浙江省某尾礦庫周邊農(nóng)田土壤重金屬
污染特征及來源解析
呂玉娟1,，王秋月1,2,，孫雪梅1,2,，張志偉1,，張毅敏1,，高月香1*
1.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所
2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院
摘要：尾礦庫周邊生態(tài)環(huán)境安全受到高度關(guān)注,，土壤重金屬污染是農(nóng)田治理和保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)源之一,。以地處浙東丘陵山地的浙江省某銅礦尾礦庫周邊農(nóng)田為研究對象，測定了農(nóng)田土壤中8種重金屬元素Cd,、Hg,、As、Pb,、Zn,、Cu、Cr,、Ni的濃度,，運(yùn)用地累積指數(shù)法、污染指數(shù)法,、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)法對農(nóng)田土壤重金屬污染程度以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià),，結(jié)合正定矩陣受體模型（PMF），定量解析農(nóng)田土壤重金屬的來源,。結(jié)果表明：1）（略）農(nóng)田土壤中Cd,、Hg、Cu,、Zn濃度分別是土壤元素背景值的5.36,、2.06、8.19,、5.36倍,，具有高度變異性；污染指數(shù)評價(jià)結(jié)果表明,，Cu,、Zn、Cd重度污染占比均達(dá)到10.5%,，中度污染占比為5.26%,，靠近尾礦庫（<300m）的15.8%的點(diǎn)位處于重度污染等級,；地累積指數(shù)評價(jià)結(jié)果表明，Cd,、Cu,、Zn和Hg可能具有累積風(fēng)險(xiǎn)。2）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果表明,，Cd為很強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),，Hg為較強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Cu為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),，其余重金屬均為輕微風(fēng)險(xiǎn),；綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）為308.91，綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)為較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn),。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評估結(jié)果表明,，Cu為重警，Cd和Zn為中警,，Hg為輕警,，As為預(yù)警，Pb,、Cr和Ni為無警,；綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)（IER）為16.06，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警為重警,。RI和IER空間分布基本一致,，主要受Cd、Cu,、Zn和Hg的影響,。3）PMF解析出3個(gè)源，Cd,、Zn,、Cu主要受銅礦尾礦庫尾砂和壩下滲水的混合源影響，貢獻(xiàn)率分別為94.4%,、94.3%和67.1%,；Hg可能是以肥料、農(nóng)藥施用等農(nóng)業(yè)活動(dòng)源為主,，貢獻(xiàn)率為61.5%,；Cr、Ni,、Pb和As主要受成土母質(zhì)和交通運(yùn)輸活動(dòng)混合源的影響,，貢獻(xiàn)率分別為89.7%、82.7%、75.0%和68.3%,。
關(guān)鍵詞：尾礦庫；土壤重金屬,；污染評價(jià),；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；正定矩陣受體模型（PMF）,；源解析
礦產(chǎn)資源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),，也是人類生產(chǎn)資料和生活資料的重要來源。我國是世界上為數(shù)不多的礦產(chǎn)資源總量豐富且礦種齊全的大國之一,，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)173種,。隨著礦產(chǎn)資源不斷被開發(fā)利用，國民經(jīng)濟(jì)得到極大發(fā)展[1-2],。然而,，在礦山開采過程中，必然會產(chǎn)生Hg,、As,、Pb、Cd等成礦或伴礦元素污染,，其通過廢液排放,、廢渣堆積、雨水和地表水淋濾等途徑污染周邊土壤[3],。土壤重金屬具有持久性,、累積性、隱蔽性和循環(huán)性等特點(diǎn),，因難以被降解而長期穩(wěn)定存在于土壤中,，可通過食物鏈在人體聚集，（略）功能和結(jié)構(gòu),，威脅人體健康安全[4-7],。
開（略）周邊土壤重金屬污染評價(jià)與污染源識別對（略）周邊土壤修復(fù)與復(fù)墾具有重要意義。地累積指數(shù)法,、污染指數(shù)法,、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等方法是當(dāng)前應(yīng)用較多的重金屬污染評價(jià)方法[8-9]。除（略）域背景值作為參比外,，以GB15618—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)（試行）》風(fēng)險(xiǎn)篩選值作為參比值[10-13]成為國內(nèi)主流評價(jià)方法,。土壤重金屬主要來自于自然本底（與地殼中微量元素有關(guān)）和人類活動(dòng)（工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)等）[14],，常用的土壤重金屬分布與源識別方法包括地統(tǒng)計(jì)與空間插值方法（如普通克里格法,、反距離加權(quán)法），多元統(tǒng)計(jì)分析（如主成分分析、相關(guān)分析和聚類分析）,，定量方法〔如穩(wěn)定同位素法,、Unmix模型和正定矩陣受體模型（PMF）〕等。與其他受體模型相比,，PMF模型可以同時(shí)將測量不確定性和非負(fù)性約束納入計(jì)算過程[15],，且可以自動(dòng)處理缺失和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，被廣泛應(yīng)用于土壤污染物源解析中,。Zhang等[16]采用PMF模型對（略）鉛（略）土壤重金屬來源進(jìn)行解析,，發(fā)現(xiàn)人為礦業(yè)活動(dòng)（黃鐵礦和鉛鋅礦）、土壤母質(zhì)（玄武巖和碳酸鹽巖）和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)是周邊土壤重金屬的主要來源,。朱曉麗等[17]基于PMF模型對寶雞鉛鋅尾礦庫周邊農(nóng)田進(jìn)行土壤重金屬源解析發(fā)現(xiàn),，周邊土壤重金屬主要來源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)源、自然源,、化石燃燒釋放源,、鉛鋅選礦源、鉛鋅工業(yè)活動(dòng)源和交通源等,。對于已閉庫（略）,，人為采礦活動(dòng)基本終止，對周邊土壤的重金屬污染程度因后期管理水平差異而不同,，而在沒有人為采礦活動(dòng)源時(shí),，對重金屬其他來源的解析成為后（略）土壤修復(fù)或復(fù)墾的重要依據(jù)。
因此,，筆者以浙江省某閉庫尾礦庫下游農(nóng)田土壤為研究對象,，對農(nóng)田土壤重金屬濃度和空間分布特征進(jìn)行分析，使用地累積指數(shù)法,、污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等對農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價(jià),，并結(jié)合PMF模型，定量解（略）農(nóng)田土壤重金屬潛在來源,，以期為閉庫尾礦庫周邊農(nóng)田土壤復(fù)墾及重金屬修復(fù)提供一定的理論依據(jù),。
1.（略）與研究方法
1.1（略）概況
該銅礦尾礦庫地處浙江省中北部、杭州灣南岸的（略）,，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,，年平均氣溫16.4℃，年均降水量1400mm,，盛行東北偏東風(fēng),。礦區(qū)所在地屬浙西山地丘陵、浙東丘陵山地和浙北平原三大地貌單元的交接地帶,，地勢南高北低,，形成群山環(huán)繞,、盆地內(nèi)含、平原集中的地貌特征,，最高海拔為1194.6m,，最低海拔僅為3.1m。礦區(qū)主要盛產(chǎn)銅精礦,、鋅精礦,、硫精礦，伴生的金,、銀冶煉回收。尾礦庫于1982年設(shè)計(jì)建設(shè),，1987年11月投入使用,，服務(wù)年限36年，為傳統(tǒng)上游式濕排山谷型尾礦庫,，設(shè)計(jì)總壩高85m,、總庫容343萬m3，為三等庫,。1992年該尾礦庫因尾砂輸送管道爆管,，尾砂溢出導(dǎo)致壩下52000m2農(nóng)田受到不同程度污染，2020年7月起尾礦庫閉庫,。目前,，該尾礦庫下游52000m2農(nóng)田正進(jìn)行生態(tài)修復(fù)工作，距離尾礦庫較遠(yuǎn)的農(nóng)田上有農(nóng)戶自發(fā)種植的零散蔬菜,，其他大（略）域閑置有雜草生長,。
通過實(shí)地調(diào)查，選取該閉庫尾礦庫周邊農(nóng)田作為研究對象,。所選的尾礦庫由三面山坡自然形成的近南北走向山谷組成,，南面筑壩圍庫，在壩底修建有沉降池,，尾礦庫周圍多為巖石裸露,，中下部植被較好，以灌木林為主,，高大喬木較少,，庫邊滲水渠有尾礦庫滲漏水流經(jīng)，岸邊為種植有零散蔬菜的農(nóng)田（圖1）,。
1.2樣品采集處理
（略）樣品采集
在尾礦庫下游約52000m2的農(nóng)田范圍內(nèi),，距離尾礦庫由遠(yuǎn)及近共采集農(nóng)田土壤表層（0~20cm）樣品19個(gè)。（略）戶外助手APP中GPS（WGS-84坐標(biāo)）對每個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行定位,，使用五點(diǎn)采樣法采集耕層土壤樣品,，先去掉表面雜物和礫石，使用鐵鍬采集0~20cm土壤（用鐵鏟挖掘后，用木片刮去與金屬采樣器接觸的部分,，再用木片采取樣品）,，充分混合后取約1kg（略）帶回實(shí)驗(yàn)室。樣品采集點(diǎn)位見圖2,。
（略）測定方法
將采集的樣品放置于陰涼的通風(fēng)處自然風(fēng)干,，剔除根莖、石頭等雜物,，采用瑪瑙研缽研磨后過100目篩,，隨后裝入統(tǒng)一規(guī)格的密封袋中保存待測。土壤中重金屬（Cd,、Hg,、As、Pb,、Zn,、Cu、Cr和Ni）濃度測定參照HJ/T166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》,，其中Cd,、Pb、Zn,、Cu,、Cr和Ni元素提取采用王水消解法〔V（濃鹽酸）∶V（濃硝酸）=3∶1〕，并采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（STS-188,，中國）測定其濃度,，Hg和As濃度采用王水消解法和原子熒光光度計(jì)（STS-041，中國）測定,。所有試劑均為優(yōu)級純,，采用國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS-25）進(jìn)行質(zhì)量控制，元素回收率控制在90%~105%,，測量結(jié)果的相對誤差在±5%以內(nèi),。
1.3研究方法（略）重金屬污染評價(jià)方法
（略）地累積指數(shù)法
地累積指數(shù)法最早由德國學(xué)者M(jìn)üller提出并被用于沉積物中重金屬污染評價(jià)。該指數(shù)不僅考慮了人為污染因素和環(huán)境地球化學(xué)背景值,，還特別考慮了自然成巖作用對背景值的影響,，被廣泛用于大氣沉降、土壤和現(xiàn)代沉積物中重金屬的污染評價(jià),。其公式如下：
（略）單因子污染指數(shù)法
單因子污染指數(shù)是土壤表層重金屬污染物濃度與污染物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的比值,，能夠準(zhǔn)確反映某一位點(diǎn)單項(xiàng)重金屬污染狀況。其計(jì)算公式如下：
（略）內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法
內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法是當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算最常用的方法之一,，涵蓋各單項(xiàng)污染指數(shù),，并突出高濃度污染物在評價(jià)結(jié)果中的權(quán)重,，用于評價(jià)土壤復(fù)合污染狀況。其計(jì)算公式如下：
（略）重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法
（略）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法
潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法由Hakanson提出,，主要應(yīng)用于土壤和沉積物中重金屬的污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),，該方法不僅考慮了重金屬濃度，還將重金屬的生態(tài)效應(yīng),、環(huán)境效應(yīng)和毒理學(xué)效應(yīng)聯(lián)系起來,。其計(jì)算公式如下：
（略）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)
生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是指對自然資源或生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可能出現(xiàn)的衰竭或危機(jī)而建立的報(bào)警，其計(jì)算公式如下：
（略）重金屬污染源解析方法
PMF模型是一種基于受體模型對污染源進(jìn)行矩陣分析的定量方法,，該模型在求解過程中對因子載荷和因子得分均做非負(fù)約束,，確保因子矩陣分解的結(jié)果中不出現(xiàn)負(fù)值，使得到的源成分譜與源貢獻(xiàn)率具有更實(shí)際的物理意義[24-26],。該模型將原始矩陣Xab因子化,，分解為2個(gè)因子矩陣fkb和gak以及1個(gè)殘差矩陣eab，計(jì)算公式如下：
PMF模型需要通過多次迭代計(jì)算分解原始矩陣,，最終得出最優(yōu)化的污染源貢獻(xiàn)因子矩陣G和污染源因子矩陣F，使得目標(biāo)函數(shù)Q最小化,。目標(biāo)函數(shù)Q定義如下：
當(dāng)各個(gè)重金屬元素含量小于或等于相應(yīng)的方法檢出限（MDL）時(shí),，不確定度uab的計(jì)算公式為：
當(dāng)各個(gè)重金屬元素含量大于相應(yīng)的MDL時(shí)，不確定度uab的計(jì)算公式如下：
式中EF為相對標(biāo)準(zhǔn)偏差,。
1.4數(shù)據(jù)處理采用Excel2019和Origin2022軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,，采用SPSS16.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，采用ArcGIS10.3軟件進(jìn)行空間插值制圖,，源解析基于EPAPMF5.0模型完成,。
2.結(jié)果與討論
2.1農(nóng)田土壤重金屬濃度特征
由描述統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表3）可知，尾礦庫周邊農(nóng)田土壤中8種重金屬元素偏度為0.01~3.44,，屬右偏分布,。Cd、Hg,、Cu,、Zn濃度均值分別是0.75、0.31,、172,、419mg/kg，分別是土壤元素背景值的5.36,、2.06,、8.19、5.36倍,。其中,，Cd,、Cu、Zn濃度均值高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值,，超標(biāo)率分別為25.0%,、72.7%、39.7%,。與土壤元素背景值和農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值相比,，Cd、Hg,、As,、Pb、Cu,、Zn6種元素濃度均存在不同程度的超標(biāo),，其中Cu元素超標(biāo)率最高，只有1個(gè)采樣點(diǎn)（S15）濃度低于背景值,，其余點(diǎn)位均高于背景值,；而所有點(diǎn)位的Cr、Ni濃度均低于背景值,，說明（略）基本上不存在Ni,、Cr污染風(fēng)險(xiǎn)。
變異系數(shù)是衡量各參數(shù)在數(shù)據(jù)上的變異程度,，空間變異性可以說明自然因子或外界因子的干擾程度,。尾礦庫壩下農(nóng)田土壤中各重金屬濃度表現(xiàn)出很大的變異性。根據(jù)Wilding[27]對變異系數(shù)的分類,，Pb和Ni的變異系數(shù)介于15%~36%,，屬中等變異；Cd,、Hg,、As、Cu和Zn的變異系數(shù)為37%~211%,，屬高度變異,。重金屬元素的空間分布具有自然變異性和外在變異性，自然變異性主要是由于自然界母質(zhì)巖風(fēng)化釋放導(dǎo)致的,，而外在變異性則是由于（略）域人類活動(dòng)影響致使重金屬進(jìn)入土壤中導(dǎo)致的,。（略）Cd、Hg,、As,、Cu和Zn的濃度均值都明顯高于（略）土壤元素背景值，這些重金屬元素在土壤中高度富集,，同時(shí)具有較高的變異性,，說明它們在（略）域的空間分布極其不均勻,。這有可能是（略）域人為活動(dòng)所導(dǎo)致的結(jié)果。與之相反,，Cr元素的濃度和變異程度均較低,，說明Cr在土壤中主要來自于自然源。Pb和Ni元素在（略）域土壤中的濃度均值低于背景值,，卻表現(xiàn)出中度變異性,，說明Pb和Ni有可能受到自然因素和人為活動(dòng)雙重因子的影響。
空間插值法是采用觀測值預(yù)測（略）域的一種空間分析方法,，目前被廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境治理領(lǐng)域[28],。對（略）19個(gè)采樣點(diǎn)Cd、Hg,、As,、Pb、Cu和Zn濃度進(jìn)行反距離權(quán)重插值并進(jìn)行掩膜提取,，結(jié)果（圖3）顯示,，Cd、As,、Pb,、Cu、Zn5種重金屬濃度最大值點(diǎn)位均分布在距尾礦庫200m以內(nèi),，呈現(xiàn)靠近尾礦（略）域濃度較高的現(xiàn)象,。Cd,、Cu,、Zn大部分點(diǎn)位濃度超過背景值，靠近尾礦庫的3個(gè)點(diǎn)位（小于200m）均超過篩選值,，而As,、Pb（略）域濃度均超背景值，但未超篩選值,，As在（略）域濃度也處于背景值和篩選值之間,；Hg空間分布呈現(xiàn)距尾礦庫400~650m區(qū)域濃度高的特點(diǎn)，且處于背景值和篩選值之間,，其中距尾礦庫500~550m區(qū)域濃度最高,，這可能與（略）地塊長期零散種植蔬菜有關(guān)。
2.2農(nóng)田土壤重金屬污染評價(jià)（略）地累積指數(shù)評價(jià)
尾礦庫周邊農(nóng)田土壤中重金屬Igeo評價(jià)結(jié)果如圖4所示,。Igeo均值由高到低依次為Cd>Cu>Zn>Hg>As>Pb>Cr>Ni,。其中，As,、Pb,、Cr和Ni的Igeo均值均小于0,，總體上處于無污染狀態(tài)，但仍有10.53%的采樣點(diǎn)As為輕度污染狀態(tài),；Hg的Igeo均值小于0,，分別有36.84%、5.26%和5.26%的采樣點(diǎn)達(dá)到了輕度污染,、中度污染和偏重污染,；Cd、Cu和Zn的Igeo均值為0~1,，總體為輕度污染,，但有10.53%的采樣點(diǎn)為重度污染，5.26%的采樣點(diǎn)為中度污染,。
（略）污染指數(shù)評價(jià)
使用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)對尾礦庫周邊農(nóng)田土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評價(jià)（表4）,。農(nóng)田土壤重金屬單因子指數(shù)污染程度排列順序?yàn)镃u>Zn>Cd>As>Pb>Cr>Hg>Ni。Cu,、Zn,、Cd單因子污染指數(shù)分別為0.19~15.36、0.12~9.42,、0.12~8.07,，重度污染率均為10.5%，中度污染率均為5.26%,。As,、Pb、Cr,、Hg,、Ni單因子指數(shù)均小于1.0，處于無污染等級,。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為0.22~11.2,，變異系數(shù)達(dá)到197%，屬于高度變異,，15.8%的點(diǎn)位（S17,、S18、S19）處于重度污染等級,，其他點(diǎn)位無污染,，靠近尾礦庫的部分農(nóng)田具有較高的污染風(fēng)險(xiǎn)。
重金屬Hg單因子污染指數(shù)判斷為無污染,，而（略）域背景值的Igeo評價(jià)結(jié)果卻存在中度污染和偏重度污染,。綜上可知，（略）農(nóng)田土壤重金屬Cd,、Cu和Zn存在一定程度的污染,，需同時(shí)（略）域重金屬Hg的累積污染風(fēng)險(xiǎn)問題,。
2.3農(nóng)田土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（略）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)
根據(jù)（略）的土壤元素背景值計(jì)算農(nóng)田土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，結(jié)果見圖5,。土壤中8種重金屬元素的單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值表現(xiàn)為Cd>Cu>Hg>As>Zn>Pb>Ni>Cr,。其中，As,、Pb,、Cr、Ni和Zn的均值小于40,，屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級,；Cd屬于很強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其中輕微,、中等,、較強(qiáng)和極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級樣點(diǎn)占比分別為47.37%、26.32%,、10.53%和15.79%,；Hg屬于較強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其中輕微,、中等,、較強(qiáng)、很強(qiáng)和極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級樣點(diǎn)占比分別為36.84%,、36.84%,、15.79%、5.26%和5.26%,；Cu的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級以輕微為主,，占比為84.2%，較強(qiáng),、很強(qiáng)和極強(qiáng)占比均為5.26%,。農(nóng)田土壤重金屬的RI為79.1~1302,，平均值為308.9,，屬于較強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。其中輕微,、中等,、較強(qiáng)和極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)樣點(diǎn)占比分別為15.79%、57.89%,、5.26%和21.05%,。Cd、Hg,、Cu元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和RI的空間分布顯示,，西北部極強(qiáng)（略）主要影響元素是Cd和Cu,，（略）域主要受Hg元素的影響。
（略）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評估
根據(jù)（略）的土壤元素背景值計(jì)算生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù),，結(jié)果見圖6,。IER的平均值表現(xiàn)為Cu>Cd>Zn>Hg>As>Pb>Cr>Ni，其中Cu為重警,，Cd和Zn為中警,，Hg為輕警，As為預(yù)警,，Pb,、Cr和Ni為無警。8種重金屬的IER為?2.56~124.59,，平均值為16.06,，屬于重警。IER處于無警,、預(yù)警,、輕警、中警,、重警樣點(diǎn)占比分別為36.84%,、10.53%、21.05%,、5.26%,、26.3%?？臻g分布顯示,，（略）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重警等級分布在西北部和東部，這與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的空間分布基本一致,，相比潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),，單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評估發(fā)現(xiàn)Cu在西北部有重警等級，其單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評估方面更加敏感,，這與杜貫新等[29]的研究結(jié)果一致,。綜上分析，（略）內(nèi)RI,、IER的空間分布主要受Cu,、Zn、Cd和Hg4項(xiàng)元素的影響,，這與Igeo評價(jià)結(jié)果（主要影響因素是Cu,、Zn和Cd，其次是Hg）一致。
2.4農(nóng)田土壤重金屬污染源解析尾礦庫周邊土壤中重金屬來源途徑比較廣泛,，包括人為采選礦活動(dòng),、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸,、大氣沉降和土壤母質(zhì)等,。根據(jù)元素地球化學(xué)理論，相同來源的重金屬元素之間通常存在較顯著的相關(guān)關(guān)系,，通過對重金屬元素間的統(tǒng)計(jì)分析可以闡釋元素間的同源關(guān)系,，為辨析重金屬來源提供依據(jù)[30]。由（略）農(nóng)田土壤中8種重金屬濃度Pearson相關(guān)性分析熱點(diǎn)圖（圖7）可知,，Cd,、As、Pb,、Zn,、Ni兩兩之間存在極顯著（P<0.01）正相關(guān)性，說明這5種元素具有較大的同源性和復(fù)合污染的可能,。Cu與Cd,、Pb、Zn之間存在極顯著相關(guān)性,，推斷Cu與Cd,、Pb、Zn來自同一種污染源的可能性較大,；Cu與As,、Cu與Ni及Cr與Hg具有顯著（P<0.05）相關(guān)性，推斷兩兩之間可能具有相似的污染源,；Cr,、Hg與其他6種金屬呈現(xiàn)出兩兩不相關(guān)性，說明Cr,、Hg的來源途徑不同,。
采用PMF5.0模型對（略）農(nóng)田土壤中8種重金屬來源進(jìn)行解析，得到3個(gè)重金屬污染源（因子F1,、F2,、F3）對8種重金屬的貢獻(xiàn)率（圖8）。結(jié)果顯示,，因子F1對農(nóng)田土壤重金屬貢獻(xiàn)率為77.62%,，且對Cd,、Zn和Cu的貢獻(xiàn)率較高,，分別為94.4%、94.3%和67.1%。由相關(guān)性分析可知,，Cd,、Zn和Cu兩兩之間相關(guān)性達(dá)到極顯著水平（P<0.01），說明這3種元素可能來自同一污染源,。該銅礦尾礦庫采用傳統(tǒng)濕排法堆存,，導(dǎo)致尾礦中大量的重金屬殘留伴隨酸性礦山廢水向周圍擴(kuò)散，造（略）周邊土壤中重金屬元素Cd,、Zn和Cu的復(fù)合污染,。陳雪等[31]在寧鎮(zhèn)（略）土壤重金屬污染來源解析中發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域存在Cd,、Zn和Cu復(fù)合污染,，與本研究結(jié)果相似。另外,，陳航等[32]對銅（略）的周圍土壤重金屬來源解析發(fā)現(xiàn),，富含大量Cu元素尾礦和殘?jiān)训牧転V擴(kuò)散（略）周邊土壤Cu污染的主要來源；杜立宇等[33]發(fā)現(xiàn)重金屬元素Zn在銅尾（略）存在一定的富集,；馬杰等[34]發(fā)現(xiàn)鉛鋅尾礦庫的Cd元素污染最嚴(yán)重,。根據(jù)走訪調(diào)查，該尾礦庫在90年代曾發(fā)生過一次潰壩事故,，導(dǎo)致含重金屬的尾礦砂在壩下農(nóng)田土壤中歷史遺留,。同時(shí)該尾礦庫壩下滲水通常與尾礦庫上游山塘水庫流水混合，被用（略）域農(nóng)田的灌溉,，長期的滲水灌溉也會導(dǎo)致農(nóng)田土壤重金屬累積,。因此，可以推斷重金屬元素Cd,、Zn和Cu可能存在伴生關(guān)系,，（略）農(nóng)田土壤中重金屬元素Cd、Zn和Cu的主要來源是銅礦尾礦庫尾砂和壩下滲水,。
因子F2對農(nóng)田土壤重金屬貢獻(xiàn)率為5.19%,，對Hg貢獻(xiàn)率最高，達(dá)到61.5%,。Hg變異系數(shù)大于1,，高度變異，Igeo評價(jià)結(jié)果顯示47.36%的樣品處于輕度污染至偏重污染水平,，說明Hg受人為影響程度較大,。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，Hg僅與Cr為顯著相關(guān)（P<0.05）,，而與其他重金屬無相關(guān)性,。實(shí)地調(diào)查與人員訪談發(fā)現(xiàn),，Hg濃度較（略）域?yàn)榉N植有油菜、葉用萵苣和包菜等綠葉類蔬菜的地塊,，這些土地長期施用農(nóng)藥,、農(nóng)家肥和化肥。一般認(rèn)為農(nóng)業(yè)活動(dòng)的污水灌溉,、肥料,、農(nóng)藥和抗菌劑施用等是土壤中Hg的重要來源[35]。魏迎輝等[26]發(fā)現(xiàn)鉛鋅礦周邊農(nóng)田Hg濃度（略）除了礦山附近外,，種植蔬（略）域也是Hg濃度（略）,。陳雪等[31]發(fā)現(xiàn)農(nóng)事活動(dòng)對Hg富集影響大，是Hg的主要來源,。以上結(jié)果均與本研究結(jié)果相似,。因此，可以推斷（略）Hg的富集可能與局部肥料,、農(nóng)藥施用的農(nóng)業(yè)活動(dòng)有關(guān),。
因子F3對農(nóng)田土壤重金屬貢獻(xiàn)率為17.19%，其中Cr,、Ni,、Pb和As在因子F3上具有較高載荷，貢獻(xiàn)率分別為89.7%,、82.7%,、75.0%和68.3%。相關(guān)研究[31,36]表明Cr和Ni主要來源于成土母質(zhì),。Ni與Pb之間呈極顯著（P<0.01）相關(guān),，Cr、Ni和Pb濃度均值低于（略）土壤元素背景值,，變異系數(shù)小,，表明Cr、Ni,、和Pb主要受地質(zhì)背景影響,，Igeo評價(jià)結(jié)果也說明這一點(diǎn)。另外,，本研究中As與Hg沒有相關(guān)性,，這與通常認(rèn)為的農(nóng)業(yè)活動(dòng)（肥料農(nóng)藥施用）會導(dǎo)致As和Hg存在伴生污染[35]的結(jié)果不一致。但As與Pb具有極顯著相關(guān)性,，且二者具有中高度變異性,，排除尾礦庫人為活動(dòng)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)因素，分析Pb和As富集的原因可能是由于該尾礦庫正進(jìn)行閉庫后生態(tài)修復(fù)的平整覆土等工作,，在主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)的氣象條件下,，（略）載土車的頻繁來往等交通運(yùn)輸活動(dòng)導(dǎo)致的尾礦砂土掉落,、揚(yáng)塵沉降等。因此,，推斷（略）土壤Cr,、Ni,、Pb和As一定程度上受成土母質(zhì)的控制,，同（略）域交通運(yùn)輸活動(dòng)的影響。
土壤重金屬源解析是土壤重金屬污染精準(zhǔn)防控的基礎(chǔ),，該方面研究逐漸集中在將數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析模型與土壤重金屬的信息相結(jié)合,，基于受體模型來分析重金屬的來源。與其他受體模型相比,，PMF模型對因子載荷和因子得分均做非負(fù)約束,，且可以處理缺失、錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),，因此通過每個(gè)可解釋的源成分譜,，定量識別污染物的來源。然而,，由于污染源排放復(fù)雜,，疊加伴生現(xiàn)象等，PMF模型難以有效分割共線性強(qiáng)的污染源,，識別出的因子往往為幾種污染源的混合,。因此，后續(xù)研究中,，應(yīng)通過加強(qiáng)對潛在污染源的實(shí)際監(jiān)測,，并將其作為約束條件帶入模型計(jì)算，以提高結(jié)果的可靠性,，為重金屬污染有效防治提供參考依據(jù),。
3.結(jié)論
（1）（略）農(nóng)田土壤除Cr、Ni,、Pb,、As以外，Cd,、Hg,、Cu、Zn濃度分別為土壤元素背景值的5.36,、2.06,、8.19、5.36倍,，具有高度變異性,；單因子污染指數(shù)顯示,，As、Pb,、Cr,、Hg、Ni單因子指數(shù)均小于1.0,，處于無污染等級,，Cu、Zn,、Cd重度污染占比均達(dá)到10.5%,，中度污染占比為5.26%；內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評價(jià)顯示,，15.8%的點(diǎn)位（S17,、S18、S19）處于重度污染等級,，其他點(diǎn)位無污染,，靠近尾礦庫的部分農(nóng)田土壤具有較高的污染等級；地累積指數(shù)評價(jià)結(jié)果表明,，Cd,、Cu、Zn和Hg可能具有累積風(fēng)險(xiǎn),。
（2）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果表明,，Cd為很強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Hg為較強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),，Cu為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),，其余重金屬均為輕微風(fēng)險(xiǎn)，綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)為較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)（RI=308.91）,。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評估結(jié)果表明,，Cu為重警，Cd和Zn為中警,，Hg為輕警,，As為預(yù)警，Pb,、Cr和Ni為無警,，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警為重警（IER=16.06）。RI和IER空間分布基本一致,，主要受來Cu,、Zn、Cd和Hg的影響,。
（3）基于PMF解析出（略）土壤重金屬3個(gè)源,，Cd,、Zn、Cu主要受銅礦尾礦庫尾砂和壩下滲水的混合源影響,，貢獻(xiàn)率分別為94.4%,、94.3%和67.1%；Hg可能是受肥料農(nóng)藥施用等農(nóng)業(yè)活動(dòng)源的影響,，貢獻(xiàn)率為61.5%,；Cr、Ni,、Pb和As主要受成土母質(zhì)和交通運(yùn)輸活動(dòng)混合源的影響,，貢獻(xiàn)率分別為89.7%,、82.7%,、75.0%和68.3%。
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引用本文:呂玉娟,，王秋月,，孫雪梅，等.浙江省某尾礦庫周邊農(nóng)田土壤重金屬污染特征及來源解析[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),，2023,，13（4）：（略）.DOI:10.12153/（略）-991X.（略）文章來源：環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)
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