渭干河-庫車河綠洲土壤重金屬分布特征與生態(tài)風險評價

麥爾耶姆·亞森，買買提·沙吾提,2，尼格拉·塔什甫拉提,3，依克麗曼·阿布都米提，馬春玥，如則麥麥提·米吉提，馬依拉·熱合曼，王敬哲

?

渭干河-庫車河綠洲土壤重金屬分布特征與生態(tài)風險評價

麥爾耶姆·亞森1，買買提·沙吾提1,2※，尼格拉·塔什甫拉提1,3，依克麗曼·阿布都米提1，馬春玥1，如則麥麥提·米吉提1，馬依拉·熱合曼1，王敬哲1

（1. 新疆大學資源與環(huán)境科學學院，烏魯木齊 830046；2. 新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，烏魯木齊830046； 3. 新疆智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點實驗室，烏魯木齊830046）

隨著工業(yè)發(fā)展和城市化進程的加劇，農(nóng)用化學物質(zhì)種類和數(shù)量不斷增加，導致土壤受到不同程度的重金屬污染，農(nóng)田土壤重金屬污染尤為嚴重。該文以新疆最典型的荒漠綠洲渭庫綠洲為研究區(qū)，采集土壤樣本57個，測定出土壤樣本中砷（As）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鋅（Zn）和銅（Cu）6種元素的含量，分別采用地統(tǒng)計空間分析法、地積累指數(shù)法（geo）和潛在生態(tài)風險指數(shù)（RI）等方法，對研究區(qū)土壤重金屬污染和潛在生態(tài)風險程度做出科學評價，并采用多因子分析方法對重金屬的來源進行了討論。1）研究區(qū)Hg、As、Cu、Cr、Pb和Zn 6種土壤重金屬平均質(zhì)量分數(shù)分別為2.41、0、37.64、25.25、39.78、15.01 mg/kg，平均含量均未超過國家二級標準，其中Pb的平均含量超過了新疆土壤重金屬背景值，存在一定程度的重金屬積累；2）由地積累指數(shù)法(geo)和潛在生態(tài)風險指數(shù)（RI）分析得出，研究區(qū)土壤重金屬的geo均值A(chǔ)s(?4.59)

重金屬；污染；土壤；渭庫綠洲；潛在生態(tài)風險；主成分分析

0 引 言

重金屬是土壤環(huán)境中對土壤質(zhì)量有著極其重要影響的污染物之一[1-2]。重金屬污染通過食物鏈、地面揚塵及地下水污染等方向影響人類健康和動物生長。隨著中國工業(yè)，城市經(jīng)濟的發(fā)展，廢水排放量增加，以土壤重金屬含量過高為代表的土壤環(huán)境問題越來越突出[3]。由于重金屬具有隱蔽性強、危害大、殘留時間長及不可逆性等特點，其防治具有一定困難。因此，土壤重金屬污染特征及其防治成為環(huán)境科學領(lǐng)域研究的熱點[1]。

近年來，國內(nèi)外學者通過田間采樣和室內(nèi)分析[4]、運用地統(tǒng)計法[5-6]、空間分析法和地理加權(quán)回歸等分析手段[7]，探討土壤背景值的含義，確定方法、評價指標的基礎(chǔ)上[8]，建立單因子指數(shù)[9]、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)[10-11]、地累積指數(shù)[12-13]、潛在生態(tài)風險指數(shù)[11]和疊加污染綜合指數(shù)[14]等指數(shù)模型，對工業(yè)和礦產(chǎn)資源開發(fā)的重金屬污染與來源評價[15]、污染機理[16]和周圍環(huán)境重金屬污染特征[17]、預測未來發(fā)展趨勢[18]等方面進行了大量研究，為合理地改善和提高土壤環(huán)境質(zhì)量、保障人群健康提供重要的科學依據(jù)[19]。但是，這些土壤重金屬風險評價研究多集中于中國東部、中部等工業(yè)發(fā)達地區(qū)和北方煤礦區(qū)[20]，對干旱區(qū)典型綠洲人類農(nóng)業(yè)活動對土壤重金屬環(huán)境的影響研究較少[4,6,9]。隨著沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)加速向欠發(fā)達的中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，加之西部地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動加劇、農(nóng)藥及化肥廣泛使用，導致區(qū)域土壤退化，土地生產(chǎn)率下降，引起有關(guān)部門越來越多的關(guān)注[2]。新疆渭干河-庫車河綠洲（以下簡稱渭庫綠洲）是較早進行人工灌溉開發(fā)的農(nóng)業(yè)地區(qū)，更是一個具有千年歷史的重要產(chǎn)棉區(qū)。隨著綠洲人口激增，土地開發(fā)利用強度提高，土地質(zhì)量有所下降，土地利用和保護面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)[21]。由于渭庫綠洲無可比擬的生態(tài)重要性及獨特性，針對該區(qū)域的演變過程、適宜規(guī)模、土壤鹽漬化、流域水資源特點、氣候變化特征等方面已經(jīng)開展了大量工作[20]，而對該綠洲重金屬污染評價研究鮮有報道。鑒于此，本研究通過對渭干河—庫車河綠洲土壤中重金屬質(zhì)量分數(shù)的測定，分析研究區(qū)土壤重金屬的空間分布格局、污染特征、潛在生態(tài)風險以及重金屬來源，探索重金屬污染評價方法在干旱區(qū)農(nóng)田綠洲中的應用，為研究區(qū)域農(nóng)田土壤安全利用及農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

渭干河-庫車河三角洲綠洲位于塔里木盆地北部，包含阿克蘇地區(qū)的庫車、新和、沙雅3個縣，地理坐標80°37′～83°59′E，41°06′～41°40′N（圖1），是典型而完整的山前沖洪積扇平原，是阿克蘇地區(qū)最大的灌溉區(qū)及新疆重要的產(chǎn)棉區(qū)之一[22]。該綠洲位于中緯度地區(qū)，遠離海洋，具有氣候干旱，降水稀少，風沙頻繁，夏季干熱，冬季干冷，蒸發(fā)量與晝夜溫差大的特點。年均氣溫10.5～11.4 ℃。年降水50.5～66.5 mm，年均蒸發(fā)量2 000.7～2 092.0 mm，年均無霜期為240 d。土壤以輕壤和沙壤為主，中壤、重壤、黏土有少量分布，土壤構(gòu)成物顆粒細，透水性差。區(qū)域內(nèi)主要有渭干河、庫車河、塔里木河，區(qū)內(nèi)河流均發(fā)源于北部高山區(qū)。土地利用類型主要包括耕地、林地、草地、荒地等；盛產(chǎn)棉花（、小麥（）、玉米()、油菜（）等。

圖1 土壤采樣點分布示意圖

1.2 土壤樣品采集與處理

該研究區(qū)耕地分布比較集中，林-草地和未利用地分布面積較多且相對分散。因此，在綜合考慮樣點分布的均勻性和研究區(qū)域主要土地利用方式等的基礎(chǔ)上，參照《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，選取57個有代表性的采樣點。研究團隊于2016年4月5日至4月20日進行土壤樣品的采集。每個樣點上，首先按“梅花形”在10 m×10 m范圍內(nèi)布設5個子樣點，對0～20 cm土層的土壤子樣進行采集；然后將5個子樣充分混合，最終得到0.5 kg土壤樣品。土壤樣品自然風干，剔除樣品中的植物根系、有機殘渣及可見侵入體，用木棍碾碎，過0.255 mm尼龍篩。

1.3 重金屬測定方法

土樣烘干至105 ℃，取烘干樣品0.50 g，將0.50 g樣品輕放于聚四氟乙烯塑料坩堝內(nèi)，經(jīng)過王水-氫氟酸（hydrofluoric acid）-高氯酸（perchloric acid）組成的混合酸體系消解，蒸至近干后，用體積分數(shù)為10%硝酸（HNO3）加熱溶解，直至土壤消解至灰白色、消解液透明澄清為止，待溶液冷卻后，再用高純水定容至20 mL。汞（Hg）和砷（As）基于原子榮光法，利用日立Z-2000原子吸收分光光度計進行銅（Cu）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、鋅（Zn）質(zhì)量分數(shù)[12-13]檢測，在測定過程中，所有樣品均平行試驗3次，取平均值。

1.4 評價方法

參照前人研究成果[23]，本研究采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進行土壤污染風險評價，并以新疆土壤背景值作為參比值[24]。

1.4.1 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法（index of geo accumulation,geo）將人為污染因子、環(huán)境地球化學背景值以及自然成巖作用可能引起背景值變動的因子均納入研究范圍內(nèi)，因此，地累積指數(shù)法在土壤重金屬污染評價中被廣泛應用，計算公式為：

geo=log2[n/(1.5×n)] （1）

式中g(shù)eo為地累積指數(shù)法，n為土壤元素的實測含量；n為土壤元素的背景值，本研究采用新疆土壤背景值。geo的污染分級標準為：geo≤0為無污染(Ⅰ)，0＜geo≤1為輕度污染(Ⅱ)，1＜geo≤2為中度污染(Ⅲ)，2＜geo≤3為重度污染(Ⅳ)，3

1.4.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)

潛在生態(tài)危害指數(shù)（potential ecological risk index, RI）[25]不僅考慮了多元素的濃度、毒性水平，還考慮了生態(tài)敏感性以及協(xié)同作用。因此，潛在生態(tài)危害指數(shù)是一種應用相對廣泛的重金屬潛在生態(tài)風險評價方法。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 土壤重金屬含量及分布特征

表1表明，研究區(qū)域Hg、As、Cu、Cr、Pb和Zn 6種土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)均值未超過國家二級標準值。其中，Pb的平均值和最大值分別為37.64和69.20 mg/kg，遠超19.40 mg/kg的新疆土壤背景值，說明Pb在土壤中有一定的積累；其他重金屬含量較低，則表明這些元素在土壤表層中富集不太明顯。

表1 研究區(qū)土壤重金屬含量基本統(tǒng)計結(jié)果

注：全部樣本數(shù)57；耕地數(shù)15；林-草地數(shù)21；未利用地數(shù)21。

Note: All sample number is 57; Crop land sample number is 15; Forest grass land sample number is 21; unused land sample number is 21.

雖然各土地利用類型土壤里重金屬含量存在差異，但是這種差異并不明顯（圖2a），3種土地利用類型中6種土壤重金屬元素平均含量（Hg、As、Cu、Cr、Pb、Zn），均未超過國家二級標準值，但是As、Cu、Cr、Pb和Zn的最大值都超過新疆土壤背景值。其中，耕地中Zn的最大值超過了新疆土壤背景值，林、草地和未利用地中pb超過了新疆土壤背景值。變異系數(shù)可以衡量一組數(shù)據(jù)中各個檢驗值相對離散程度，能夠反映總樣本值的平均變異程度。從變異系數(shù)變化來看（圖2b），耕地中的As、Pb、Hg和Zn，林-草地中的As、Pb、Hg、Cr和Zn，以及未利用地中的所有重金屬高度變異（CV>36%）[26]，說明這些元素分布不太均勻，As的不均勻程度最為明顯；耕地中的Cr 和Cu，林、草地中的Cu分為中度變異(16%

圖2 不同土地利用類型重金屬含量及變異情況

2.2 土壤重金屬空間分布特征

由表1可知，渭庫綠洲6種土壤重金屬元素質(zhì)量分數(shù)范圍較大，為了充分了解研究區(qū)土壤重金屬污染狀況，需要對區(qū)域土壤重金屬空間分布特征進一步分析。由圖3可知，研究區(qū)土壤重金屬含量均有空間差異，其中As的空間分布差異性最大，而其他Hg、Pb、Cr、Zn 和Cu 5種重金屬的分布則較為均勻，重金屬含量從西北到東北發(fā)生變化，除了As和Hg，其余各重金屬含量高值主要集中在，研究區(qū)西北部的農(nóng)田地區(qū)和東北部荒漠區(qū)。研究區(qū)東北部庫車河下游，即綠洲外圍，包括古河道、河漫灘、泉水溢出帶等地下水位和礦化度偏高區(qū)出現(xiàn)As的高值，而Hg含量主要集中在渭干河中游，“靠近五一水庫”等區(qū)域。

2.3 土壤重金屬污染特征與潛在生態(tài)風險評價

2.3.1土壤重金屬污染特征

地累積指數(shù)法（geo）計算結(jié)果（表2）所示。研究區(qū)重金屬污染平均值由低到高依次為As

圖3 研究區(qū)土壤重金屬空間分布格局

表2 不同污染級別（Igeo）樣本數(shù)占樣本總數(shù)比例

2.3.2 重金屬潛在生態(tài)風險評價

表3為單項潛在生態(tài)危害評價結(jié)果?？梢钥闯鲅芯繀^(qū)土壤中重金屬潛在生態(tài)危害程度Zn

表3 不同重金屬單因子潛在生態(tài)危害等級樣本數(shù)占總樣本數(shù)比例

將重金屬綜合潛在生態(tài)危害進行分級，如表4所示。研究區(qū)綜合潛在生態(tài)指數(shù)RI介于10.83～61.43之間，平均值為22.26，處在輕度潛在生態(tài)危害水平。3種土地利用類型受到重金屬綜合污染的程度為林草地<未利用地<耕地。

表4 不同土地類型重金屬綜合污染指數(shù)（RI）

比較地積累指數(shù)法（geo）和潛在生態(tài)危害指數(shù)法（RI）2種評價方式，評價結(jié)果基本一致，說明這2種方法的結(jié)合使用，既互相補充[26]。綜合分析認為，研究區(qū)域土壤的重金屬污染程度較低，土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量總體優(yōu)良，整體上屬于無污染水平。

綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)分布圖（圖4），雖然研究區(qū)域綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)RI處于輕度生態(tài)態(tài)風險水平，但是不同區(qū)域呈現(xiàn)區(qū)域差異性。研究區(qū)RI的高值區(qū)域集于研究區(qū)西北、中部和東北部，并呈同心圓狀向四周遞減，因此，分4個方向（NE、NW、SW、SE）由近處及遠處以呈輻射狀而取周邊土樣，樣點遍及耕地、林-草地及未利用地3種土地利用類型。通過對研究區(qū)域RI在不同方向變化特征分析發(fā)現(xiàn)（表5），各分區(qū)的RI指數(shù)存在一定差異。RI值相對較高的方位分區(qū)是西北部（NW）和東北部（NE）2個部分，其中最高值出現(xiàn)在東北部（NE）分區(qū)上。一方面，受地理環(huán)境的影響，地形北高南低，自西北向東南傾斜和天山上巖石重金屬元素被沖刷淋失到農(nóng)田灌溉區(qū)堆積；再加上研究區(qū)域北部為渭干河、庫車河水系，南部主要為塔里木河水系，不同水系造成的水質(zhì)差異，使得土壤成分空間異質(zhì)性較強。因此，西北方向的土壤重金屬含量相對較高。另一方面，農(nóng)民在棉花和林果種植過程中，通常使用的農(nóng)藥、塑料大棚和地膜中含有較為高量的汞、鎘、砷及鋅等重金屬，也有可能導致該地區(qū)的土壤重金屬再分配。綠洲的南、北部，遠離城市，重金屬元素的含量相對于其他區(qū)域重金屬的含量偏低。

圖4 研究區(qū)土壤重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)空間分布圖

表5 土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）評價

2.3.3 土壤重金屬污染來源分析

導致土壤重金屬污染的因素錯綜復雜，歸納起來有人文因素和自然因素2個方面[27]。研究區(qū)域位于天山南麓，塔里木盆地平原的北部，北起秋里塔格山，東、南、西邊為戈壁荒漠和塔克拉瑪干沙漠所包圍，重金屬主要來源于土壤母質(zhì)、地形地貌、水文環(huán)境等自然因素，化肥、農(nóng)藥、薄膜的使用等人為因素，以及自然因子和人為因子組合而成的復合因子[5]。

為了分析研究區(qū)域土壤重金屬的來源，采用相關(guān)關(guān)系分析對研究區(qū)的6種重金屬含量進行了相關(guān)分析[28]。相關(guān)性分析結(jié)果表明（表6），研究區(qū)域土壤重金屬之間存在一定的相關(guān)性，其中，Cu、Zn和Cr之間相關(guān)系數(shù)較高，分別為0.86和0.8（<0.01），說明這些重金屬在特定土壤環(huán)境中存在相互聯(lián)系，顯示出很強的同源性。另外，Zn、Cr、Pb、Hg和As呈中度相關(guān)，表明同源的概率較大，Hg與其他因素的相關(guān)性較低，說明它和其他因素來源可能不相同。為了更精確判別土壤重金屬元素之間的來源和聯(lián)系，可以通過進一步的因子分析[29]。

表6 研究區(qū)土壤重金屬間相關(guān)關(guān)系

主成分分析有助于重金屬來源的辨識[30]。本文采用主成分分析法，通過降維方法簡化綜合指標，對研究區(qū)土壤重金屬來源進行進一步解析，分析結(jié)果見表7。對6種重金屬的主成分分析和聚類分析結(jié)果（表7，圖5）進行分析，判識出3種主成分（PC1、PC2、PC3），累計解釋了總方差的84.71%；聚類分析將6種重金屬分為3類，分別對應各個主成分，進一步驗證了主成分分析的結(jié)果。

主成分1（PC1）的方差貢獻率為49.6%，Cu、Zn、Cr和Pb的因子載荷分別為0.95、0.93、0.81和0.71，均高于其他2個因子（PC2、PC3）的荷載量，與前面的相關(guān)性分析結(jié)果和重金屬空間分布結(jié)果基本一致，其中Cu和Cr重金屬含量均未超過新疆背景值，但是Zn的最大值、Pb的平均值與最大值都超過新疆背景值（表1），表明其來源比較復雜，可能主要受到自然因子和人為因子的復合影響。研究表明[5,31]土壤中Cr和Cu等元素主要受地球化學成因影響，如Cr本身來自于巖石，經(jīng)過風化作用進入到土壤和成土母質(zhì)中[32]，其分布則多與自然因素有關(guān)，而Pb和Zn主要來自化肥、農(nóng)藥、薄膜的使用及污水灌溉和汽車尾氣排放等人為活動[33]。研究區(qū)為新疆重要的棉花（）和林果種植地，作物長期使用以殺蟲劑為主的農(nóng)藥及施加以磷為主的化肥，不恰當?shù)氖褂靡矔ν寥涝斐蓚34]。另外，該綠洲歷史悠久、人口密集，新疆重要的石油和天然氣開采基地、因開采需要，不斷修建公路，汽車數(shù)量不斷增多、也是其土壤重金屬含量受到影響的原因之一。研究表明，汽車輪胎磨損是土壤Zn 含量增加的原因之一[35]。因此推測主成分PC1是自然因子和人為因子的復合影響。

表7 研究區(qū)土壤重金屬元素因子載荷

圖5 研究區(qū)土壤重金屬聚類分析

主成分PC2對As的載荷量最高，達到0.92，As含量未超過新疆背景值。根據(jù)AS含量空間分布圖（圖3），結(jié)合RI空間分布圖（圖4）可以看出，As含量空間分布差異較大，變異系數(shù)為184.6%（表1），表明區(qū)域變化不太穩(wěn)定，其含量高值區(qū)集中在渭干河中游，靠近“五一水庫”，這與研究區(qū)域地表水、地下水等水文環(huán)境對土壤重金屬的影響有關(guān)。由于研究區(qū)域主要河流（渭干河）各水系匯集于此，地表水系分布和地下徑流過程對土壤重金屬運移的影響，地下水灌溉農(nóng)田、枯豐季節(jié)導致水位變化等也對該區(qū)域重金屬產(chǎn)生影響[36]。同樣，PC3對Hg載荷量最高，達到0.93，Hg含量也未超過新疆背景值。對Hg含量空間分布圖（圖3）和RI空間分布圖（圖4）進行分析發(fā)現(xiàn)，在庫車河的下游（東北方向上）Hg含量較大，而且RI值也相對較高。這與研究區(qū)域地形北高南低，自西北向東南傾斜等自然因素有很大關(guān)系，因為地形地貌主要與土壤中水分運輸和物質(zhì)運移等密切聯(lián)系，繼而影響到重金屬的再分配；該區(qū)域大量存在的低洼地處利于有機質(zhì)積累，從而造成重金屬富集。因此認為主成分1（PC1）和主成分2（PC2）是自然因子影響?？傮w而言，渭庫綠洲土壤中重金屬的分異主要來源于自然因素影響，與該地區(qū)地形地貌、成土母質(zhì)、水文環(huán)境密切相關(guān)，人為因素雖對土壤重金屬富集存在一定的影響，但區(qū)域內(nèi)差異非常小。

3 結(jié) 論

1）研究區(qū)土壤中6種重金屬含量有較大差異，平均含量均未超過國家二級標準，Pb的平均含量均超過新疆土壤重金屬元素背景值，存在一定程度的重金屬積累。

2）地累積指數(shù)法（geo）和潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）結(jié)果看出，研究區(qū)土壤重金屬的geo均值排序為As(?4.59)

3）相關(guān)性分析、聚類分析和主成分分析結(jié)果表明，將研究區(qū)域重金屬的來源可以分為2類；Cu、Zn、Cr和Pb來源可能是成土母質(zhì)等自然背景和人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動復合；As和Hg可能來源于研究區(qū)域地形地貌、水文環(huán)境等自然背景。

4）雖然研究區(qū)域綜合生態(tài)危害指數(shù)RI處于低生態(tài)態(tài)風險水平，但是各分區(qū)的RI指數(shù)存在一定差異，其中RI值相對較高的方位分區(qū)是西北部（WN）和東北部（EN）2個部分，其中最高值出現(xiàn)在東北部（EN）分區(qū)上。這主要與地形北高南低，自西北向東南傾斜，重金屬元素被沖刷淋失到在農(nóng)田灌溉區(qū)堆積，再加上研究區(qū)域北部主要為渭干河、庫車河水系，南部主要為塔里木河水系，由于水系來源的水質(zhì)差異，使得土壤成分存在差異，可能會對土壤中重金屬的空間分布生產(chǎn)一定的影響。

[1] 張威，高小紅，楊揚，等. 基于光譜分析的土壤重金屬含量估算研究：以三江源區(qū)玉樹縣和瑪多縣為例[J]. 土壤，2014，34(6)：1052－1060.

Zhang Wei, Gao Xiaohong, Yang Yang, et al. Estimating heavy metal contents for topsoil based spectral analysis[J]. Soils, 2014, 34(6): 1052－1060. (in Chinese with English abstract)

[2] 樊霆，葉文玲，陳海燕，等. 農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復技術(shù)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2013，17(10)：1727－1736.

Fan Ting, Ye Wenling, Chen Haiyan, et al. Review on contamination and remediation technology of heavy metal in agriculture soil[J]. Journal of Ecological Environment, 2013, 17(10): 1727－1736. (in Chinese with English abstract)

[3] 呂建樹，張祖陸，劉洋，等. 日照市土壤重金屬來源解析及環(huán)境風險評價[J]. 地理學報，2012，67(7)：109－122.

Lü Jianshu, Zhang Zulu, Liu Yang, et al. Source identification and hazardous risk delineation of heavy metals contamination in Rizhao City[J]. Journal of Geography, 2012, 67(7): 109－122. (in Chinese with English abstract)

[4] 王進，馮金飛，卞新民. 基于GIS的農(nóng)田土壤重金屬空間插值分析及污染評價：以江蘇省南通市為例[J]. 南通大學學報：自然科學版，2008，7(1)：1－8.

Wang Jin, Feng Jinfei, Bian Xinmin. Gis-based spatial interpolation and appraisal of heavy metal in cropland soil[J]. Journal of Nantong University: Nation Science Edition, 2008, 7(1): 1－8. (in Chinese with English abstract)

[5] 阿吉古麗·馬木提，麥麥提吐爾遜·艾則孜，艾尼瓦爾·買買提，等. 開都河下游綠洲耕地土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風險[J]. 環(huán)境科學學報，2017，37(6)：2331-2341.

Ajigul Mamut, Mamattursun Ezizi, Anwar Mohammat, et al. The heavy metal pollution and potential ecological risks of farmland soils in oasis along the lower reaches of Kaidu River[J]. Journal of Environmental Science, 2017, 37(6): 2331-2341. (in Chinese with English abstract)

[6] Zhang Z, Ju Ying L, Mamat Z, et al. Sources identification and pollution evaluation of heavy metals in the surface sediments of Bortala River, Northwest China[J]. Ecotoxicol Environ Saf, 2016, 126: 94.

[7] 胡淼，吳家強，彭佩欽，等. 礦區(qū)耕地土壤重金屬污染評價模型與實例研究[J]. 環(huán)境科學學報，2014，34(2)：423－430.

Hu Miao, Wu Jiaqiang, Peng Peiqin, et al. Assessment model heavy metal pollution for arable soils and a case study in a mining area[J]. Journal of Environmental Science, 2014, 34(2): 423－430. (in Chinese with English abstract)

[8] 石平，王恩德，魏忠義，等. 青城子鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬污染評價[J]. 金屬礦山，2010，39(4)：172－175.

Shi Ping, Wang Ende, Wei Zhongyi, et al. Assessment of the heavy metal soil pollution in Qing chengzi Lead-zinc Mine Area[J]. Metal Mine, 2010, 39(4): 172－175. (in Chinese with English abstract)

[9] Aiman U, Mahmood A, Waheed S, et al. Enrichment, geo-accumulation and risk surveillance of toxic metals for different environmental compartments from Mehmood Booti dumping site, Lahore city, Pakistan[J]. Chemosphere, 2015, 144: 2229－37.

[10] 孫清斌，尹春芹, 鄧金鋒，等. 大冶礦區(qū)土壤-蔬菜重金屬污染特征及健康風險評價[J]. 環(huán)境化學，2013，32(4)：671－677.

Sun Qingbin, Yin Chunqin, Deng Jinfeng, et al. Characteristic of soil-vegetable pollution of heavy metals and health risk assessment in Daye mining area[J].Environmental Chemistry, 2013, 32(4): 671－677.

[11] 張玉蓮，閆天增. 內(nèi)梅羅指數(shù)法在土壤重金屬污染評價中的應用[J]. 河南教育學院學報：自然科學版，2012，21(2)：35－39.

Zhang Yulian, Yan Tianzeng. Application of Nemerow index method in the evaluation of soil heavy metal pollution[J]. Journal of Henan Institute of Education: Nature Science Edition, 2012, 21(2): 35－39. (in Chinese with English abstract)

[12] 阿不都艾尼·阿不里，塔西甫拉提·特依拜，買買提·沙吾提，等. 準東露天煤礦土壤重金屬的污染及空間分布特征分析[J]. 中國礦業(yè)，2016，25(3)：58－64.

Abdugheni Abliz, Tashpolat Tiyip, Mamat Sawut, et al. Analysis on the spatial distribution of soil heavy matal pollution in Zhundong open pit coal mining[J]. China Mining, 2016, 25(3): 58－64. (in Chinese with English abstract)

[13] 劉芳，塔西甫拉提·特依拜，依力亞斯江·努爾麥麥提，等. 準東露天煤田周邊土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風險[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2015，24(8)：1388－1393.

Liu Fang, Tashpolat Tiyip, Ilyas Nurmamat, et al. Pollution and potential ecological risk of soil heavy metals around the Coalfield East Junggar Basin[J]. Journal of Ecological Environment, 2015, 24(8): 1388－1393. (in Chinese with English abstract)

[14] 李澤琴，侯佳渝，王獎臻. 礦山環(huán)境土壤重金屬污染潛在生態(tài)風險評價模型探討[J]. 地球科學進展，2008，23(5)：509－516.

Li Zeqin, Hou Jiayu, Wang Jiangzhen. Potential Ecological risk assessment model for heavy metal contamination of agricultural soils in mining areas[J]. Advances in Earth Science, 2008, 23(5): 509－516. (in Chinese with English abstract)

[15] 胡淼，吳家強，彭佩欽，等. 礦區(qū)耕地土壤重金屬污染評價模型與實例研究[J]. 環(huán)境科學學報，2014，34(2)：423－430.

Hu Miao, Wu Jiaqiang, Peng Peiqin, et al. Assessment model of heavy metal pollution for arable soils and a case study in a mining area[J]. Journal of Environmental Science, 2014, 34(2): 423－430. (in Chinese with English abstract)

[16] 李飛，黃瑾輝，曾光明，等. 基于三角模糊數(shù)和重金屬化學形態(tài)的土壤重金屬污染綜合評價模型[J]. 環(huán)境科學學報，2012，32(2)：432－439.

Li Fei, Huang Shenghui, Zeng Guangming, et al. An integrated assessment model for heavy metal pollution in soil based ontriangular fuzzy numbers and chemical speciation of heavy metal[J]. Journal of Environmental Science, 2012, 32(2): 432－439. (in Chinese with English abstract)

[17] 郭偉，付瑞英，趙仁鑫，等. 內(nèi)蒙古包頭白云鄂博礦區(qū)及尾礦區(qū)周圍土壤稀土污染現(xiàn)狀和分布特征[J]. 環(huán)境科學，2013，34(5)：1895－1900.

Guo Wei, Fu Ruiying, Zhao Renxin, et al. Distribution characteristic and current situation of soil rare earth contamination in the bayan obo mining area and Baotou Tailing reservoir in Inner Mongolia[J]. Environmental Science, 2013, 34(5): 1895－1900. (in Chinese with English abstract)

[18] 王春紅，阮進生，蔣超群，等. 基于GIS和地統(tǒng)計學的土壤重金屬污染評價研究進展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2012，40(20)：10414－10418. Wang Chunhong, Ruan Jinsheng, Jiang Chaoqun, et al. Advance in assessing of heavy metal contamination in soil using GIS and Geostatistics[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2012, 40(20): 10414－10418. (in Chinese with English abstract)

[19] 叢艷靜，邢世和，羅文光. 基于GIS技術(shù)的荔城平原區(qū)耕地土壤重金屬污染程度及其風險評價[J]. 福建農(nóng)業(yè)學報，2007，22(3)：302－307.

Cong Yanjing, Xing Shihe, Luo Wenguang. Heavy metal contamination in farm soils at Licheng Plain area and its risk assessment based on GIS[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2007, 22(3): 302－307. (in Chinese with English abstract)

[20] 孟忠常，吳迪，鄧琴，等. 貴州典型鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬污染特征與生態(tài)危害風險評價[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學，2012，40(8)：218－221.

Meng Zhongchang, Wu Di, Deng Qin, et al. Chrematistic of heavy metal pollution in soils of typical lead-zinic mining area in Guizhou province and the ecological risk assessment[J]. Guizhou Agricultural Sciences, 2012, 40(8): 218－221. (in Chinese with English abstract)

[21] 滿蘇爾·沙比提，海鷹，阿布拉江·蘇來曼. 近50年來渭干河—庫車河三角洲綠洲耕地變化及其成因[J]. 地理研究，2004，23(4)：487－494.

Mansur Sabit, Hai Ying, Ablajan Sulayman. Analysis on the driving factors of farmland dynamic changes in recent 5 decades in delta oases of Weigan and Kuqa rivers[J]. Geographical Research, 2004, 23(4): 487－494. (in Chinese with English abstract)

[22] 李聰，曹占洲，肖繼東，等. 渭干河—庫車河三角洲綠洲近45年氣候變化特征分析[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2008(19)：365－367.

Li Cong, Cao Zhanzhou, Xiao Xudong, et al. Characteristics of climate change in the delta oasis of the Weihe River and Kuche River in recent 45 years[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2008(19): 365－367. (in Chinese with English abstract)

[23] Choe E, Meer F V D, Ruitenbeek F V, et al. Mapping of heavy metal pollution in stream sediments using combined geochemistry, field spectroscopy, and hyperspectral remote sensing: A case study of the Rodalquilarite mining area, SE Spain[J]. Remote Sensing of Environment, 2008, 112(7): 3222－3233.

[24] Zhang Z, Li J, Mamat Z, et al. Sources identification and pollution evaluation of heavy metals in the surface sediments of Bortala River, Northwest China[J]. Ecotoxicol Environ Saf, 2016, 126: 94.

[25] Nemr A E, El-Said G F, Khaled A, et al. Distribution and ecological risk assessment of some heavy metals in coastal surface sediments along the red sea, Egypt[J]. International Conference on Environmental Horizon，2016, 31(2): 164－172.

[26] 戴彬，呂建樹，戰(zhàn)金成，等. 山東省典型工業(yè)城市土壤重金屬來源、空間分布及潛在生態(tài)風險評價[J]. 環(huán)境科學，2015(2)：507－515.

Dai Bin, Lv Jianshu, Zhan Jincheng, et al. Assessment of sources，spatial distribution and ecological risk of heavy metals in soils in a typical industry-based City of Shandong Province, Eastern China[J]. Environmental Science, 2015(2): 507－515. (in Chinese with English abstract)

[27] 馬群，趙庚星. 集約農(nóng)區(qū)不同土地利用方式對土壤養(yǎng)分狀況的影響[J]. 自然資源學報，2010，25(11)：1834－1844.

Ma Qun, Zhao Gengxing. Effects of different land use types on soil nutrients in intensive agricultural region[J]. Journal of Natural Resources, 2010, 25(11): 1834－1844. (in Chinese with English abstract)

[28] 劉申，劉鳳枝，李曉華，等. 天津公園土壤重金屬污染評價及其空間分析[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2010，19(5)：1097－1102.

Liu Shen, Liu Fengzhi, Li Xiaohua, et al. Pollution assessment and spatial analysis on soil heavy metals of park in Tianjin[J]. Journal of Ecological Environment, 2010, 19(5): 1097－1102. (in Chinese with English abstract)

[29] 龐妍，同延安，梁連友，等. 礦區(qū)農(nóng)田土壤重金屬分布特征與污染風險研究[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報，2014，45(11)：165－171.

Pang Yan, Tong Yan’an, Liang Lianyou, et al. Distribution of farmland heavy metals and pollution assessment in mining area[J]. Journal of Agricultural Machinery, 2014, 45(11): 165－171. (in Chinese with English abstract)

[30] Pejman A, Bidhendi G N, Ardestani M, et al. A new index for assessing heavy metals contamination in sediments: A case study[J]. Ecological Indicators, 2015, 58: 365－373.

[31] Pan L B, Ma J, Wang X L, et al. Heavy metals in soils from a typical county in Shanxi Province, China: Levels, sources and spatial distribution[J]. Chemosphere, 2016, 148: 248－254.

[32] Stafilov T, ?ajn R, Boev B, et al. Distribution of some elements in surface soil over the Kavadarci region, Republic of Macedonia[J]. Environmental Earth Sciences, 2010, 61(7): 1515－1530.

[33] 鄧紅艷，陳剛才. 鉻污染土壤的微生物修復技術(shù)研究進展[J]. 地球與環(huán)境，2012，40(3)：241－242.

Deng Hongyan, Chen Gangcai. Research progress on microbial remediation of chromium contaminated soil[J]. Earth and Environment, 2012, 40(3): 241－242. (in Chinese with English abstract)

[34] 王海燕. 快速城市化地區(qū)耕地土壤重金屬含量空間變異與來源分析：以無錫市錫山區(qū)為例[D]. 南京:南京大學，2012. Wang Haiyan. Spatial variability and Source Analysis of Heavy Metals in Cultivated Soils in Rapid Urbanization Area: A case study of Xishan District, Wuxi[J]. Nanjing: Nanjing University, 2012. (in Chinese with English abstract)

[35] 杜平，馬建華，韓晉仙. 開封市化肥河污灌區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風險評價[J]. 地球與環(huán)境，2009，37(4)：436－440.

Du Ping, Ma Jianhua, Han Jinxian. Assessment of potential ecological risk of soil heavy metals in the sewage irrigated area of the huafei River, Kaifeng City[J]. Earth and Environment, 2009, 37(4): 436－440.

[36] 陳玉真，王峰，王果，等. 土壤鋅污染及其修復技術(shù)研究進展[J]. 福建農(nóng)業(yè)學報，2012，27(8)：901－908.

Chen Yuzhen, Wang Feng, Wang Guo, et al. Research advanceson zinc pollution and remediation of soil system[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2012, 27(8): 901－908. (in Chinese with English abstract)

Distribution of heavy metal pollution and assessment of its potential ecological risks in Ugan-Kuqa River Delta of Xinjiang

Maieryemu Yasen1, Mamat Sawut1,2※, Nigela Taxipulati1,3, Yikiliman Abudoumijiti1, Ma Chunyue1, Ruzimaimaiti Mijiti1, Mayila Rehiman1, Wang Jingzhe1

(1.830046,; 2.830046,;3.830046,)

As the progress of industrial development and urbanization, the quantities and types of agricultural chemicals have been increasing, which has led to heavy metal pollution in soil, and the pollution in agricultural soils was especially serious. In this paper, Ugan-Kuqa River oasis was selected to be study area. The amounts of As, Hg, Pb,Cr, Zn and Cu were determined from 57 soil samples collected in Ugan-Kuqa River oasis. The spatial analysis, geo-accumulation index, and potential ecological risk index were adopted to evaluate the pollution characteristics, pollution degree and potential ecological risks of heavy metal, and the multivariate statistical analysis was adopted for the discussion on heavy metal. The results showed that: 1) The contents of 6 kinds of heavy metals in soils, i.e. Hg, As, Cu, Cr, Pb and Zn, were different, and the average contents were 2.41, 0, 37.64, 25.25, 39.78 and 15.01 mg/kg, respectively; soil heavy metal contents were not higher than national standard level, but Pb content value was higher than the background value of soil in Xinjiang. There is a certain degree of heavy metal pollution in the study area. 2) Through the analysis of geo-accumulation index and potential ecological risk index, the results showed that the heavy metals for the geo-accumulation index value were sorted as As (-4.59) < Hg (-3.62) < Cu (-1.92) < Cr (-1.44) < Zn (0.59) < Pb (0.73), and the potential ecological risk index was 22.26, presenting the non-pollution level of soil heavy metal in research area. 3) By the correlation analysis, principal component analysis and cluster analysis, the sources of heavy metals could be classified 2 categories in the study area. The source of Cu, Zn, Cr and Pb might be from the combined influence of the soil parent material and human agricultural activities. As and Hg might be controlled by landform and hydrologic environment factors. 4) Although the ecological risk index of study area was non-pollution level, there was difference on ecological risk index for different regions; among them, the values of ecological risk index were higher in the areas west-north (WN), north-west (NW) and north-east (NE), and the highest value appeared in the area north- east (NE), which should be on alert. In this paper, the proposed method of analysis can reflect characteristics and source of soil heavy metal quickly and objectively in the oasis, and it can provide scientific basis for evaluation and management of soil environment quality in the oasis.

heavy metals; pollution; soils; Ugan-Kuqa river oasis; potential ecological risk; principle component analysis

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.028

X53; X820.4

A

1002-6819(2017)-20-0226-08

2017-04-24

2017-10-01

國家自然科學基金項目(41361016，40901163，41761077)；新疆大學博士啟動基金（BS120116, No. XY110117），新疆維吾爾科技廳基金（2014KL005，2013711014）

麥爾耶姆·亞森，女（維吾爾族），新疆昌吉人，研究方向：資源環(huán)境及遙感應用研究。Email：1263705431@qq.com

※通信作者：買買提·沙吾提，男（維吾爾族），新疆喀什人，副教授，博士，主要從事資源環(huán)境及遙感應用研究。Email：korxat@xju.edu.cn

麥爾耶姆·亞森，買買提·沙吾提，尼格拉·塔什甫拉提，依克麗曼·阿布都米提，馬春玥，如則麥麥提·米吉提，馬依拉·熱合曼,王敬哲. 渭干河-庫車河綠洲土壤重金屬分布特征與生態(tài)風險評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(20)：226－233. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.028 http://www.tcsae.org

Maieryemu Yasen, Mamat Sawut, Nigela Taxipulati, Yikiliman Abudoumijiti, Ma Chunyue, Ruzimaimaiti Mijiti, Mayila Rehiman, Wang Jingzhe. Distribution of heavy metal pollution and assessment of its potential ecological risks in Ugan-Kuqa River Delta of Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(20): 226－233. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.028 http://www.tcsae.org