基于多元統(tǒng)計(jì)和地統(tǒng)計(jì)的肇源縣表層土壤重金屬來源辨析①

張 慧，鄭志志, 楊 歡，馬鑫鵬, 王居午

基于多元統(tǒng)計(jì)和地統(tǒng)計(jì)的肇源縣表層土壤重金屬來源辨析①

張 慧，鄭志志, 楊 歡，馬鑫鵬, 王居午

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030)

土壤圈是地圈系統(tǒng)中對(duì)人類健康影響最顯著的圈層之一。土壤重金屬的自然和人為來源辨析對(duì)土壤修復(fù)和保障人體健康有重要意義。本研究以黑龍江省肇源縣為研究區(qū)域，通過空間插值分析、主成分分析和聚類分析等方法，對(duì)區(qū)域土壤表層和深層土壤重金屬As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn的含量和空間分異特征進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)區(qū)域表層土壤重金屬來源進(jìn)行辨析。結(jié)果表明：成土母質(zhì)作為表層土壤的重要物質(zhì)來源對(duì)表層土壤重金屬含量及空間分布有顯著影響；肇源縣表層土壤中Hg元素表現(xiàn)出全局范圍較明顯的富集現(xiàn)象，局部區(qū)域Cd元素表現(xiàn)出一定的富集現(xiàn)象，富集原因是人為污染造成的；嫩江上游匯水區(qū)土壤重金屬元素的遷入，是表層土壤重金屬As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn等元素在研究區(qū)范圍內(nèi)輕度富集的主要原因。

多元統(tǒng)計(jì)；地統(tǒng)計(jì)；重金屬；來源

土壤是重要的人類生存環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤元素通過食物鏈富集和接觸富集進(jìn)入人體內(nèi)，從而對(duì)人類健康產(chǎn)生顯著影響[1]。自19世紀(jì)下半葉工業(yè)革命以來，工業(yè)污染造成的土壤重金屬富集，并對(duì)人類健康造成重大威脅，隨著城鎮(zhèn)進(jìn)程的加快土壤污染問題日益加劇[2]。在世界范圍內(nèi)，土壤污染問題日益受到學(xué)者和管理者的關(guān)注。國內(nèi)學(xué)者圍繞土壤污染評(píng)價(jià)及污染源辨析、污染遷移擴(kuò)散機(jī)制、土壤污染修復(fù)技術(shù)和土地管理法規(guī)等方面展開研究，其中土壤重金屬來源研究是土壤重金屬污染修復(fù)和及污染源控制的重要前提。

基于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和食品安全質(zhì)量的考慮，國內(nèi)外學(xué)者多以重金屬土壤背景值或地球化學(xué)基線為依據(jù)進(jìn)行土壤重金屬污染判定[3-4]，主要研究方法包括單因子指羅數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法和多元統(tǒng)計(jì)方法相結(jié)合等方法[5-9]。該方法能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)區(qū)域土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，但由于水平空間上土壤重金屬含量的不均一性，使得該方法不能有效區(qū)分土壤重金屬的自然和人為來源。因此，國外學(xué)者利用土壤元素的含量組合特征，進(jìn)行土壤重金屬的自然和人為來源判定。Facchinelli等[10]用多元統(tǒng)計(jì)分析表層和深層土壤重金屬的主要來源因素，并且結(jié)合地統(tǒng)計(jì)方法確定污染源的位置；海米提·依米提等[11]用此方法探討了焉耆盆地不同土地利用類型中重金屬的來源；Benhaddya和Hadjel[12]將主成分分析法應(yīng)用于阿爾及利亞表層土壤重金屬來源解析，并且用地統(tǒng)計(jì)法繪制了污染分布圖。本研究以成土母質(zhì)中重金屬含量組合特征及空間分布特征為依據(jù)，試圖為表層土壤重金屬來源辨析提供更為有力的支持。

松嫩平原是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，其土壤健康狀況對(duì)我國的糧食安全和食品安全有重大影響，因此該區(qū)域內(nèi)表層土壤重金屬含量特征及污染分析備受關(guān)注。松嫩平原土壤重金屬含量及空間分異特征研究表明，松嫩平原土壤重金屬含量低于全國土壤環(huán)境背景值[13-15]，其空間分布表現(xiàn)出較為明顯的規(guī)律性，并且空間分異特征與成土母質(zhì)及植被分布有一定相關(guān)性[16]。同時(shí)也有研究表明松嫩平原表層土壤存在一定程度的人為污染。于萬輝等[17]通過對(duì)松嫩平原湖泊底泥的分析發(fā)現(xiàn)，松嫩平原表層土壤中Zn元素呈現(xiàn)人為來源的中度富集，Cu、Ni、Pb、Sr等元素呈現(xiàn)出人為來源的輕度富集。孟昭虹等[18]的研究表明哈爾濱市區(qū)范圍內(nèi)工業(yè)、礦業(yè)、交通業(yè)已成為造成重金屬在表層土壤中富集的重要原因。

本文以松嫩低平原農(nóng)業(yè)大縣—— 肇源縣為研究區(qū)域，研究目標(biāo)包括：①結(jié)合成土母質(zhì)特征確定研究區(qū)As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 7種重金屬含量及水平空間分布特征；②確定表層土壤重金屬的自然和人為來源。

1 研究區(qū)概況

肇源縣位于黑龍江省松嫩平原南部、松花江北岸，隸屬于大慶市，地理坐標(biāo)為45°23′~ 45°59′ N，123°47′ ~ 125°45′ E，總面積4 198 km2，包含8個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)鄉(xiāng)。該區(qū)氣候?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，四季分明，光照條件好，冬季寒冷干燥，溫差懸殊，年均降水量在600 mm左右，水源豐沛。研究區(qū)地勢低平，西北高東南低，北部高南部低。地貌主要有河漫灘和階地兩種，河漫灘主要分布在松花江與嫩江沿岸[19]。該區(qū)域第四季地質(zhì)地貌類型主要包括湖積泥沙質(zhì)低平原和泥沙質(zhì)河谷平原(圖1)。土壤類型主要為黑鈣土、草甸黑鈣土、草甸土。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

運(yùn)用空間插值分析和多元統(tǒng)計(jì)分析對(duì)松嫩平原肇源縣土壤表層重金屬空間分異特征和來源進(jìn)行詳細(xì)的解析，以為土壤治理提供科學(xué)方法。

2.1 土壤樣品采集及測定

土壤樣本采集時(shí)間為2005—2007年，用4 km2的標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行區(qū)域劃分，采樣點(diǎn)位于格網(wǎng)中心。表層土壤按每4 km2采集4個(gè)土樣，將4個(gè)土樣混合為1個(gè)土壤樣本。表層土壤樣本采集深度為0 ~ 20 cm，共采集表層土壤樣品1 031個(gè)。深層土壤樣本按每16 km2采集1個(gè)土壤樣本，采樣深度為1 m，共采集深層土壤樣本259個(gè)。土壤重金屬Cr、Cu、Ni、Zn 采用Ｘ射線熒光光譜法(XRF)測定；Cd元素采用等離子發(fā)射光譜法(ICP-MS)測定；土壤中Hg和As含量采用原子熒光法(AFS)測定[20]；N元素采用半微量開氏法測定；P元素采用HClO4-H2SO4消煮法測定；K元素采用醋酸銨浸提火焰光度法測定；有機(jī)碳采用重鉻酸鉀容量法測定；pH采用酸度計(jì)法測定[21]。

2.2 研究方法

2.2.1 空間插值分析 克里金插值法，借助空間插值算法，可實(shí)現(xiàn)重金屬含量點(diǎn)狀數(shù)據(jù)到面源分布信息的表達(dá)[22]。普通克里格插值法從變量自身特點(diǎn)出發(fā)，考慮觀測點(diǎn)的整體空間分布情況，考慮樣本點(diǎn)的空間相互位置關(guān)系與待估計(jì)點(diǎn)的空間位置關(guān)系，對(duì)待估點(diǎn)進(jìn)行一種無偏最優(yōu)估計(jì)，并且能給出估計(jì)精度。但是滿足普通克里格插值條件需要滿足二階平穩(wěn)假設(shè)，并且數(shù)據(jù)盡量符合正態(tài)分布[23]。反距離權(quán)重插值法具有普適性，不需要根據(jù)樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)對(duì)方法加以調(diào)整，當(dāng)樣本數(shù)據(jù)的密度足夠大時(shí)，幾何方法一般就能夠達(dá)到滿意的程度，適用于整體樣本點(diǎn)密度較大，且樣本點(diǎn)分布較均勻的數(shù)據(jù)[24]。為了合理利用空間插值方法，本研究利用ArcGIS軟件對(duì)肇源縣土壤表層和深層As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 6種重金屬元素含量進(jìn)行普通克里格插值，得到重金屬元素在研究區(qū)范圍內(nèi)空間分布圖；對(duì)土壤表層和深層Hg重金屬元素進(jìn)行反距離權(quán)重插值，得到重金屬元素在研究區(qū)范圍內(nèi)空間分布圖。

2.2.2 主成分分析和聚類分析 主成分分析法是在損失較少信息的基礎(chǔ)上，將多個(gè)指標(biāo)問題變成少數(shù)幾個(gè)新的綜合變量，提高分析效率[25]。聚類分析是根據(jù)樣點(diǎn)本身的屬性，并且按照某種相似性或差異性，定量確定樣點(diǎn)的親疏關(guān)系來進(jìn)行分類[26]。本研究應(yīng)用R軟件，利用主成分分析法將7種重金屬作為指標(biāo)進(jìn)行降維，來分析7種重金屬之間的相關(guān)性和主要來源。利用聚類分析將7種重金屬進(jìn)行分類，得出屬性或者來源相似的重金屬，并且可以驗(yàn)證主成分分析得到的結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤理化性質(zhì)

在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)采集的土壤樣本進(jìn)行基本理化性質(zhì)分析。分析結(jié)果表明(表1)，肇源縣pH范圍在5.4 ~ 10.7，平均值為9.0，屬于弱堿性土壤；N和P含量較高，平均值分別是456 mg/kg和1 068mg/kg，較為豐富；K2O含量范圍為21.3 ~ 37.5 mg/kg，分布較為均勻；有機(jī)碳含量范圍為0.9 ~ 29.9 g/kg，均值為9.7 g/kg，較為缺乏。這說明肇源縣的土壤適合種植糧食作物，但長期的耕種和施肥，會(huì)導(dǎo)致土壤的理化性質(zhì)發(fā)生變化，需要引起重視。

3.2 土壤重金屬含量特征

分別對(duì)表層和深層土壤樣本重金屬含量進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。深層土壤由于隔水層和深度的影響受人為干擾影響較小，土壤樣本中重金屬含量樣本主要受第四紀(jì)成土母質(zhì)影響。表層土壤受人為干擾較為顯著，表層土壤樣本中重金屬元素的含量反映了在自然及人為干擾綜合作用下土壤重金屬的含量特征。

表1 土壤基本理化性質(zhì)統(tǒng)計(jì)

表層和深層土壤重金屬含量特征表明(表2)，肇源縣表層土壤重金屬含量雖表現(xiàn)出一定的富集現(xiàn)象，但在世界和中國范圍內(nèi)屬于土壤環(huán)境清潔區(qū)域。表層As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 7種元素的平均含量(分別是6.84、0.024、0.078、46.01、15.75、19.78、49.93 mg/kg)明顯低于中國土壤重金屬含量均值；與世界土壤重金屬含量均值相比，As元素含量略高，Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 6種元素明顯較低。與深層土壤重金屬含量相比，As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 7種重金屬均表現(xiàn)出表層土壤重金屬含量的升高，分別是深層對(duì)應(yīng)重金屬的1.02倍、1.7倍、1.2倍、1.14倍、1.14倍、1.07倍、1.04倍，其中Hg元素表現(xiàn)出表層含量值升高較大，其他6種元素含量值升高大體保持一致，相對(duì)較低。

變異系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，反映總體樣本中各采樣點(diǎn)平均變異程度。由于深層土壤受人為干擾較小，其含量特征主要受成土因素的影響。深層土壤中7種重金屬元素的變異系數(shù)從大到小依次為As、Cu、Hg、Ni、Cr、Zn、Cd；變異系數(shù)值依次為36.65、31.12、29.20、28.91、28.74、23.38和23.00。在土壤風(fēng)化、侵蝕及人為干擾影響下表層土壤重金屬的變異系數(shù)發(fā)生了一定的變化，大小順序?yàn)镠g、Cu、Ni、Cr、As、Cd、Zn；變異系數(shù)值依次為358.33、32.06、29.93、28.77、28.33、28.21、25.63。其中變異系數(shù)增加最為顯著的為Hg，從深層變異系數(shù)為29.2增加為358.33，其余元素表現(xiàn)為小幅度的升級(jí)。人為輸入是導(dǎo)致表層土壤中Hg元素變異系數(shù)變化的主要因素，其余6種元素的含量變化主要受成土母質(zhì)中元素含量的影響。肇源縣處于松嫩河流的三級(jí)階地，是松嫩平原地勢較低區(qū)域，表層土壤重金屬含量低于上游匯水區(qū)表層土壤重金屬含量，在風(fēng)化作用、流失侵蝕和重力侵蝕的影響下，上游土壤中重金屬元素遷移進(jìn)入該區(qū)域會(huì)造成輕度土壤重金屬富集。

3.3 土壤重金屬在不同成土母質(zhì)中的差異

為了進(jìn)一步分析表層土壤重金屬和成土母質(zhì)的關(guān)系，分別對(duì)不同成土母質(zhì)的土壤重金屬進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，由于本研究區(qū)成土母質(zhì)主要是泥沙質(zhì)低平原和泥沙質(zhì)河谷平原，因此只取這兩種成土母質(zhì)樣點(diǎn)進(jìn)行分析(表3)，其中表層樣點(diǎn)取974個(gè)，深層樣點(diǎn)取239個(gè)。

表2 肇源縣土壤表層、深層重金屬描述性分析結(jié)果

由表3可知，不同成土母質(zhì)類型的土壤重金屬含量存在差異。表層和深層土壤中Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 6種元素平均含量較高的成土母質(zhì)類型都是泥沙質(zhì)河谷平原，而表層和深層土壤中重金屬As平均含量較高的成土母質(zhì)類型卻不一致，表層中泥沙質(zhì)河谷平原中As含量較高，深層反而較低。對(duì)同種成土母質(zhì)類型下表層和深層土壤重金屬均值進(jìn)行比較，泥沙質(zhì)低平原中，As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 7種元素平均含量比值，分別是0.93、1.38、1.30、1.10、1.05、1.00、0.98；泥沙質(zhì)河谷平原中，分別是1.10、2.29、1.25、1.17、1.22、1.31、1.08。對(duì)比兩種類型成土母質(zhì)的表層和深層土壤含量比值，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 6種元素比值相接近，說明表層和深層土壤重金屬含量比值在不同成土母質(zhì)下具有較好的一致性，更加證明了表層As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 6種元素主要受成土母質(zhì)的控制；而土壤泥沙質(zhì)河谷平原中6種元素比值更大些，說明也可能受土壤風(fēng)化、侵蝕及人為干擾使上游匯水區(qū)土壤重金屬元素遷入的影響。Hg比值從1.38增加到2.29，說明除了受到不同成土母質(zhì)的控制，還肯定受到人為因素的干擾，而且干擾的區(qū)域應(yīng)該在成土母質(zhì)為泥沙質(zhì)河谷平原的范圍內(nèi)。

表3 肇源縣不同成土母質(zhì)的土壤表層和深層重金屬含量(mg/kg)

3.4 土壤重金屬空間相關(guān)特征

3.4.1 表層和深層土壤重金屬含量相關(guān)分析 利用SPSS軟件分別對(duì)7種重金屬的表層和深層土壤重金屬含量進(jìn)行相關(guān)分析。相關(guān)系數(shù)表明，7種重金屬元素的表層土壤重金屬含量均表現(xiàn)為0.01水平上的顯著相關(guān)。元素相關(guān)系數(shù)由大到小分別為Cr(0.639)、Ni(0.598)、Zn(0.585)、Cu(0.557)、As(0.493)、Cd(0.167)、Hg(0.100)。分析結(jié)果還表明，表層土壤中7種重金屬元素含量都受到深層土壤重金屬含量的顯著影響，相比較而言, Cd、Hg 元素含量較其他元素受成土母質(zhì)影響相對(duì)較小，受人為因素影響相對(duì)較大。

3.4.2 表層和深層土壤重金屬空間分布格局分析 研究區(qū)內(nèi)7種重金屬在表層和深層土壤中的空間分布均表現(xiàn)為明顯的空間自相關(guān)性，因此本研究對(duì)研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬含量進(jìn)行空間分布模型擬合，并根據(jù)不同的擬合結(jié)果利用ArcGIS軟件進(jìn)行插值分析。利用普通克里格插值對(duì)As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 6種元素在表層、深層土壤中的水平分異特征進(jìn)行模擬，利用反距離權(quán)重插值對(duì)表層、深層土壤Hg元素進(jìn)行插值分析，得到以上重金屬元素的水平空間分布圖，如圖2所示。由圖2可知：① As、Cr、Cu、Ni、Zn 等5種元素在表層土壤中的水平分布格局與在深層土壤中的水平分布格局較為相似，表層土壤Cd和Hg的空間分布格局與深層土壤中Cd和Hg的空間分布格局有較大偏差，說明表層土壤中Cd和Hg的空間分布受到了較為明顯的人為干擾影響。該結(jié)果與土壤表層和深層重金屬含量相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果一致。②表層As、Cr、Cu、Ni、Zn這5種元素含量分布格局較為相似，表現(xiàn)出重金屬含量西北低而東南高(和成土母質(zhì)中重金屬含量差異分析結(jié)果一致)，高值區(qū)主要分布在和平鄉(xiāng)、肇源鎮(zhèn)、古恰鎮(zhèn)。Cd元素的空間分布比較均勻，表現(xiàn)出相對(duì)顯著的小尺度變異。Hg元素的空間分布表現(xiàn)為全局范圍內(nèi)低含量的均一分部和局部的高值集聚，高值集聚在古恰鎮(zhèn)和肇源鎮(zhèn)一帶，無明顯過渡區(qū)域。

3.5 土壤重金屬來源辨析

3.5.1 聚類分析 巖石和土壤中的元素含量特征能夠反映成巖及土壤風(fēng)化的地質(zhì)歷史過程[29]，因此參照深層土壤中元素間的相關(guān)關(guān)系及集聚特征能夠判斷出表層土壤重金屬元素在自然風(fēng)化、侵蝕和人類活動(dòng)影響下產(chǎn)生的變化。

本研究利用R軟件，分別對(duì)表層和深層土壤重金屬元素進(jìn)行R型聚類分析。該分析是基于相關(guān)系數(shù)矩陣(Pearson相關(guān)系數(shù))對(duì)土壤重金屬元素進(jìn)行聚類，并繪制熱圖。熱圖主要通過柵格圖像和樹狀圖來表達(dá)信息。本研究中利用顏色反映土壤重金屬元素間相關(guān)系數(shù)，并通過樹狀圖表達(dá)土壤重金屬元素的聚合特征(圖3)。如圖3所示，表層土壤重金屬和深層土壤重金屬的相關(guān)關(guān)系有較明顯差別。深層土壤重金屬元素的聚合特征主要表現(xiàn)為Ni、Cu、Cr、Zn、As 5種元素依次聚類，并且表現(xiàn)出相對(duì)較強(qiáng)的相關(guān)性，Cd、Hg表現(xiàn)出相對(duì)較弱的聚合性。表層土壤中Cu與Ni、Cr兩種元素的相關(guān)關(guān)系增強(qiáng)，Hg與Cd的相關(guān)性明顯降低，并且成為與其他6種元素相關(guān)性最弱的元素。

3.5.2 主成分分析 主成分分析是識(shí)別重金屬來源的有效辦法之一[23]。本研究利用SPSS軟件對(duì)表層和深層土壤重金屬元素進(jìn)行主成分分析，并Kaiser-Harris準(zhǔn)則保留特征值大于1的主成分[25](表4)。深層土壤重金屬分析結(jié)果提取1個(gè)主成分，方差貢獻(xiàn)率為75.013%。主成分主要反映了在第四紀(jì)地質(zhì)環(huán)境下，成土母質(zhì)中重金屬的含量特征。主成分中Cr、Cu、Ni、Zn等4種元素的成分載荷較為接近，值域在0.944 ~ 0.972；As、Hg、Cd等3種金屬的成分載荷較為接近，值域在0.682 ~ 0.786。

表4 肇源縣土壤重金屬元素因子載荷

對(duì)表層土壤7種重金屬元素進(jìn)行主成分分析，提取2個(gè)主成分，2個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別是68.147%、14.227%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為82.373%。Cr、Cu、Ni、Zn等4種元素的因子載荷依然接近，并且數(shù)值較大，主要反映出表層土壤重金屬的成土母質(zhì)來源。第二主成分中Hg元素為主要因子，因子載荷為0.984，第二主成分主要反映人為干擾導(dǎo)致的土壤重金屬元素含量的變化，通過實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)表層土壤Hg高值區(qū)位于新修水利工程和G45大廣高速公路施工區(qū)；另外，該研究區(qū)交通、水利用地土壤Hg含量達(dá)0.085 mg/kg[30],遠(yuǎn)高于該區(qū)Hg元素的平均含量；同時(shí)插值圖也反映該區(qū)域Hg元素的平均含量相比其他區(qū)域差別較大，因此可以確定局部小范圍重金屬Hg污染導(dǎo)致整個(gè)研究區(qū)重金屬Hg含量的異常。以上分析表明表層土壤中成土母質(zhì)對(duì)重金屬元素含量的影響占主導(dǎo)作用，人為輸入只對(duì)局部小范圍區(qū)域影響較大，對(duì)整個(gè)研究區(qū)土壤重金屬含量的影響相對(duì)較小。

4 結(jié)論

1) 成土母質(zhì)是表層土壤重金屬的主要物質(zhì)來源。表層與深層土壤重金屬元素含量相關(guān)分析及空間格局分析結(jié)果表明，成土母質(zhì)作為表層土壤的重要物質(zhì)來源對(duì)表層土壤重金屬含量及空間分布有顯著影響。

2) 人為污染是造成表層土壤Hg富集的主要原因。R型聚類分析和主成分分析結(jié)果同時(shí)表明，表層土壤重金屬中Hg元素表現(xiàn)出與其他元素不同比例的富集，研究區(qū)內(nèi)表層土壤Hg富集的主要原因是道路交通和農(nóng)田水利工程項(xiàng)目施工。

3) 上游匯水區(qū)土壤遷移是造成As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn輕度富集的主要原因。通過表層和深層土壤重金屬含量特征的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)表層土壤As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn等重金屬有輕微富集現(xiàn)象，并且富集程度具有較好的一致性。研究區(qū)域的輕微富集現(xiàn)象的主要原因是嫩江上游匯水區(qū)土壤重金屬元素的遷入。

[1] 宋長青, 譚文峰. 基于文獻(xiàn)計(jì)量分析的近30年國內(nèi)外土壤科學(xué)發(fā)展過程解析[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2015, 52(5): 957–969

[2] 范拴喜. 土壤重金屬污染與控制[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2001

[3] Bednarova Zdenka,Kuta Jan,Kohut Lukas. Spatial patterns and temporal changes of heavy metal distributions in river sediments in a region with multiple pollution sources[J]. Journal of Soils and Sediments, 2013, 13(7):1257–1269

[4] 岳榮，史銳，張紅. 土壤中重金屬累積特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)—— 以烏拉特后旗有色金屬冶煉企業(yè)集中區(qū)為例[J]. 土壤, 2016, 48(2): 314–321

[5] 湯潔, 天琴, 李海毅, 等. 哈爾濱市表土重金屬地球化學(xué)基線的確定及污染程度評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2010, 19(10): 2408–2413

[6] 段雪梅, 蔡煥興, 巢文軍. 南京市表層土壤重金屬污染特征及污染來源[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理學(xué)報(bào), 2010, 35(10): 31–34,77

[7] 王海東, 方鳳滿, 謝宏芳, 等. 蕪湖市區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及來源分析[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 23(4): 36–40

[8] 楊忠平, 盧文喜, 劉新榮, 等. 長春市城區(qū)表層土壤重金屬污染來源解析[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 22(5): 29–33

[9] 陳玉東, 周健民, 邢璐, 等. 黑龍江海倫市農(nóng)田土壤重金屬與磷素含量的特征研究[J]. 土壤, 2015, 47(5): 965–972

[10] Facchinelli A, Sacchi E, Mallen L. Multivariate statistical and GIS-based approach to identify heavy metal sources in soils[J]. Environmental Pollution, 2001(114): 313–324

[11] 海米提·依米提, 祖皮艷木·買買提, 夏庫熱·塔依爾. 焉耆盆地表層土壤重金屬的分布、來源及區(qū)域差異[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2014, 33(10): 2789–2795

[12] Benhaddya ML, Hadjel M. Spatial distribution and contamination assessment of heavy metals in surface soils of Hassi Messaoud, Algeria[J]. Environmental Earth Sciences, 2014, 71(3): 1473–1486

[13] 陳玉東, 王火焰, 周健民. 黑龍江省海倫市農(nóng)田土壤重金屬分布特征及污染評(píng)價(jià)[J]. 土壤, 2012, 44(4): 613–620

[14] 王粟, 史風(fēng)梅, 裴占江. 松嫩平原農(nóng)田土壤污染現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)——以黑龍江省綏化地區(qū)為例[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 46(5): 75–83

[15] 趙淑蘋, 陳立新.大慶地區(qū)不同土地利用類型土壤重金屬分析及生態(tài)危害評(píng)價(jià)[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2011, 25(5): 195–199

[16] 周旭丹, 孫曉剛, 趙春莉, 等. 松嫩平原濕地水質(zhì)及土壤重金屬季節(jié)分布特征[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2015, 29(5): 222–228

[17] 于萬輝, 王俊杰, 臧淑英. 松嫩平原湖泊底泥重金屬空間變異特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 地理科學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 32(8): 1000–1005

[18] 孟昭虹, 周嘉, 鄭元福.哈爾濱市城市土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 水土保持研究, 2009,16(2): 152–155

[19] 田永圻. 肇源縣土壤類型與土壤區(qū)劃[J]. 哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào), 1985(4): 83–92

[20] 張慧, 付強(qiáng), 趙映慧.松嫩平原北部土壤重金屬空間分異特征及生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J]. 水土保持研究學(xué)報(bào), 2013, 20(2):165–169

[21] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000

[22] 蔣紅群, 王彬武, 劉曉娜, 等. 北京市土壤重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2015, 52(4): 731–746

[23] 劉愛利, 王培法, 丁園圓. 地統(tǒng)計(jì)學(xué)概論[M]. 北京：科學(xué)出版社, 2012: 96–97

[24] 劉光孟, 汪云甲, 王允.反距離權(quán)重插值因子對(duì)插值誤差影響分析[J]. 中國科技論文在線, 2010, 11(5): 879–884

[25] 何曉群. 多元統(tǒng)計(jì)分析[M]. 北京: 中國人民大學(xué)出版社, 2008

[26] 張文娟.熱帶土壤剖面風(fēng)化成壤過程中的元素地球化學(xué)特征——以雷瓊地區(qū)玄武巖母質(zhì)土壤剖面為例[D]. 南京: 南京大學(xué), 2011

[27] 中國環(huán)境監(jiān)測總局. 中國土壤元素背景值[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社,1990:330–382

[28] Meijer S N, Ockenden W A, Sweetman A,. Global distribution and budget of PCBs and HCB in background surface soils: Implications for sources and environmental processes[J]. Environmental Science and Technology, 2003, 37 ( 4): 667–672

[29] 呂建樹, 張祖陸, 劉洋, 等.日照市土壤重金屬來源解析及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 地理學(xué)報(bào), 2012, 67(7): 971–984

[30] 張福剛.基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的肇源縣土壤汞空間分異特征分析[D]. 哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013

Discrimination of Heavy Metal Sources in Topsoil in Zhaoyuan County Based on Multivariate Statistics and Geostatistical

ZHANG Hui, ZHENG Zhizhi, YANG Huan, MA Xinpeng, WANG Juwu

(College of Resources and Environmental Sciences, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Pedosphere is one of the most significant spheres for human health effects. Discriminating the natural and anthropogenic sources of soil heavy metals is of great significance to soil remediation and safeguarding human health. This study took Zhaoyuan County in Heilongjiang Province as the study area, by using the methods of spatial interpolation analysis, principal component analysis and cluster analysis, analyzed the contents and spatial distribution of heavy metals of As, Hg, Cd, Cr, Cu, Ni and Zn in topsoil and deep soil, and then analyzed the sources of heavy metals in topsoil. The results showed that soil parent material, as an important source of topsoil, has a significant influence on the contents and spatial distribution of heavy metals in topsoil; Hg in topsoil showed a whole range of enrichment in topsoil, and Cd showed a certain enrichment in the local area, which are caused by human pollution; the immigration of heavy metals to upstream catchment areas is attributed to the mild enrichment of heavy metals of As, Cd, Cr, Cu, Ni and Zn in topsoil in the study area.

Multivariate statistics; Geostatistical; Heavy Metal; Source

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.026

X82

A

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40571050)和黑龍江省博士后基金項(xiàng)目(LBH-Z12032)資助。

張慧(1976—)，女，山東金鄉(xiāng)人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)橥恋刭|(zhì)量和土地利用。E-mail: 2003zhanghui@163.com