兰州市耕地表层土壤“五毒”重金属污染状况和风险评估

摘 要土壤是农业生产的基本资料，工业化和城市化加快，耕地土壤重金属污染问题日益尖锐。重金属污染不可降解，区域重金属累积破快土地生态系统，造成可安全利用耕地面积缩减，并使耕地质量下降。土壤重金属污染特征分析、来源解析、风险评价对保障食品安全以及环境安全具有十分重要的意义，为防治和治理土壤重金属污染提供重要的理论基础。本文以兰州市耕地表层土壤为研究对象，对 As、Cd、Cr、Hg、Pb 共 5 种重金属元素进行分析测试，采用地统计学方法与 ArcGIS 空间分析技术相结合，对研究区表层土壤的结构分析和各重金属元素在耕地土壤中的分布情况进行分析，运用相关性分析、主成分分析探讨耕地土壤中重金属的来源及影响因素，运用内梅罗污染指数综合评价法、潜在生态风险指数评价法对耕地表层土壤重金属污染做了污染及风险评价，以期为兰州市土壤重金属污染防治提供科学依据。主要研究成果如下：（1）耕地表层土壤 pH 均值 8.46，属于碱性土壤。同国家农用地土壤污染风险管控标准（GB15618-2018）筛选值相比，在所有样点中 Hg 未超标外，其余四种 金 属 超 标 率 在 0.75% 以 下 。 除 Cr 外 ， 各 元 素 均 超 出 甘 肃 土 壤 背 景 值 ，As、Cd、Hg、Pb 重金属在一定程度上存在累积污染趋势。Hg 的空间分布具有明显的离散性，受人为活动干扰强烈。（2）半变异函数拟合表明耕地表层土壤 As、Cd 以高斯模型为优，Cr 和 Hg 以球状模型为优，Pb 以指数模型为优。As、Cd、Cr、Hg、Pb5 种重金属元素的块金效应均 0.25-0.75 之间，属中等空间自相关，除受到自然因素的作用外，也受到工业生产活动、农业生产活动、交通、居民生活等影响。重金属 As 和 Cr 的空间分布特征相似，Pb 和 Hg 的空间分布特征相似，暗示它们可能有相同来源。重金属各元素在兰州市各区县均有超出背景值分布区域。As、Cr 整体呈西高东低的趋势；Cd 的趋势相反，为东高西低的趋势；Hg、Pb 整体上呈中心高四周低。（3）Pearson 相关性分析表明 Cd、Pb、Hg 之间相关性强，这三种元素来源相似 。 主 成 分 分 析 将 五 种 重 金 属 分 为 3 个 主 因 子 ， 累 积 方 差 贡 献 率 为79.971%。F1 由 Pb、Hg、Cd 组成，受工农业因子影响； F2 由 Cr 组成，属自然成分；F3 由 As 组成，属于农业活动因子。（4）本研究选取甘肃土壤背景值做为参考值，评价兰州市耕地土壤污染水...