基于穩(wěn)定同位素與多元素的土壤鉛污染源解析

肖文丹,葉雪珠,張 棋,趙首萍,陳 德,黃淼杰,胡 靜,高 娜

基于穩(wěn)定同位素與多元素的土壤鉛污染源解析

肖文丹,葉雪珠*,張 棋,趙首萍,陳 德,黃淼杰,胡 靜,高 娜

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全危害因子與風(fēng)險(xiǎn)防控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品信息溯源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310021)

以杭州市富陽區(qū)典型工礦企業(yè)附近農(nóng)田為研究對(duì)象,基于單因子指數(shù)法及內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià),并采用穩(wěn)定同位素與多元素特征指紋結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)定量解析研究區(qū)內(nèi)農(nóng)田土壤重金屬鉛污染的來源,建立基于鉛穩(wěn)定同位素與多元素特征指紋結(jié)合主成分-聚類分析的農(nóng)田土壤鉛污染源解析技術(shù).結(jié)果表明:研究區(qū)域內(nèi)電鍍廠和冼礦場附近的農(nóng)田土壤受重金屬污染很嚴(yán)重,兩個(gè)地區(qū)的鉛污染均達(dá)到重度污染水平.根據(jù)不同污染源及土壤的鉛同位素比值(207Pb/206Pb、208Pb/206Pb),利用源解析軟件Isosource分析不同潛在污染源對(duì)土壤鉛污染的貢獻(xiàn)率,結(jié)果顯示電鍍廢棄物、廢水對(duì)電鍍廠附近農(nóng)田土壤鉛污染的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)70.5%,冼礦場堆放的礦石、尾礦對(duì)附近農(nóng)田土壤鉛污染的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)71.7%.為了進(jìn)一步解析土壤鉛污染來源,對(duì)電鍍廠和冼礦場污染源樣品中28種多元素含量進(jìn)行主成分-聚類分析,結(jié)果顯示不同來源樣品的多元素組成差別較大,電鍍廠附近農(nóng)田土壤的多元素組成與電鍍廢棄物和廢水相似度最高,冼礦場附近農(nóng)田土壤的多元素組成與礦石和尾礦相似度最高.因此,基于鉛穩(wěn)定同位素比值與多元素特征指紋結(jié)合主成分-聚類分析得出電鍍廠排放的固廢、廢水和冼礦場堆放的礦石、尾礦是造成附近土壤鉛污染的主要原因,也證明基于鉛穩(wěn)定同位素與多元素特征進(jìn)行鉛污染源解析具有較高的準(zhǔn)確度和可靠性.

鉛；穩(wěn)定同位素；多元素；源解析；主成分分析；聚類分析；土壤

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,土壤重金屬超標(biāo)問題日益突出.根據(jù)2014年全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào),中國土壤污染類型以重金屬污染為主[1].重金屬元素,可以通過食物鏈進(jìn)入人體,造成嚴(yán)重疾病[2].Pb因其具有非生物降解性和較長的生物半衰期,以及通過食物鏈累積可影響人類健康的特性,引起了世界的廣泛關(guān)注.環(huán)境中Pb的來源廣泛,如汽車尾氣、煤炭燃燒、礦山開采以及各種工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等.污染源的確定是對(duì)土壤污染程度進(jìn)行正確評(píng)價(jià)和對(duì)污染源進(jìn)行有效治理的前提,為準(zhǔn)確找到污染源并及時(shí)切斷污染途徑,降低危害發(fā)生的概率,追溯Pb的污染來源顯得尤為重要[3-4].

目前國內(nèi)土壤重金屬污染排放的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不夠全面,土壤重金屬污染來源的情況仍不十分清楚,并且尚缺乏高效的農(nóng)業(yè)土壤中重金屬污染來源解析方法.土壤中重金屬的來源一般情況下可以分為母質(zhì)、污水灌溉、工業(yè)廢棄物、大氣沉降、化肥和農(nóng)藥過量施用等[5].國內(nèi)外開展土壤重金屬污染源解析的方法主要包括空間分析、重金屬形態(tài)分析、同位素示蹤、受體模型及多元統(tǒng)計(jì)分析等[6].

穩(wěn)定同位素研究是地球化學(xué)領(lǐng)域經(jīng)典的研究方法.重金屬同位素比值分析作為該領(lǐng)域新興的一種技術(shù),其標(biāo)記特性與穩(wěn)定性使它的研究和應(yīng)用更加受人關(guān)注[7].Pb有4種穩(wěn)定同位素:204Pb,206Pb,207Pb和208Pb.Pb同位素由于其質(zhì)量重,同位素間的相對(duì)質(zhì)量差較小,不像O、S、H、C等輕同位素,在次生過程中容易受到所在系統(tǒng)的溫度、壓力、pH值、h和生物等作用而發(fā)生變化,外界條件的變化對(duì)Pb同位素組成的影響很小.因此,Pb同位素組成具有明顯的“指紋特征”,不同來源的污染中Pb同位素組成存在差異,可以根據(jù)土壤中的Pb同位素比例特征和不同污染源中Pb同位素比例特征的關(guān)系來判斷土壤中Pb污染的來源.如何海星等[8]基于Pb同位素比值解析廈門西港近岸沉積物中Pb污染來源,發(fā)現(xiàn)Pb污染主要受交通和工業(yè)活動(dòng)、工業(yè)和生活污水排放的影響.但該方法僅用Pb同位素作為溯源指標(biāo)無法精確判定其污染來源,適用性也有限.而且如果僅僅利用單一方法來進(jìn)行土壤重金屬污染來源調(diào)查,結(jié)果可能會(huì)存在較大的局限和誤差,需要綜合運(yùn)用多種來源解析方法,相互輔助,從而便于更好地鑒別土壤重金屬污染的來源.

礦物元素含量相對(duì)較穩(wěn)定,土壤中礦物元素含量主要與成土母質(zhì)、水、廢棄物以及空氣中的礦物元素組成及含量有關(guān),可以作為源識(shí)別的指標(biāo).穩(wěn)定同位素與礦物多元素特征結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析,能有效提高源識(shí)別結(jié)果的可靠性.袁玉偉等[9]采用穩(wěn)定同位素和多元素應(yīng)用于茶葉產(chǎn)地溯源,胡桂仙等[10]采用穩(wěn)定同位素和多元素應(yīng)用于楊梅產(chǎn)地溯源,但是在重金屬污染源識(shí)別中目前還沒有采用穩(wěn)定同位素和多元素特征分析的先例.

本文以杭州市富陽區(qū)典型工礦企業(yè)附近農(nóng)田土壤為研究對(duì)象進(jìn)行Pb污染來源解析方法的研究.采用穩(wěn)定同位素與多元素特征指紋結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)定量解析富陽區(qū)典型工礦企業(yè)農(nóng)田土壤重金屬污染的來源,并定量給出各污染源的貢獻(xiàn)率,可為該地區(qū)環(huán)境管理部門應(yīng)對(duì)污染事故、控制污染風(fēng)險(xiǎn)提供了可靠的技術(shù)保障,克服了現(xiàn)有技術(shù)不能給出具體排放源對(duì)受體貢獻(xiàn)的大小、對(duì)污染治理工作無實(shí)際指導(dǎo)意義的缺陷,并為進(jìn)一步發(fā)展Pb污染源準(zhǔn)確鑒定方法,為快速、準(zhǔn)確的追溯工礦企業(yè)附近農(nóng)田Pb污染的來源提供技術(shù)保障.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處浙江省杭州市富陽區(qū),位于浙江省北部,介于29°44'4″～30°11'58.5″N,119°25'00″～ 120°19'30″E之間,總面積1831km2.屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),溫暖濕潤,年平均氣溫為16.1℃,雨量充沛,但分布不均,降水主要集中于5～6月.全區(qū)地勢大致自西南向東北傾斜,根據(jù)地形可分為東南及西北山區(qū)、中部丘陵區(qū)和河谷平原區(qū).丘陵和山地分布較廣,約占全區(qū)土地總面積的75.5%,巖石種類較多,丘陵區(qū)多為砂質(zhì)紅壤或礫石紅壤,平原盆地土壤以培泥沙土、黃泥田和狹谷泥沙田為主.選擇區(qū)域內(nèi)受電鍍廠污染和冼礦場污染的農(nóng)田土壤作為工礦企業(yè)污染的典型研究區(qū)域.

1.2 點(diǎn)位布設(shè)與樣品采集

電鍍廠中心位置為(28°52'48"N, 119°4'48"E),根據(jù)電鍍廠污染特點(diǎn)開展樣品采集,沿著污水排放的溝渠,在距離電鍍廠約100m(S1)、200m(S2)、500m(S3)、1000m(S4)的位置采集溝渠附近表層農(nóng)田土壤(采樣深度0～20cm)和成土母質(zhì)樣品(采樣深度60～100cm).同時(shí)采集電鍍廠工業(yè)污水、固廢、污染農(nóng)田使用的灌溉水、有機(jī)肥、化肥、農(nóng)膜以及大氣降塵、道路交通揚(yáng)塵樣品.

冼礦場中心位置為(30°6'54"N, 119°49'45"E),根據(jù)礦場污染特點(diǎn),在距離礦場大約100m(S1)、500m(S2)、1000m(S3)、2000m(S4)的農(nóng)田分別采集0～20cm表層農(nóng)田土壤和60～100cm成土母質(zhì)樣品.同時(shí)在礦場采集礦石、尾礦等廢棄物、污染農(nóng)田使用的灌溉水、有機(jī)肥、化肥、農(nóng)膜以及大氣降塵、道路交通揚(yáng)塵樣品.

土壤樣品采集按照《NYT 1121.1-2006土壤檢測第1部分:土壤樣品的采集、處理和貯存》[11]方法進(jìn)行采集和貯存.在確定采集區(qū)域后,采用多點(diǎn)混合法在樣本區(qū)域1m×1m格網(wǎng)中各取4個(gè)頂點(diǎn)及中心處1kg土樣,混合均勻后采用四分法取1kg土壤代表該樣點(diǎn)區(qū)域土樣.棄去動(dòng)植物殘留體、礫石等雜質(zhì),按照HJ/T 166- 2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[12]的要求,將采樣點(diǎn)的樣品進(jìn)行風(fēng)干、研磨至 100目.灌溉水采樣方法參照HY/T 396-2000《農(nóng)用水源環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[13]中規(guī)定進(jìn)行.工業(yè)污水采集參照HJ/T 91-2002《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[14]中污水監(jiān)測的布點(diǎn)與采樣的規(guī)定進(jìn)行.工業(yè)固廢采樣和制樣方法參照HJ/T 20-1998《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》[15]的規(guī)定進(jìn)行.礦石、尾礦采樣和制樣方法分別參照GB/T 2007.1- 1987《散裝礦產(chǎn)品取樣、制樣通則手工取樣方法》[16]和GB/T 2007.2-1987《散裝礦產(chǎn)品取樣、制樣通則手工制樣方法》[17]的規(guī)定進(jìn)行.大氣降塵參照HJ 194-2017《環(huán)境空氣質(zhì)量手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[18]的規(guī)定進(jìn)行采集.交通揚(yáng)塵參照HJ/T 393-2007《防治城市揚(yáng)塵污染技術(shù)規(guī)范》[19]中道路積塵負(fù)荷的監(jiān)測方法的規(guī)定進(jìn)行采集.

1.3 Pb濃度、同位素比值分析

污染土壤采用HNO3、HClO4、HF(體積比5:1:1)消解,利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS, Agilent 7500a)測定土壤中Pb濃度,具體操作方法依據(jù)GB/T 17141-1997《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法》[20]中方法進(jìn)行.采用國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07452) 進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度監(jiān)控.

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS, Agilent 7500a) 監(jiān)測土壤樣品和污染源樣品中Pb同位素組成.通過測定204Pb、206Pb、207Pb、208Pb等4個(gè)Pb同位素的離子流強(qiáng)度,得到同位素豐度比值(204Pb/206Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb).儀器采用Pb同位素豐度比標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(NBS981)校準(zhǔn),對(duì)樣品中Pb同位素豐度比進(jìn)行精密測量.標(biāo)準(zhǔn)樣品(NBS981)分析結(jié)果206Pb/204Pb=16.932,207Pb/204Pb=15.485,208Pb/204Pb=36.685.具體操作方法參照GB/T 31231-2014《水中鋅、鉛同位素豐度比的測定多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜法》[21]的規(guī)定進(jìn)行.

1.4 礦物多元素測定

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定所有試樣中鈉、鎂、鋁、鉀、鈣、磷、硫、硅、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒、鍶、鉬、鎘、錫、銻、鋇、汞、鉈、鉛28種元素含量.儀器條件和操作方法參照HJ 700-2014 《水質(zhì) 65種元素的測定電感耦合等離子體質(zhì)譜法》[22].

1.5 源識(shí)別方法

基于穩(wěn)定同位素與多元素特征指紋結(jié)合主成分-聚類分析進(jìn)行Pb污染源的識(shí)別,包括:

計(jì)算土壤、大氣降塵、道路交通揚(yáng)塵、灌溉水、工業(yè)污水、工業(yè)固廢、礦業(yè)廢棄物、肥料、母質(zhì)樣品中的重金屬Pb同位素比值(207Pb/206Pb、208Pb/206Pb),利用美國環(huán)保部網(wǎng)站(http://www. epa.gov/wed/pages/models.htm)提供的源解析軟件Isosource計(jì)算不同潛在污染源對(duì)土壤Pb污染的貢獻(xiàn)率.其原理是將土壤與待定Pb污染來源(假設(shè)為3種來源)中的207Pb/206Pb、208Pb/206Pb同位素?cái)?shù)值輸入,構(gòu)建質(zhì)量守恒模型,如下式所示[23]:

將大氣降塵、道路交通揚(yáng)塵、灌溉水、工業(yè)污水、工業(yè)固廢、礦業(yè)廢棄物、肥料、母質(zhì)樣品多元素分析數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS等具備多元統(tǒng)計(jì)分析的軟件,利用主成分分析(PCA)和聚類分析(CA)方法,開展不同來源樣品中礦物多元素的含量差異分析.首先利用主成分因子分析提取出具有因子荷載矩陣和因子得分矩陣,確定主成分因子個(gè)數(shù);再把基于污染源成分譜的因子荷載識(shí)別當(dāng)成多參數(shù)模式的識(shí)別問題,利用聚類分析計(jì)算樣本數(shù)據(jù)之間的歐氏距離,找到樣本潛在類簇,判別土壤Pb污染與不同污染源的同源性[24].

根據(jù)Pb同位素豐度比分析結(jié)果,若一種或幾種污染源對(duì)Pb污染的貢獻(xiàn)率達(dá)到或高于70%,且多元素結(jié)合主成分-聚類分析,土壤污染與該一/幾種污染源同源,則可認(rèn)定土壤Pb污染來自于該一/幾種污染源.

1.6 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010和Origin 2018軟件對(duì)土壤重金屬含量和同位素比值的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并作圖;使用 SPSS 18.0對(duì)礦物多元素含量進(jìn)行主成分分析和聚類分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬污染特征

研究區(qū)域內(nèi)電鍍廠和冼礦場附近的農(nóng)田土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)情況及與浙江省土壤元素背景值[25]的對(duì)比情況見表1～2.結(jié)果表明電鍍廠附近農(nóng)田土壤Pb、Cd、Cr、As、Hg、Cu、Zn均值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于浙江省土壤元素背景值的3.32～53.64倍,且重金屬分布濃度隨其離電鍍廠的距離增大而減小.土壤中Pb、Cr、As、Cu的超標(biāo)率分別為78.96%、50.23%、12.51%、69.35%,土壤Cd、Hg、Zn全部超標(biāo).統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果說明,電鍍廠附近農(nóng)田土壤重金屬Pb、Cd、Cr、As、Hg、Cu、Zn污染問題很嚴(yán)重.土壤以偏酸性為主,pH￡6.5的耕地土壤點(diǎn)位占93.3%,其中pH￡5.5占73.3%,5.5

表1 電鍍廠附近農(nóng)田土壤重金屬含量和pH值特征

注:“-”表示無此項(xiàng).

表2 冼礦場附近農(nóng)田土壤重金屬含量和pH值特征

注:“-”表示無此項(xiàng).

冼礦場附近農(nóng)田土壤Pb、Cd、As、Hg、Zn含量均值為浙江省土壤元素背景值的5.71～14.79倍,呈現(xiàn)離冼礦場址越遠(yuǎn),土壤重金屬含量越低的趨勢.土壤樣品中Pb、Cd、Hg、Zn超標(biāo)率均為100%,所有樣品均超標(biāo).土壤As、Cu元素超標(biāo)率分別為61.22%和15.26%.土壤Cr元素雖未超標(biāo),但是平均含量是背景值的1.37倍.統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果說明,冼礦場附近農(nóng)田土壤重金屬Pb、Cd、As、Hg、Zn污染問題很嚴(yán)重.土壤以酸性為主,pH￡6.5的耕地土壤點(diǎn)位占100%,其中pH￡5.5占66.7%,5.5

2.2 土壤重金屬污染評(píng)估

采用《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-2018)[26]對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià).從單項(xiàng)污染指數(shù)來看,電鍍廠附近農(nóng)田土壤Pb、Cd、Hg、Cu和Zn單項(xiàng)污染指數(shù)均大于3,表明電鍍廠附近農(nóng)田土壤Pb、Cd、Hg、Cu和Zn污染很嚴(yán)重.冼礦場附近農(nóng)田土壤 Pb、Cd、Hg單項(xiàng)污染指數(shù)均大于3,表明冼礦場附近農(nóng)田土壤 Pb、Cd、Hg污染很嚴(yán)重(表3).根據(jù)單因子污染指數(shù)法可知對(duì)土壤污染影響最大的因素,但無法判定出不同元素對(duì)土壤的綜合影響[27].因此,采取內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)價(jià).由表3可知,電鍍廠和冼礦場附近農(nóng)田土壤重金屬污染的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)均大于3.0,說明這兩個(gè)地區(qū)農(nóng)田土壤總體上均處于重度污染水平.

表3 土壤重金屬污染指數(shù)

2.3 土壤Pb污染源解析

2.3.1 電鍍廠土壤Pb污染源解析 前期已有研究證明Pb同位素組成具有明顯的“指紋特征”[7-8,28-29],因此本文基于Pb同位素的指紋特征,結(jié)合礦物多元素特征,開展電鍍廠和冼礦場附近農(nóng)田土壤Pb污染源解析.由圖1可知,電鍍廠附近農(nóng)田土壤潛在重金屬污染源中,工業(yè)廢棄物、工業(yè)污水樣品中的Pb同位素比值分布與土壤樣品較為緊密,作為污染源的嫌疑較大.一部分成土母質(zhì)樣品接近土壤Pb同位素比值區(qū)域,說明成土母質(zhì)對(duì)土壤重金屬污染有一定的影響.化肥、有機(jī)肥、農(nóng)膜離土壤數(shù)值均較遠(yuǎn),說明肥料和農(nóng)膜不是Pb污染的主要原因.

利用Pb同位素組成作圖并進(jìn)行對(duì)比分析,只能定性分析Pb污染的來源.為了進(jìn)一步評(píng)估Pb污染來源,需對(duì)其進(jìn)行定量解析,因此本文利用美國環(huán)保部網(wǎng)站(http://www.epa.gov/wed/pages/models.htm)提供的源解析軟件Isosource計(jì)算不同潛在污染源對(duì)土壤Pb污染的貢獻(xiàn)率.根據(jù)電鍍廠污染區(qū)域土壤和潛在污染源樣品中Pb穩(wěn)定性同位素比值平均結(jié)果(表4)可知,對(duì)土壤Pb污染占主導(dǎo)影響的主要是工廠廢棄物和工廠污水,2個(gè)因素累積貢獻(xiàn)率達(dá)70.5%.同時(shí)說明對(duì)于電鍍廠復(fù)合重金屬污染,Pb同位素組成具有明顯的“指紋特征”,可用其作為源識(shí)別的指標(biāo).胡恭任等[30]也研究發(fā)現(xiàn),不同來源的穩(wěn)定Pb同位素組成相差較大,利用污染源及沉積物207Pb/206Pb、208Pb/206Pb比值的差別,可以追溯沉積物中Pb的來 源.

圖1 電鍍廠附近土壤與污染源中Pb的同位素比值

在農(nóng)田土壤環(huán)境中,造成土壤重金屬污染的潛在來源有很多,根據(jù)主成分分析法的原理,將土壤自然因素與重金屬的變量線性組合為若干彼此獨(dú)立的新變量,有利于分析土壤中重金屬與土壤自然屬性以及人為因素的相關(guān)性,以此判斷土壤重金屬污染的主要成因[31].根據(jù)電鍍廠污染區(qū)域土壤和潛在污染源樣品中礦物多元素主成分分析結(jié)果(表5),通過varimax旋轉(zhuǎn)以后,前3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率為83.9%,因此選取前3個(gè)主成分進(jìn)行分析.由表5可知,主成分1解釋了47.25%的方差變異,Ti、Ba、Se、S、Si、V、Al、K、Fe、P、Sr、Na、Mg具有較高的載荷,據(jù)此推測區(qū)域內(nèi)Ti、Ba、Se、S、Si、V、Al、K、Fe、P、Sr、Na、Mg可能主要為自然母質(zhì)源;主成分2 解釋了26.51%的方差變異,Sn、Pb、Cr、Cu、Cd、Zn、Tl、As、Co、Ni、Sb、Ca、Hg具有較高的載荷,推測Sn、Pb、Cr、Cu、Cd、Zn、Tl、As、Co、Ni、Sb、Ca、Hg主要與人為活動(dòng)有關(guān),可能由電鍍作業(yè)產(chǎn)生的廢水和廢渣污染造成;第3主成分中Ni、Sb、Hg、Mn元素的影響最大,可能主要來自其他的人為源.為了進(jìn)一步分析Pb污染來源,對(duì)電鍍廠污染源樣品中各元素含量進(jìn)行聚類分析,結(jié)果如圖2所示.土壤多元素組成與工業(yè)廢棄物和工業(yè)污水相似度最高,其次為土壤母質(zhì),有機(jī)肥、農(nóng)膜等農(nóng)投品與土壤多元素組成的相似度最差,說明對(duì)土壤重金屬污染占主導(dǎo)影響的主要是電鍍工廠排放的廢棄物和廢水,而非肥料、農(nóng)膜等.

表4 電鍍廠附近Pb污染貢獻(xiàn)率情況

結(jié)合Pb同位素比值、礦物多元素組成與多元統(tǒng)計(jì),結(jié)果表明電鍍廠廢棄物和廢水對(duì)土壤重金屬含量有顯著影響,為主要污染來源.20世紀(jì)以來,隨著機(jī)械裝備、電子電器、汽車、五金、燈飾等制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,作為具有重要配套功能的電鍍產(chǎn)業(yè)也得到高速發(fā)展.電鍍企業(yè)普遍存在規(guī)模小和管理不規(guī)范等特點(diǎn),通常是重金屬排放和污染的大戶[32].電鍍工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物和電鍍廢液(包括廢電鍍液、鍍件漂洗水、酸洗廢水、堿洗除油廢水等).這些電鍍廢渣和廢液中含有大量Cu、Ni、Cr、Zn、Pb等金屬和其他等有毒有害物質(zhì)[33-34].電鍍廠附近土壤重金屬分布濃度隨其離電鍍廠的距離增大而減小,也說明電鍍廠排放的固廢、廢水是引起其附近土壤重金屬污染的主要原因.電鍍廠附近土壤為黃壤,是由花崗巖、砂巖母質(zhì)發(fā)育而成,土壤的本底Pb含量較高[35],因此除工業(yè)廢棄物和廢水以外,土壤母質(zhì)也是Pb污染的來源之一.已有研究表明機(jī)動(dòng)車尾氣排放的微粒物是引起道路兩側(cè)土壤Pb含量變高的主要因素[36].但由于采樣田塊距離道路距離較遠(yuǎn),本研究中交通揚(yáng)塵對(duì)Pb污染的貢獻(xiàn)率僅占3.5%.

注:“-”表示載荷矩陣中缺失值.

圖2 電鍍廠污染源多元素組成聚類分析圖

2.3.2 冼礦場土壤鉛污染源解析 由圖3可知,冼礦場附近農(nóng)田土壤潛在重金屬污染源中,礦石、尾礦樣品中的Pb同位素比值分布與土壤樣品較為緊密,作為污染源的嫌疑較大.成土母質(zhì)部分樣品接近土壤樣品,說明成土母質(zhì)對(duì)土壤Pb污染也有一定的影響.化肥、有機(jī)肥、農(nóng)膜、大氣降塵、道路交通揚(yáng)塵離土壤數(shù)值均較遠(yuǎn),說明該區(qū)域大氣、交通、農(nóng)投品對(duì)土壤Pb污染的影響較小.根據(jù)Isosource計(jì)算的不同潛在污染源對(duì)土壤Pb污染的貢獻(xiàn)率(表6)可知,對(duì)土壤Pb污染占主導(dǎo)影響的主要是礦石和尾礦,2個(gè)因素累積貢獻(xiàn)率達(dá)71.7%.同時(shí)說明對(duì)于冼礦場復(fù)合重金屬污染,Pb同位素組成也具有明顯的“指紋特征”,可用其作為源識(shí)別的指標(biāo).

圖3 冼礦場附近土壤與潛在污染源中Pb的同位素比值

表6 冼礦場附近Pb污染貢獻(xiàn)率情況

根據(jù)冼礦場污染區(qū)域土壤和潛在污染源樣品中礦物多元素主成分分析結(jié)果(表7),通過varimax旋轉(zhuǎn)以后,前3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率為86.48%,因此選取前3個(gè)主成分進(jìn)行分析.由表7可知,主成分1解釋了57.36%的方差變異,Sb、Zn、Cd、As、Hg、Sn、Cu、Pb、Mo、Al、Tl、Fe、Ni、Cr具有較高的載荷,據(jù)此推測區(qū)域內(nèi)Sb、Zn、Cd、As、Hg、Sn、Cu、Pb、Mo、Al、Tl、Fe、Ni、Cr可能主要與人為活動(dòng)有關(guān);由冼礦場尾礦污染造成;主成分2解釋了21.11%的方差變異,Co、Se、Na、Ca、S、Mn、Fe、Ba、P、Si、K、Mg具有較高的載荷,推測這些元素可能主要為自然母質(zhì)源;第3主成分中Ti、Sr元素的影響最大,可能主要來自其他的人為源.為了進(jìn)一步分析Pb污染來源,對(duì)冼礦場污染源樣品中各元素含量進(jìn)行聚類分析,結(jié)果如圖4所示.土壤多元素組成與礦石和尾礦相似度最高,其次為土壤母質(zhì)、有機(jī)肥,農(nóng)膜和化肥與土壤多元素組成的相似度最差,說明對(duì)土壤重金屬污染占主導(dǎo)影響的主要是冼礦場堆放的礦石和尾礦,而非交通揚(yáng)塵、大氣降塵以及化肥、農(nóng)膜等農(nóng)投品.

結(jié)合Pb同位素比值、礦物多元素組成與多元統(tǒng)計(jì),結(jié)果表明冼礦場堆放的礦石和尾礦為土壤Pb污染主要污染來源.本研究選擇的冼礦場位于半山腰,該礦場具有10多年的開采歷史,長期的Pb、Zn及Cu礦等的開采活動(dòng)嚴(yán)重污染了環(huán)境,目前雖已停止開采,但是尾礦石未處理,直接暴露在空中.調(diào)查的耕地均分布在冼礦場的下方,降雨沖刷礦場導(dǎo)致尾礦流失,進(jìn)而造成周邊農(nóng)田重金屬污染.研究的農(nóng)田土壤重金屬分布濃度隨其離冼礦場的距離增大而減小,也說明冼礦場堆放的礦石和尾礦是引起其附近土壤重金屬污染的主要原因.冼礦場處于Pb /Zn 地質(zhì)礦帶上,土壤的本底Pb含量較高[37],因此除冼礦場礦石和尾礦以外,土壤母質(zhì)也是Pb污染的來源之一.

表7 冼礦場附近土壤及污染源多元素主成分旋轉(zhuǎn)載荷

農(nóng)田土壤重金屬Pb污染來源的研究是一個(gè)內(nèi)容復(fù)雜、涉及面廣的過程.目前大多數(shù)研究僅運(yùn)用單一的地理空間分析、同位素比值分析或多元統(tǒng)計(jì)分析研究土壤Pb污染來源[38],由于缺乏足夠的分析依據(jù),導(dǎo)致研究結(jié)論過于主觀片面,無法為農(nóng)田土壤Pb污染來源的判別提供有力的證據(jù),且部分方法自身存在缺陷與不足,無法保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性.目前地理空間分析應(yīng)用較多,但是該方法對(duì)樣本數(shù)量和對(duì)采樣點(diǎn)分布要求比較高,因而在實(shí)際應(yīng)用中受到限制,也無法對(duì)多源體系進(jìn)行有效辨析,并具有難以定量識(shí)別的缺點(diǎn)[39].Pb同位素在定量解析Pb污染源方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢,但應(yīng)用Pb同位素組成定量解析Pb污染來源也是一個(gè)難點(diǎn),解析精度的高低受到多種因素的影響,如檢查精度、同一排放源在不同的時(shí)間排放物質(zhì)有差異及計(jì)算時(shí)舍棄的弱源等[31].因此根據(jù)環(huán)境中礦物元素組成較穩(wěn)定的特性,將礦物元素組成特征也作為源識(shí)別的指標(biāo),將Pb同位素比值結(jié)合礦物多元素特征,并利用主成分分析和聚類分析,計(jì)算不同污染源樣本與污染農(nóng)田土壤數(shù)據(jù)之間的歐氏距離,判別土壤Pb污染與不同污染源的同源性,能有效提高源識(shí)別結(jié)果的可靠性.

本研究結(jié)果表明,結(jié)合Pb同位素比值和多元素組成可以判斷電鍍廠排放的固廢、廢水和冼礦場堆放的礦石、尾礦是造成附近土壤Pb污染的主要原因.也證明,基于Pb穩(wěn)定同位素比值與多元素特征指紋結(jié)合主成分-聚類分析進(jìn)行Pb污染源解析具有較高的準(zhǔn)確度和可靠性.

圖4 冼礦場污染源多元素組成聚類分析圖

3 結(jié)論

3.1 研究區(qū)域內(nèi)電鍍廠和冼礦場附近的農(nóng)田土壤受重金屬污染很嚴(yán)重,兩個(gè)地區(qū)的Pb污染均達(dá)到重度污染水平.

3.2 本文基于Pb穩(wěn)定同位素比值與多元素特征指紋結(jié)合主成分-聚類分析進(jìn)行Pb污染源的解析.根據(jù)不同污染源及土壤的Pb同位素比值,利用源解析軟件Isosource分析不同潛在污染源對(duì)土壤Pb污染的貢獻(xiàn)率,結(jié)果顯示電鍍廠排放的固體廢棄物、廢水和冼礦場堆放的礦石、尾礦對(duì)附近農(nóng)田土壤Pb污染的累計(jì)貢獻(xiàn)率分別達(dá)70.5%和71.7%.

3.3 為了進(jìn)一步解析土壤Pb污染來源,對(duì)電鍍廠和冼礦場污染源樣品中28種多元素含量進(jìn)行主成分-聚類分析,結(jié)果顯示不同來源的多元素組成差別較大,電鍍廠附近農(nóng)田土壤多元素組成與工業(yè)廢棄物和工業(yè)廢水相似度最高,冼礦場附近農(nóng)田土壤多元素組成與礦石和尾礦相似度最高.

[1] 環(huán)境保護(hù)部和國土資源部.全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào) [EB/OL]. 2014,http://www.mee.gov.cn/gkml/sthjbgw/qt/ 201404/t20140417_270670.htm.Ministry of Environmental Protection. Bulletin of the national survey of soil pollution. [EB/OL]. Http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/ 201404/t20140417_270670.htm.

[2] 孫 慧,畢如田,郭 穎,等.廣東省土壤重金屬溯源及污染源解析[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2018,38(2):704-714. Sun H, Bi R T, Guo Y, et al. Source apportionment analysis of trace metal contamination in soils of Guangdong Province, China [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2018,38(2):704-714.

[3] 王景云,喬鵬煒,楊 軍,等.基于空間結(jié)構(gòu)特征的土壤Cu,Pb來源解析-以北京市東南郊污灌區(qū)為例[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(1):195-202. Wang J Y, Qiao P W, Yang J, et al. Source tracing of soil Cu and Pb based on spatial structure characteristics:a case study in the sewage irrigated area in the southeast suburb of Beijing [J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018,24(1):195-202.

[4] 瞿明凱,李衛(wèi)東,張傳榮,等.基于受體模型和地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的土壤鎘污染源解析[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33(5):854-860. Qu M K, Li W D, Zhang C R, et al. Source apportionment of soil heavy metal Cd based on the combination of receptor model and geostatistics [J]. China Environmental Science, 2013,33(5):854-860.

[5] 孫境蔚,于瑞蓮,胡恭任,等.泉州某林地垂直剖面土壤中重金屬污染評(píng)價(jià)及來源解析的鉛鍶同位素示蹤研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 2017, 38(4):1-14. Sun J W, Yu R L, Hu G R,et al. Assessing of heavy metal pollution and tracing sources by Pb&Sr isotope in the soil profile of woodland in Quanzhou [J]. Environmental Sciences, 2017,38(4):1-14.

[6] 陳雅麗,翁莉萍,馬 杰,,等.近十年中國土壤重金屬污染源解析研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2019,38(10):2219-2238. Chen Y L, Weng L P, Ma J, et al. Review on the last ten years of research on source identification of heavy metal pollution in soils [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2019,38(10):2219-2238.

[7] 王 成,夏學(xué)齊,張 義,等.利用鉛同位素方法量化不同端元源對(duì)南京土壤和長江下游懸浮物鉛富集的影響 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2014, 35(11):4251-4256. Wang C, Xia X J, Zhang Y, et al. Quantifying the influence of different matrices on Pb accumulation in the soil from Nanjing and suspended matter from the lower of the Yangtze River with Pb isotopic technique [J]. Environmental Sciences, 2014,35(11):4251-4256.

[8] 何海星,于瑞蓮,胡恭任,等.廈門西港近岸沉積物重金屬污染歷史及源解析[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2014,34(4):1045-1051. He H X, Yu R L, Hu G R, et al. Pollution history and source of heavy metals in coastal sediments from Xiamen Western Bay [J]. China Environmental Science, 2014,34(4):1045-1051.

[9] 袁玉偉,張永志,付海燕,等.茶葉中同位素與多元素特征及其原產(chǎn)地PCA-LDA判別研究[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2013,27(1):47-55. Yuan Y W, Zhang Y Z, Fu H Y, et al. Application of pca-lda method to determine the geographical origin of tea based on determination of stable isotopes and multi-elements [J]. Acta Agriculturae Nucleatae Sinica, 2013,27(1):47-55.

[10] 胡桂仙,邵圣枝,張永志,等.楊梅中穩(wěn)定同位素和多元素特征在其產(chǎn)地溯源中的應(yīng)用[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2017,31(12):2450-2459. Hu G X, Shao S Z, Zhang Y Z, et al. Characterization of stable isotope and multi-elements in myrica rubra for its traceability of geographic origin [J]. Acta Agriculturae Nucleatae Sinica, 2017,31(12):2450- 2459.

[11] NYT 1121.1-2006 土壤檢測第1部分:土壤樣品的采集、處理和貯存 [S]. NYT 1121.1-2006 Soil testing part 1: Soil sampling,processing and reposition [S].

[12] HJ/T 166-2004 土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 [S]. HJ/T 166-2004 The technical specification for soil environmental monitoring [S].

[13] HY/T 396-2000 農(nóng)用水源環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 [S]. HY/T 396-2000 Procedural regulations regarding the environment quality monitoring water for agricultural use [S].

[14] HJ/T 91-2002 地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 [S]. HJ/T 91-2002 Technical specifications requirements for monitoring of surfacewater and waste water [S].

[15] HJ/T 20-1998 工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范 [S]. HJ/T 20-1998 Technical specifications on sampling and sample preparation fromindustry solid waste [S].

[16] GB/T 2007.1-1987 散裝礦產(chǎn)品取樣、制樣通則手工取樣方法 [S]. GB/T 2007.1-1987 General rules for the sampling and sample preparation of minerals in bulk—Sampling by manual method [S].

[17] GB/T 2007.2-1987 散裝礦產(chǎn)品取樣、制樣通則手工制樣方法 [S]. GB/T 2007.2-1987 General rules for the sampling and sample preparation of minerals in bulk—Sample preparation by manual method [S].

[18] HJ 194-2017 環(huán)境空氣質(zhì)量手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 [S]. HJ 194-2017 Technical specifications on manual methods for ambient air quality [S].

[19] HJ/T 393-2007 防治城市揚(yáng)塵污染技術(shù)規(guī)范 [S]. HJ/T 393-2007 Technical specifications for urban fugitive dust pollution prevention and control [S].

[20] GB/T 17141-1997 土壤質(zhì)量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法 [S]. GB/T 17141-1997 Soil quality-Determination of lead, cadmium- Graphite furnace atomic absorption spectrophotometry [S].

[21] GB/T 31231-2014 水中鋅、鉛同位素豐度比的測定多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜法[S]. GB/T 31231-2014 Determination of zinc and lead isotopic ratios in aqueous solution-Multiple-collectors inductively coupled plasma mass spectrometry [S].

[22] HJ 700-2014 水質(zhì)65種元素的測定電感耦合等離子體質(zhì)譜法 [S]. HJ 700-2014 Water quality-Determination of 65elements- Inductively coupled plasma mass spectrometry [S].

[23] 金贊芳,龔嘉臨,施伊麗,等.沉積物-水界面氮的源解析和硝化反硝化[J]. 環(huán)境科學(xué), 2017,38(4):1423-1430. Jin Z F, Gong J L, Shi Y L, et al. Nitrate source identification and nitrification-denitrification at the sediment-water interface [J]. Environmental Science, 2017,38(4):1423-1430.

[24] 李如梅,閆雨龍,段小琳,等.基于聚類分析的長治市夏季VOCs來源及活性[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2020,40(8):3249-3259. Li R M, Yan Y L, Duan X L, et al. Source apportionment and chemical reactivity of VOCs based on clustering during summertime in Changzhi [J]. China Environmental Science, 2020,40(8):3249-3259.

[25] 戌秋濤,徐開勛.浙江省主要類型土壤中元素的環(huán)境背景值[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 1992,26(2):172-178. Xu J T, Xu K X. Environmental background values of elements in main types of soils in Zhejiang Province [J]. Journal of ZheJiang University (Science Edition), 1992,26(2):172-178.

[26] GB 15618-2018土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn) [S]. GB 15618-2018. Risk control standard for soil contamination of agricultural land in soil environment quality [S].

[27] 安 婧,宮曉雙,陳宏偉,等.沈撫灌區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染時(shí)空變化特征及生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2016,35(1):37- 44. An J, Gong X S, Chen H W, et al. Temporal and spatial characteristics and health risk assessments of heavy metal pollution in soils of Shenfu irrigation area [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2016,35(1): 37-44.

[28] 徐林波,高勤峰,董雙林,等.靖海灣重金屬污染及鉛穩(wěn)定同位素溯源研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 2013,34(2):476-483. Xu L B, Gao Q F, Dong S L, et al. Study on heavy metal contaminations and the sources of Pb pollution in jinghai bay using the stable isotope technique [J]. Environmental Science, 2013,34(2):476- 483.

[29] 趙多勇,魏益民,郭波莉,等.鉛同位素比率分析技術(shù)在食品污染源解析中的應(yīng)用[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2011,25(3):136-141. Zhao D Y, Wei Y M, Guo B L, et al. Applications of lead isotope ratios for identification and apportionment on pollution sources in food [J]. Acta Agriculturae Nucleatae Sinica, 2011,25(3):136-141.

[30] 胡恭任,于瑞蓮,鄭志敏.鉛穩(wěn)定同位素在沉積物重金屬污染溯源中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013,33(5):115-120. Hu G R, Yu R L, Zheng Z M. Application of stable lead isotopes in tracing heavy-metal pollution sources in the sediments [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2013,33(5):115-120.

[31] 吳呈顯.農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染來源解析技術(shù)研究[D]. 杭州:浙江大學(xué), 2013. Wu C X. Study on the technologies for heavy metal source apportionment of agriculture soils [D]. Hanzhou: ZheJiang University, 2013.

[32] 厲炯慧,翁 珊,方 婧,等.浙江海寧電鍍工業(yè)園區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 環(huán)境科學(xué), 2014,35(4):1509-1515. Li X H, Wen S, Fang J, et al. Heavy metal pollution characteristics and ecological risk analysis for soil around Haining electroplating industrial Park [J]. Environmental Science, 2014,35(4):1509-1515.

[33] Fernández A J, Ternero M, Barragán F J, et al. An approach to characterization of sources of urban airborne particles through heavy metal speciation [J]. Chemosphere - Global Change Science, 2000, 2(2):123-136.

[34] Chang I S, Kim B H. Effect of sulfate reduction activity on biological treatment of hexavalent chromium [Cr(VI)] contaminated electroplating wastewater under sulfate-rich condition [J]. Chemosphere, 2007,68(2):218-226.

[35] 林承奇,胡恭任,于瑞蓮,等.九龍江表層沉積物重金屬賦存形態(tài)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[J]. 環(huán)境科學(xué), 2017,38(3):1002-1009. Lin C Q, Hu G R, Yu R L, et al. Speciation and ecological risk of heavy metals in surface sediments from Jiulong River [J]. Environmental Science, 2017,38(3):1002-1009.

[36] 張一修,王 濟(jì),秦樊鑫,等.貴陽市道路灰塵和土壤重金屬來源識(shí)別比較[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2012,32(1):204-212. Zhang Y X, Wang J, Qin F X, et al. Comparison of sources of metals in road-dust and soil in Guiyang [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2012,32(1):204-212.

[37] 孫 銳,舒 帆,郝 偉,等.典型Pb/Zn礦區(qū)土壤重金屬污染特征與Pb同位素源解析[J]. 環(huán)境科學(xué), 2011,32(4):1146-1153. Sun Y, Shu F, Hao W, et al. Heavy metal contamination and Pb isotopic composition in natural soils around a Pb/Zn mining and smelting area [J]. Environmental Science, 2011,32(4):1146-1153.

[38] 曹素珍.涉鉛企業(yè)附近兒童鉛暴露的同位素源解析方法研究[D]. 北京:中國科學(xué)院大學(xué), 2014. Cao S Z. Isotope source analysis of lead exposure of children near lead related enterprises [D]. Beijing: Chinese Academy of Sciences, 2014.

[39] 劉 勇,王成軍,馮 濤.土壤中鉛污染源解析研究[J]. 西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015,45(1):147-151. Liu Y, Wang C J, Feng T. An analytical study of lead pollution sources in soils [J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2015,45(1):147-151.

Source apportionment of lead pollution in soil based on the stable isotope and multi element characteristics.

XIAO Wen-dan, YE Xue-zhu*, ZHANG Qi, ZHAO Shou-ping, CHEN De, HUANG Miao-jie, HU Jing, GAO Na

(Institute of Quality and Standard for Agro-products, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, State Key Laboratory for Quality and Safety of Agro-products, Key Laboratory of Information Traceability for Agricultural Products, Ministry of Agriculture and Rural Affairs of China, Hangzhou 310021, China)., 2021,41(5)：2319～2328

Farmlands near electroplating factories and mining areas were selected as the research objects in this study, the single factor index method and Nemero index method were used to evaluate the pollution status of soil heavy metals, and the source of soil Pb was investigated based on the Pb stable isotope and multi element characteristics analysis combined with principal component analysis and cluster analysis. The contribution rate of each pollution source was further quantitatively identified. The results indicated that the farmland soil samples near the electroplating factories and mining areas were seriously polluted by heavy metals, and the lead pollution in both areas reached the severe pollution degree. According to the Pb isotope ratios (207Pb/206Pb、208Pb/206Pb) in samples from different pollution sources and the farmland soil, the contribution rates of each pollution source were calculated by Isosource software. The results showed that the cumulative contribution rates of electroplating waste effluents and solid waste to the Pb pollution in farmland soil nearby was 70.5%, the corresponding contribution rate of ore and tailings piled up in mining area was 71.7%. To further identify the sources of lead pollution in soil, the contents of 28 multi-element in samples from different pollution sources and the farmland soil were studied by principal component analysis and cluster analysis. The results revealed that the multi-element composition of different sources was quite different. The multi-element composition of farmland soil near electroplating factory had the highest similarity with electroplating waste effluents and solid waste, and the multi-element composition of farmland soil near mining areas had the highest similarity with the ore and tailings. Therefore, it could be concluded that the waste effluents and solid waste discharged from the electroplating factory, and ore and tailings piled up in the mining area were the major sources of Pb pollution in farmland soils nearby, respectively. Our analysis also suggested that source apportionment of Pb based on Pb stable isotope ratio and multi-element composition combined with principal component analysis and cluster analysis had the high accuracy and reliability.

lead；stable isotope；multi-element；source apportionment；principal component analysis；cluster analysis；soil

X53

A

1000-6923(2021)05-2319-10

肖文丹(1987-),女,湖南永州人,助理研究員,博士,主要從事土壤重金屬控制技術(shù)研究.發(fā)表論文50余篇.

2020-09-29

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41701370);國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFF0213403);浙江省基礎(chǔ)公益研究計(jì)劃(LGN21D010003,LGN20D01004)

* 責(zé)任作者, 副研究員, xuezhuye@aliyun.com