典型峨眉山玄武巖區(qū)土壤重金屬含量特征及污染風險評價

韓 偉,徐仁廷,王喬林

典型峨眉山玄武巖區(qū)土壤重金屬含量特征及污染風險評價

韓 偉,徐仁廷*,王喬林

(中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所,河北 廊坊 065000)

為探究峨眉山玄武巖對土壤重金屬含量的影響程度,選擇具有典型峨眉山玄武巖分布區(qū)的云南省昭通市為研究對象,結(jié)合地質(zhì)背景資料,對區(qū)內(nèi)7104份土壤樣品中的8種重金屬元素含量特征、污染風險及來源進行分析和評價.結(jié)果顯示,峨眉山玄武巖區(qū)表層土壤中Cu和Cd元素明顯富集,分別達到中國土壤背景值的7.20和6.63倍;對比我國農(nóng)用地土壤污染風險管控標準,除Hg外,其余7種重金屬元素均存在污染風險;從污染程度空間分布看,與地質(zhì)背景耦合性較好的元素為Cu、Cd、As、Pb、Zn,污染程度較高的重金屬元素為Cd和Cu;主成分分析結(jié)果表明,Cu主要來源于峨眉山玄武巖的地質(zhì)背景,Cr和Ni為與峨眉山玄武巖共生的超基性巖風化成因,Cd、Pb、Zn高含量主要源于人類礦業(yè)開發(fā)、機動車尾氣排放等,同時受地質(zhì)背景影響;As和Hg除來源于地質(zhì)背景、人類活動外,還受到土壤理化性質(zhì)和有機質(zhì)的影響.

峨眉山玄武巖；土壤；重金屬；主成分分析；風險評價；富集因子法

峨眉山玄武巖廣泛分布于我國西南部云、貴、川等地區(qū),大量同位素年齡數(shù)據(jù)表明,其地質(zhì)時代屬于二疊紀,是中國唯一被國際學術界承認的大火成巖省(LIP)[1-2],近年來巖石學、地球化學、古生物地層學等的研究表明峨眉山玄武巖為地幔柱作用的產(chǎn)物[3-4].該類巖石具有重金屬Cu的高背景值(全巖中Cu的平均含量比全球玄武巖平均值高數(shù)倍),并形成了大面積的自然Cu礦化[5].近年土壤重金屬風險評價及來源研究中認為,地質(zhì)背景是我國西南土壤中重金屬重要來源之一.通過研究黔西北喀斯特地質(zhì)高背景和土法煉鋅區(qū)的不同土地利用方式下的重金屬分布特征,發(fā)現(xiàn)大部分重金屬污染是地質(zhì)高背景和人類活動共同作用的結(jié)果[6];文宇博對廣西巖溶地質(zhì)高背景區(qū)的巖石、土壤、農(nóng)作物等中重金屬的分布規(guī)律、富集機制、安全風險等的深入研究,揭示了重金屬元素在巖石成土過程中的富集機制及繼承關系[7];王喬林等[8]運用經(jīng)典統(tǒng)計學探討了滇西重金屬高背景區(qū)土壤中重金屬的來源,得出了Cr、Cu和Ni主要受成土母巖的控制;韓偉等[9]在研究四川南部山區(qū)土壤與農(nóng)作物中重金屬成因時,認為耕作土壤中重金屬主要來源于地質(zhì)背景,其次受有機質(zhì)、酸堿度和人類活動的影響;還有學者從重金屬空間分布特征認為土壤中重金屬與高背景區(qū)地質(zhì)背景關系密切[10-12].然而,盡管很多學者已經(jīng)對地質(zhì)高背景區(qū)重金屬的分布、來源及評價進行了深入研究,但是我國西南地區(qū)地質(zhì)背景復雜,除面積較大的峨眉山玄武巖外,還廣泛分布碳酸鹽巖、砂巖、頁巖等,由于形成于不同地質(zhì)環(huán)境的地質(zhì)單元地球化學組成差異,其重金屬遷移富集機制亦會存在差異.由于在碳酸鹽巖地質(zhì)背景下,重金屬Cd污染程度較高,大量研究集中關注于卡斯特地貌下的碳酸鹽巖區(qū)的重金屬污染風險評價[9,11,13-15],而針對峨眉山玄武巖區(qū)土壤中重金屬的含量特證及風險評價研究較少.對具有重金屬高背景的峨眉山玄武巖成土母質(zhì)的土壤中重金屬含量特征、是否會引起相關的污染風險及其來源等方面的研究,可為該類區(qū)域內(nèi)土壤環(huán)境風險管控提供科學參考.本研究選擇我國云南省昭通市內(nèi)典型峨眉山玄武巖地質(zhì)背景區(qū),結(jié)合區(qū)內(nèi)土壤理化性質(zhì)、巖石地球化學等基礎資料,在分析研究區(qū)內(nèi)表層和深層土壤中重金屬元素含量特征的基礎上,運用富集因子法對表層土壤進行評價,并采用主成分分析法對重金屬來源進行探討,以期精細揭示出峨眉山玄武巖區(qū)土壤重金屬污染狀況及其來源,充實同類區(qū)域內(nèi)土壤污染治理及安全利用等工作的理論基礎.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于我國云南省東北部昭通市境內(nèi)(圖1),地處云、貴、川三結(jié)合部的烏蒙山區(qū)腹地,地勢屬典型的山地構造地形,西南高、東北低,山高谷深.由于區(qū)內(nèi)海拔差異較大,具有高原季風立體氣候特征,四季差異較小,但是不同的海拔氣候有著較大的差異,海拔從高到低有高原氣候、溫帶氣候、亞熱帶氣候之分.區(qū)內(nèi)全年平均氣溫在11～21℃之間,且降水比較豐富.土壤類型主要有黃壤、黃棕壤、紫色土、棕壤等,土地利用類型主要為旱地、有林地、灌木林地、其他草地等,種植農(nóng)作物主要以玉米為主.昭通轄區(qū)內(nèi)地層從中元古界昆陽群-第四系均有出露,發(fā)育較齊全,巖性組合和接觸關系明顯,其中沉積碎屑巖與內(nèi)源沉積巖多為互層,峨眉山玄武巖呈不整合產(chǎn)于下二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r之上,被上二疊統(tǒng)宣威組的砂泥巖整合覆蓋[16].有研究表明[17],該地區(qū)南部魯?shù)榭h小寨鎮(zhèn)表層土壤中明顯富集Cu、Cd、Cr、Zn和Ni,且受成土母質(zhì)影響,其中峨眉山玄武巖區(qū)表層土壤明顯富集Cu、Cd、Zn、Cr重金屬元素.

1.2 樣品采集與測試

圖1 研究區(qū)地理位置及樣點示意

為保證樣點的典型性與代表性,本研究采用網(wǎng)格布設采集點位(圖1),表層土壤網(wǎng)格間距為1km′1km,采集深度為0～20cm,樣品密度不低于1點/4km2;深層土壤網(wǎng)格間距為2km′2km,采集深度為120～ 150cm,采樣方式為深層土壤取樣器取樣,樣品密度不低于1點/16km2.結(jié)合土地利用現(xiàn)狀,主要采集于較大面積農(nóng)用地中,于布設點周圍多點采集(3～5處),采集重量1kg,并記錄采樣地塊種植農(nóng)作物情況、土壤質(zhì)地、侵蝕、地貌類型等信息.采集后置于避光處陰干,預加工至20目,表層按 2km′2km、深層按4km′4km網(wǎng)格進行樣品組合,各個樣品均混合均勻后取同等重量進行組合.

本研究共取得表層組合樣品5642份、深層組合樣品1462份,測試指標為As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Ni、Zn、pH、有機碳、Al2O3、K2O、Na2O、MgO、Fe2O3、CaO、SiO2、La、Li、Sc、Rb、Ce,測試單位為中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所實驗測試中心.土壤樣品經(jīng)混勻后,過20目篩取20g樣品裝瓶用作pH值分析,另取100g左右樣品在60℃以下的烘箱中烘干后用無污染的行星球磨機粉碎至200目粒度,取一小瓶(5g)、三小紙袋(各5g).其中pH值采用點位法[18]測定,As采用氫化物-原子熒光光譜法,Hg采用冷蒸氣-原子熒光光譜法,Rb、Al2O3、K2O、Fe2O3、CaO、SiO2采用X射線熒光光譜法,有機碳采用高頻燃燒-紅外碳硫儀測定,其他元素均采用等離子體質(zhì)譜法測定.本研究的分析測試工作方法、重復分析質(zhì)量、分析準確度及精確度均按文獻[19]要求執(zhí)行,樣品分析結(jié)果合格率為100%.

1.3 研究方法

目前評價土壤重金屬污染程度的常用方法有富集因子法[20]、潛在生態(tài)危害指數(shù)法[21]、地累積指數(shù)法[22]、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[23]等,考慮到本次研究區(qū)地貌景觀較為復雜,其土壤成因類型較多,為減小采樣介質(zhì)、采樣制樣過程等因素對測試元素含量的影響,本次研究采用富集因子法對研究區(qū)表層土壤進行評價.富集因子法(EF)的計算公式[24]可表示為:

EF

=

(

Cm

/

CN

)

sample

/(

Cm

/

CN

)

baseline

(1)

式中:C為元素的含量, mg/kg;C為標準化元素的含量, mg/kg; sample表示樣品中的比值, baseline表示基準值的比值.有研究表明深層土壤受到人類活動影響較小[25-26],與區(qū)域上理論基準值相近,本研究利用深層土壤樣品中各元素含量的算數(shù)平均值代表基準值計算富集因子.由于標準化元素選擇要求在表生環(huán)境下地球化學活動性較弱,主要來源于成土母巖,且含量對人類活動輸入較為敏感,故常被選用的標準化元素有Al、Li、Yb、Sc、Th等[27-29],綜合前人研究和標準化元素與土壤中重金屬元素的相關性對比篩選后,Sc在<0.05與各重金屬元素均呈顯著性相關,故本次研究采用Sc作為標準化元素.

計算后當土壤中的富集因子明顯大于1時,表示該元素在表層富集而形成污染;當富集因子明顯小于1,表示該元素被淋溶,顯示貧乏.根據(jù)富集因子的大小,可以將各重金屬元素的污染程度分為6個等級,詳見表1.

本研究運用SPSS 25.0對表層和深層土壤元素含量數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計、主成分分析等研究,Excel 2016計算了富集因子(EF),利用ArcGIS 10.6繪制了富集因子污染分級空間分布,Grapher 15繪制了不同地質(zhì)單元重金屬均值對比圖件,并采用CorelDRAW 2021對圖件進行了矢量化.

表1 重金屬元素富集因子分級表[17]

對峨眉山玄武巖區(qū)內(nèi)表層土壤重金屬元素含量的數(shù)理統(tǒng)計,并計算了深層土壤重金屬元素含量的算數(shù)平均值作為基準值,為保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,計算時迭代剔除了3倍離差外的極大值;為對比與區(qū)域上重金屬元素的富集特征,計算了昭通地區(qū)土壤的背景值和基準值,并參考了中國土壤背景值、農(nóng)用地土地污染風險篩選值和管控值.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量特征

為對比峨眉山玄武巖與其他不同地質(zhì)背景下土壤中各重金屬元素含量特征,統(tǒng)計了昭通市境內(nèi)峨眉山玄武巖、以砂巖為主的碎屑巖、碳酸鹽巖及第四系松散沉積物表層土壤中8個重金屬元素算術平均值含量,并利用單因素方差分析,對不同地質(zhì)背景土壤重金屬間的差異顯著性進行了檢驗(圖2).

由圖2可以看出,除Hg外,其余重金屬元素在不同地質(zhì)背景區(qū)差異顯著(sig.=0.000);峨眉山玄武巖與其他地質(zhì)背景相比,Cu元素均顯示差異顯著,在峨眉山玄武巖區(qū)表層土壤中含量最高,其均值高達(162.7±53.8) mg/kg,As、Cd、Pb含量相對較低,Ni則顯示出除變質(zhì)巖外的地質(zhì)背景中差異顯著,各地質(zhì)背景表層土壤中含量相差較小,峨眉山玄武巖背景表層土壤中Cr、As、Pb、Cd與碎屑巖、碳酸鹽巖地質(zhì)背景差異顯著,Hg顯示在第四系松散沉積物中含量較低,僅為(0.10±0.05) mg/kg,且顯示出各地質(zhì)背景差異不顯著,Zn在各地質(zhì)背景表層土壤中含量變化不大,且差異不顯著;其中As在碳酸鹽巖區(qū)土壤中含量最高,為(16.3±10.1) mg/kg,Cd在變質(zhì)巖區(qū)土壤中含量最高,為(1.03±0.74) mg/kg.

圖2 不同地質(zhì)背景表層土壤重金屬均值含量對比

a:峨眉山玄武巖,樣品數(shù)為1184件;b:碎屑巖,樣品數(shù)為3378件;c:碳酸鹽巖,樣品數(shù)為1004件;d:變質(zhì)巖,樣品數(shù)為19件;e:第四系,樣品數(shù)為57件;*表示峨眉山玄武巖地質(zhì)背景與其他地質(zhì)背景土壤重金屬含量差異顯著(<0.05);sig.表示各地質(zhì)背景間的總差異是否顯著(<0.05)

由表2可知,各重金屬元素含量在峨眉山玄武巖區(qū)表層土壤中的變化系數(shù)由大到小為Cd>Pb> As>Hg>Cr>Cu>Zn>Ni,其中Cd、Pb、As、Hg變化系數(shù)均大于0.5,表明其在空間上的離散和變異程度較高,可能受到外界影響較大[13].Cd、Pb、As、Hg、Zn元素均值均高于峨眉山玄武巖區(qū)基準值,而Cr、Cu、Ni顯示出玄武巖區(qū)基準值高于表層土壤均值,表明其在表層淋濾作用大于富集作用,而對比昭通地區(qū)基準值可以發(fā)現(xiàn),8種重金屬元素含量均高于昭通地區(qū)基準值,暗示這些元素在該區(qū)域內(nèi)表層土壤中呈不同程度的富集狀態(tài).相較于中國土壤背景值,表層土壤中Cu含量均值最高,為中國土壤背景值的7.20倍,其次為Cd元素,為6.63倍,其他元素依次為Hg(2.50倍)、Ni(2.24倍)、Cr(2.16倍)、Zn(1.83倍)、Pb(1.44倍)、As(0.87倍),這與前人對該地區(qū)的巖石地球化學研究結(jié)果一致[5].結(jié)合我國關于農(nóng)用地土壤污染風險管控標準,Cu含量均值達到了篩選值的3.25倍,Cd含量均值則為篩選值的2.14倍,其最大值甚至達到了管控值的3.80倍,Ni含量均值則與其篩選值幾乎相當,其余元素均值則雖均未超出篩選值,但除Hg外其他元素含量最大值均亦超出篩選值,表明研究區(qū)內(nèi)存在重金屬污染風險.

綜上可知,峨眉山玄武巖區(qū)內(nèi)表層土壤以高含量Cu為主要特征,且重金屬元素含量均有不同程度的富集,推斷與成土母質(zhì)密切相關,與國家農(nóng)用地土壤污染風險相關標準對比,發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)存在重金屬污染風險.

表2 表層土壤重金屬含量統(tǒng)計(mg/kg)

注:—表示文章中沒有相關數(shù)據(jù).

2.2 土壤重金屬風險評價

根據(jù)富集因子公式計算昭通地區(qū)內(nèi)土壤重金屬富集因子(EF),將富集因子分級賦值到采樣網(wǎng)格,利用ArcGIS繪制出其污染分級空間分布(圖3).在空間分布上Cu、Cd、As、Zn、Pb的無污染和輕微污染等級與峨眉山玄武巖范圍基本一致.在昭通地區(qū)內(nèi)Cu元素富集因子污染分級有無污染、輕微污染、中度污染和重度污染,其中無污染占59.52%,表明區(qū)內(nèi)Cu元素在表層易于淋濾,輕微污染占38.83%,主要分布于玄武巖背景區(qū),中度污染占1.63%,重度污染僅有一個點,位于昭通北部地區(qū);Cd元素中度污染占比最大,占比為52.52%,無污染占1.06%,輕微污染占15.47%,兩者主要分布于峨眉山玄武巖區(qū)內(nèi),顯著污染占29.40%,重度污染占1.42%,嚴重污染占0.12%;As元素無污染占39.51%,分布于玄武巖區(qū)內(nèi),輕微污染占36.21%,中度污染占22.63%,顯著污染占1.63%;Zn元素主要為無污染占28.41%,大部分分布于峨眉山玄武巖區(qū)內(nèi),輕微污染點位較多,占比達64.46%,中度污染僅占5.99%;Pb元素無污染占比為 24.48%,輕微污染占比39.29%,兩者與峨眉山玄武巖空間關系密切,中度污染占比為31.97%,顯著污染占比3.67%;Ni元素主要為無污染和輕微污染,分別占比為53.39%和46.47%;Hg元素無污染占比37.11%,輕度污染占比43.53%,中度污染占比為18.06%,顯著污染占比為1.05%;Cr元素主要為無污染、輕微污染和中度污染,其占比分別為43.83%、53.08%和3.08%.結(jié)合研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源分布資料,其重度污染及嚴重污染位置均存在中-大型煤礦、鉛鋅礦等與重金屬元素相關的礦床,這是由于在礦床的開采、冶煉過程中,會產(chǎn)生大量的含有Cd、Pb、As等重金屬礦物的廢石,在地表環(huán)境下迅速分解活化,從而進入附近土壤,造成土壤中重金屬富集[32].

圖3 土壤重金屬富集因子評價

0:無污染;1:輕微污染;2:中度污染;3:顯著污染;4:重度污染;5:嚴重污染;6:峨眉山玄武巖.

圖4 峨眉山玄武巖區(qū)土壤重金屬污染程度占比

0:無污染;1:輕微污染;2:中度污染;3:顯著污染;4:重度污染

經(jīng)統(tǒng)計,在峨眉山玄武巖背景區(qū)污染占比由大到小為Cd>Cu>Hg>Pb>Zn>Cr>As>Ni(圖4),其中Cu元素輕微污染占比最大,達84.5%,廣泛分布于玄武巖區(qū)內(nèi),其污染分級最高為中度污染,占比為5.2%;Cd元素輕微污染和中度污染點位較多,所占比例分別為43.1%和41.6%,輕微污染主要分布于中部,中度污染則主要分布于玄武巖邊界區(qū)域,而顯著污染則主要分布于北部和東部,多為與其他地質(zhì)背景關系密切位置,嚴重污染僅占比0.4%,零星分布于區(qū)內(nèi);Hg元素則以無污染和輕微污染為主,所占比例分別為46.3%和44.3%,其空間分布規(guī)律性較差,顯著污染占比僅為0.3%;Pb、Zn元素較為類似,均以無污染和輕微污染為主,且輕微污染所占比例小于40%,其他污染等級所占比例均未大于6%;Cr、As、Ni元素則主要表現(xiàn)為無污染,其所占比例分別為75.8%、77.8%、80.3%,輕微污染比例分別為22.7%、19.8%、19.7%,其余污染等級所占比例均小于3%,表明該元素在表層富集程度低,受污染影響較小.

由此可知,除Cr和Hg外,其他重金屬元素富集因子分布在空間上與峨眉山玄武巖區(qū)具有較好的耦合關系,可推測其污染程度與成土母質(zhì)關系密切;峨眉山玄武巖地質(zhì)背景區(qū)內(nèi)表層土壤重金屬污染主要受Cu、Cd、Hg、Pb、Zn影響,而Cr、As、Ni影響程度較小.

2.3 重金屬元素主成分分析

為探究峨眉山玄武巖區(qū)表層土壤重金屬富集成因及來源,有研究表明主成分分析能夠有效判別重金屬元素的污染來源[33].對區(qū)內(nèi)表層土壤各元素進行主成分分析,通過KMO和Bartlett檢驗,得到KMO值為0.729,Bartlett球形度檢驗值為0.000,表明數(shù)據(jù)適合進行主成分分析,提取到特征值大于1的主成分,前5個公共因子解釋的累計方差達73.16%,其余公共因子特征值較小,故本次主成分分析取前5個主成分,分析結(jié)果見表3.其中重金屬元素As和Hg表現(xiàn)出在F1、F2、F3和F3、F4主成分中載荷較高,且相差較小,表明其可能具有多源成因.

第一主成分初始特征根方差百分比為27.88%,占比最大,其載荷較高的重金屬元素有Cu和As,并伴有Fe2O3、Sc、SiO2、K2O、Al2O3的高載荷,另外Cd、Cr、Hg、Ni、Zn在該主成分亦有一定的載荷.SiO2、K2O、Al2O3在元素分類中屬于造巖元素[32],玄武巖在巖石分類中屬于基性巖,其表征元素有Fe2O3、SiO2、Al2O3、K2O等[35],而峨眉山玄武巖石典型特征之一為Cu的高含量.因此第一主成分來源應為峨眉山玄武巖地質(zhì)背景.

土壤pH值、MgO、Na2O、Al2O3、CaO、As在第二主成分載荷較高,其中各元素氧化物均易受土壤中酸堿度影響.土壤中酸堿度的變化能夠一定程度控制活動金屬離子的濃度,當土壤呈酸性時,金屬離子Na+、Ca2+等活性較強,易于從土壤中淋濾使其含量降低,同時這些金屬離子的含量亦會影響土壤中酸堿度,重金屬As元素則與pH值則不是直接影響關系,而是由于pH值值對土壤吸附As的能力有很大影響,并且相關分析結(jié)果顯示兩者呈顯著負相關,這與前人研究結(jié)果一致[36],故第二主成分可以解釋As元素來源于土壤理化性質(zhì)的影響.

第三主成分載荷主要為As、Cd、Hg、Pb、Zn.有研究表明鉛鋅礦、煤礦的開發(fā)冶煉及機動車輛排放的尾氣會增加周邊土壤中Cd、Pb、Zn、Hg和As含量的增加[37-39],礦產(chǎn)的開采過程中廢渣、廢水等的排放,導致土壤中重金屬含量增加,機動車尾氣則主要通過大氣沉降到土壤中.因此該主成分可能指示的為礦業(yè)開發(fā)、車輛尾氣等人為活動源.

第四主成分載荷較高的為Hg、Corg、pH值、CaO.張孟孟等[40]綜述了有機質(zhì)對土壤中Hg影響的研究成果,并闡述了有機質(zhì)影響Hg吸附遷移的作用機制,認為有機質(zhì)能夠通過螯合和絡合作用,形成有機汞配合物,提高Hg的可溶性或降低土壤對Hg的吸附,同時pH值在此過程中起到緩沖作用.由此該主成分可能為有機質(zhì)和土壤酸堿度對重金屬Hg含量的影響.

Cr和Ni在第五主成分中具有較高的載荷,由于兩者富集系數(shù)較小,均值與基準值亦幾乎相當,表明其受到外部影響較小.從兩者相關系數(shù)看,呈顯著正相關性,有學者認為超基性巖地質(zhì)背景區(qū)土壤中含有較高含量的Cr和Ni[41],而一些超基性巖會和玄武巖共生形成[35],因此可以推斷該主成分反映的是Cr、Ni為超基性巖區(qū)自然地質(zhì)背景來源.

表3 表層土壤主成分分析旋轉(zhuǎn)成分矩陣

注:粗體為較高載荷值.

3 結(jié)論

3.1 云南昭通地區(qū)典型峨眉山玄武巖區(qū)表層土壤中Cu含量顯著高于其他地質(zhì)背景區(qū),其均值高達163mg/kg,深層土壤中其基準值達168mg/kg,而As、Cd、Pb含量相對較低.

3.2 峨眉山玄武巖區(qū)表層土壤8種重金屬元素算數(shù)均值與其基準值相比,除Cr、Cu、Ni略低于基準值外,其余元素均呈富集狀態(tài);對比昭通地區(qū)基準值,各重金屬在表層土壤中均顯示富集,而相較于中國土壤背景值,除As外,各元素呈不同程度的富集,Cu和Cd的富集程度分別為中國土壤背景值的7.20倍和6.63倍;結(jié)合我國農(nóng)用地土壤污染風險管控標準,研究區(qū)內(nèi)存在重金屬污染風險.

3.3 從重金屬風險等級空間分布看,Cu、Cd、As、Pb、Zn無污染與輕微污染等級與地質(zhì)背景耦合性較好;研究區(qū)內(nèi)污染占比較大的重金屬元素為Cd、Cu,分別占研究區(qū)的96.20%和89.70%,而As、Cr、Ni污染程度較低且占比較小.

3.4 土壤重金屬主成分分析結(jié)果顯示, Cu主要來源于峨眉山玄武巖的地質(zhì)背景;Cd、Pb、Zn高含量主要源于人類礦業(yè)開發(fā)、機動車尾氣排放等,同時受地質(zhì)背景影響;Cr和Ni主要為與峨眉山玄武巖共生的超基性巖風化成因;As元素在三個主成分中顯示出相對高載荷,判斷其同時受地質(zhì)背景、土壤理化性質(zhì)、人類活動影響;Hg元素則顯示在二個主成分高載荷,表明其高含量主要來源于人類活動,進入土壤后受到酸堿度及有機質(zhì)的影響.

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Characteristics of heavy metal content and pollution risk assessment in the soil of typical Emeishan Basalt Area.

HAN Wei, XU Ren-ting*, WANG Qiao-lin

(Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,Chinese Academy of Geological Science, Langfang 065000, China)., 2023,43(12)：6500～6508

To investigate the extent of the influence of Emeishan basalt on soil heavy metal content, the study focused on Zhaotong in Yunnan Province, which is located in a typical distribution area of Emeishan basalt. By combining geological data, the characteristics, pollution risk, and sources of eight heavy metal elements in 7104 soil samples within the region were analyzed and evaluated. The results showed that the surface soil in the Emeishan basalt area is significantly enriched in Cu and Cd, reaching 7.20 and 6.63 times the background values of Chinese soil, respectively. Compared to the risk control standard for soil contamination of agricultural land, except for Hg, the other seven heavy metal elements posed a pollution risk. In terms of spatial distribution of pollution level, Cu, Cd, As, Pb, and Zn were closely associated with the natural source, with Cd and Cu being the highly contaminated heavy metal elements. PCA indicated that Cu mainly originated from the geological parent materials of Emeishan basalt, while Cr and Ni were associated with weathering of coexisting ultrabasic rocks with Emeishan basalt. Cd, Pb, and Zn at high concentrations primarily resulted from human mining activities and vehicle exhaust emissions, as well as being influenced by the geological background. As and Hg were influenced not only by parent material and human activities but also by soil physicochemical properties and organic matter.

emeishan basalt；soil；heavy metals；principal component analysis；risk assessment；enrichment factor

X53

A

1000-6923(2023)12-6500-09

韓 偉,徐仁廷,王喬林.典型峨眉山玄武巖區(qū)土壤重金屬含量特征及污染風險評價 [J]. 中國環(huán)境科學, 2023,43(12):6500-6508.

Han W, Xu R T, Wang Q L. Characteristics of heavy metal content and pollution risk assessment in the soil of typical Emeishan Basalt Area [J]. China Environmental Science, 2023,43(12):6500-6508.

2023-05-06

地球化學調(diào)查與觀測(DD20230623);烏蒙山區(qū)土地質(zhì)量地球化學調(diào)查(DD20190522)

* 責任作者, 高級工程師, xrenting@mail.cgs.gov.cn

本項研究野外采樣工作由云南省地質(zhì)調(diào)查院陳子萬博士等協(xié)助完成,在此表示感謝.

韓 偉(1985-),男,河北保定人,高級工程師,碩士,主要研究方向為環(huán)境地球化學和勘查地球化學.發(fā)表論文20余篇.hanwei@mail. cgs.gov.cn.