某鉛鋅礦周邊農(nóng)田土壤重金屬污染評價及農(nóng)產(chǎn)品污染特征

中圖分類號：X825 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1000-2367（2025）05-0060-10

據(jù)2014年全國土壤污染調(diào)查公報[顯示，我國耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，尤其是無機污染物超標(biāo)嚴(yán)重，且重度污染企業(yè)用地及周邊土壤超標(biāo)點位占比最高.云南號稱“有色金屬”王國，伴隨著經(jīng)濟快速發(fā)展、礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)等，當(dāng)?shù)馗赝寥拉h(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻[2-3].礦產(chǎn)開采過程中，廢水排放、廢渣處理不當(dāng)會導(dǎo)致周邊土壤累積大量的重金屬[4-6]，土壤中的重金屬可以通過降雨淋溶到地下水，或通過植物進(jìn)入食物鏈威脅到人類健康[7-9].以往針對礦區(qū)土壤重金屬污染評價的研究較多[10-11]，但進(jìn)一步利用模型對重金屬污染來源的定量解析的研究較少.

本研究區(qū)位于云南西北部，具有豐富的鉛、鋅、銅資源，其開采居全國首位、世界第二.隨著勘探力度的進(jìn)一步加大，礦區(qū)周邊環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)峻.因此，對研究區(qū)域周邊農(nóng)田土壤重金屬進(jìn)行綜合污染風(fēng)險評估和污染源來源解析是極其必要的.近年來，國內(nèi)外學(xué)者對土壤中重金屬污染風(fēng)險評價方法進(jìn)行了廣泛的研究[12-15].目前污染評價的方法包括單因子指數(shù)法、地累積指數(shù)法[12]、潛在生態(tài)危害指數(shù)法[13]等.文獻(xiàn)[14]利用地累積指數(shù)法，結(jié)合改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對秘魯兩地的重金屬污染風(fēng)險進(jìn)行綜合評價;賈莉等[15]以池州市某典型農(nóng)用地為例，采用單因子指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對農(nóng)田土壤重金屬污染進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價.

本文基于云南某鉛鋅礦周邊農(nóng)田土壤重金屬含量的調(diào)查和分析，以 2018年正式頒布實施的農(nóng)田《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[16]結(jié)合評價多種土壤中重金屬污染評估的方法綜合評價了研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染情況，采用主成分分析（PCA）和正定矩陣因子分解（PMF）模型對該研究區(qū)表層土壤中7種重金屬的來源進(jìn)行了定量解析，研究了其空間變異情況，篩選主要污染源并統(tǒng)計了農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量特征，能夠從不同角度較為全面地了解研究區(qū)的土壤重金屬污染現(xiàn)狀，為該研究區(qū)重金屬污染農(nóng)田的安全利用和重金屬污染治理提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)，為保障土地安全健康和土地資源的可持續(xù)利用提供數(shù)據(jù)支撐.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省西北部， 26^°22^′～26^°34^′N 99^°13^′～99^°26^′E. 采樣區(qū)屬于低緯高原季風(fēng)氣候，四季不分明，干濕季節(jié)分明.平均海拔超過 2240m 一年內(nèi)有霜期 175d ，最高氣溫可達(dá) 31.5^°C ，土壤以紫色土為主，主要種植小麥、玉米、馬鈴薯等作物.在研究區(qū)采集了旱田土壤和農(nóng)產(chǎn)品一對一的有效樣點，共采集31對樣點.采集玉米（ZeamaysL.）等谷物類樣品12個，馬鈴薯（Solanumtuberos-umL.）等薯類作物樣品12個，白菜（Brassicarapavar.glabraRegel）等葉菜蔬菜樣品7個.

1.2 樣品采集與分析

土壤采樣以隨機采樣調(diào)查為主，采用梅花點采樣法在研究區(qū)域內(nèi)采集多點混合樣，通常為 3～ 5個具有代表性的采樣點，使用土鉆垂直鉆取 0～ 20cm 深度的表層土壤混合為單一樣品，采樣過程中去除大顆粒石塊、植物根部及塑料等雜質(zhì)后采用四分法取 2kg 土壤樣品，并將采集的土壤樣本迅速封裝于聚乙烯袋內(nèi)，做好相應(yīng)標(biāo)識，隨后在通風(fēng)良好的環(huán)境中自然晾干.晾干后的土壤樣本用木棍搗碎，確保土樣能完全通過 0.149mm 的尼龍篩，并充分混合以備檢測.農(nóng)產(chǎn)品采集時，將植株可食部分裝入紙封袋內(nèi)帶回實驗室，先用清水清洗，再用蒸餾潤洗，晾干水分， 105°C 殺青后， 70^°C 烘干，研磨過 0.149mm 篩備用.土壤重金屬Cd、Cu、Ni、Pb、Zn的測定，采用 HNO₃-HF-HClO₄"法消解后，Pb和Cd參照國家標(biāo)準(zhǔn) ?GB/T17141-1997?，C Cr 參照國家標(biāo)準(zhǔn) （GB/T17137-1997），C1 和 Zn 參照國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T17138—1997）， Ni 參照 （GB/T17139-1997） ，使用火焰原子吸收分光光度法對以上重金屬進(jìn)行含量測定；而As和 Hg 則經(jīng)王水（硝酸 （ρ=1.42g/mL） 和鹽酸（2 （ρ=1.19g/mL） 的體積比 1：3） 消解后，參照國家標(biāo)準(zhǔn) （GB/T22105.1-2008） 采用AFS-8520型原子熒光光度計進(jìn)行測定.農(nóng)產(chǎn)品重金屬 Cu，Pb，Zn，Cd，Ni 含量測定參照國家標(biāo)準(zhǔn) （GB5009.268-2016） ，采用ICA-PRQ型電感耦合等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行測定；As、 Hg 含量則分別參照（ （GB5009.11-2014） 和 （GB5009.17- 2021），采用AFS-8520型原子熒光光度計進(jìn)行測定。

圖1研究區(qū)位置圖及土壤采樣點位圖

Fig.1 Location map of the study area and soil sampling locations

1.3 評價標(biāo)準(zhǔn)與方法

1.3.1 評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—2018）[16]中的分級及分類原則，農(nóng)田土壤執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)，按照pH值范圍執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)值.參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》GB 2762－2017）[17]對農(nóng)產(chǎn)品中的Pb、Cd、Ni、As、 Hg 重金屬元素進(jìn)行限量判別， Cu 元素依據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)食品中銅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB15199-94）^[18] ， Z_n 元素依據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鋅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB13106—91）[19].

1.3.2 評價方法（1）單因子污染指數(shù)法

計算方法為土壤中污染物 i 的污染指數(shù) P_i 等于污染物 i 的實測值 C_i（mg?kg^-1 ）與污染物 i 的評價標(biāo)準(zhǔn) S_i（mg?kg^-1 ）之比，具體計算式為： P_i=C_i/S_i .分級情況見表1.

（2）內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

，式中， P^′ 為監(jiān)測指標(biāo)的綜合污染指數(shù)， 為監(jiān)測指標(biāo)中單項污染指數(shù)的平均值，P_max 為監(jiān)測指標(biāo)中單項污染指數(shù)的最大值.分級情況見表1.

（3）潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是由瑞典學(xué)者HAKAN-SON創(chuàng)立[13]，該方法基于重金屬的理化性質(zhì)和環(huán)境的相互作用，評價重金屬污染程度及其潛在生態(tài)危害.此方法綜合考量了重金屬的生物毒性系數(shù)、元素背景值以及對環(huán)境的影響，利用一套具有可比的、統(tǒng)一的指數(shù)體系來評定土壤重金屬的生態(tài)危害[20].土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù) RI 的表達(dá)形式為： ，式中 為單因素元素 i （204號的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)， P_i 為重金屬元素 i 的單因子污染指數(shù)， 為重金屬 i 的毒性響應(yīng)系數(shù)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Pb、Cu、Ni的重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)均為 5，Cr，As，Cd，Zn，Hg 分別為2、10、30、1、40.分級標(biāo)準(zhǔn)見表2.

表1綜合評價指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

Tab.1 Comprehensive evaluation index grading standards

表2土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險分級

Tab.2 Classification of heavy metalspotential ecological risksin soil

（4）地質(zhì)累積指數(shù)法

I_geo=log₂（C_i/1.5B_i） ，式中 I_geo 為地質(zhì)累積指數(shù)； B_i 為 i 元素的云南土壤背景值 （mg?kg^-1 ）， C_i 為重金屬元素 i 的實測值 （mg?kg^-1 ）.根據(jù) I_geo 的值劃分污染程度： （-∞，0） ，未污染；[0，1），無污染一中度污染;[1，2），中度污染;[2，3），中度污染一強度污染;[3，4），強度污染；[4，5），強度污染一極強度污染；[5，+∞） ，極強度污染.

1.3.3 重金屬源解析方法

主成分分析（PCA）是一種多變量統(tǒng)計方法，最常用的降維方法之一，通過正交變換將一組可能存在相關(guān)性的變量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的變量.

PMF 模型為多變量分析方法，使用加權(quán)最小二乘法進(jìn)行迭代計算，將樣品數(shù)據(jù)集矩陣分解為源貢獻(xiàn)率矩陣和源成分譜矩陣.基本計算公式如下： ，其中， x_ij 為樣本 i 中國 j 元素的值， 為第 k 個污染源對樣本 i 的貢獻(xiàn)率， f_kj 為污染源 k 對 j 元素的貢獻(xiàn)率， e_?ij 為殘差矩陣.

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析工具

數(shù)據(jù)經(jīng)過 Excle 2O07初步匯總后，利用IBMSPSS Statistics 27軟件對重金屬元素進(jìn)行描述統(tǒng)計分析、Pearson相關(guān)性分析和主成分分析，并采用ArcGIS10.8和Origin Pro2024b 軟件完成圖形繪制工作.

2 結(jié)果與討論

2.1 研究區(qū)土壤重金屬含量統(tǒng)計分析

通過調(diào)查分析，研究區(qū)土壤 pH 值范圍在 6.3～7.7 之間，平均值為7.1，總體呈中性，其中2個樣點 pHlt; 6.5，25個樣點 pH 值處于 6.5～7.5，4 個樣點 pHgt;7.5. 土壤有機質(zhì)質(zhì)量含量在 7.70～65.96g^?kg^-1 之間，平均值為 30.36g?kg^-1 ：

由表3可知，研究區(qū)域內(nèi)土壤重金屬Pb、Cd 和 Zn 的質(zhì)量含量范圍分別為 17.60～778.00mg?kg^-1 、（204號 0.15～32.00mg?kg^-1 和 48.50～2446.00mg?kg^-1 ，其算術(shù)平均值分別為 164.23mg?kg^-1.4.01mg? kg^-1 和 421.08mg?kg^-1 ，均超過了國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn).從超標(biāo)的樣點數(shù)統(tǒng)計來看， Pb，Cd，Zn3 種元素超標(biāo)樣點數(shù)分別占總樣點數(shù)的 32.26%.96.77% 和 45.16% ；土壤As的算術(shù)平均值沒有超標(biāo)，但是點位超標(biāo)率達(dá)到了 16.13% .調(diào)查區(qū)土壤 Cu，Ni 和 Hg 質(zhì)量含量的算術(shù)平均值分別為 22.02mg?kg^-1，23.39mg?kg^-1 和0.09mg?kg^-1 ，均沒有超過國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn).云南省土壤背景值與“七五\"期間的調(diào)查相比，研究區(qū)農(nóng)田土壤 Pb.Cd.Zn As和 Hg 的平均值分別高于背景值的2.87、15.71、3.49、0.37和0.87倍，存在不同程度的富集現(xiàn)象，而 Cu 和 Ni 的平均質(zhì)量含量均略有下降.

表3研究區(qū)土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計

Tab.3Descriptive statistics of heavy metal content in soil in the study area

注：由于研究區(qū)土壤 ΔpH 整體呈現(xiàn)中性，因此參照農(nóng)田《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618一2018）中 6.5

變異系數(shù)（ CV） 的大小能夠反映某種元素含量在不同采樣點分布的均勻性和變異性.由表3中的變異系數(shù)可知，7種重金屬元素間的變異系數(shù)差別顯著，大小順序依次為 Cd，Zn，As，Pb，Hg，Cu，Ni ，其中Pb、Cd、Z_n 和As的變異系數(shù)均超 100% ，為強變異性[21]，變異系數(shù)CV值越大，意味著重金屬元素在空間分布上越不均勻，可能受人為活動干擾強烈;研究區(qū)土壤Cu和Ni的變異系數(shù)均較小，分別為 27.81% 和 26.57% ，說明其受外界擾動較小.一般情況下認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的偏度系數(shù)為0，峰度系數(shù)為3.若某種重金屬元素受人為因素影響較大而在土壤中累積，則偏度系數(shù)大于0，說明這種重金屬含量在平均值以上的樣點多于平均值以下的樣點數(shù)[22].本研究中，除了Ni元素外，其他6種元素的偏度系數(shù)均為正，說明存在人類活動和工業(yè)化過程使得重金屬元素不斷在農(nóng)田土壤中富集的現(xiàn)象.從峰度系數(shù)來看，Cd和As峰度系數(shù)均超過3，說明這兩者的數(shù)據(jù)分布較為集中；而 Pb，Cu，Zn，Ni 和 Hg 的峰度系數(shù)較低，說明其數(shù)據(jù)分布較為分散.

2.2 研究區(qū)域土壤重金屬污染評價

2.2.1 單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價

采用單項污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別對 6.57.5 的土壤重金屬污染進(jìn)行評價.從評價結(jié)果來看（圖2），各重金屬單項污染指數(shù)平均值大小順序依次為 Cd，Zn，Pb，As，Cu，Ni，Hg .在2個王壤 pH 值范圍內(nèi)， Cu 、Ni、As和 Hg 的單項污染指數(shù)平均值均低于0.8，表明這些元素處于無污染狀態(tài)；Pb的單項污染指數(shù)介于1到2之間，表明Pb 污染處于警戒水平;而Cd的單項污染指數(shù)均超過5，表明Cd的污染程度已達(dá)到重度污染級別.另外，土壤 pH 介于 6.5～7.5 之間的重金屬 Zn 處于警戒級別，而 pH 大于7.5的 Zn 處于輕度污染級別.根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法， 6.57.5 的土壤綜合污染指數(shù)分別為7.73、11.23，均處于重度污染級別.

2.2.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價

運用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對研究區(qū)重金屬污染程度進(jìn)行評價，由圖3可知，在2種不同 pH 值土壤中， 和 Hg 這6種重金屬元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)均低于10，潛在生態(tài)危害程度均處于低生態(tài)風(fēng)險級別；而Cd元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)均高于320，處于極強的生態(tài)風(fēng)險級別，表明Cd的污染最為嚴(yán)重，這與圖2中單項污染指數(shù)法的評價結(jié)果基本一致.兩種 pH 范圍內(nèi)的土壤，其總體潛在生態(tài)危害指數(shù)分別為340.62和489.95，處于300到600之間，均屬于強生態(tài)風(fēng)險程度.

圖2研究區(qū)土壤重金屬單因子污染指數(shù)

圖3土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)

2.2.3 地質(zhì)累積指數(shù)法

以云南省土壤環(huán)境背景值為基準(zhǔn)值，采用地質(zhì)累積指數(shù)法對研究區(qū)表層土壤重金屬污染進(jìn)行評價.由圖4可知，研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬As、 Hg，Cu，Pb，Zn，Cd 和Ni的地質(zhì)累積指數(shù)分布分別介于 -2.93～2.67_s-2.00～2.46 -2.36～-0.94，-1.85～3.61，-1.53～4.12 、-1.29～6.47，-2.45～-0.81 之間，其均值由大到小依次為 2.44（Cd）.0.75（Zn）.0.47（Pb） 、-0.06（Hg）_Ω-0.74（As）_Ω-1.53（Ni） 和—1.74（ Cu） .依據(jù)地質(zhì)累積指數(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)Hg 、As、Ni和 Cu 的均值均低于0，處于無污染級別； Pb 和 Zn 的均值處于[0，1）之間，處于無污染—中度污染級別；Cd的均值介于[2，3）之間，處于中度污染—強度污染級別.由圖4可知，研究區(qū) Cu 和Ni的地質(zhì)累積指數(shù)分布較為集中，表明各地區(qū)受污染程度相對均勻.相比之下，As、 Hg.Pb.Zn 和Cd的地質(zhì)累積指數(shù)分布較分散，表明不同地區(qū)受污染程度差異較大.

圖4研究區(qū)土壤重金屬地質(zhì)累積指數(shù)分布Fig.4 Geological accumulation index distribution of heavymetalsin soilsofthe studyarea

計算各污染級別樣品數(shù)占總樣品數(shù)百分比，結(jié)果表明，研究區(qū)不受 Cu 和 Ni的污染；As ∴Hg，Pb 和 Zn 無污染區(qū)分別為 77.42%.48.39%.38.71% 和 38.71% ： Hg 、Zn 和Cd中度污染區(qū)分別為 12.90%.12.90% 和22.58% ;Pb、 Z_n 和Cd中度污染區(qū)以上分別為 19.35%.22.59% 和 51.62% ： Zn 和Cd強度污染以上分別為3.23% 和 6.46% .綜上所述，研究區(qū)Cd污染最為嚴(yán)重， Zn 和 Pb 次之，這與圖2中單項污染指數(shù)評價法的評價結(jié)果基本一致.

2.3研究區(qū)土壤重金屬元素來源解析

2.3.1 研究區(qū)土壤重金屬相關(guān)性分析

相關(guān)性分析可以體現(xiàn)出任意兩個元素之間存在一定但不完全確定的相關(guān)關(guān)系，通常意義上認(rèn)為，兩種元素之間的相關(guān)性越顯著，它們之間具有相似來源的可能性越大[23].據(jù)研究區(qū)土壤重金屬全量的相關(guān)分析結(jié)果（表4）， Hg 與其他6種元素的相關(guān)性均不顯著，表明其具有相同或相似來源的可能性較小.土壤中 Ni與Pb，Cd，Cu，Zn，Hg 的相關(guān)性均不顯著，而Pb與 Cd，Cu，Zn， As均存在顯著的正相關(guān)性， Zn 與Pb、Cd極顯著正相關(guān)，As與] ³b，Cu，Zn， Ni極顯著正相關(guān)，說明土壤中 Pb 、Cd、Cu、Zn和As這幾種元素可能具有相同或相似的來源.表4中 Pb 與 Zn 、Cd與 Zn 之間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.907和0.926，表明 Zn 與Pb、Cd可能具有相同的來源.

表4研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬全量相關(guān)分析

Tab.4Correlation analysis of total heavy metals in farmland soils in the study area

注： ? 表示在0.05水平（雙側(cè)檢驗）顯著相關(guān)， ×× 表示在0.01水平（雙側(cè)檢驗）顯著相關(guān)，

2.3.2 研究區(qū)土壤重金屬主成分分析

主成分分析（PCA）是利用數(shù)理統(tǒng)計方法簡化并提取原始數(shù)據(jù)中隱藏的信息，揭示其內(nèi)在的關(guān)聯(lián)性，從而判斷確認(rèn)重金屬的來源狀況[224-25]，因此采用因子分析對研究區(qū)土壤重金屬來源進(jìn)行研究.對該研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，采用方差最大旋轉(zhuǎn)因子法進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn).在進(jìn)行因子分析前，對研究區(qū)采集的土壤樣點進(jìn)行KMO和Bartlett球形檢驗，結(jié)果顯示KMO值為O.48，Bartlett球形檢驗值為182.582L ?df=21，plt;0.001） ，說明該因子分析是有效的.經(jīng)因子分析后提取的3個主成分特征值均大于1，旋轉(zhuǎn)前后提取的3個主成分的累積總方差為 83.273% （表5），沒有發(fā)生任何改變，具有代表性，

從旋轉(zhuǎn)后因子的載荷量分析結(jié)果來看（表5），前3個因子概括了7種元素所包含的大部分土壤信息，其中 Pb.Cd.Zn 在因子1上均有較高的正載荷，貢獻(xiàn)率為 39.867% ，其平均值均高于云南省土壤背景值，所調(diào)查的樣點中均存在不同程度的點位超標(biāo)情況，且變異系數(shù)屬于強變異性.另外，由表4的相關(guān)分析可知，研究區(qū)土壤重金屬Pb與 Cd，Zn 之間均具有顯著的正相關(guān)性，表明此3種重金屬元素具有一定的同源性，且在當(dāng)?shù)禺惓８患植驾^不均勻，主要受人類活動和工礦活動的影響，因此，因子1被視為一種人為來源.研究區(qū)位于大型鉛鋅礦周邊，礦產(chǎn)開采的過程中排放的廢水、產(chǎn)生的礦渣及堆存的尾礦均向周邊環(huán)境中輸入大量的重金屬，導(dǎo)致重金屬在土壤中富集，

因子2上的Cu、Ni、As均有較高的載荷，貢獻(xiàn)率為 27.497% ，調(diào)查區(qū)土壤重金屬 Cu 和Ni平均值均低于云南省土壤背景值和國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn)，變異系數(shù)均較低，兩者之間沒有相關(guān)性，說明這2種重金屬未在當(dāng)?shù)馗患植驾^為均勻，主要受氣候、成土母質(zhì)等自然因素的影響.而As平均值略高于云南省土壤背景值，低于國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn)，變異系數(shù)較大，說明其在當(dāng)?shù)赜兴患狱c之間含量分布較不均勻.另外，As不但在因子2上有較高的載荷，且在因子1上也有一定的載荷量（ _r=0.411 ，同時As與 c_u 、Ni均有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，由此推測，As可能存在雙重來源，其不僅受到自然因素的影響，還在一定程度上受到人為活動的影響.這可能是由于研究區(qū)大多數(shù)采樣點取自鉛鋅礦周邊農(nóng)田土壤，鉛鋅礦往往伴生硫砷鐵礦，人為開礦過程中導(dǎo)致了砷元素在周邊土壤中不斷地累積.因此， Cu 和Ni被認(rèn)為可能主要源于成土母質(zhì)等自然因素，而As主要來源于自然因素與人為活動疊加的共同作用.

因子3上的 Hg 有較高的正載荷，貢獻(xiàn)率為 15.908% ，其平均值明顯高于云南省背景值，且 Hg 的變異系數(shù)為 90.21% ，接近強變異性，表明其含量與人類活動有關(guān).考慮到研究區(qū)土壤樣品大多數(shù)采自鉛鋅礦區(qū)周邊農(nóng)田，幾乎所有的礦物都含有汞，研究區(qū)進(jìn)行著大規(guī)模的礦山開采和金屬冶煉活動，必然產(chǎn)生大量含汞廢礦渣和冶煉爐渣，侵占周邊耕地，進(jìn)而對礦區(qū)土壤產(chǎn)生污染[26].另外，在實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，灌溉施肥必不可少，某些化肥和農(nóng)藥中含有 Hg 元素，長期以來農(nóng)藥化肥大量施加到農(nóng)田中，以及采用含 Hg 的水源進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，使得 Hg 在土壤中不斷累積[27].因此，推測 Hg 的累積很有可能源于以上工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動.

綜上，由主成分分析（PCA）結(jié)果可知，因子1的方差貢獻(xiàn)率為 39.867% ，因子2的方差貢獻(xiàn)率為27.497% ，兩者均遠(yuǎn)高于因子3的貢獻(xiàn)率.因此，研究區(qū)土壤重金屬 Cd，Zn，Pb 的輸入對當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤環(huán)境的影響是最大的，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的主要影響因子，這與地質(zhì)累積指數(shù)評價結(jié)果 （I_geoCdgt;I_geoZngt; I_geoPb） 和土壤中各重金屬樣點超標(biāo)率的結(jié)果（表3） （aCdgt;aZngt;aPbgt;aAsgt;aCu=aNi=aHg） 基本相一致.

表5研究區(qū)土壤重金屬主成分分析

Tab.5Principal component analysis of soil heavy metals in study area

注：旋轉(zhuǎn)在4次迭代后收斂.

2.3.3 研究區(qū)土壤重金屬來源定量解析

本研究在主成分分析的基礎(chǔ)上，通過 PMF 模型對研究區(qū)內(nèi)土壤中7種重金屬元素的來源進(jìn)行了定量解析.本文數(shù)據(jù)信噪比均大于3，適合使用該模型，本文PMF模型的最佳因子數(shù)為3.

主成分分析表明，研究區(qū)7種金屬存在3種污染源，再進(jìn)一步結(jié)合各重金屬的污染源成分譜（圖5），可對土壤重金屬來源定量解析.Pb、Cd、 Zn 的主要污染源為人類活動和工礦活動，因子1對 Pb，Cd，Zn 的貢獻(xiàn)率較大，因此，判定1為人為源.因子2對 Cu 、Ni、As的貢獻(xiàn)率較高，分別為 74.3% 、86.4%.53.5% ，結(jié)合源識別判定結(jié)果，因子2為自然母質(zhì)源； Hg 污染來源主要為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，成分譜顯示 Hg 污染來源中因子3的貢獻(xiàn)率達(dá)到 89.3% ，故判斷因子3為工農(nóng)業(yè)活動源.

從3種污染源對整個研究區(qū)土壤重金屬污染的貢獻(xiàn)率看（圖6），自然母質(zhì)源僅占21.5% ，人類活動影響占比為 68.3% ，整體上，研究區(qū)人類活動源貢獻(xiàn)率最高.這表明，研究區(qū)重金屬元素來源復(fù)雜多樣，屬于混合污染，其中受人類活動影響較大，

圖5土壤重金屬污染源成分譜

Fig.5Compositional spectrum of soil heavy metal pollution sources

2.4研究區(qū)農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量特征

對研究區(qū)農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量進(jìn)行統(tǒng)計分析，如表6所示.參照食品國家安全標(biāo)準(zhǔn)研究區(qū)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬 Pb 含量的點位超標(biāo)率達(dá)到 100% ，其中葉菜蔬菜重金屬Pb平均質(zhì)量含量最高為 1.02mg^. .kg^-1 .谷物、薯類和葉菜蔬菜類的重金屬Cd的點位超標(biāo)率分別為 16.67%.33.33% 和 66.67% ，其中葉萊蔬菜類重金屬Cd平均質(zhì)量含量最高達(dá) 0.34mg ·kg^-1 .另外，谷物和薯類農(nóng)產(chǎn)品中重金屬Ni的點位超標(biāo)率分別達(dá) 91.67% 和 16.67% ，葉菜蔬菜類重金屬 Ni均未超標(biāo).而研究區(qū)農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬 Cu 、Zn 、As和 Hg 質(zhì)量含量均未超標(biāo).由此可見，研究區(qū)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬Pb、Cd和Ni存在一定的超標(biāo)現(xiàn)象，其中農(nóng)產(chǎn)品中Pb的超標(biāo)情況最為嚴(yán)重.

圖6不同污染物來源的總貢獻(xiàn)率

Fig.6 Total contribution ofdifferent pollutant sources

表6研究區(qū)農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量特征

Tab.6Characteristics of heavy metal content in agricultural products in the study area

3結(jié)論

研究區(qū)土壤重金屬Cd、Zn、Pb、As點位超標(biāo)率分別為 96.77%.45.16%.32.26%.16.13% ，這4種金屬在本地較為富集，均屬于強變異.單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價可知，Cd屬于重度污染， Zn 達(dá)到警戒線及其以上程度，Pb也達(dá)到了警戒線程度，研究區(qū)總體為重度污染;潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價得出Cd 的生態(tài)危害程度為極強，潛在生態(tài)危害級別達(dá)到強;地質(zhì)累積指數(shù)法顯示，Cd 污染最為嚴(yán)重.源解析顯示研究區(qū)土壤中重金屬 Cu 和 Ni主要受成土母質(zhì)、氣候等自然因素的影響;As受自然因素與人為活動的共同影響；Pb、Cd、Zn主要來源于工礦業(yè)活動產(chǎn)生的污染； Hg 主要來源于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn).研究區(qū)農(nóng)產(chǎn)品中存在不同程度的重金屬Pb、Cd 和 Ni超標(biāo)，其中Pb 的超標(biāo)率高達(dá) 100%

參考文獻(xiàn)

[1]環(huán)境保護(hù)部，國土資源部.全國土壤污染狀況調(diào)查公報[EB/OL].（2014-04-17）[2024-09-17].htp：//www.gov.cn/foot/2014-04/17/con tent_2661768.htm.

[2]崔瀚文，楊廣斌，崔文剛.貴陽市觀山湖區(qū)喀斯特城鄉(xiāng)交錯區(qū)土壤重金屬的分布特征及風(fēng)險評價[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)）， 2022，37（2）：351-357.

The heavy metals pollution assessment of farmland soil around the lead-zinc mine and characteristics of agricultural product pollution

Zhang Li ^1，2 ，Cai Shengyao1，Zhou Yangl，Shen Xinyu1，Miao Yuan ^1，2_. ， Su Pengl，Wang Songting

1.SchoolofLifeSciences，HenanUniversity，Kaifeng475O04，China；2.XiaoqinlingEcologicalRestorationFieldScientific Observation and Research Station of Yellow River Basin，Sanmenxia 472ooo，China）

Abstract：Inorder toinvestigate the heavy metals polution status offarmland soil andits environmental risk ina leadzinc mine in Yunnan，the masscontents of seven heavy metal elements（Pb，Cd，Cu，Ni，Zn，As，Hg）infarmland soil and theircorresponding heavy metalcontents inagricultural products intheregion were determined.The pollution index method， potential ecological hazard index （RI） and geological accumulation index（ ?I_geo ）were used to evaluate the degree of heavy metals pollutionandpotentialpolutionrisk，and the principalcomponentanalysis（PCA）andpositivedefinite matrix factorization （PMF）models wereused to quantitatively analyze the sources of heavy metals.The results showed that the mean values of Pb ， Cd， Zn ，As and Hg contents in the study area were higher than the background values of soils in Yunnan Province，while the mean contents of Cu and Ni were lower than the background values，and the exceedance rates of Cd ！ Zn ， Pb and As at the points were 96.77% ， 45.16% ， 32.26% and 16.13% ，respectively. The index method showed that Cd belonged to heavy pollution，Pbwasinthealertlevel，andtheoverallpolltionlevelwashavy；thepotentialecologicalhazardindex methodindicated thattheecologicalhazardlevelofCdwasextremelystrong，andtheoverallpotentialecologicalhazardsreachedthelevelof strong pollution；and the ground cumulative indexes of Cd， Zn ，and Pb were greater than O，with Cd being the most seriously polluted and Pb and Z_n the next most seriously polluted. Source analysis shows that Cu and Ni mainly come from natural factors such as soil-forming parent material; Pb ，Cd and Zn mainly come from industrial and mining activities；As is affected by both natural factors and anthropogenic activities；and Hg mainly comes from industrial and agricultural production. The exceeding rate of Pb in agricultural products is as high as 100% ，which is the most serious. Yunnan should enchance the standardizationand managementof industrialand miningactivitiesinorder toreducetheimpactontheecologicalenvironmentandfood safety.

Keywords： farmland soil; heavy metals; pollution assessment; source analysis