河流域土壤重金屬污染防治和區(qū)域糧食安全維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

杭埠河流域位于安徽省中部 （30^°59^′-31^°45^′N，116^°22^′-117^°22^′E） ，處于長(zhǎng)江和淮河水系之間，流域面積 2060km² ，全長(zhǎng) 145km ，流域主干流為杭埠河，是巢湖入湖河流中水量最大、流域面積最廣、長(zhǎng)度最長(zhǎng)的水系[12]。杭埠河流域中上游以山地丘陵為主，下游多為平原。杭埠河流域位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，熱量豐富，年平均降水量在 1033～1596mm 之間，降水主要集中在夏季，山區(qū)降水量較大。流域內(nèi)基巖以花崗巖、片麻巖、紫色沉積巖等為主。流域內(nèi)農(nóng)作物主要以水稻、玉米等為主，天然植被鮮有存在，大多為人工林，包括針葉林、闊葉林等。

1.2樣品采集與測(cè)試

在考慮杭埠河流域土地利用類型，采樣難易程度等情況下，共采集土壤表層樣77個(gè)，取樣深度為 5cm ，剖面樣8個(gè)，分別編號(hào)為C01至C08，其中 C01～C06 為耕作剖面（C01和C05為旱地， C02～ C04為水田，C06為茶園），C07和C08為非耕作剖面。具體采樣點(diǎn)位置如圖1所示。所有采集的土壤樣品在現(xiàn)場(chǎng)密封裝袋，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行稱重、凍干、研磨等前處理工作。

土樣經(jīng)混合均勻后，研磨過

200目篩，取 （0.2000±0.0005）g 樣品，經(jīng) -HNO3在聚四氟乙烯坩蝸中消解后，加入 2% HNO₃ 溶液定容至 50mL 待用，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Perkin Elmer ICP-OES Optima 7000）測(cè)定Fe、Mn、Co、Cr，Ni，Cu，Zn，V 和Pb九種元素。應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS-3a）、空白和平行樣保證實(shí)驗(yàn)過程的精確性。樣品測(cè)定前，使用 2%HNO₃ 清洗儀器，使用標(biāo)準(zhǔn)溶液建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，保證每個(gè)元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的R達(dá)到 0.999 。

1.3數(shù)據(jù)分析與圖件繪制

采用Microsoft Excel2016對(duì)土壤重金屬數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，SPSS25.0進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。利用Pearson相關(guān)性分析各土壤重金屬之間的相關(guān)性，所有數(shù)據(jù)均在0.05的水平上進(jìn)行顯著性分析；使用主成分分析提取特征值大于1的主成分；使用反距離權(quán)重對(duì)采樣點(diǎn)各重金屬含量進(jìn)行插值分析；使用ArcGIS10.7和Python3.9.6進(jìn)行相關(guān)圖件繪制。

1.4土壤重金屬污染評(píng)估方法

1.4.1地累積污染指數(shù)法

地累積污染指數(shù) （I_geo） 最早由Muller[13]提出，用于定量評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度，該方法綜合考慮了人為活動(dòng)和地球化學(xué)背景對(duì)重金屬濃度的影響，計(jì)算公式如下：

式中： C_i 表示i元素的實(shí)測(cè)值 mg/kg ; S_i 表示安徽省土壤中 _i 元素的背景值（ ?_mg/kg ） K 表示背景值變動(dòng)系數(shù)，一般為1.5。根據(jù) I_geo 數(shù)值大小，將污染等級(jí)分為七個(gè)等級(jí)，分別為： I_geo?0 時(shí)，無污染水平； 0geo?1 時(shí)，無-中度污染水平； 1geo?2 時(shí)，中度污染水平； 2geo?3 時(shí)，中度-強(qiáng)度污染水平; 3geo?4 時(shí)，強(qiáng)度污染水平； 4geo?5 時(shí)，強(qiáng)-極強(qiáng)污染水平； I_geogt;5 時(shí)，極強(qiáng)污染水平。

1.4.2 污染負(fù)荷指數(shù)法

污染負(fù)荷指數(shù)法是由Tomlinsoh等[14]于1980年提出，該方法可體現(xiàn)出不同污染物污染狀況對(duì)總體污染狀況的貢獻(xiàn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如下：

式中： CF_i 表示i元素的污染指數(shù)； C_i 和 B_i 分別表示 i 元素的實(shí)測(cè)值和背景值； P 表示某一采樣點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)； P_z 表示研究區(qū)的總體污染負(fù)荷指數(shù)； m 表示重金屬個(gè)數(shù)， n 表示采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。根據(jù) P 數(shù)值大小，將污染等級(jí)分為以下四個(gè)等級(jí)，分別為： P?1 時(shí)，無污染水平； 13 時(shí)，重度污染水平。 P_z 和 P 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)一致。

1.5 王壤重金屬源解析方法

Pearson相關(guān)性分析[15用于判斷各變量之間關(guān)聯(lián)的緊密程度，不同重金屬元素之間的相關(guān)性分析有助于重金屬來源的判別。計(jì)算公式如下：

式中：$x"i"、" x－、y"i"、 y － 分別表示重金屬的實(shí)測(cè)值 （mg/kg） 和平均值 （mg/kg） ; r 為相關(guān)系數(shù)，介于-1到1之間， r 絕對(duì)值越趨近于1，表明兩個(gè)重金屬相關(guān)性越高。

2 結(jié)果與討論

2.1土壤重金屬含量與分布特征

2.1.1表層土壤中重金屬含量及其分布特征

表層土壤中重金屬含量結(jié)果如表1所示。Fe .Mn.Co.Cr.Ni.Cu.Zn.V 和Pb這九種重金屬元素含量的范圍分別為： 1301～48445mg/kg?119.48～2932.93mg/kg?2.05～27.08mg/kg?17.82～134.30mg/kg?5.58～ 36.34 mg/ 勻值分別為：2 76680mg/kg.675.33mg/kg.15.08mg/kg.73.43mg/kg.21.61mg/kg.20.31mg/kg.129.19mg/kg. （20484.42mg/kg 和 32.45mg/kg 。與安徽省土壤重金屬背景值[1]相比，除Ni和Cu低于土壤背景值， Mn 、Co、Cr、Zn，V 和Pb元素含量平均值均高于安徽省土壤重金屬背景值，分別為背景值的 1.28，1.01，1.05，2.42，1.05 和1.25倍，表明這些元素在研究區(qū)內(nèi)存在不同程度的積累。以土壤環(huán)境質(zhì)量（GB15618—2018）為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)15% 的樣點(diǎn) Zn 含量高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明會(huì)對(duì)農(nóng)作物安全生產(chǎn)造成一定威脅。Zn是人體生長(zhǎng)所必須的元素，可通過食物鏈進(jìn)入人體，但當(dāng)攝入過量時(shí)，會(huì)引發(fā)腎臟、肝臟的病變，引發(fā)冠心病，肝膽損傷等疾病[17]。因此為創(chuàng)造更好的生存環(huán)境，保護(hù)人類健康，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)研究區(qū)農(nóng)作物中Zn的監(jiān)測(cè)。

變異系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，用來反映數(shù)據(jù)的離散程度，變異系數(shù)越大，其離散程度越大，表明可能受外界活動(dòng)影響越大[18]。杭埠河流域土壤重金屬變異系數(shù)排序?yàn)椋?Zn-Mn-Cu-Ni-Co=Fegt;Crgt;Vgt;Pb ，其中，Zn，Mn，F(xiàn)e，Cu，Ni 和Co變異系數(shù)均大于 30% ，離散程度較大，表明其可能受到人類活動(dòng)的影響。

在ArcGIS10.7中運(yùn)用反距離權(quán)重法得到杭埠河流域表層土壤中重金屬含量空間分布圖。由圖2可知，研究區(qū)表層土壤中重金屬含量分布基本呈現(xiàn)條狀和塊狀分布，其中Co、Cr、Ni和V高值區(qū)域分布具有一定相似性，主要集中在中部地區(qū)，這一結(jié)果與前人研究相吻合[19]。研究區(qū)中部地區(qū)為傳統(tǒng)工農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)聚集區(qū)，大量的工農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及含有Co、Cr等元素飼料的投喂，導(dǎo)致重金屬元素通過動(dòng)物糞便等途徑進(jìn)入土壤，從而使重金屬在土壤中發(fā)生富集。Co、Cr、Ni、Fe、V和 Zn 在研究區(qū)西南部的高值區(qū)出現(xiàn)高度重疊，Pb濃度也表現(xiàn)為西南部高，東北部較低，與Fe、 分布特征較為相似。

表層土壤環(huán)境狀況主要反映人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。研究區(qū)上游至下游重金屬含量基本呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢(shì)，表明受人為活動(dòng)影響較大。上游地形以山地丘陵為主，人口密度較大，農(nóng)用地類型主要為茶園，開墾過程中導(dǎo)致巖石裸露在外發(fā)生風(fēng)化，使重金屬元素在土壤中富集[20]，而茶園土壤重金屬主要來源除成土母質(zhì)外，還受一定外源影響，在耕作過程中農(nóng)藥化肥的大量使用，造成土壤中Fe、Zn、Pb和Ni等重金屬元素的累積[21]。中游作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)聚集區(qū)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)活動(dòng)、養(yǎng)殖業(yè)活動(dòng)等都會(huì)造成重金屬在土壤中累積[22]。杭埠河下游地區(qū)，存在眾多工廠企業(yè)，且杭埠河與豐樂河交會(huì)處為重要的交通航道，工廠廢棄物和交通工具尾氣排放等都會(huì)造成Cu、Pb等元素在環(huán)境中的累積[23]，因此Cu元素在下游地區(qū)有明顯高值。總體來看，杭埠河流域表層土壤重金屬含量呈現(xiàn)出從西南部到東北部逐漸降低的分布特征。

2.1.2土壤剖面中重金屬含量分布特征

剖面土壤中重金屬含量分布如圖3所示，所有土壤剖面中，F(xiàn)e和Mn元素含量均總體呈現(xiàn)出在表層 0～20 cm均勻分布， 20cm 以下顯著增加的變化趨勢(shì)。這一現(xiàn)象的發(fā)生主要是由于所有土壤剖面 20cm 以下均出現(xiàn)了鐵錳結(jié)合物。所有耕作剖面中，除Cu和Zn元素含量具有明顯的表聚性外，其他元素呈現(xiàn)出垂直相對(duì)均勻分布的趨勢(shì)。但水田剖面的表層土壤中 Zn 含量相比于旱地剖面的表層土壤較低，這可能是由于 Zn 會(huì)隨水田中的淋溶作用而向下進(jìn)行遷移，其余元素在水田深部的垂直分布相對(duì)平穩(wěn)，表明其主要受成土母質(zhì)影響[24]。在旱地土壤剖面里，呈現(xiàn)出 Cu，Zn 在表層含量顯著高于深層的現(xiàn)象。這可能歸因于在長(zhǎng)期的耕作活動(dòng)中，大量含有Cu、Zn等重金屬元素的肥料被施用到表層土壤中，作物根系在土壤表層的分布更為密集，而作物根系生長(zhǎng)過程中，會(huì)分泌有機(jī)酸等有機(jī)化合物到周圍土壤，例如檸檬酸、蘋果酸，此類有機(jī)酸可與Cu、Zn等金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成絡(luò)合物，從而進(jìn)一步促使Cu 、Zn 在表層土壤累積[25]。在土地翻耕過程中，表層土壤與耕層底部土壤混合均勻，因此Cr、Ni等元素的垂直分布均勻[26]。茶園土壤中，各元素基本表現(xiàn)出表層含量高于深層，是由于該樣點(diǎn)周圍植被茂密，表層有機(jī)質(zhì)含量高，且根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，此地近年來未被翻耕，因此大多元素聚集于表層。在C07和C08兩個(gè)非耕地剖面中，Co、Cr、Ni等元素表現(xiàn)出表層含量低于深層，由于樣點(diǎn)分布于山頂，具有一定坡度，在降雨過程中產(chǎn)生的徑流易帶走表層土壤，從而導(dǎo)致表層元素隨徑流發(fā)生遷移。

2.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

2.2.1表層土壤中重金屬污染評(píng)價(jià)

運(yùn)用地累積指數(shù) （I_geo） 評(píng)價(jià)杭埠河流域表層土壤重金屬污染情況，其結(jié)果如表2所示，重金屬地累計(jì)指數(shù)均值排序?yàn)椋篫n（0.22）gt;Pb（-0.28）gt;Mn（-0.43）gt;V（-0.55）gt;Cr（-0.56）gt;Co（-0.65）gt;Ni（-0.88）gt;Fe（-0.93）gt;Cu（-0.97） 。其中 Zn 處于無-中度污染，其他重金屬均值小于0，總體為無污染狀態(tài)。 Zn 有 30.67% 的點(diǎn)位達(dá)到無-中度污染水平， 10.67% 的點(diǎn)位達(dá)到中度污染水平，還有 12% 的點(diǎn)位達(dá)到中度-強(qiáng)度污染水平，加之其變異系數(shù)較大（ 92% ），可認(rèn)為其污染程度主要受人為活動(dòng)的影響。其他元素雖總體呈現(xiàn)為無污染水平，但也有部分點(diǎn)位出現(xiàn)污染， Mn 有 26.31% 和 2.63% 的點(diǎn)位達(dá)到無-中度和中度污染水平， Co，Cr，V 和Pb分別有 9.21% 、10.52%，6.67% 和 18.18% 的點(diǎn)位為無-中度污染水平， cu 則有 1.35% 的點(diǎn)位為中度污染。

根據(jù)公式 （2）～（4） 對(duì)研究區(qū)土壤進(jìn)行污染狀況評(píng)價(jià)，污染負(fù)荷指數(shù)最大值為1.71，最小值為0.51，平均值為1.04，其污染分布狀況見圖4。從污染負(fù)荷指數(shù)分布圖上看，無污染區(qū)域占 45% ，輕度污染區(qū)域占 55% ，研究區(qū)總污染負(fù)荷指數(shù) （P_z） 為1.02，表現(xiàn)為輕度污染。總體而言，研究區(qū)土壤重金屬輕度污染區(qū)域主要集中在流域中上游地區(qū)，該區(qū)域人口密集，工農(nóng)業(yè)活動(dòng)頻繁，即使目前劃分了環(huán)境敏感區(qū)、限制開發(fā)區(qū)等區(qū)域，但由于重金屬污染具有滯后性和積累性，所以流域內(nèi)依然呈現(xiàn)為輕度污染。

2.2.2土壤剖面中重金屬污染評(píng)價(jià)

圖5為土壤剖面 0～20cm，20～40cm 土壤重金屬 I_geo 污染評(píng)價(jià)情況圖， Cr，Cu 的 I_geo 值在所有剖面均小于0，表明這兩種元素未對(duì)剖面土壤造成污染。Zn存在無-中度污染， I_geo 值隨深度明顯降低，旱地C01、C05剖面 Zn 的 I_geo 值明顯高于其他剖面，這可能與耕作中的施肥量有關(guān)。種植作物會(huì)導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，不同作物土壤理化性質(zhì)也有所差異，從而影響重金屬的生物有效性[27]，加之土壤表層作物根系繁多，重金屬可通過根系進(jìn)入作物，經(jīng)食物鏈在人體中富集，危害人體健康。人體對(duì)Zn的吸收與作物吸收機(jī)制、人體對(duì)不同食物攝取量以及Zn在人體中的富集系數(shù)存在直接或間接關(guān)系。盡管Zn現(xiàn)處于無－中度污染狀況，但鑒于Zn 污染情況的存在，若在后續(xù)生態(tài)過程中，因食物鏈傳遞等因素導(dǎo)致人體攝入過量的Zn，會(huì)導(dǎo)致人體消化道出現(xiàn)問題，還會(huì)影響人體對(duì)其他元素的吸收，例如會(huì)導(dǎo)致Cu在人體內(nèi)含量下降，進(jìn)而引發(fā)人體膽固醇代謝紊亂，還會(huì)影響Fe在人體中的作用，導(dǎo)致缺鐵性貧血等不良健康效應(yīng)[28]。因此Zn元素應(yīng)該作為該區(qū)域農(nóng)田土壤中優(yōu)先控制的重金屬。此外，旱地剖面C01、C06，水田剖面C02和非耕地剖面C08中，Mn存在無-中度污染，且在深層土壤中污染較為明顯。本研究區(qū)域成土母質(zhì)主要為凝灰?guī)r、砂巖等，成土過程中Mn元素會(huì)逐漸釋放到土壤中，且火山巖類巖石通常有較高的Mn含量29，因此導(dǎo)致土壤中Mn元素含量較高，達(dá)到一定污染水平。此外，研究區(qū)為重要農(nóng)耕區(qū)，耕作過程中錳肥作為基肥被大量施用，也可導(dǎo)致土壤中Mn元素造成一定污染。

2.3土壤重金屬來源解析

2.3.1重金屬相關(guān)性分析

通常用相關(guān)性來初步推斷土壤重金屬的來源，一般來說，若各重金屬元素之間有明顯的相關(guān)性，則其同源的可能性更大。相關(guān)性分析結(jié)果（圖6）顯示Fe和 Mn，V，Pb，Co 和 ΔV，Cu，Ni Cr和 ΔV，Ni，Zn 和Pb之間存在極顯著正相關(guān)（ Plt;0.001 ，且相關(guān)系數(shù)大于0.5，可能具有相似的來源。而 Cu，Mn 與其他元素存在顯著弱相關(guān)關(guān)系，說明可能存在多個(gè)污染源影響。

2.3.2重金屬主成分分析

主成分分析時(shí)推斷土壤重金屬來源的重要方法之一，對(duì)研究區(qū)土壤重金屬進(jìn)行KMO檢驗(yàn)和Bartlett檢驗(yàn)，得到KMO值為0.656，大于0.6，Bartlett檢驗(yàn)值P為0.00，小于0.05，表明適合對(duì)研究區(qū)土壤重金屬進(jìn)行主成分分析。經(jīng)計(jì)算總共得到三個(gè)特征值大于1的主成分（表3），分別解釋了總方差的 37.1%.19.8% 和 13.8% ，累計(jì)解釋了 70.7% 的重金屬來源信息。

第一主成分（PC1）方差貢獻(xiàn)率 37.1% ，其特征表現(xiàn)為Fe、 .co.cr.Ni.V 和Pb元素載荷系數(shù)較高，結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果，可推測(cè)這六種元素同源的可能性較大，所有元素的變異系數(shù)低于或略高于 30% ，說明受人為活動(dòng)影響較小。大量研究表明，土壤中Fe、Cr、Ni等主要來源于地殼[30]，其含量主要與成土母質(zhì)有關(guān)，受自然影響較大。研究區(qū)內(nèi)Co、Cr和V含量平均值與安徽省土壤背景值相當(dāng)或略高于背景值，Ni等含量平均值低于背景值，且變異系數(shù)相對(duì)較低，說明這上述元素未受到明顯的人為活動(dòng)的影響。因此，PC1代表自然來源。

第二主成分（PC2）方差貢獻(xiàn)率 19.8% ，其特征表現(xiàn)為Zn和Pb元素載荷系數(shù)較高，分別為0.595和0.626。從空間分布來看，Zn和Pb具有相似的分布特征，相關(guān)性分析也得到兩者具有極顯著相關(guān)性。一般而言，Pb、Zn常作為交通污染源的標(biāo)識(shí)元素，汽車剎車、輪胎磨損過程中都會(huì)產(chǎn)生一定的含 Zn 顆粒，汽油燃燒過程中，Pb隨尾氣進(jìn)入環(huán)境，進(jìn)而在土壤、水體中富集[31]，而本研究采樣地大多屬于耕地類型，極少數(shù)采樣點(diǎn)位于到路邊，因此研究區(qū)Pb、Zn來源主導(dǎo)因素可能并非交通源。由于杭埠河流域地區(qū)有大量農(nóng)業(yè)用地，上游主要以茶園為主，中下游主要是水田和旱地，農(nóng)作物包含水稻、玉米和豌豆等，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中需要施加化肥、農(nóng)藥和除草劑等藥物以促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，這些藥物中同樣富含Pb、 .Zn 等元素[32]，長(zhǎng)期農(nóng)藥化肥的使用造成土壤中重金屬元素的積累，另外Zn的變異系數(shù)也表明其受人為活動(dòng)干擾程度大，因此，PC2可被解釋為農(nóng)業(yè)源。Pb在第一和第二主成分均有一定載荷，載荷系數(shù)相當(dāng)，因此Pb可能存在雙重來源。

第三主成分（PC3）方差貢獻(xiàn)率為 13.8% ，其表現(xiàn)特征為Cu元素載荷系數(shù)最高，為0.848。由重金屬含量分布和污染狀況來看， cu 變異系數(shù)大于 30% ，受到人為活動(dòng)干擾，在部分區(qū)域存在中度污染且集中在杭埠河下游區(qū)域。自然條件下，土壤中Cu的富集主要由成土母質(zhì)和自然過程控制，隨著社會(huì)發(fā)展，工業(yè)活動(dòng)的不斷增加，工廠廢棄物對(duì)土壤中Cu含量也有一定貢獻(xiàn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，化肥、殺蟲劑和污水灌溉等都會(huì)增加表層土中的Cu含量，研究表明，人為活動(dòng)貢獻(xiàn)的Cu主要來自于含有Cu的農(nóng)藥、礦產(chǎn)開采、金屬?gòu)U料等[3。而在杭埠河下游地區(qū)，農(nóng)業(yè)活動(dòng)也較為密集，并且設(shè)有工業(yè)聚集區(qū)、創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園和電子產(chǎn)業(yè)港等工業(yè)園區(qū)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中可能會(huì)產(chǎn)生大量 cu 元素，導(dǎo)致Cu富集在土壤中。故PC3可被解釋為工業(yè)源和農(nóng)業(yè)源的復(fù)合來源。相關(guān)性分析結(jié)果顯示， Mn 與Fe呈極顯著正相關(guān)，但三個(gè)主成分中，Mn的載荷系數(shù)并無明顯差異，其中，第一主成分載荷系數(shù)稍大，第二和第三主成分載荷系數(shù)相當(dāng)。Mn的變異系數(shù)為 64% ，表明受人為干擾程度較大，結(jié)合相關(guān)性分析和主成分分析結(jié)果，認(rèn)為研究區(qū)土壤Mn的來源除了自然來源外，外界來源也占一定的比重，屬于多重來源。

3結(jié)論

（1）研究區(qū)表層土壤中 Fe，Mn，Co，Cr，Ni，Cu，Zn，V 和Pb含量在空間上總體表現(xiàn)為自西南向東北逐漸遞減的特征， 15% 樣點(diǎn)的 Zn 高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，存在一定糧食安全問題。 Zn，Mn 和Cu變異系數(shù)明顯大于 30% ，且Zn、 cu 等元素存在表聚性，說明受人為活動(dòng)影響較大，其余元素變異系數(shù)低于或略高于30% ，表明受人為活動(dòng)影響不明顯。

（2）地累積污染指數(shù)表明，研究區(qū)土壤Zn達(dá)到無-中度污染水平，部分區(qū)域Zn污染程度較高，達(dá)到中度污染水平，其余重金屬元素出現(xiàn)局部污染情況，可能存在點(diǎn)源污染，剖面土壤中 Zn 同樣存在無-中度污染，這種分布模式，可能受研究區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局影響，后續(xù)需持續(xù)關(guān)注，結(jié)合污染負(fù)荷指數(shù)來看，研究區(qū)土壤重金屬總體呈現(xiàn)為輕微污染。

（3）結(jié)合相關(guān)性分析和主成分分析結(jié)果，研究區(qū)土壤重金屬來源包括自然源、農(nóng)業(yè)源以及農(nóng)業(yè)與工業(yè)混合源， Fe，Co，Cr，Ni，V 主要來自于自然源，Zn主要來源是農(nóng)業(yè)源，Cu來源于復(fù)合源，Pb可能來源于自然源和農(nóng)業(yè)源雙重來源，而Mn來源除自然源外，可能還存在多重來源，后續(xù)需進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]白宗旭，楊靂，王宏蕾，等.中國(guó)城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶土壤-農(nóng)作物重金屬污染的Meta分析[J].環(huán)境科學(xué)，2024，45（8）：4766-4779.

[2］趙東杰，王學(xué)求.滇黔桂巖溶區(qū)河漫灘土壤重金屬含量、來源及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2020，40（4）：1609-1619.

[3]CHEN J，MYERBURG M M，PASSERO C J，et al. External Cu²⁺ inhibits human epithelial ΔNa⁺ channels by binding at a subunit interface of ex-tracellular domains[J].The Journal of Biological Chemistry，2011，286（31）：27436-27446.

[4]魏洪斌，羅明，吳克寧，等.冀東平原農(nóng)田土壤重金屬污染源分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].土壤通報(bào)，2023，54（2）：462-472.

[5]ZHANGH，UCQJ，etalAessmentofhavetalcotamationinoadsidesolsalogthSeyan-DanigLi-oning Province， China[J].Polish Journal of Environmental Studies，2017，26（4）：1539-1549.

[6]黃承建，趙思毅，劉玉蓮，等.川東丘陵區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染分析及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（14）：271-279.

[7]劉祖艷，焦菊英，李建軍，等.青海省典型農(nóng)業(yè)區(qū)土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及來源[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2024，46（6）：816-831.

[8]石航源，王鵬，鄭家桐，等.中國(guó)省域土壤重金屬空間分布特征及分區(qū)管控對(duì)策[J].環(huán)境科學(xué)，2023，44（8）：4706-4716.

[9］劉海，魏偉，黃健敏，等.長(zhǎng)江流域（安徽段）土壤-作物系統(tǒng)重金屬污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)，2023，443）：1686-1697.

[10]CHIY，HWetalulatigspatialdstrbifastallbonoetuigompesieldcectortem based on remote sensing[J].Science of the Total Environment，2018，628-629：384-399.

[11］雷雁翔，張斌，吳治國(guó)，等.長(zhǎng)島北部海域表層沉積物重金屬分布特征與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及來源分析[J].海洋地質(zhì)前沿，2023，39（3）：40-50.

[12］朱小杰，黃健，王金花，等.不同入湖口沉積物重金屬污染及對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2023，46（6）：25-33.

[13]MULLER G.Index of geoaccumulation insediments ofthe Rhine River[J].Geojournal，1969，2（108）：108-118.

[14]TOMLIODWOJGHARSCR，etal.Probsintheaessmentofmetalevelsistuariesandthefatiofol-lutionindex[J].HelgolanderMeeresunters，1980，33（1-4）：566-575.

[15]EDELMAND，RITFZEKELYGJ.Onelatiosipsbeweeheearsonthedistaceoelaticoeffents].atistisProbabilityLetters，2021，169：108960.

[16］陳興仁，陳富榮，賈十軍，等.安徽省江淮流域土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值與背景值研究[J].中國(guó)地質(zhì)，2012，39（2）：302-310.

[17］李飛.城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的層次健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與量化管理體系[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2015：3-9.

[18]UFaatialslsetdefealsinlelowRiverBasinof northern China[J].JournalofGeochemical Exploration，2023，252：107275.

[19］羅軍.杭埠河流域沉積物中重金屬的污染特征及生物有效性研究[D].合肥：安徽大學(xué)，2022：19-24.

[20]CHENXANGXX，GS，etal.igratioandeicntofametalsringtheathergpedogesisfrocksinegore cluster area[J].Northwestern Geology，2023：1-14.

[21]ALAMS，KRS，MULS，eta.Asessing tequalityndeavymetalconamiatioofsoilinteagardensaroud MagharagasblowoutnBangladshusigmulirateandilqualityindexmethods[].Joualofaardousaterialsdvancs，22.

[22]姚麗賢，黃連喜，蔣宗勇，等.動(dòng)物飼料中砷、銅和鋅調(diào)查及分析[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（2）：732-739.

[23]WANGHZ，etalSpatialistbharacteristisdvauatiooflltioialareasisatef

northern Shaanxi[J].ScientificReports，2022，12（1）：16440. 24]HUNGYUalAaedchtsealoueaprtibaal ofHazardousMaterials，2015，299：540-549. [25]周松，楊健豪，晏士瑋，等.根際有機(jī)酸對(duì)土壤中重金屬化學(xué)行為和生物有效性的影響研究進(jìn)展[J].生物學(xué)雜志，2022，39（3）：103-106+ 124. [26]LIUYetsdeotalitsi ingareaofNorthern China[J].Environmental Geochemistryand Health，2021，43（12）：5177-5194. [27]WANGXAealatedessmtofteactfsetlptooteiallc and the associated ecological and human health risk[J].Environmental Pollution，2022，299：118911. [28]VEJVODOVA K，ASH C，DAJCLJ，et al.Assessment of potential exposure to As，Cd，Pb and Zn in vegetable garden soils and vegetables in a miningregion[J].Scientific Reports，2022，12：13495. [29]TARIKGUtestals ofsoilheavymetalsoveranindustrialareainSouthernIndiaJ].JouralofGeochemicalExploration，2O24，257：07379. 30]FANYZetaacterisceisetalsifceesofo jian[J].Environmental Research，2022，203：111911. [31]李萍，吳濤，蔣國(guó)俊，等.金華市耕地土壤重金屬來源解析及健康風(fēng)險(xiǎn)空間分異[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2022，42（11）：257-266. [32]ZHOUHYUEXetaldentiftdardalisofaetalousuilsicientmgA quantitative methodbasedonthereceptormodelandriskassessmentJ].JouralofHazardousMaterials，o3，44530528. [33］王越，莫莉，余新曉，等.粵北典型工礦區(qū)土壤重金屬富集特征、來源解析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)，2023，44（3）：1636-1645.

Characteritics and Source Analysis of Heavy Metal Contamination in Soils of Typical Farming Areas in Anhui Province

YAN Xu-hui， XU Yi-hong （School of Geography and Tourism，Anhui Normal University，Wuhu 2410oo，China）

Abstract： Taking the surface soil and different types of soil profiles in Hangbu River Basin，a typical farming area inAnhui Province，as theresearch objects，weanalyzedanddetermined theconcentrations of nine heavymetal elements in the soil，namely，F(xiàn)e，Mn，Co，Cr，Ni， Cu， Zn，Vand Pb ，and used the method of ground cumulative contamination index，the method of polution load index，and the method ofcorrelation analysis and principal componentanalysis （PCA），respectively，to studyand identifythe contaminationcharacteristics of the soil heavy metalelements in the studyarea and their sources.The results showed that Zn Was high in both surface soil and profile soil，and there was epimerization in the profile; the ground cumulative pollution index showed that 30.67% of the points of Zn reached the level of no-moderate pollution， 10.67% reached the level of moderate pollution， and 12% reached the level of moderate-intensity pollution，and there was localized polution of the other heavy metal elements;the evaluation of the polution load index showed that the overallpollution level of the study area was light; the sources of soil heavy metals were mainly natural sources （37.1%） ，agricultural sources （19.8%） ，and compound agricultural and industrial sources （13.8%） ，whereas there might be multiple sources of Mn.

Key Words： soil heavy metals; contamination evaluation; source analysis; Hangbu River Basin

（責(zé)任編輯：王海燕）