常規(guī)方法對(duì)新疆地方土壤元素空間分析及重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

蒲 佳 ，馬 龍 ，吉力力·阿不都外力 ，劉 文

（1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830011；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)科學(xué)院中亞生態(tài)與環(huán)境研究中心，烏魯木齊 830011）

土壤作為一種重要的自然體，是關(guān)系到人類生存發(fā)展的重要資源，土壤中元素含量、空間結(jié)構(gòu)以及空間分布特征可以作為區(qū)分自然環(huán)境受人類活動(dòng)影響強(qiáng)度的重要依據(jù)，已經(jīng)引起相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注[1-3]。研究表明重金屬可通過施肥、污水灌溉、大氣沉降、動(dòng)物糞便和生物體利用等途徑進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤中重金屬含量超標(biāo)，進(jìn)而通過食物鏈和生物富集作用危害人體健康[4-6]。

近些年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同角度分析了土壤中元素特征，并著重研究危害較大的重金屬元素，通過BCR法[7-9]分形態(tài)分析，多元統(tǒng)計(jì)分析法[10]分析其來源，地統(tǒng)計(jì)分析法[11-12]分析其空間特征，并評(píng)價(jià)其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。大多數(shù)研究集中于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、受人類活動(dòng)影響強(qiáng)度大的地區(qū)。我國(guó)西北干旱區(qū)地處內(nèi)陸，隨著西部大開發(fā)的進(jìn)程不斷深入，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)不斷加強(qiáng)，人類活動(dòng)對(duì)土壤的干擾日益突出。已有對(duì)西北干旱區(qū)的綠洲表層土壤的重金屬進(jìn)行研究[13-15]，海米提等[16]對(duì)焉耆盆地表土的6種重金屬的來源、分布及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，本文在此基礎(chǔ)上從全元素角度分析，整體把握流域內(nèi)綠洲土壤元素空間特征及重金屬污染特征。

本文選取天山南麓博斯騰湖流域綠洲區(qū)為研究區(qū)域，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)法和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析重金屬的含量特征、空間變異特征、空間分布特征，并用潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法結(jié)合新疆土壤背景值評(píng)價(jià)在西部大開發(fā)不斷深化過程下，干旱區(qū)綠洲土壤重金屬含量與污染狀況，為該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源的可持續(xù)開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

博斯騰湖流域（40°25′～43°21′N，82°57′～90°39′E）位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州（簡(jiǎn)稱巴州）境內(nèi)，地處塔里木盆地和塔克拉瑪干沙漠東北緣。流域總面積為7.7×104km2，開都河是流域的主要水源地，發(fā)源于天山中段依連哈比爾尕山南坡，高山區(qū)河流終年積雪，流經(jīng)巴音布魯克，最后注入焉耆盆地的博斯騰湖。博斯騰湖是流域內(nèi)最大的天然集水區(qū)，水域遼闊，東西長(zhǎng)約55 km，南北寬約20 km，水位變化較大，水位1 048.75 m，水面面積1 002.4 km2，平均水深8.8 m，最大水深17 m[17]?？兹负訛椴┧跪v湖的出湖河流，流經(jīng)庫(kù)爾勒市。流域內(nèi)還有黃水溝、清水河、烏什塔拉河等，開都河中下游流經(jīng)焉耆回族自治縣、博湖縣，黃水溝流經(jīng)和靜縣，清水河流經(jīng)和碩縣，承擔(dān)著流域內(nèi)居民生產(chǎn)生活用水任務(wù)。本研究區(qū)位于博斯騰湖流域焉耆盆地綠洲區(qū)（圖1），轄和靜縣、和碩縣、焉耆縣、博湖縣，區(qū)域內(nèi)有 G314、G218、S206、S325、S306縱橫交錯(cuò)，是主要的人類活動(dòng)區(qū)域，工農(nóng)業(yè)發(fā)展水平較高。

1.2 樣品采集與分析測(cè)定

2016年6月在博斯騰湖流域內(nèi)西邊綠洲區(qū)等設(shè)置10 km×10 km的網(wǎng)格，在北部按照20 km的間距沿對(duì)角采樣，總共77個(gè)采樣點(diǎn)，主要涉及農(nóng)田、林地、草地等綠洲土壤。利用環(huán)刀采取表層0～20 cm土壤，標(biāo)記編號(hào)并裝入塑料袋帶回實(shí)驗(yàn)室，具體采樣點(diǎn)位置見圖1。樣品經(jīng)自然風(fēng)干后去除植物殘?bào)w和碎石，研磨過100目篩，經(jīng)105℃烘箱烘干后，取0.1～0.2 g樣品于消解罐中，用去離子水潤(rùn)濕后，加入2 mL HCl、4 mL HNO3、2 mL HF-H2O，在德國(guó) Berghof MWS-3 微波消解裝置中進(jìn)行消解。升溫至120℃，保持1 min，然后再升溫至160℃，保持5 min，最后再升溫至195℃，維持25 min。消解后冷卻至80℃，將消解液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯坩堝內(nèi)，置于電熱板上，逐漸升溫加熱至2 mL左右，冷卻后，加入1%HNO3定容至25 mL，搖勻待測(cè)。用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國(guó)Leeman Labs Profile，ICP-AES）測(cè)得 Al、Ca、Fe、Mn、V、Zn、As、Mo、Sb、Tl共 10 種元素含量；用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國(guó) Agilent Technologies，ICP-MS）測(cè)得 Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Pb 共 6 種元素含量；Hg采用AFS-920型雙道原子熒光儀測(cè)定其含量；采用美國(guó)SPEX CertiprePTM Custom Assurance Standard多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，中國(guó)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-12作為標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)，測(cè)試完后取20%進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，使得誤差小于5%。

圖1 研究區(qū)及采樣點(diǎn)分布示意圖Figure1 Distribution of sampling sites in Bostan Lake Basin

1.3 數(shù)據(jù)處理

元素含量數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析、正態(tài)分布檢驗(yàn)（k-s檢驗(yàn)）、等數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析均在SPSS 22.0軟件中完成。半方差函數(shù)模型在Gs+9.0中完成，反距離加權(quán)插值法（IDW）在ArcGIS 10.3地統(tǒng)計(jì)模塊中進(jìn)行。

1.4 重金屬污染評(píng)價(jià)

1.4.1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅污染指數(shù)是在單因子污染指數(shù)法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，首先計(jì)算單個(gè)重金屬的污染指數(shù)，其計(jì)算公式如下：

式中：Pi為元素i的污染指數(shù)值，Ci為土壤樣品中元素i含量的實(shí)測(cè)值，Si為元素i的背景值，本文中所有重金屬的背景值均選取新疆土壤環(huán)境背景值[18]。在單因子污染指數(shù)法的基礎(chǔ)上計(jì)算內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，是目前比較常用的一種評(píng)價(jià)方法[19-20]。計(jì)算公式為：

式中：P為采樣點(diǎn)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，Pimax為因子i的最大污染指數(shù)，Piave為因子i的平均污染指數(shù)。分成安全（P≤0.7）、警戒（0.7＜P≤1）、輕微污染（1＜P≤2）、中等污染（2＜P≤3）、重污染（P＞3）5 種水平。

1.4.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法（RI）是瑞典著名化學(xué)家Hakanson于1980年提出的[21]。該方法因綜合考慮了區(qū)域背景值、重金屬的生態(tài)毒理學(xué)特征等而被廣泛運(yùn)用于水體、水環(huán)境沉積物和土壤中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[22-24]。其計(jì)算公式如下：

式中：為重金屬i的污染指數(shù)；為重金屬i的實(shí)測(cè)含量為重金屬i的土壤背景值；為第i種重金屬的單因子潛在生態(tài)危害指數(shù)為第i種重金屬的毒性系數(shù)。Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是基于As、Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 和 PCB 8 種元素，與本文所研究的重金屬元素種類不完全相同，采用其原有的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)產(chǎn)生較大的偏差[23]，因此本文參考Fernandez等[25]的方法（表 1）。

表1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table1 Classification criteria of the potential ecological risk index

表2 流域表土元素含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table2 Statistics results of element in topsoil of the Bostan Lake Basin

2 結(jié)果與討論

2.1 流域土壤元素含量的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征

博斯騰湖流域77個(gè)表層土壤樣品中17種元素含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。結(jié)果表明，17種元素平均含量順序?yàn)?Ca＞Al＞Fe＞Mn＞V＞Zn＞Cr＞Ni＞Cu＞Pb＞As＞Co＞Sb＞Mo＞Tl＞Cd＞Hg。與新疆土壤元素背景值[18]相比，Al、Ca、Fe 含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過背景值，Cr、Cd、Hg 平均含量略高于背景值，其他11種元素平均含量均低于背景值。其中，Co、Mo元素含量未超標(biāo)，12種元素超標(biāo)率排序?yàn)?Cd＞Hg＞Cr＞V＞Sb＞As＞ Zn=Ni＞Tl＞Pb＞Cu＞Mn，Cd、Hg 超標(biāo)率達(dá) 77%、62%，Tl、Pb、Cu、Mn 的超標(biāo)率低于10%。

變異系數(shù)（CV）是各元素標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均值的百分比，反映了不同采樣點(diǎn)元素含量的離散程度，受人類活動(dòng)影響程度不同，元素的空間分布差異較大，CV越大離散程度越高，反之則越低[26-27]。一般可將樣本的變異程度分為3級(jí)：CV＜10%為弱變異性，10%≤CV≤100%為中等變異性，CV＞100%為強(qiáng)變異性。從表2可看出，除了Al為弱變異外，其他16種元素均為中等變異程度。變異系數(shù)最高的為Mo，達(dá)46%。表明博斯騰湖流域綠洲土壤樣品中各元素在空間分布上存在一定程度的差異但是并不顯著。與新疆博爾塔拉河流域[14]相比，土壤元素含量相近，空間分布特征類似。

2.2 土壤元素的空間變異性

利用SPSS 22.0對(duì)元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)（k-s檢驗(yàn)），對(duì)于符合正態(tài)分布的含量數(shù)據(jù)[P（k-s）＞0.05]直接進(jìn)行地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，服從正態(tài)分布的元素有Al、Ca、Fe、V、Zn、Cr、Cu、As、Cd、Sb、Tl、Pb、Hg，將不符合正態(tài)分布的Mn、Co、Mo經(jīng)過Minitab 17軟件進(jìn)行Johnson變換后P值均大于0.05，服從正態(tài)分布[28]。Ni經(jīng)變換后仍然不符合正態(tài)分布，地統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果僅供參考。

通過對(duì)17種元素進(jìn)行半方差函數(shù)的曲線擬合，確定了最優(yōu)的理論模型和擬合曲線，半方差模型及其參數(shù)值如表3所示，部分元素變異函數(shù)模型如圖2所示。元素 Al、Ca、Fe、V、Zn、Hg的擬合結(jié)果均符合高斯模型。球狀模型表明了元素的空間聚集分布程度，其空間結(jié)構(gòu)是當(dāng)采樣間距小于變程時(shí)樣點(diǎn)間的空間相關(guān)性隨間距增大而降低[29]。符合該分布的元素有Mn、Ni、Sb、Tl。如果半方差函數(shù)模型是非水平直線型，基臺(tái)值是漸近線的則為指數(shù)模型，符合該模型的元素有Cr、Co、Cu、As、Cd、Mo、Pb。

當(dāng)距離（h）為0時(shí)，半方差函數(shù)值γ（0）稱為塊金值（C0），主要由測(cè)定誤差和小于最小采樣尺度的非連續(xù)性變異引起，屬于隨機(jī)性的變異因素；由結(jié)構(gòu)性因素引起的變異函數(shù)值變化稱為結(jié)構(gòu)方差，用C表示?；_(tái)值（C0+C）是半方差函數(shù)從初始的C0隨h增大而達(dá)到一個(gè)相對(duì)恒定的值，表示系統(tǒng)內(nèi)的總變異[30]。從表3可看出，17種元素的塊金值都小于1，說明本研究的土壤元素含量采樣方案和采樣間距較好地反映了研究區(qū)元素的變異程度。

表3 表土元素半方差函數(shù)最優(yōu)模型及擬合參數(shù)（n=77）Table3 Semivariance model and fitting parameters of elements in topsoil（n=77）

土壤元素的空間分布是由區(qū)域的結(jié)構(gòu)性因素（如成土母質(zhì)、地形、氣候等）和隨機(jī)性因素（如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通等）共同作用的結(jié)果，結(jié)構(gòu)性因素會(huì)使土壤元素的空間相關(guān)性增強(qiáng)，而隨機(jī)性因素則會(huì)使其空間相關(guān)性減弱[31]。塊金值和基臺(tái)值之比是反映區(qū)域化變量空間異質(zhì)性程度的重要指標(biāo)，該比值用以反映空間變異影響因素中區(qū)域結(jié)構(gòu)性因素（成土母質(zhì)、地形、氣候等）和隨機(jī)性因素（人為活動(dòng)等）的作用，稱為塊金效應(yīng)[32]。其比值越小，空間相關(guān)性越強(qiáng)。李哈濱等[30]研究認(rèn)為，當(dāng)比值小于0.25，以結(jié)構(gòu)性變異為主，具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性；0.25～0.75為中等強(qiáng)度的空間相關(guān)性；大于0.75為弱的空間相關(guān)性，變量的空間變異以隨機(jī)性因素為主；如果接近于1，變量在研究尺度上具有恒定的變異。研究區(qū)16種元素的塊金效應(yīng)均小于 0.75，其中 Fe、V、Zn、Co、Cu、As、Mo、Cd、Tl的塊金效應(yīng)小于 0.25，具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性；Al、Ca、Sb、Pb、Hg的塊金效應(yīng)大于0.3，具有中等強(qiáng)度的空間相關(guān)性。變程是表示變量空間相關(guān)性范圍的變量，變程以內(nèi)的元素具有空間自相關(guān)性，變程以外的則不存在空間自相關(guān)。Fe、Mn、V、Cr、Co、Zn、As、Tl、Hg 的變程均大于50 km，在較大范圍內(nèi)存在相關(guān)性。說明Fe、Mn、V、Zn、Cr、Co、As、Tl、Hg 受結(jié)構(gòu)性因素影響較大，并且其空間自相關(guān)性良好，空間分布未受到人為因素影響。Cu、Mo、Cd、Sb、Pb 變程較小，僅在小范圍內(nèi)存在空間相關(guān)性，說明整體結(jié)構(gòu)還在，受區(qū)域隨機(jī)因素（農(nóng)業(yè)灌溉、交通、工業(yè)生產(chǎn)）影響較大，影響因素復(fù)雜。Fe的變程為165.58 km，變程較大，是地殼中穩(wěn)定元素，是自然風(fēng)化產(chǎn)物，受區(qū)域地質(zhì)作用影響[33]。Al的變程為18.01 km，變程較小，除了與成土母質(zhì)有關(guān)，還受隨機(jī)因素的影響。Ca的變程為59.76 km，是活動(dòng)性元素，易在土壤中發(fā)生遷移，主要受成土母質(zhì)的影響[29，34]。

圖2 土壤元素 Al、Ca、Zn、As、Sb、Pb 變異函數(shù)模型Figure2 Semivariograms for element Al，Ca，Zn，As，Sb and Pb of topsoil

2.3 重金屬空間分布特征及其影響因素分析

為分析重金屬元素含量的分布特征，對(duì)Mn、Zn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Tl、Mo、Sb、As、Cd、Pb、Hg 進(jìn) 行空 間分析，結(jié)果表明（圖 3），Mn、Mo、Tl的空間分布較為均勻，區(qū)域之間的差異并不明顯，僅在流域北部和碩縣境內(nèi)含量稍高于其他地區(qū)，自然來源為主。Zn、V、Cr、Co、Cu的空間分布特征類似，在東部和北部區(qū)域縣城周邊、交通干線附近含量較高。Sb、Hg、Cd、Pb 的空間分布特征類似，呈斑塊狀分布，集中在和碩縣、焉耆縣和博湖縣周邊局部地區(qū)，和局部工農(nóng)業(yè)活動(dòng)有關(guān)。這說明交通尾氣排放、城市和工廠固體垃圾堆放以及農(nóng)藥化肥過量使用等造成區(qū)域重金屬含量較高[5，15]。As的高值區(qū)分布在西部開都河出山口和東部縣城、街道周邊，說明As既有自然來源，也有人為來源。研究表明[35-36]，天山山脈富含砷礦，在大氣搬運(yùn)、降水沖刷、淋濾等作用下塵埃中與溶解出的As和其他重金屬元素被河流搬運(yùn)沉積于博斯騰湖流域，可能是造成區(qū)域As等重金屬含量較高的重要原因。

綜上所述，重金屬含量在縣城周邊、省國(guó)道交通干線附近以及局部的工廠附近具有較高值，東部地區(qū)高于西部地區(qū)，東部的工農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)等較西部密集，人類活動(dòng)的影響程度較高。

2.4 重金屬污染特征

為分析不同環(huán)境介質(zhì)中重金屬的危害，眾多科學(xué)家提出了不同的評(píng)價(jià)方法，本文運(yùn)用單因子和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法以及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)博斯騰湖流域綠洲表層土壤中重金屬的污染程度，綜合兩種評(píng)價(jià)結(jié)果，以準(zhǔn)確把握流域綠洲土壤的質(zhì)量狀況，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考。

圖3 博斯騰湖流域綠洲表土重金屬元素空間分布圖Figure3 Spatial distribution of heavy metals in oasis topsoil of the Bosten Lake Basin

2.4.1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

單因子指數(shù)結(jié)果顯示（表4），Co的單因子指數(shù)小于 1，沒有污染，Mn、V、Zn、Cr、Ni、Cu、As、Cd、Sb、Tl、Pb、Hg的單因子污染指數(shù)均值在0～2之間，個(gè)別樣點(diǎn)存在污染，其中被污染的樣點(diǎn)數(shù)排序?yàn)镃d（58）＞Hg（46）＞Cr（36）＞V（31）＞Sb（28）＞As（21）＞Zn（17）＞Ni（16）＞Tl（6）＞Pb（5）＞Mn（3）＞Cu（2）。根據(jù)單因子污染指數(shù)結(jié)果計(jì)算內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)值，并評(píng)價(jià)其污染程度。結(jié)果表明 Co屬于安全級(jí)別，Mn、Cu、Tl、Pb 的污染程度在警戒限內(nèi)。V、Zn、Cr、Ni、As、Cd、Sb、Hg 的內(nèi)梅羅污染指數(shù)在1～2之間，屬于輕微污染程度，其中Cd、Hg的污染指數(shù)值接近1.5，輕微污染程度稍高于其余重金屬。

Cd、Hg的內(nèi)梅羅污染指數(shù)呈斑塊狀分布（圖4），高值區(qū)均分布在流域東南部，集中在焉耆縣和博湖縣縣城周邊、交通線附近，說明其多分布在受人類活動(dòng)影響強(qiáng)度高的區(qū)域。

2.4.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

表4 博斯騰湖流域綠洲表土重金屬內(nèi)梅羅污染指數(shù)Table4 Nemerow pollution index of heavy metal in oasis topsoil of the Bosten Lake Basin

圖4 Cd、Hg的內(nèi)梅羅污染指數(shù)空間分布Figure4 Spatial distribution of Nemerow index of Cd and Hg element

利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法計(jì)算的結(jié)果如表5所示，博斯騰湖流域綠洲表土11種重金屬平均Eir的大小排序?yàn)?Hg（45.39）＞Cd（36.97）＞As（8.60）＞Pb（4.36）＞N（i4.35）＞Cu（3.38）＞Co（2.82）＞Cr（2.02）＞V（1.95）＞Zn（0.83）＞Mn（0.81），Cd 的平均值為 36.97，約 37.7%的樣點(diǎn)值大于40，存在輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Hg的平均值為45.39，最大值達(dá)到74.7，約62.3%的樣點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)值大于40，存在輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其余重金屬元素的值均小于40，無生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI值范圍為55.1～161.85，按照綜合風(fēng)險(xiǎn)程度標(biāo)準(zhǔn)，27%的樣點(diǎn)RI值小于100，為輕微風(fēng)險(xiǎn)；73%樣點(diǎn)的RI值介于100～250之間，為中等風(fēng)險(xiǎn)?？傮w上看，博斯騰湖流域表層土壤重金屬Cd、Hg的風(fēng)險(xiǎn)程度較高，應(yīng)該引起相關(guān)部門的重視，其他重金屬并無較大程度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，由于該流域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng)的影響程度小，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，因此并未對(duì)流域土壤等生態(tài)環(huán)境造成較大風(fēng)險(xiǎn)。

從單因子Hg（Cd不滿足插值要求）和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征來看（圖5），東南部明顯高于西北部，風(fēng)險(xiǎn)高值區(qū)域分布在焉耆縣和博湖縣周邊、農(nóng)田分布密集區(qū)域、工廠等周圍。

表5 博斯騰湖流域綠洲表土重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Table5 The potential ecological risk assement of heavy metal in oasis topsoil of Bosten Lake Basin

圖5 Hg的潛在生態(tài)危害指數(shù)和綜合生態(tài)危害指數(shù)的空間分布Figure5 Spatial distribution of potential ecological risk index of Hg element and integration

3 結(jié)論

（1）利用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析博斯騰湖流域表土中元素含量特征，結(jié)果顯示17種元素平均含量順序?yàn)?Ca＞Al＞Fe＞Mn＞V＞Zn＞Cr＞Ni＞Cu＞Pb＞As＞Co＞Sb＞Mo＞Tl＞Cd＞Hg。其中常量元素 Al、Ca、Fe含量遠(yuǎn)超新疆土壤背景值，除重金屬元素Co、Mo含量低于背景值外，其余12種重金屬元素存在不同程度的超標(biāo)，Cd、Hg超標(biāo)率高達(dá)77%、62%。

（2）利用地統(tǒng)計(jì)方法分析了土壤元素的空間變異特征、空間分布特征。結(jié)果表明 Fe、Mn、V、Cr、Co、Zn、As、Tl、Hg受結(jié)構(gòu)性因素影響較大，其空間自相關(guān)性良好；Cu、Mo、Cd、Sb、Pb 變程較小，僅在小范圍內(nèi)存在空間相關(guān)性，說明整體結(jié)構(gòu)還在，受區(qū)域隨機(jī)因素（農(nóng)業(yè)灌溉、交通、工業(yè)生產(chǎn)等）影響較大，影響因素復(fù)雜。Al、Fe是地殼中穩(wěn)定元素，受區(qū)域地質(zhì)的影響，Al變程較小，說明還受隨機(jī)因素影響。Ca是活動(dòng)性元素，受土壤化學(xué)淋溶、風(fēng)化影響為主?？臻g分布結(jié)果為大多數(shù)重金屬元素在縣城周邊、工廠以及交通干線附近具有較高值，As在西部農(nóng)業(yè)稀疏區(qū)和東南部含量較高，為自然和人為雙重來源。

（3）分別運(yùn)用2種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法分析重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；內(nèi)梅羅污染指數(shù)法結(jié)果顯示，Co屬于安全級(jí)別，Mn、Cu、Tl、Pb 的污染程度在警戒限內(nèi)。V、Zn、Cr、Ni、As、Cd、Sb、Hg 的內(nèi)梅羅污染指數(shù)在 1～2 之間，屬于輕微污染程度，其中Cd、Hg的污染指數(shù)值接近1.5，輕微污染程度稍高于其余重金屬；單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果表明Cd、Hg具有輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果為27%樣點(diǎn)存在輕微風(fēng)險(xiǎn)，73%樣點(diǎn)存在中等風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)值的空間分布表現(xiàn)為東南部區(qū)域較高，集中于焉耆縣、博湖縣縣城周邊城鎮(zhèn)、交通干線附近等?？傮w看來，博斯騰湖流域的Cd、Hg風(fēng)險(xiǎn)程度較大，需要引起重視，其他重金屬風(fēng)險(xiǎn)較低，人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)并未對(duì)流域土壤產(chǎn)生較大危害。

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