不同土地利用方式土壤重金屬賦存與有機碳關(guān)聯(lián)性分析

王軍廣，趙志忠，王鵬，唐薇，趙澤陽，郭術(shù)

摘要：【目的】評估不同土地利用方式土壤重金屬形態(tài)與有機碳（SOC）含量的相關(guān)性，為深入理解土壤負載SOC和重金屬的環(huán)境地球化學行為，以及評價土壤環(huán)境和人類健康風險提供參考依據(jù)?！痉椒ā繙y定海南省瓊海市和定安縣3種不同土地利用方式（水田、旱地和拋荒地）中不同形態(tài)重金屬砷（As）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）以及SOC和礦物結(jié)合態(tài)有機碳（MAOC）含量，并對重金屬形態(tài)含量、富集度、生物有效性及重金屬與SOC和MAOC之間的關(guān)聯(lián)性進行分析?！窘Y(jié)果】不同土地利用方式土壤中重金屬含量表現(xiàn)為：水田Cr>Zn>Pb>Cu>As，旱地Cr>Zn>Pb>As>Cu，拋荒地Cr>Zn>Cu>Pb>As;土壤重金屬形態(tài)以殘渣態(tài)存在為主;不同土地利用方式下重金屬的富集程度存在明顯差異，富集指數(shù)呈現(xiàn)：水田Cr>As>Cu>Zn>Pb，旱地As>Cr>Cu>Zn>Pb，拋荒地As>Cu>Cr>Zn>Pb;3種土地利用方式土壤中Cr、Cu、Zn和Pb的生物有效性系數(shù)較小，處于較穩(wěn)定的存在狀態(tài)，生態(tài)潛在風險較小，而As對人體健康具有較大的潛在威脅。土壤中SOC和MAOC含量在3種土地利用方式下均表現(xiàn)為水田>拋荒地>旱地，土壤中SOC和MAOC含量與部分形態(tài)的Cr、Cu、Zn和Pb之間具有顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.01）相關(guān)性?！窘Y(jié)論】土地利用方式的改變不僅影響土壤理化性質(zhì)，還對土壤中重金屬的來源和性質(zhì)以及有機物類型含量產(chǎn)生影響。不同土地利用方式土壤中部分重金屬賦存形態(tài)含量與SOC和MAOC具有顯著或極顯著相關(guān)性（As除外），對深入理解海南土壤污染狀況、土壤自凈能力與機制等方面具有重要理論意義，可為海南土壤質(zhì)量提升及可持續(xù)利用提供理論支撐。

關(guān)鍵詞： 土地利用方式;重金屬形態(tài);有機碳（SOC）;礦物結(jié)合態(tài)有機碳（MAOC）;富集因子分析

中圖分類號： S154.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）09-2417-09

Correlation analysis between concentrations of soil heavy metal species and organic carbon in different land use types

WANG Jun-guang1， ZHAO Zhi-zhong1*， WANG Peng2， TANG Wei1，

ZHAO Ze-yang1， GUO Shu3

（1School of Geography and Environmental Science，Hainan Normal University， Haikou? 571158， China; 2Geological Survey Institute of Hainan， Haikou? 570206， China; 3School of Chemical and Chemical Engineering，

Hainan Normal University， Haikou? 571158， China）

Abstract：【Objective】In order to evaluate the correlation between soil heavy metal forms and organic carbon content（SOC） under different land use types，and to understand the environmental geochemical behavior of soil SOC and heavy metals，it had important theoretical value and practical significance for the risk assessment of soil environment and human health. 【Method】The contents of arsenic（As），chromium（Cr），copper（Cu），zinc（Zn） and lead（Pb），SOC and mineral bound organic carbon （MAOC） in soils of three different land use types（paddy field，dry land，abandoned land） in Qionghai City and Dingan County of Hainan were determined. The morphological content， enrichment， bioeffectiveness and the association between heavy metals and SOC and MAOC were also analyzed. 【Result】The results showed that， the contents of heavy metals in soil of different land use types were as follows：paddy field： Cr>Zn>Pb>Cu>As;dry land：Cr>Zn>Pb>As>Cu; abandoned land：Cr>Zn>Cu>Pb>As. The forms of heavy metals in soil were mainly residual;the enrichment degree of heavy metals under different land use types was quite different.The enrichment index showed that， paddy field：Cr>As>Cu>Zn>Pb，dry land：As>Cr>Cu>Zn>Pb，abandoned land：As>Cu>Cr>Zn>Pb.The bioavailability coefficients of Cr， Cu， Zn and Pb were small in the soil， which was in a relatively stable presence， and had less ecological potential risk， while As had large potential threat to human health. The contents of SOC and MAOC in soil showed the following order： paddy field>abandoned land>dry land. The content of SOC and MAOC in soil was significantly（P<0.05） or extremely significantly（P<0.01） correlated with some forms of Cr，Cu，Zn and Pb. 【Conclusion】The change of land use types not only affects the physical and chemical properties of soil，but also affects the sources and properties of heavy me-tals and the content of organic matter in soil. The contents of some heavy metals in soils under different land use typesare significantly or extremely correlated with SOC and MAOC（except As）. It has important theoretical significance for the in-depth understanding of Hainans soil pollution status，ecological and environmental benefits，and its soil self-purification capabilities and mechanisms，in order to provide theoretical support for Hainans soil quality improvement and sustainable use.

Key words： land use types; heavy metal forms; soil organic carbon（SOC）; mineral bound organic carbon（MAOC）; enrichment factor analysis

Foundation item： Hainan National Science Foundation（419MS049）; Science Research Project of Hainan Institutions of Higher Education（Hnky2019-34）; Hainan Academician Innovation Platform Scientific Research Project（YSPTZX 202024）

0 引言

【研究意義】受土壤自身理化性質(zhì)和周邊環(huán)境的影響，土壤因自然或人為活動形成的不同利用方式，使得土壤環(huán)境中富集有毒有害有機物或重金屬的情況差異明顯。土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是與人類生存緊密相連的復雜體系，在生態(tài)環(huán)境安全和糧食安全生產(chǎn)等方面發(fā)揮極其重要的作用（閆夢等，2019;李曉曉等，2020）。近年來，隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，由生活廢棄物、化肥農(nóng)藥和工業(yè)污染物等引起的農(nóng)田土壤重金屬污染問題日益嚴重。進入土壤中的重金屬元素具有較強的活動性且難以降解，容易在土壤中過量累積，影響農(nóng)作物生產(chǎn)力和微生物活性，造成土壤質(zhì)量下降，威脅土壤生態(tài)安全和人類健康（李曉曉等，2020）。在自然過程中，土地利用方式和植被類型的改變將顯著影響土壤的反應(yīng)性，表面吸附或共存的有機碳（SOC）可改變土壤顆粒物（團聚體）表層電性及裸露基團，土壤顆粒物可賦存的重金屬形態(tài)和含量、土壤微環(huán)境安全性也隨之發(fā)生改變（霍婷婷等，2020）。因此，開展不同土地利用方式的環(huán)境特征研究，對深入理解土壤污染狀況、生態(tài)環(huán)境效益及其自凈能力與機制等方面均具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】目前，已有較多研究關(guān)注同一土壤類型中或不同利用方式下土壤中重金屬的分布規(guī)律、賦存形態(tài)、污染物的富集因子評價和生物有效性等綜合分析（謝婧等，2010;閆夢等，2019;霍婷婷等，2020;孟源思等，2020）。侯鵬程等（2007）研究發(fā)現(xiàn)吳江市土地利用方式的變化對土壤重金屬含量產(chǎn)生明顯影響;謝婧等（2010）對深圳市不同土地利用方式的農(nóng)用地土壤重金屬污染進行評價，結(jié)果顯示不同土地利用方式下的土壤污染等級存在差異;李晨晨等（2011）對海南磚紅壤中重金屬含量分布情況進行研究，發(fā)現(xiàn)各土壤層中大部分重金屬元素均值高于南方磚紅壤背景值，其含量和分布規(guī)律受土壤母質(zhì)特征的影響較大;王月容等（2011）研究洞庭湖退田還湖區(qū)不同土地利用方式下土壤重金屬相關(guān)性，結(jié)果表明土壤理化性質(zhì)與土壤重金屬分布存在顯著相關(guān);商海榮等（2014）研究發(fā)現(xiàn)天津濱海新區(qū)不同土地利用方式下土壤重金屬鋅（Zn）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鎳（Ni）、汞（Hg）和砷（As）平均含量均高于當?shù)赝寥辣尘爸?焦敏娜等（2020）分析寧東化工園區(qū)附近撂荒地表層土壤重金屬不同形態(tài)分布情況，并進行風險評價，發(fā)現(xiàn)重金屬來源受人為擾動的影響較大，以碳酸鹽結(jié)合態(tài)形式存在的重金屬為鎘（Cd）和鉻（Cr），Pb和Cu主要以殘渣態(tài)形式存在，研究區(qū)重金屬Cd是主要污染元素;趙澤陽（2020）對海南島東部不同土地利用方式土壤重金屬元素富集及其影響因素進行研究，結(jié)果表明可交換態(tài)重金屬在不同土地利用方式中占比變化不明顯，殘余態(tài)所占比例最高，土壤理化性質(zhì)（土壤質(zhì)地、Eh值、pH和有機質(zhì)）對重金屬元素的賦存形態(tài)存在不同程度的影響。此外，部分學者也進行了土壤SOC方面的研究，黃先飛等（2017）研究發(fā)現(xiàn)貴州喀斯特地區(qū)土壤SOC含量高、密度低，通過退耕還林等措施可促進土壤SOC的積累;趙澤陽等（2019）對海南島不同類型農(nóng)用地SOC進行研究，結(jié)果表明不合理的耕作方式會影響土壤SOC積累，當?shù)赝寥蕾|(zhì)地和氣候條件也會影響SOC分布;趙志忠等（2019）研究指出海南島東部地區(qū)不同土地利用方式對土壤SOC與易氧化有機碳具有顯著影響?！颈狙芯壳腥朦c】雖然較多學者開展了土壤重金屬形態(tài)、生物有效性、富集因子評價、SOC及礦物結(jié)合態(tài)有機碳（MAOC）等綜合分析，但有關(guān)土壤重金屬賦存和SOC方面大多單獨開展研究，缺少針對二者的關(guān)聯(lián)性研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選擇瓊海市和定安縣作為海南島典型農(nóng)區(qū)代表，依據(jù)代表性和典型性的樣品采集原則，采集研究區(qū)內(nèi)水田、旱地和拋荒地等3種土地利用方式土壤作為研究對象，對其樣品中As、Cr、Cu、Zn和Pb形態(tài)，以及SOC和MAOC含量進行測定，并采用生物有效性和富集因子對土壤重金屬元素的特征和來源進行分析與評價，評估研究區(qū)不同土地利用方式土壤中重金屬賦存形態(tài)分布與SOC的相關(guān)性，為深入理解土壤負載SOC和重金屬的環(huán)境地球化學行為，以及評價土壤環(huán)境和人類健康風險提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于海南島東部的瓊海市和定安縣，土地總面積為2887.7平方千米，其中耕地面積為4.5萬ha，耕地面積占土地總面積的15.58%;2019年末常住總?cè)丝跒?2.14萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值為387.37億元，其中農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為128.22億元，農(nóng)用化肥施用量（實物量）為19.77萬t，農(nóng)藥使用量為3910 t（海南省統(tǒng)計局和國家統(tǒng)計局海南調(diào)查總隊，2020）。研究區(qū)內(nèi)氣候?qū)儆跓釒ШＱ笮约撅L氣候，陽光充足，年平均氣溫24 ℃，≥10 ℃積溫8600 ℃，作物全年可生長，年平均日照時數(shù)2100 h，作物光合潛力大;雨量充沛，年平均降水量1890 mm，多集中在5—10月，干濕季節(jié)相對明顯。區(qū)內(nèi)地質(zhì)主要以玄武巖、砂頁巖、花崗巖和火山灰?guī)r等巖石構(gòu)成，土壤以磚紅壤和水稻土為主，成土母質(zhì)主要為砂頁巖風化殘積物、花崗巖風化殘積物和玄武巖風化物等，地貌類別以階地、臺地和平原為主。

1. 2 樣品采集與處理

土壤樣品于2019年7月采集，結(jié)合研究區(qū)土地利用實際情況，選擇當?shù)?種典型的土地利用方式（水田、旱地和拋荒地）為研究對象。水田為耕作5年以上的農(nóng)田，旱地主要種植花生和蔬菜等農(nóng)作物，拋荒地之前主要種植水稻和蔬菜等作物，拋荒3年后，地表有雜草生長，具有較好植被覆蓋度。

在海南島東部的瓊海市和定安縣選擇10個樣區(qū)，每個樣區(qū)選擇水田、旱地和拋荒地3種土地利用方式。考慮到土地利用方式間的可比性，所選樣區(qū)的水田、旱地和拋荒地相距控制在1000 m以內(nèi)，盡量確證3種土地利用方式的成土母質(zhì)、氣候因子和坡度等方面一致。選擇每種土地利用方式的代表性地塊，隨機設(shè)置3個采樣點，采用“S”型線路，挖取30 cm深土壤剖面進行樣品采集，每個采樣點的取樣深度為30 cm，每個樣點在5 m×5 m范圍內(nèi)按五點混合法進行取樣，共采集90個土壤樣品。剖面每層土壤混合樣品裝入聚乙烯封口帶中，帶回實驗室進行自然風干，并剔除樣品中的植物根系、石塊和動植物殘體等雜物，研磨搗碎，取每個土壤樣品的1/2過100目尼龍網(wǎng)篩，用于重金屬形態(tài)測定，剩余部分的土壤樣品用于SOC和MAOC測定。取樣時，對照坐標進行GPS定位，并記錄每個采樣點的地理坐標、土地利用方式和周邊植被環(huán)境等基本信息。

1. 3 樣品測定

稱取過100目網(wǎng)篩的土壤樣品0.1 g放入微波消解儀（萊伯泰科Milestone ETHOS UP）進行消解，消解完畢后冷卻至常溫，然后加入0.5 mL H2O2，利用趕酸器蒸干剩余酸;冷卻后，再用0.02 mol HNO3將消解后的鹽類洗滌;將全部溶液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，加超純水定容后待測（趙澤陽，2020）。采用Tessier五步提取法進行重金屬形態(tài)分步提取，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Agilent 7700x型）對待測溶液中As、Cr、Cu、Zn和Pb元素濃度進行測定，得到可交換態(tài)（F1）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（F2）、鐵錳氧化結(jié)合態(tài)（F3）、有機束縛態(tài)（F4）和殘渣態(tài)（F5）重金屬含量。分析所使用試劑均為優(yōu)級純，在利用ICP-MS測定各形態(tài)提取液中重金屬元素含量過程中，每批試驗樣品均同步作全程試劑空白和隨機抽取20%樣品進行平行試驗，并以土壤成分分析標準物質(zhì)——磚紅壤（GBW07407）作全程質(zhì)量監(jiān)控，各提取形態(tài)的回收率為90%～110%，平行樣分析的相對標準偏差（RSD）均小于7%。

土壤SOC含量采用重鉻酸鉀—硫酸溶液氧化分光光度法進行測定。MAOC含量參照Cambardell和Elliott（1992）的方法進行提取，操作方法如下：稱取過2 mm篩的風干土壤樣品10 g，放入100 mL離心管中，再加入50 mL 5 g/L偏磷酸鈉溶液，置于90 r/min振蕩器中，連續(xù)振蕩18 h后，將土壤懸濁液進行過篩（53），用蒸餾水反復沖洗，直至篩下溶液呈無色，再將篩下物質(zhì)放入60 ℃烘箱中進行烘干，研磨過0.15 mm網(wǎng)篩，進行MAOC含量測定和計算（章曉芳等，2020）。土壤SOC和MAOC含量測定均在英格爾檢測技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司完成。

1. 4 土壤As、Cr、Cu、Zn和Pb富集指數(shù)計算

本研究采用富集指數(shù)表示重金屬元素在土壤中的富集程度（謝婧等，2010;王月容等，2011），富集指數(shù)公式為：Ei=[1n][inCiBi]，公式中：Ci表示元素i在土壤樣品測試中的濃度，Bi表示元素i在土壤中的背景值，選用第二次全國土地普查海南省生態(tài)地球化學調(diào)查數(shù)據(jù)。

土壤富集程度分級標準：Ei≤0.7表示元素貧乏，0.73.0表示嚴重富集。

1. 5 生物有效性系數(shù)

采用重金屬的生物有效性系數(shù)（k）分析重金屬能被生物吸收利用的情況或?qū)ι锂a(chǎn)生的毒性效應(yīng)。在Tessier五步提取法進行重金屬形態(tài)分步提取過程中，隨著提取的進行，各形態(tài)活動性呈逐漸下降趨勢，即可交換態(tài)（F1）>碳酸鹽結(jié)合態(tài)（F2）>鐵錳氧化結(jié)合態(tài)（F3）>有機束縛態(tài)（F4）>殘渣態(tài)（F5）;k與重金屬的生物活性及其化學形態(tài)有很大關(guān)系，其計算公式如下：

k=（F1+F2）/（F1+F2+F3+F4+F5）

通常情況下，可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)屬于弱酸提取態(tài)，與土壤中的顆粒物結(jié)合較弱，易于發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化，能被植物直接吸收利用，故這2種形態(tài)被稱為重金屬的有效態(tài)（霍婷婷等，2020）。k<0.2時，表明重金屬元素處于穩(wěn)定存在狀態(tài);0.2

1. 6 統(tǒng)計分析

采用Excel 2007對試驗數(shù)據(jù)進行處理，SPSS 12.0進行統(tǒng)計分析，利用CorelDRAW 9繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2. 1 土壤As、Cr、Cu、Zn和Pb形態(tài)含量測定結(jié)果

土壤中重金屬元素的生物毒性、活性及遷移特征不僅與含量有關(guān)，在很大程度上還由其化學形態(tài)決定。3種不同土地利用方式土壤重金屬總量表現(xiàn)為：水田Cr>Zn>Pb>Cu>As，旱地Cr>Zn>Pb>As>Cu，拋荒地Cr>Zn>Cu>Pb>As。重金屬的賦存形態(tài)和平均含量占比如圖1所示。

3種不同土地利用方式土壤中的殘渣態(tài)（F5）As約占71.90%（0.61～4.09 mg/kg），在水田、旱地和拋荒地的總量均值分別為2.54、3.53和2.57 mg/kg，高于海南土壤背景值（1.14 mg/kg）?？山粨Q態(tài)（F1）As（0.01～1.48 mg/kg）約占As總量的20.00%，應(yīng)關(guān)注As污染。

3種不同土地利用方式土壤中的Pb主要以殘渣態(tài)和鐵錳氧化結(jié)合態(tài)（F3）存在，在水田、旱地和拋荒地中，這2種形態(tài)的Pb平均占比分別為57.26%和27.56%、49.36%和30.37%、63.34%和23.84%。各形態(tài)Pb的占比在不同土地利用類型間差異不明顯。

Cr在3種不同土地利用方式土壤中也以殘渣態(tài)和鐵錳氧化結(jié)合態(tài)為主，在水田、旱地和拋荒地中的平均含量分別為75.09、21.28、57.06 mg/kg和28.75、10.76、10.75 mg/kg，分別占總量的71.57%～80.56%和9.54%～19.93%。不同土地利用方式土壤Cr負載總量排序為水田>拋荒地>旱地。

3種不同土地利用方式土壤中不同形態(tài)的Cu含量表現(xiàn)為F5>F4>F3>F1>F2，其中殘渣態(tài)、有機束縛態(tài)及鐵錳氧化結(jié)合態(tài)占80.00%以上。土壤中Zn以殘渣態(tài)和鐵錳氧化結(jié)合態(tài)為主，分別占總量的59.81%～67.76%和15.62%～22.21%;不同形態(tài)的Zn含量表現(xiàn)為F5>F3>F1>F4>F2。

2. 2 土壤As、Cr、Cu、Zn和Pb的富集分析結(jié)果

如表1所示，不同土地利用方式土壤中As、Cr、Cu、Zn和Pb的富集程度各不相同，富集指數(shù)呈現(xiàn)：水田Cr>As>Cu>Zn>Pb，旱地As>Cr>Cu>Zn>Pb，拋荒地As>Cu>Cr>Zn>Pb。對不同土地利用方式土壤重金屬含量進行分析，將不同利用方式土壤中As、Cr、Cu、Zn和Pb的富集指數(shù)分為四類：第一類是3種利用方式土壤中的Pb、旱地土壤中的Cu和Zn以及拋荒地土壤中的Zn，富集指數(shù)均小于0.7，屬于元素貧乏級別，說明這些元素在土壤中含量過低，需及時補充，以免影響當?shù)刈魑锏纳L;第二類是旱田和拋荒地土壤中的Cr，以及水田土壤中的Zn，富集指數(shù)在0.7～1.0范圍內(nèi)，為元素適中級別，說明研究區(qū)土壤Cr和水田土壤Zn含量接近背景值，表明其主要來源于土壤或地殼，土壤中含量適中，可滿足當?shù)剞r(nóng)作物的生長需要;第三類是水田和拋荒地土壤中的Cu，其富集指數(shù)分別為1.61和1.51，達輕度富集級別，說明研究區(qū)水田和拋荒地土壤已受到重金屬Cu的輕度污染，表明除土壤來源外，也可能受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污染;第四類是研究區(qū)3種利用方式土壤As和水田Cr的平均富集指數(shù)達中度富集級別，說明受到明顯的人類活動影響，應(yīng)引起高度重視。

2. 3 土壤As、Cr、Cu、Zn和Pb的生物有效性評價結(jié)果

從圖2可看出，不同土地利用方式土壤中As、Cr、Cu、Zn和Pb的生物有效性系數(shù)呈如下趨勢：水田As>Zn>Pb>Cu>Cr，旱地As>Zn>Cu>Pb>Cr，拋荒地As>Cr>Zn>Cu>Pb;3種土地利用方式土壤中Cr、Cu、Zn和Pb的生物有效性系數(shù)均小于0.2，處于較穩(wěn)定的存在狀態(tài)，生態(tài)潛在風險較小，而As處于0.2～0.8，易被植物吸收，對人體健康具有較大的潛在威脅。此外，在不同土地利用方式土壤中Cu、Zn和Pb的生物有效性系數(shù)變化較小，As和Cr在3種土地利用方式土壤中變化較大。

2. 4 土壤SOC和MAOC含量測定結(jié)果

經(jīng)測定，不同土地利用方式土壤中SOC和MAOC含量如圖3所示，水田、旱地和拋荒地中，SOC平均含量分別為10.27、1.49和5.69 mg/kg，MAOC平均含量分別為7.09、0.96和4.65 mg/kg，土壤中SOC和MAOC含量在3種土地利用方式下均表現(xiàn)為水田>拋荒地>旱地，且MAOC/SOC比值范圍為64%～81%。

2. 5 土壤重金屬與有機物含量相關(guān)分析結(jié)果

為進一步探究不同土地利用方式土壤有機物與重金屬形態(tài)含量的關(guān)系，對土壤SOC、MAOC與重金屬形態(tài)含量進行相關(guān)分析，結(jié)果如表2和表3所示。不同土地利用方式土壤中不同形態(tài)的As含量與SOC和MAOC含量均無顯著相關(guān)性（P>0.05，下同）。水田土壤中有機束縛態(tài)Cr與SOC呈極顯著正相關(guān)（P<0.01，下同），相關(guān)系數(shù)為0.842，殘渣態(tài)Cr與SOC呈顯著正相關(guān)（P<0.05，下同），相關(guān)系數(shù)為0.787，有機束縛態(tài)和殘渣態(tài)Cr也分別與MAOC呈極顯著和顯著正相關(guān);拋荒地有機束縛態(tài)Cr與SOC和MAOC均呈顯著正相關(guān)。

土壤SOC與水田殘渣態(tài)Cu、旱地有機束縛態(tài)Cu和拋荒地鐵錳氧化結(jié)合態(tài)Cu呈顯著正相關(guān)，與拋荒地有機束縛態(tài)Cu和殘渣態(tài)Cu呈極顯著正相關(guān)，表明隨著SOC含量的增加，以上土地利用方式土壤中Cu的相關(guān)形態(tài)含量也相應(yīng)增加。土壤MAOC與拋荒地有機束縛態(tài)Cu和殘渣態(tài)Cu分別呈極顯著和顯著正相關(guān)，與水田殘渣態(tài)Cu和旱地有機束縛態(tài)Cu呈顯著正相關(guān)。

水田和拋荒地的殘渣態(tài)Pb與SOC和MAOC具有極顯著相關(guān)性，其他形態(tài)Pb均與SOC和MAOC無顯著相關(guān)性。水田和拋荒地的鐵錳氧化結(jié)合態(tài)Zn與SOC和MAOC均具有極顯著相關(guān)性，3種利用方式土壤殘渣態(tài)Zn與SOC和MAOC均具有顯著或極顯著相關(guān)性（除旱地殘渣態(tài)Zn與MAOC相關(guān)性不顯著外）。

3 討論

本研究中，水田、旱地和拋荒地土壤中的殘渣態(tài)As含量均值均高于海南土壤背景值（1.14 mg/kg），主要由于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用含砷農(nóng)藥，導致重金屬As在農(nóng)田土壤中聚集。土壤中的Pb主要以殘渣態(tài)和鐵錳氧化結(jié)合態(tài)存在，不同形態(tài)重金屬的相對含量與海南島磚紅壤中Pb的富集情況相似（李晨晨等，2011）。在不同土地利用類型中，各形態(tài)Pb的占比差異不明顯。焦敏娜等（2020）的研究也表明Pb在土壤中主要以殘渣態(tài)和鐵錳氧化結(jié)合態(tài)存在，由于土壤中鐵錳氧化物及氫氧化物對Pb2+具有較強的專性吸附能力。趙澤陽（2020）研究發(fā)現(xiàn)不同土地利用方式中Pb的含量分布為荒地>水田>菜地。本研究中，不同土地利用方式土壤中Pb的主要存在形態(tài)基本相似，且不同利用方式土壤中Pb的含量不同。

本研究中，土壤中As、Cr、Cu、Zn和Pb的富集因子隨土地利用方式不同而呈現(xiàn)出不同的富集程度，富集指數(shù)表現(xiàn)為水田Cr>As>Cu>Zn>Pb，旱地As>Cr>Cu>Zn>Pb，拋荒地As>Cu>Cr>Zn>Pb，所得出的富集現(xiàn)象與天津市濱海新區(qū)、洞庭湖地區(qū)和深圳市不同土地使用方式中重金屬的富集規(guī)律（謝婧等，2010;王月容等，2011;商海榮等，2014）類似。侯鵬程等（2007）研究發(fā)現(xiàn)江蘇省吳江市As主要富集在水田和旱地土壤中，Cr主要富集在水田土壤中。Zhao等（2021）在研究不同土地利用方式的土壤重金屬形態(tài)時發(fā)現(xiàn)Zn、Pb和Cr元素的殘渣態(tài)和鐵錳氧化結(jié)合態(tài)在水田和旱地中的分布占優(yōu)勢。由此可見，土壤中重金屬的富集量和賦存形態(tài)與不同土地利用方式密切相關(guān)，通常也與土壤表面的植被類型和種植方式相關(guān)。

本研究不同土地利用方式土壤中As、Cr、Cu、Zn和Pb的生物有效性系數(shù)分析結(jié)果與前人研究結(jié)果（許仙菊等，2010;王其楓，2012;王春彥等，2019）相似，As的生物有效態(tài)與總量呈正比，導致研究區(qū)土壤中As的生物有效性系數(shù)偏高，As具有較高的潛在風險。而As處于0.2～0.8，易被植物吸收，對人體健康具有較大的潛在威脅。此外，As和Cr在3種土地利用方式土壤中變化較大，說明這2種重金屬元素在不同土地利用方式中被生物吸收和累積的難易程度不同。

不同地區(qū)土地利用方式土壤中SOC和MAOC含量分析結(jié)果與本研究對水田、旱地和拋荒地SOC測定結(jié)果相同，如孫莎莎等（2018）研究貴州喀斯特小流域的土壤SOC，發(fā)現(xiàn)SOC平均含量排序為水田>荒地>旱地，主要與不同土地利用方式下植被情況、耕作管理措施等方面有關(guān);章曉芳等（2020）對紅壤丘陵區(qū)土地利用方式土壤SOC的研究中發(fā)現(xiàn)水田中SOC和MAOC含量最高，旱地次之，可能與水田在長期水淹情況下，SOC的物理、化學和生物作用較弱有關(guān)。海南水田以種植兩季或三季水稻為主，作物生產(chǎn)力水平和耕作施肥量均較高，在淹水條件下土壤微生物活性低，有機質(zhì)分解速度較慢，且水田較平緩，SOC流失輕微，故水田SOC含量高;而旱地土壤處于好氧條件，且土壤微生物活性較高，SOC分解速度較快，導致旱地作物產(chǎn)生的有機物質(zhì)大部分流失，進入旱地土壤的枯枝落葉量較通過表層植被根系分泌物和根茬進入拋荒地的新鮮有機物質(zhì)少，同時旱地耕作改變了土壤物理條件，也加速了SOC的分解，故拋荒地SOC含量高于旱地（趙澤陽等，2019;趙志忠等，2019）。

土壤中的As來源于成土母質(zhì)，決定了地區(qū)性As的平均含量背景值，由于人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動將As排放到土壤環(huán)境中，使當?shù)赝寥繟s含量增加（夏錦夢，2016），主要以As2O3和Na3AsO3存在。海南屬于磚紅壤地區(qū)，土壤呈酸性，主要以鐵型砷（Fe-As）占優(yōu)勢（陳懷滿，2002）。研究區(qū)采樣點位于農(nóng)田區(qū)，根據(jù)富集指數(shù)分析，土壤中的As受到明顯的人為污染，不同土地利用方式土壤中的SOC含量有明顯差異，不同形態(tài)的As含量與SOC和MAOC之間無顯著相關(guān)性，說明土壤中As與SOC和MAOC不同源。Cr屬于親巖元素，在環(huán)境中主要以2種價態(tài)形式存在，分別為Cr（Ⅲ）（三價鉻）和Cr（Ⅵ）（六價鉻），土壤中大部分Cr與其礦物牢固結(jié)合，形成穩(wěn)定的含氧酸離子[Cr（HO）2+、Cr3+和Cr2O7-等]。土壤中Cr除了來自土壤母質(zhì)外，也可能來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和大氣沉降等。本研究中，不同土地利用方式的土壤Cr殘渣態(tài)約占74%，鐵錳氧化結(jié)合態(tài)約占15%，其他形態(tài)含量相對較低，且富集系數(shù)偏高，與其他研究南方土壤Cr形態(tài)分布（趙澤陽，2020）相似，說明研究區(qū)Cr已受到人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。Pb在研究區(qū)土壤中主要以殘渣態(tài)和鐵錳氧化結(jié)合態(tài)存在，有機束縛態(tài)和可交換態(tài)含量最低。不同土地利用方式土壤Pb主要源于土壤母質(zhì)，并疊加了工業(yè)源Pb輸入的影響（霍婷婷等，2020）。

由于成土母質(zhì)及成土的物化作用和成土過程所受的影響不同，土壤的組成在空間上存在明顯差異性。關(guān)于土壤重金屬形態(tài)與SOC之間的相關(guān)性研究相對較少，而鑒于土地利用方式對土壤相關(guān)性質(zhì)等方面的影響，認為土地利用方式的改變會使得土壤顆粒復雜程度和反應(yīng)面的官能團對處于遷移過程中的污染物表面化學轉(zhuǎn)化或吸附產(chǎn)生影響（Bradl，2004），因此從土地利用方式土壤中重金屬形態(tài)含量與SOC之間的關(guān)聯(lián)性進行探討分析。相關(guān)研究表明，土壤可遷移錳（Mn）、Cu、Cd、Zn、Pb含量與土壤pH和SOC均具有相關(guān)性（項劍橋等，2017;李沅蔚等，2019;婁飛等，2020）。本研究中，不同土地利用方式土壤中不同形態(tài)的As含量與SOC和MAOC含量均不相關(guān)，其他重金屬部分形態(tài)與SOC和MAOC存在極顯著或顯著相關(guān)性。此外，不同土地利用方式土壤中重金屬的來源和性質(zhì)及有機物類型含量不同，土壤團聚體表面對污染物的親和力也存在差異，使得土壤團聚體負載有機物與不同形態(tài)重金屬含量之間的相關(guān)性具有明顯差異。因此，應(yīng)充分考慮不同土地利用方式土壤中有機物與重金屬的關(guān)聯(lián)性，注重不同土地利用方式中土壤污染物質(zhì)的形態(tài)轉(zhuǎn)化、吸附解吸行為以及生態(tài)風險評估。

4 結(jié)論

土地利用方式的改變影響土壤理化性質(zhì)，且對土壤中重金屬的來源和性質(zhì)及有機物類型含量產(chǎn)生影響。不同土地利用方式土壤中部分重金屬賦存形態(tài)含量與SOC和MAOC含量具有極顯著或顯著相關(guān)性（As除外），對深入理解不同利用方式下土壤的污染狀況、土壤肥力及其自凈能力與機制等方面均具有重要意義，可為農(nóng)用地土壤污染防控和環(huán)境保護提供一定的理論基礎(chǔ)。

參考文獻：

陳懷滿. 2002. 土壤中化學物質(zhì)的行為與環(huán)境質(zhì)量[M]. 北京：科學出版社. [Chen H M. 2002. Behavior of chemicals in soil and environmental quality[M]. Beijing：Science Press.]

崔邢濤，王學求，欒文樓. 2015. 河北中南部平原土壤重金屬元素存在形態(tài)及生物有效性分析[J]. 中國地質(zhì)，42（2）：655-663. [Cui X T，Wang X Q，Luan W L. 2015. An analysis of modes of occurrence and biological availability of the heavy metal elements in soil of the central and southern plain in Hebei[J]. Geology in China，42（2）：655-663.] doi：10.3969/j.issn.1000-3657.2015.02.023.

海南省統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局海南調(diào)查總隊. 2020. 海南省統(tǒng)計年鑒—2020[M]. 北京：中國統(tǒng)計出版社. [Statistical Bureau of Hainan Province，Survey Office of National Bureau of Statistics in Hainan. 2020. Hainan statistical year book 2020[M]. Beijing：China Statistics Press.]

侯鵬程，徐向東，潘根興. 2007. 不同利用方式下吳江市耕地土壤環(huán)境質(zhì)量變化[J]. 生態(tài)環(huán)境，16（1）：152-157. [Hou P C，Xu X D，Pan G X. 2007. Variation of soil quality with different land use change in Tai Lake region，Jiangsu，China：A case study of soil quality survey of Wujiang municipality in 2003[J]. Ecology and Environmental Scien-ces，16（1）：152-157.] doi：10.16258/j.cnki.1674-5906.2007. 01.028.

黃先飛，周運超，張珍明. 2017. 喀斯特石漠化區(qū)不同土地利用方式下土壤有機碳分布特征[J]. 水土保持學報，31（5）：215-221. [Huang X F，Zhou Y C，Zhang Z M. 2017. Distribution characteristics of soil organic carbon under different land uses in a karst rocky desertification area[J]. Journal of Soil and Water Conservation，31（5）：215-221.] doi：10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.034.

霍婷婷，董發(fā)勤，劉孟清，蔣璐蔓，羅昭培，李冬坤，鄧躍全，賀小春. 2020. 不同粒段降塵重金屬賦存與有機碳關(guān)聯(lián)性分析[J]. 中國環(huán)境科學，40（1）：52-62. [Huo T T，Dong F Q，Liu M Q，Jiang L M，Luo Z P，Li D K，Deng Y Q，He X C. 2020. Correlation analysis between concentrations of heavy metal species and organic carbon in dustfall with different particle size[J]. China Environmental Science，40（1）：52-62.] doi： 10.3969/j.issn.1000-6923.2020. 01.006.

焦敏娜，周鵬，何亞玲，姬強，孫權(quán). 2020. 寧東化工園區(qū)附近撂荒地表層土壤重金屬不同形態(tài)分布及風險評價[J]. 西南農(nóng)業(yè)學報，33（8）：1799-1805. [Jiao M N，Zhou P，He Y L，Ji Q，Sun Q. 2020. Fraction distribution and risk assessment of heavy metals in surface soil of wasteland near Ningdong chemical industry park[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，33（8）：1799-1805.] doi：10.16213/j.cnki.scjas.2020.8.030.

李晨晨，趙廣孺，趙志忠，王軍廣. 2011. 海南島東西部磚紅壤中重金屬元素含量空間分布特征及其相關(guān)性研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，39（2）：1085-1088. [Li C C，Zhao G R，Zhao Z Z，Wang J G. 2011. Study on the spatial distribution and relationship of heavy metal elements of latosol in eastern and western of Hainan island[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences，39（2）：1085-1088.] doi：10. 13989/j.cnki.0517-6611.2011.02.063.

李曉曉，韓瑞芳，陳倩倩，楊宇生，沈東升，申屠佳麗. 2020. 土壤重金屬遷移轉(zhuǎn)化領(lǐng)域研究的文獻計量分析[J]. 土壤通報，51（3）：733-740. [Li X X，Han R F，Chen Q Q，Yang Y S，Shen D S，Shentu J L. 2020. Bibliometric analysis for migration and transformation of heavy metals in soils[J]. Chinese Journal of Soil Science，51（3）：733-740.] doi：10.19336/j.cnki.trtb.2020.03.31.

李沅蔚，鄒艷梅，王傳遠. 2019. 黃河三角洲油田區(qū)土壤重金屬的垂直分布規(guī)律及其影響因素[J]. 環(huán)境化學，38（11）：2583-2593. [Li Y W，Zou Y M，Wang C Y. 2019. Vertical distribution and influencing factors of heavy metals in oilfield soil in the Yellow River Delta[J]. Environmental Chemistry，38（11）：2583-2593.] doi：10.7524/j.issn. 0254-6108.2018122903.

婁飛，符東順，付天嶺，蔡娜，楊世梅，何騰兵. 2020. 馬鈴薯種植區(qū)不同土壤類型鎘賦存形態(tài)及風險評估[J]. 南方農(nóng)業(yè)學報，51（12）：2901-2910. [Lou F，F(xiàn)u D S，F(xiàn)u T L，Cai N，Yang S M，He T B. 2020. Cadmium speciation and risk assessment of different soil types in potato plan-ting area[J]. Journal of Southern Agriculture，51（12）：2901-2910.] doi：10.3969/j.issn.2095-1191.2020.12.005.

孟源思，高琳琳，李子杰，李丁，朱慧可，馬友華. 2020. 農(nóng)田土壤重金屬污染風險評價模型與方法研究[J]. 地球與環(huán)境，48（4）：489-495. [Meng Y S，Gao L L，Li Z J，Li D，Zhu H K，Ma Y H. 2020. Review on risk assessment model and method of heavy metal pollution in farmland soil[J]. Earth and Environment，48（4）：489-495.] doi：10.14050/j.cnki.1672-9250.2020.48.058.

商海榮，劉長明，邵德智. 2014. 不同土地利用狀況下土壤重金屬污染風險評估[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學，20（5）：57-63. [Shang H R，Liu C M，Shao D Z. 2014. Pollution risk of heavy metals in soils under different land usage[J]. Tianjin Agricultural Sciences，20（5）：57-63.] doi：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.05.013.

孫沙沙，段建軍，王小利，焦克強，呂鑫. 2018. 喀斯特小流域不同土地利用方式下土壤有機碳的組分特征[J]. 山地農(nóng)業(yè)生物學報，37（3）：49-55. [Sun S S，Duan J J，Wang X L，Jiao K Q，Lü X. 2018. Composition characteristics of soil organic carbon under different land use types in small watershed of Karst[J]. Journal of Mountain Agriculture and Biology，37（3）：49-55.] doi：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2018.03.009.

王春彥，賈彥龍，孫嘉龍，寧增平，邢丹，侯林. 2019. 土壤砷生物有效性及其調(diào)控措施研究進展[J]. 環(huán)?？萍?，25（6）：55-64. [Wang C Y，Jia Y L，Sun J L，Ning Z P，Xing D，Hou L. 2019. Advances on bioavailability of arsenic and its regulation in soil[J]. Environmental Protection and Technology，25（6）：55-64.] doi：10.3969/j.issn.1674-0254. 2019.06.011.

王其楓. 2012. 廣東省主要菜地土壤重金屬形態(tài)分級研究[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學. [Wang Q F. 2012. Fractiona-tion of heavy metals in the main vegetable soils in Guangdong Province[D]. Wuhan：Huazhong Agricultural University.]

王月容，盧琦，周金星，周志翔. 2011. 洞庭湖退田還湖區(qū)不同土地利用方式下土壤重金屬分布特征[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學學報，30（6）：734-739. [Wang Y R，Lu Q，Zhou J X，Zhou Z X. 2011. Distribution and pollution of soil heavy metals of different land-use patterns under converting polder back into wetlands at Dongting Lake Area[J]. Journal of Huazhong Agricultural University，30（6）：734-739.] doi：10.13300/j.cnki.hnlkxb.2011.06.005.

夏錦夢. 2016. 土壤中重金屬砷的污染及防治技術(shù)[C]//中國環(huán)境科學學會. 第六屆重金屬污染防治及風險評價研討會暨重金屬污染防治專業(yè)委員會2016年學術(shù)年會論文集：252-256. [Xia J M. 2016. Pollution of heavy metal arsenic in soil and its control technology[C]//Chinese society for environmental sciences. The 6th symposium on prevention and control of heavy metal pollution and risk assessment & 2016 annual meeting of the professional committee for prevention and control of heavy metal pollution：252-256.]

項劍橋，戴光忠，吳冬妹，楊軍，孫志國，楊良哲，袁知洋. 2017. 湖北宣恩縣土壤全量微量元素與有機碳和pH的關(guān)系分析——以曉關(guān)侗族鄉(xiāng)為例[J]. 西南農(nóng)業(yè)學報，30（8）：1849-1853. [Xiang J Q，Dai G Z，Wu D M，Yang J，Sun Z G，Yang L Z，Yuan Z Y. 2017. Relationship between soil total soil microelement with soil organic carbon and pH in Xuanen county of Hubei Province：Taking example of Xiaoguan Dong-minority Township[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，30（8）：1849-1853.] doi：10.16213/j.cnki.scjas.2017.8.026.

謝婧，吳健生，鄭茂坤，王仰麟，李俊杰，彭建. 2010. 基于不同土地利用方式的深圳市農(nóng)用地土壤重金屬污染評價[J]. 生態(tài)毒理學報，5（2）：202-207. [Xie J，Wu J S，Zheng M K，Wang Y L，Li J J，Peng J. 2010. Evaluation of the heavy metal pollution in different agricultural soils of Shenzhen City[J]. Asian Journal of Ecotoxicology，5（2）：202-207.]

許仙菊，張永春，沈睿，陳丹艷，汪吉東，寧運旺，胡永紅. 2010. 水稻不同生育期土壤砷形態(tài)分布特征及其生物有效性研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，19（8）：1983-1987. [Xu X J，Zhang Y C，Shen R，Chen D Y，Wang J D，Ning Y W，Hu Y H. 2010. Fractionation，distribution and bioavaila-bility of arsenic in soils polluted by combined heavy me-tals at different growth stages of rice[J]. Ecology and Environmental Sciences，19（8）：1983-1987.] doi：10.16258/j.cnki.1674-5906.2010.08.030.

閆夢，王效舉，程紅艷，常建寧，黃菲，張國勝，何小芳. 2019. 污灌區(qū)玉米地土壤重金屬銅化學形態(tài)時空變化及風險評價[J]. 灌溉排水學報，38（S2）：106-114. [Yan M，Wang X J，Cheng H Y，Chang J N，Huang F，Zhang G S，He X F. 2019. Temporal and spatial variation and risk assessment of Soil copper with plantation of Maize in a sewage irrigation area[J]. Journal of Irrigation and Drai-nage，38（S2）：106-114.] doi：10.13522/j.cnki.ggps.2019205.

章曉芳，鄭生猛，夏銀行，胡亞軍，蘇以榮，陳香碧. 2020. 紅壤丘陵區(qū)土壤有機碳組分對土地利用方式的響應(yīng)特征[J]. 環(huán)境科學，41（3）：1466-1473. [Zhang X F，Zheng S M，Xia Y H，Hu Y J，Su Y R，Chen X B. 2020. Responses of soil organic carbon fractions to land use types in hilly red soil regions，China[J]. Environmental Science，41（3）：1466-1473.] doi：10.13227/j.hjkx.201908218.

趙澤陽，趙志忠，劉玉燕，李燕，付博，邢瑤麗. 2019. 海南島東部地區(qū)不同類型農(nóng)用地土壤有機碳分布特征及影響因素[J]. 西南農(nóng)業(yè)學報，32（5）：1121-1126. [Zhao Z Y，Zhao Z Z，Liu Y Y，Li Y，F(xiàn)u B，Xing Y L. 2019. Distribution of soil organic carbon in different agriculture lands in east areas of Hainan island and its controls[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，32（5）：1121-1126.] doi： 10.16213/j.cnki.scjas.2019.5.028.

趙澤陽. 2020. 海南島東部不同土地利用方式土壤重金屬元素富集特征及其影響因素[D]. 海口：海南師范大學. [Zhao Z Y. 2020. Enrichment characteristics and influen-cing factors of heavy metals in different agricultural land use types in Eastern Hainan Island[D]. Haikou：Hainan Normal University.]

趙志忠，李燕，趙澤陽，邢瑤麗，劉玉燕. 2019. 海南島東部地區(qū)土地利用方式對土壤有機碳與易氧化有機碳的影響[J]. 熱帶地理，39（1）：144-152. [Zhao Z Z，Li Y，Zhao Z Y，Xing Y L，Liu Y Y. 2019. Effects of land use pa-tterns on soil organic carbon and easily oxidized organic carbon in the eastern part of Hainan Island[J]. Tropical Geography，39（1）：144-152.] doi：10.13284/j.cnki.rddl. 003099.

Bradl H B. 2004. Adsorption of heavy metal ions on soils and soils constituents[J]. Journal of Colloid & Interface Science，277（1）：1-18. doi：10.1016/j.jcis.2004.04.005.

Cambardella C A，Elliott E T. 1992. Particulate soil organic-matter changes across a grassland cultivation sequence[J]. Soil Science Society of America Journal，56（3）：777-783.doi：10.2136/sssaj1992.03615995005600030017x.

Zhao Z Y，Zhao Z Z，F(xiàn)u B，Wu D，Wang J G，Tang W. 2021. Available heavy metal concentrations and their influen-cing factors in cropland and fallows of different age in tropical area[J]. Polish Journal of Environmental Studies，30（2）：1935-1942. doi：10.15244/pjoes/126372.

（責任編輯 羅 麗）