梁慧黎，樊 敏，賈 梁，諶 書(shū)，蔣 卉，傅開(kāi)彬，王 哲，姚 俊，李 森

(1.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083；3.四川省自然資源科學(xué)研究院，四川 成都 610000)

0 引言

我國(guó)西南地區(qū)是喀斯特巖溶地貌分布最集中、范圍最廣的地區(qū)之一[1]，該區(qū)域礦產(chǎn)資源豐富、冶煉企業(yè)眾多、礦業(yè)活動(dòng)頻繁，形成的大量渣場(chǎng)給脆弱的喀斯特巖溶生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的“三廢”進(jìn)入渣場(chǎng)周邊土壤，不僅威脅人類(lèi)健康[2]，還會(huì)影響糧食安全以及土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。有研究[3]表明，喀斯特地區(qū)碳酸鹽巖風(fēng)化土壤的重金屬含量均顯著高于其他基巖。楊奇勇等[4]對(duì)云南廣南縣典型喀斯特地區(qū)土壤重金屬含量的空間變異性分析結(jié)果顯示，土壤重金屬含量顯著高于非喀斯特地區(qū)，在該地貌影響下，渣場(chǎng)影響區(qū)土壤重金屬累積程度達(dá)到中-強(qiáng)污染水平[5-6]。當(dāng)前，針對(duì)土壤環(huán)境污染程度已有多種評(píng)價(jià)方法：富集系數(shù)法[7]、單因子污染指數(shù)法[8]、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法[9]、潛在生態(tài)危害指數(shù)和地累積指數(shù)法[10]等。此外，多元統(tǒng)計(jì)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)也被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬空間分布特征及環(huán)境污染綜合評(píng)價(jià)研究中[11]。

前人研究大多從土壤采樣點(diǎn)局部或者土壤重金屬單個(gè)指標(biāo)揭示重金屬污染程度[12-13]，未將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果與多元統(tǒng)計(jì)、空間分析和地統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合，不能揭示重金屬分布差異與驅(qū)動(dòng)因素間的相互作用關(guān)系以及各采樣點(diǎn)重金屬指標(biāo)在空間上的鄰近效應(yīng)以及空間分布特征，不能實(shí)現(xiàn)研究區(qū)土壤重金屬污染分區(qū)。因此，本研究采用多元統(tǒng)計(jì)-空間分析-土壤污染綜合評(píng)價(jià)研究方法，得到土壤重金屬空間分布特征和污染程度可視化信息，實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)到面、由離散到連續(xù)定量刻畫(huà)渣場(chǎng)影響區(qū)土壤重金屬污染程度的空間分布特征，可為喀斯特地區(qū)渣場(chǎng)影響區(qū)土壤重金屬污染分區(qū)治理和區(qū)域管控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域?yàn)樵颇鲜|南部某典型鉛鋅選冶渣場(chǎng)影響區(qū)，在渣場(chǎng)周邊約2 km2范圍內(nèi)采集樣品。根據(jù)當(dāng)?shù)匾睙拸U渣風(fēng)險(xiǎn)管控調(diào)查結(jié)果，本文選擇的渣場(chǎng)影響區(qū)范圍是根據(jù)渣場(chǎng)周?chē)亟饘贊舛瘸^(guò)農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)管制值確定的。鉛鋅渣場(chǎng)主要污染物為鉛、砷、銅、鋅、鎳、鉻[12]。研究區(qū)地處巖溶山坡溝谷地帶，屬低中山巖溶坡地地貌。該區(qū)域具有典型的喀斯特巖溶背景：生態(tài)環(huán)境脆弱、植被覆蓋率低、地形復(fù)雜、地勢(shì)起伏大、土壤貧瘠、巖石裸露程度高(見(jiàn)圖1)。研究區(qū)域土地類(lèi)型以農(nóng)用地和林地為主，主要農(nóng)作物為玉米、番茄和水稻等。

圖1 采樣點(diǎn)空間分布Fig.1 Spatial distribution of sampling points

1.2 樣品收集和分析

根據(jù)地形及植被特征，在渣場(chǎng)周邊15個(gè)采樣點(diǎn)采集表層(0～30 cm)、中層(30～60 cm)、底層(60～90 cm)3層土壤。采樣點(diǎn)通過(guò)全球定位系統(tǒng)進(jìn)行地理定位。所有土壤樣品在室溫(20～25 ℃)下風(fēng)干，研缽研磨，200目尼龍篩過(guò)篩，并徹底均質(zhì)化，然后將其儲(chǔ)存在聚乙烯袋中，室溫下進(jìn)行物理化學(xué)分析[13]，具體測(cè)定方法見(jiàn)表1。

表1 土壤重金屬含量和理化性質(zhì)測(cè)定方法Table 1 Method for determination of heavy metal concentration and physicochemical properties of soil

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1)相關(guān)性分析

對(duì)各層土壤重金屬含量之間及其與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2)典型對(duì)應(yīng)分析(CCA)

對(duì)各層土壤重金屬含量與理化性質(zhì)間的相互作用關(guān)系進(jìn)行典型對(duì)應(yīng)分析，確定對(duì)土壤重金屬含量影響最重要的理化性質(zhì)。

3)各采樣點(diǎn)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

分別采用單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)、潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)[14]揭示重金屬污染情況，計(jì)算式分別為

(1)

(2)

(3)

(4)

4)土壤重金屬空間插值(IDW)及綜合評(píng)價(jià)

采用IDW揭示重金屬污染程度。用最小-最大歸一化法處理后，借助ArcGIS中的Raster Calculator工具進(jìn)行各層重金屬污染綜合評(píng)價(jià)。最小-最大歸一法計(jì)算式為

(5)

式中，xmax為樣本數(shù)據(jù)的最大值，xmin為樣本數(shù)據(jù)的最小值。

2 結(jié)果分析

2.1 不同土壤層重金屬含量與理化性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)特征

根據(jù)不同土壤層重金屬含量的統(tǒng)計(jì)特征(見(jiàn)表2、圖2)可知，53%以上的表層土壤中Pb、As、Cu、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于中、底層，Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)在表層達(dá)到最高。46%以上的底層土壤中Ni、Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于表、中層，其中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)在底層達(dá)到最高。土壤中有較寬的酸堿度范圍(5.48～8.20)，其中64%的樣品酸堿度在7.0左右。表層土壤TOC和TN質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，其93%的TOC和73%的TN是高于中層和底層的。表層和中層土壤CE較高，最高分別達(dá)28.49、29.46 mS/m。hE的平均值排序?yàn)榈讓?表層>中層。不同層之間CCE沒(méi)有顯著變化。在研究區(qū)土壤各重金屬平均含量與全國(guó)環(huán)境背景值比值和云南省土壤環(huán)境背景值比值中，表層土壤中的Pb平均含量與全國(guó)環(huán)境背景值比值達(dá)到50.70，與云南省土壤環(huán)境背景值的比值達(dá)到32.47。底層土壤中的As平均含量與全國(guó)環(huán)境背景值比值達(dá)到50.11，與云南省土壤環(huán)境背景值的比值達(dá)到30.50。此外，Pb、As的最高含量分別是全國(guó)土壤環(huán)境背景值的162、349倍。

研究區(qū)的土壤樣品理化性質(zhì)空間離散程度差異較顯著(見(jiàn)表2)。當(dāng)變異系數(shù)(CV)小于10%時(shí)，表明變異性較低；當(dāng)CV在10%～90%時(shí)，表現(xiàn)為中等變異；當(dāng)CV大于90%時(shí)，表明變異性較高[15]。pH、CE、hE、CCE、TN和表層土壤中的TOC、Pb的CV在10%～90%，表現(xiàn)為中等變異。表層As、Cu、Zn、Ni、Cr和中層、底層土壤中的Pb的CV均大于90%，變異程度較高。從各采樣點(diǎn)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)(見(jiàn)圖2)看出：在表層土壤中，兩種土地類(lèi)型中Pb、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)明顯差異，但農(nóng)用地2號(hào)采樣點(diǎn)As、Cu、Ni、Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他采樣點(diǎn)，總體而言，農(nóng)用地表層土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于林地；在中層土壤中，兩種土地利用類(lèi)型中7號(hào)采樣點(diǎn)的Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及3、7號(hào)采樣點(diǎn)的As、Cu、Zn、Ni、Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于其他采樣點(diǎn)；在底層土壤中，3、5、8號(hào)采樣點(diǎn)的Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)，3、8、9、14號(hào)采樣點(diǎn)的As質(zhì)量分?jǐn)?shù)，3號(hào)采樣點(diǎn)的Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)，3、7～9、14號(hào)采樣點(diǎn)的Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)，3、9、14號(hào)采樣點(diǎn)的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)，3、8、9、14號(hào)采樣點(diǎn)的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于其他采樣點(diǎn)。

表2 不同土壤層重金屬含量與理化性質(zhì)的描述性統(tǒng)計(jì)Table2 Descriptive statistics of concentrations of heavy metals contained in different layers of soil and its physicochemical properties

圖2 不同土壤層重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征

2.2 不同土壤層重金屬含量與理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

各重金屬之間及其與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性表明，各重金屬間的相關(guān)性差異顯著(見(jiàn)表3、表4)。兩種土壤利用類(lèi)型中，表層土壤的Pb與Zn、As、Cu、Ni、Cr之間相關(guān)性均不顯著。在林地，表層土壤的As-Cu，中層土壤的Pb-As-Cu-Zn-Ni-Cr，底層土壤的Pb-As-Zn、As-Cr、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni-Cr的皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)大于0.5，相關(guān)性顯著。在農(nóng)用地，表層土壤的As-Zn、As-Cu-Zn-Ni-Cr，中層土壤和底層土壤的As-Cu-Zn-Ni-Cr的Pearson相關(guān)系數(shù)大于0.5，相關(guān)性顯著。

在林地表層土壤中，As、Cu與TOC、TN存在顯著正相關(guān)性，Zn與CE存在顯著正相關(guān)性；在中層土壤中，Pb、As、Cu、Zn、Ni、Cr與CE存在顯著正相關(guān)性，Ni、Cr與hE存在顯著正相關(guān)性；在底層土壤中，Pb、As與TOC、TN存在顯著正相關(guān)性。在農(nóng)用地表層土壤中，重金屬含量與土壤理化性質(zhì)不存在顯著差異；在中層土壤中，As、Cu、Zn、Ni、Cr與hE存在顯著的正相關(guān)性，與pH存在顯著的負(fù)相關(guān)性；在底層土壤中，As、Zn與CE、pH存在顯著的負(fù)相關(guān)性，與hE存在顯著的正相關(guān)性，Cu、Ni、Cr與pH存在顯著的負(fù)相關(guān)性?？傮w來(lái)看，在兩種土地利用類(lèi)型中，大多數(shù)重金屬(As、Cu、Zn、Ni、Cr)與hE存在顯著的正相關(guān)性，與pH存在顯著的負(fù)相關(guān)性。

表3 林地土壤重金屬含量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Table 3 Coefficients of relationship between heavy metals and physical and chemical properties in forest soil

表4 農(nóng)用地土壤重金屬含量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Table 4 Coefficients of relationship between heavy metals and physical and chemical properties of soil in farm land

2.3 各層土壤重金屬-理化性質(zhì)典型對(duì)應(yīng)分析

Pearson相關(guān)性分析可用于研究?jī)煞N污染物之間的聯(lián)系，為了進(jìn)一步探究各理化因子對(duì)重金屬的影響，對(duì)6種尾礦影響區(qū)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行CCA分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。圖3中，第一、第二軸反映了土壤重金屬含量與理化性質(zhì)之間的關(guān)系。

圖3 土壤重金屬含量與理化性質(zhì)的對(duì)應(yīng)分析結(jié)果Fig.3 Analysis results of heavy metal concentration vs. physical and chemical properties of soil

由圖3可知：對(duì)Pb而言，hE是影響其在表層含量變化的主要因素，pH、CE分別是影響其在中層和底層含量變化的主要因素；各層土壤中的As均受到了TOC和TN含量的控制，其中表層所受影響最大，其次為底層，中層受到的影響最??；Cu在表層受到CCE、TOC和TN的影響，在中層受hE的影響最大；Zn在中層和底層的分布主要受CCE影響，Ni、Cr只在中層與hE有強(qiáng)相關(guān)性。

2.4 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

2.4.1 各采樣點(diǎn)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

Pi根據(jù)DZ/T 0295-2016《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》劃分了5個(gè)等級(jí)，PN根據(jù)HJ/T 166-2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》劃分了5個(gè)等級(jí)，依據(jù)Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法將潛在生態(tài)危害指數(shù)IPR劃分為4個(gè)等級(jí)。

單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果(見(jiàn)表5)顯示，Cu、Zn、Ni、Cr評(píng)價(jià)結(jié)果符合一級(jí)(清潔)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的樣點(diǎn)分別占73.33%、53.33%、75.56%、84.44%，Pb、As重度污染樣點(diǎn)分別占44.44%、48.89%，由此可見(jiàn)，Pb、As的積累對(duì)土壤質(zhì)量威脅極大。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，研究區(qū)無(wú)清潔等級(jí)；表層、中層、底層的重度污染樣品數(shù)分別為13、10、8個(gè)，中度污染樣品數(shù)分別為1、3、4個(gè)，輕度污染樣品數(shù)分別為1、2、3個(gè)，綜合各層土壤評(píng)價(jià)結(jié)果，重度污染、中度污染、輕度污染的樣品數(shù)分別為31、8、6個(gè)，重度污染的采樣點(diǎn)主要分布于研究區(qū)的中部和南部。潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，研究區(qū)土壤潛在生態(tài)危害程度排序?yàn)锳s>Pb>Ni>Cu>Cr>Zn，研究區(qū)內(nèi)所有土壤樣品的Cr、Zn潛在生態(tài)危害程度等級(jí)均較低，8個(gè)樣品存在高潛在生態(tài)危害，位于研究區(qū)的中部和南部，絕大部分樣品潛在生態(tài)危害程度低。

表5 研究區(qū)土壤重金屬污染等級(jí)評(píng)價(jià)樣品數(shù)占比統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of the proportion of heavy metal element contaminated soil sample for level evaluation in the studying area

2.4.2 研究區(qū)土壤重金屬綜合污染評(píng)價(jià)

采用反距離加權(quán)插值法和空間疊加法對(duì)各層土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行空間插值和污染綜合評(píng)價(jià)，不同土壤層重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布見(jiàn)圖4。

(a)表層土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布

(b)中層土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布

(c)底層土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布圖4 不同土壤層重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布Fig.4 Spatial distribution of heavy metal concentrations in different layers of soil

由圖4可知，研究區(qū)土壤中重金屬的空間分布南北差異明顯，北方重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于南方。隨著與渣場(chǎng)距離的增大，表層重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)明顯下降，CASTILLO等[17]在一個(gè)嚴(yán)重污染的礦區(qū)大氣金屬沉積中也觀察到了類(lèi)似結(jié)果。表層Pb污染面積更廣，As、Cu、Ni、Cr具有相似的空間分布格局，高污染區(qū)集中在2號(hào)采樣點(diǎn)附近，中層Pb、As、Cu、Zn、Ni、Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值均分布在3、7號(hào)采樣點(diǎn)，底層Ni、Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有相似的空間分布格局。

3 討論

3.1 區(qū)域地質(zhì)地貌特征對(duì)土壤重金屬分布的影響機(jī)制

在生態(tài)脆弱的西南喀斯特地區(qū)，因其土層淺薄、發(fā)育緩慢、基巖裸露等特點(diǎn)[18]，導(dǎo)致表層土壤受喀斯特地貌的影響較大，表層土壤重金屬含量顯著差異于中、底層，表層53%以上的采樣點(diǎn)Pb、As、Cu、Zn和20%以上的采樣點(diǎn)Ni、Cr含量高于中、底層(見(jiàn)表2、圖2)?？λ固氐貐^(qū)裸露的土壤與大氣沉降的重金屬接觸，導(dǎo)致表層土壤重金屬含量較高。表層土壤中Pb、Zn表現(xiàn)出較強(qiáng)的遷移能力和復(fù)雜的調(diào)控能力，其含量隨著與渣場(chǎng)距離的增大而降低，這與MATOS等[19]的研究結(jié)論類(lèi)似。隨著深度的增大，渣場(chǎng)影響區(qū)TOC、TN降低，可能會(huì)加劇重金屬的遷移。土壤剖面平均hE排序?yàn)榈讓?表層>中層。方慧等[20]研究發(fā)現(xiàn)，表層土壤通氣狀況更好，土壤hE應(yīng)該更高，但良好的通氣狀況也更有利于好氧微生物的生長(zhǎng)，好氧微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中消耗大量的氧氣，反過(guò)來(lái)又降低了土壤hE，因此表層土壤hE略低于底層。CCA分析(見(jiàn)圖3)結(jié)果表明，Pb、Zn與CCE呈正相關(guān)，具有較大的陽(yáng)離子交換容量，土壤中負(fù)電荷量隨著CCE的增大而增加，從而提供更多的吸附點(diǎn)位，起到固定Pb2+、Zn2+的作用[21]。中、底層As、Cu、Ni、Cr含量具有相似的空間分布規(guī)律(見(jiàn)圖4)，這可能與重金屬的性質(zhì)與形態(tài)有關(guān)。土壤中的無(wú)機(jī)砷通常以As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的形式存在，有機(jī)砷在土壤中占比極低。無(wú)機(jī)砷在渣場(chǎng)影響區(qū)主要以殘?jiān)鼞B(tài)形式存在[22]，殘?jiān)鼞B(tài)是硅酸鹽礦物的結(jié)合態(tài)，遷移性很弱，難以被生物利用[23]。Cu、Ni在土壤中大多以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)、碳酸結(jié)合態(tài)、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)形式存在，受人為因素影響較大。土壤中的Cr包括Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)2種形式，Cr(Ⅵ)易與土壤中的有機(jī)質(zhì)、S-等發(fā)生還原反應(yīng)，Cr(Ⅲ)易被土壤中的膠體粒子吸附共沉淀[24]。因此，土壤地貌特征是影響表層土壤重金屬污染的主要因素，土壤理化性質(zhì)和重金屬形態(tài)是影響剖面土壤重金屬污染的主要因素。

3.2 土地利用類(lèi)型對(duì)土壤重金屬分布的影響機(jī)制

研究區(qū)域的1-5號(hào)采樣點(diǎn)土地利用類(lèi)型為農(nóng)用地，污染程度較高；6-15號(hào)采樣點(diǎn)土地利用類(lèi)型為林地，污染程度較低(見(jiàn)圖4)。6、7號(hào)采樣點(diǎn)離渣場(chǎng)最近，7-9、12、14號(hào)采樣點(diǎn)靠近公路，其污染程度顯著高于1、10、11、13、15號(hào)采樣點(diǎn)。在研究區(qū)南部(1-3、6-7號(hào))，土地利用類(lèi)型以農(nóng)用地為主，常年種植農(nóng)作物，植被覆蓋度較低，重金屬含量容易受自然因素(成土母質(zhì)、基巖)和人類(lèi)活動(dòng)(冶煉活動(dòng)、交通運(yùn)輸、施肥)的影響。在研究區(qū)北部(4、5、8-15號(hào))，土地利用類(lèi)型以林地為主，雖然大氣沉降會(huì)使重金屬在森林土壤中有所積累，但林地對(duì)重金屬污染具有一定的吸收截留能力。表層TN和TOC含量較高(見(jiàn)表2)，是因?yàn)榱值刂脖煌ㄟ^(guò)參與養(yǎng)分循環(huán)以及根系活動(dòng)和凋落物的分解提高了土壤中TN和TOC的含量[25]，土壤TOC對(duì)重金屬具有一定的絡(luò)合作用，土壤中重金屬含量隨著TOC的增加而升高，究其原因：一方面是由于有機(jī)碳具有大量的官能團(tuán)，可吸附土壤中的重金屬離子；另一方面是土壤中的有機(jī)碳可分解形成腐植酸，腐植酸與土壤中的重金屬形成絡(luò)合物，從而使有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬含量升高[26]。而表層土壤中的As、Cu、Ni、Cr表現(xiàn)出相似的空間分布特征，說(shuō)明污染物來(lái)自同一污染源。根據(jù)空間自相關(guān)分析，表層土壤中Pb和Zn的高質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要是渣場(chǎng)位置的影響，重金屬可以通過(guò)各種途徑(如大氣沉積、風(fēng)向運(yùn)輸)從渣場(chǎng)區(qū)遷移到農(nóng)田，特別是通過(guò)土壤淋溶或地表徑流遷移到河流，然后進(jìn)入下游地區(qū)[27]；Pb的hE是影響其在表層含量變化的主要因素。張江華等[28]的研究表明，hE增加會(huì)導(dǎo)致Pb在土壤中累積。磷肥、農(nóng)藥、糞肥、生物固體等的施用也可能促進(jìn)Pb、As、Zn、Cu、Ni、Cr在農(nóng)業(yè)土壤中的積累[29]。此外，研究區(qū)表層土壤中Cu的積累可能主要受基巖和成土母質(zhì)的影響[30]。土壤中的Zn和Cu在剖面中的含量除了與土壤的成土過(guò)程及土壤本身母巖有關(guān)外，hE及其他因素都會(huì)影響Zn和Cu在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化[31]。周睿等[32]研究發(fā)現(xiàn)，剖面3層土壤的Zn大都以穩(wěn)定的殘?jiān)鼞B(tài)形式存在，而其中的hE對(duì)Zn的影響差異不大，這與本文的研究結(jié)論一致。研究區(qū)域廣泛種植玉米、番茄和水稻，每年都使用化肥、農(nóng)藥和豬牛糞來(lái)增加作物產(chǎn)量。相關(guān)研究[33]表明，農(nóng)藥化肥的使用將增加土壤重金屬的積累。

3.3 土壤重金屬污染程度區(qū)劃

根據(jù)土壤重金屬綜合污染評(píng)價(jià)空間分布，將污染程度劃分為5個(gè)等級(jí)(見(jiàn)圖5)。

圖5 土壤重金屬綜合污染評(píng)價(jià)空間分布Fig.5 Spatial distribution of comprehensive evaluation of soil contamination with heavy metals

由圖5可知：研究區(qū)域土壤重金屬綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)空間分布與土壤重金屬空間插值分布結(jié)果(見(jiàn)圖4)一致；各層土壤在研究區(qū)北部和中、底層土壤的南部表現(xiàn)出大面積的尚清潔和輕微污染，而表層土壤的中南部靠近渣場(chǎng)，整個(gè)研究區(qū)中部靠近公路，導(dǎo)致表層土壤的中南部和中、底層土壤中部污染指數(shù)較高，表現(xiàn)出中度污染和重度污染且污染程度呈現(xiàn)出從研究區(qū)中心向四周逐漸減小的趨勢(shì)，這與離渣場(chǎng)的距離、土壤理化性質(zhì)、區(qū)域地貌、土地利用類(lèi)型等有關(guān)。土壤重金屬在土壤中的積累明顯威脅著環(huán)境質(zhì)量，在研究區(qū)內(nèi)存在明顯的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，需要提高警惕?？傮w來(lái)看，研究區(qū)表、中、底層土壤重金屬綜合污染指數(shù)分別在0.025 3～5.389 6、0.030 1～5.719 9、0.056 6～4.403 1，表層土壤重污染區(qū)分布在研究區(qū)南部，中、底層土壤重污染區(qū)分布在研究區(qū)中部。尚清潔和輕微污染主要分布在森林植被覆蓋區(qū)，中污染和重污染區(qū)主要分布在農(nóng)作物種植區(qū)和近渣場(chǎng)區(qū)，這與上述區(qū)域地質(zhì)地貌特征、土地利用類(lèi)型、土壤重金屬分布的影響機(jī)制結(jié)果一致。渣場(chǎng)影響區(qū)土壤重金屬污染的區(qū)劃可識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)渣場(chǎng)影響區(qū)土壤重金屬污染的分區(qū)治理和區(qū)域管控。

4 結(jié)論

a.渣場(chǎng)影響區(qū)土壤受到不同程度的重金屬污染，其中Pb和As是主要污染物，Pb和As的最高含量分別是全國(guó)土壤環(huán)境背景值的162倍和349倍。土壤地貌特征是影響表層土壤重金屬污染的主要因素，土壤理化性質(zhì)和重金屬形態(tài)是影響剖面土壤重金屬污染的主要因素。

b.在研究區(qū)的中部和南部，土地利用類(lèi)型以農(nóng)用地為主，在自然因素(成土母質(zhì)、基巖)和人類(lèi)活動(dòng)(冶煉活動(dòng)、交通運(yùn)輸、施肥)的雙重影響下，其污染程度較高。而研究區(qū)北部，土地利用類(lèi)型以林地為主，林地對(duì)重金屬污染具有一定的吸收截留能力，其污染程度較低。

c.空間插值和綜合評(píng)價(jià)分析結(jié)果顯示，表層土壤重污染區(qū)分布在研究區(qū)的南部，中、底層土壤重污染區(qū)分布在研究區(qū)的中部，尚清潔和輕度污染區(qū)分布在研究區(qū)的北部。其中，研究區(qū)的中部和南部靠近渣場(chǎng)和公路，加重了該地區(qū)的污染程度。