贛南地區(qū)設(shè)施菜地土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險評估

姚鋒先，易艷紅，廖雅汶，劉建秀，朱 博*，成 臣*，明家琪，袁 芳，吳 敏，康文鋒

（1.贛南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院/贛州市設(shè)施蔬菜重點實驗室，江西 贛州 341000；2.江西省宜春市氣象局，江西 宜春 336000；3.江西省贛州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 贛州 341000；4.江西省信豐縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 贛州 341600）

【研究意義】蔬菜作為中國種植業(yè)中僅次于糧食的第二大農(nóng)作物，近年來為滿足人民對蔬菜日益豐富的需求，中國蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅速，其中以日光溫室和塑料大棚為代表的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)已成為我國蔬菜供應(yīng)中不可或缺的生產(chǎn)方式[1-2]。江西省贛州市依據(jù)《贛州市蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2017—2025年）》要求，設(shè)施鋼架大棚面積從2015 年的0.07 萬hm2到2021 年建成總面積為1.90 萬hm2，規(guī)劃后期將主攻設(shè)施蔬菜質(zhì)量安全與品牌提升。其中，蔬菜質(zhì)量安全作為蔬菜品質(zhì)重要的組成部分，也是消費者對蔬菜產(chǎn)品的首要要求，直接影響著蔬菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量的發(fā)展進程[3]。因此，加強贛南設(shè)施蔬菜質(zhì)量安全建設(shè)對菜農(nóng)增收、農(nóng)業(yè)增效及保障我國菜籃子安全具有重要作用，同時也有助于將贛南設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展成繼臍橙產(chǎn)業(yè)之后又一產(chǎn)值超百億的富民支柱產(chǎn)業(yè)?！厩叭搜芯窟M展】土壤是農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全重要的基礎(chǔ)保障，其中土壤重金屬具有顯著的生物毒性、不可降解性及持久性等特征，土壤重金屬會通過作物系統(tǒng)富集到可食用部位，嚴(yán)重威脅到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及生態(tài)環(huán)境，直接危害著人類身體健康，因而土壤重金屬受到了科研工作者及消費者的重點關(guān)注[4-6]。董俊文等[7]研究認(rèn)為，設(shè)施葉菜類如菠菜、油麥菜、生菜、小白菜等蔬菜Cd、Pb 和As 的累積主要來源于土壤，在土壤重金屬不超標(biāo)條件下，即使存在大氣沉降（可負(fù)載鉛、鎘、砷等重金屬），設(shè)施葉菜中Cd、Pb 和As 含量也均未超過食品中污染物限量的規(guī)定（食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017）。盧維宏等[2]研究表明，通過選擇重金屬含量較低的有機肥以及合理調(diào)控設(shè)施土壤理化性質(zhì)（尤其是pH、CEC），可防止或緩解設(shè)施土壤重金屬污染與累積，進而有效保障設(shè)施蔬菜質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品安全。土壤重金屬來源主要分人為因素及成土母質(zhì)兩類，其中在母巖風(fēng)化成土過程土壤重金屬逐漸富集是地質(zhì)成因主要體現(xiàn)，而人為因素可能與礦業(yè)開采、工業(yè)污染排放、煤炭燃燒、大氣降塵及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中污水灌溉、農(nóng)藥化肥施用等有關(guān)[8-10]。即耕地土壤重金屬污染會表現(xiàn)出一定的空間分布規(guī)律，重點集中在礦業(yè)、工業(yè)、人類活動頻繁等地區(qū)[11]。而2014 年4 月中國環(huán)境保護部和國土資源部發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》也指出，中國土壤環(huán)境質(zhì)量總體不容樂觀，尤其是耕地土壤環(huán)境質(zhì)量較為嚴(yán)峻，全國耕地土壤及采礦區(qū)周邊土壤點位超標(biāo)率分別高達19.4%及33.4%，土壤環(huán)境背景值較高、工礦業(yè)及農(nóng)業(yè)等活動是造成耕地土壤重金屬超標(biāo)的主要因素[12]。因此，探清土壤重金屬污染特征、污染源識別及環(huán)境風(fēng)險評估，是有效治理耕地土壤重金屬污染的關(guān)鍵前提?！颈狙芯壳腥朦c】江西贛州具有“稀土王國”及“世界鎢都”之美譽，但在礦業(yè)開采中可能伴生重金屬，遷移至耕地土壤繼而發(fā)生嚴(yán)重污染，并引發(fā)一定程度的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險[13-14]。郭俊剛等[15]研究表明，贛南某一鎢礦區(qū)周邊土壤存在Cd、As、Cu、Zn 及Pb 等重金屬的污染，單因子污染指數(shù)分別為45.1、8.9、6.7、3.7 及3.4，Ni、Hg 及Cr 等重金屬生態(tài)風(fēng)險較小。徐春麗等[16]研究報道，離子型稀土礦區(qū)周邊土壤重金屬Pb 達輕中等污染水平，而As、Cr、Ni、Zn、Cd、Hg、Cu 等元素均未受污染；與農(nóng)用地污染風(fēng)險篩選值相比，土壤樣品重金屬Pb 樣品中的超標(biāo)率為7.4%，研究區(qū)域內(nèi)土壤重金屬的生態(tài)風(fēng)險比較低。以上研究僅集中針對單個鎢礦區(qū)或者稀土礦區(qū)周邊土壤重金屬污染開展研究，得到的試驗結(jié)果具有一定偶然性、特異性及局部性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，本研究以江西贛州全市范圍內(nèi)設(shè)施土壤為研究對象，探清贛南設(shè)施菜地耕層土壤重金屬Cu、Zn、As、Cd、Pb 等元素含量現(xiàn)狀，明確菜地土壤重金屬污染特征、空間分布及重金屬來源，以期為贛南設(shè)施土壤重金屬污染防控及修復(fù)、蔬菜安全生產(chǎn)及區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

江西省贛州市位于江西省南部、贛江上游（24°29′～27°09′N，113°54′～116°38′E），全市國土總面積3.9 萬km2，占江西全省總面積的23.6%，其中耕地保有面積43.7萬hm2，全市現(xiàn)有設(shè)施鋼架大棚蔬菜基地1.90 萬hm2。贛州市地貌類型多樣化，地形以丘陵及山地為主，占全市總面積的81.0%，該區(qū)蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，被稱為“世界鎢都”和“稀土王國”，并作為中國鎢業(yè)的發(fā)祥地其黑鎢的儲量居世界首位，而離子型稀土資源儲量在世界上相同類型礦物種類中也位居第一。

1.2 樣品采集與處理

于2021 年6—8 月，在贛州市全市范圍內(nèi)選取具有代表性設(shè)施大棚（南方盛夏高溫時期設(shè)施蔬菜處于拉秧換茬及高溫燜棚階段），結(jié)合贛南設(shè)施連片蔬菜大棚的分布及其面積，根據(jù)代表性、典型性、均衡性的采樣布點原則，按照預(yù)設(shè)采樣點地理坐標(biāo)及GPS 定位系統(tǒng)到實地采樣，并結(jié)合實地調(diào)查情況，共布設(shè)采樣點位235 件，所有布設(shè)位點涉及贛南18 個縣（市、區(qū)）94 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)156 村（圖1，設(shè)施大棚分布具有不均勻性及集中性特征，根據(jù)設(shè)施大棚總面積比例進行分配取樣點位，部分區(qū)域會存在2～3 個點位，即在圖中會存在重疊或重合現(xiàn)象）。采用“S”型取樣法采集設(shè)施鋼架大棚0～20 cm表層土壤，各樣品采用四分法約500 g土壤帶回實驗室內(nèi)自然風(fēng)干，去除土壤樣品中的根系、礫石等雜質(zhì)，研磨過0.150 mm篩制成土壤樣品，保存于聚乙烯自封袋中待測。

圖1 研究區(qū)域內(nèi)設(shè)施土壤采樣點位置Fig.1 Location of greenhouse vegetable soil sampling points in the study area

1.3 樣品分析測定方法

1.4 設(shè)施土壤重金屬污染評價方法

1.4.1 土壤重金屬污染指數(shù)法①單因子污染指數(shù)法（Pi），公式如下：

式（1）中，Pi為重金屬污染物i的污染指數(shù)，Ci為重金屬污染物i的實際測定濃度（mg/kg）；Si為重金屬污染物i在土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的臨界值，參考《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618—2018）中土壤污染風(fēng)險篩選值（具體與土壤pH值有關(guān)）。根據(jù)Pi對設(shè)施土壤單因子重金屬污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)：Pi≤0.7清潔，0.7＜Pi≤1尚清潔，1＜Pi≤2輕度污染，2＜Pi≤3中度污染，Pi＞3重度污染。

②內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，該方法是目前國內(nèi)外普遍應(yīng)用于土壤中多種重金屬元素污染的綜合評價，其計算公式如下：

式（2）中，PN為設(shè)施土壤重金屬綜合污染指數(shù)，Pi max為所有單因子污染指數(shù)的最大值，Pi ave為所有單因子污染指數(shù)的均值。根據(jù)PN對設(shè)施土壤重金屬綜合污染程度進行分級：PN≤0.7 清潔，0.7＜PN≤1 尚清潔，1＜PN≤2輕度污染，2＜PN≤3中度污染，PN＞3重度污染。

1.4.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)潛在生態(tài)危害指數(shù)法作為目前評價重金屬污染程度的常用方法之一，該方法主要確定了不同重金屬的毒性系數(shù)，依據(jù)不同重金屬元素的毒性響應(yīng)系數(shù)Ti（Cu=5、Zn=1、As=10、Cd=30、Pb=5）差異，全面綜合評價某一點多種重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)的綜合值[17]。公式如下：

式（3）、（4）中，Ei為某一重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)，Ti為重金屬毒性系數(shù)，Pi為重金屬污染物i的單因子污染指數(shù)，RI為綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)。Ei及RI的生態(tài)危害程度等級劃分見表1，Ei及RI的值越大，說明設(shè)施土壤的重金屬對生態(tài)環(huán)境的危害可能性越大。

表1 土壤重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)、綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)與危害程度的關(guān)系Tab.1 The relation between Ei，RI and hazard coefficient

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2010和SPSS 21.0軟件進行分析和處理，常規(guī)制圖采用Origin 9.0軟件，采用Pearson相關(guān)性分析方法研究了土壤重金屬之間及重金屬與理化性質(zhì)之間的關(guān)系，利用ArcGIS反距離權(quán)重插值（IDW）方法繪制土壤重金屬污染的相關(guān)空間分布圖。其中計算變異系數(shù)，變異系數(shù)CV（%）=（標(biāo)準(zhǔn)偏差SD/平均值Mean）×100%

例如在教授學(xué)生九年級《出師表》時，我在上課之初，直接問了大家一個問題：“你們怎么看待《三國演義》中諸葛亮這個人物？”有的學(xué)生回答道：“諸葛亮很聰明，很有才華。”還有的學(xué)生說：“諸葛亮機智無比，雄才偉略?！薄澳俏医o大家講一個和諸葛亮有關(guān)的故事，好嗎？”學(xué)生們聽到這里，開心極了，紛紛聚精會神地看著我，看到這樣的情況，我將板擦兒往桌子上一拍，大聲說道：“話說劉備死后，劉禪登上皇位，當(dāng)時……”在我繪聲繪色的講述中，學(xué)生們的情緒也忽高忽低，上下起伏。隨著時間的流逝，板擦兒再次一響，我結(jié)束了這個故事。看到大家意猶未盡的眼神，我直接打開書，開始為大家講述《出師表》里面的內(nèi)容。

2 結(jié)果與討論

2.1 設(shè)施土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計分析

研究區(qū)域設(shè)施土壤所有位點的土壤pH均值為5.28（3.70～6.86），表明大部分設(shè)施土壤呈強酸性（表2）。設(shè)施土壤重金屬土壤Cu、Zn、As、Cd及Pb平均含量分別為30.7（5.7～212.0）mg/kg、66.9（23.9～126.0）mg/kg、13.9（1.0～82.6）mg/kg、0.53（0.14～6.07）mg/kg及33.2（2.7～169.5）mg/kg。研究區(qū)Cd、Cu、As、Pb、Zn平均含量分別是江西省土壤背景值的5.30、1.48、1.34、1.03、0.97 倍。說明Zn、Pb 受到人為活動影響相對較小，Cu、As受到人為影響有所增加，而研究區(qū)土壤Cd元素富集現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

表2 贛南設(shè)施土壤重金屬含量描述統(tǒng)計特征（n=235）Tab.2 Descriptive statistical characteristics of greenhouse soil heavy metal content in southern Jiangxi

PN及RI平均值分別為1.4（0.5～14.8）及62.0（23.6～651.7），設(shè)施土壤重金屬綜合污染指數(shù)屬輕度污染水平，綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為輕微程度。而中位數(shù)分別為0.9 及40.5，均較小于平均值且變異系數(shù)較大，說明局部污染較嚴(yán)重。

變異系數(shù)（CV）實質(zhì)體現(xiàn)了所有樣點重金屬含量空間分布的離散及變異程度，參考張博[18]對土壤重金屬元素變異系數(shù)分類，分別將≤0.3、＞0.3～≤0.6、＞0.6～≤1、＞1對應(yīng)均勻分布、弱分異、分異、強分異等4種分布類型。5種重金屬的變異系數(shù)從大到小順序為Cd（123.8%），As（74.3%），Cu（59.8%），Pb（53.0%），Zn（28.5%）。Zn為均勻分布，Pb、Cu為弱分異，As為分異型，而Cd為強分異型，說明Cd元素局部富集特別明顯。

2.2 土壤重金屬污染評價

研究區(qū)設(shè)施土壤重金屬Zn 元素?zé)o污染，其他4 種重金屬均受不同程度污染，Cd 受污染的樣點占55.7%，其中輕度、中毒及重度污染分別占設(shè)施土壤樣品數(shù)的37.0%、7.7%及11.1%；Cu、As 及Pb 受污染的樣品點分別占6.4%、3.4%及1.7%，即Pi單因子污染指數(shù)表明5 種重金屬中Cd 受污染最嚴(yán)重（圖2）。重金屬綜合污染指數(shù)PN表明，62.6%的樣品數(shù)量處于清潔與尚清潔等級，而處于輕度、中度及重度污染等級的土壤樣品數(shù)分別達25.5%、4.3%及7.7%。

圖2 研究區(qū)域設(shè)施土壤重金屬污染等級百分比Fig.2 Percentage of soil heavy metal pollution levels in the study area facilities

在土壤-植物連續(xù)體系中，重金屬的有效形態(tài)易被作物吸收積累，而土壤酸化具有改變重金屬賦存狀態(tài)、顯著增強重金屬活性的作用，重金屬本底值及其生物有效性較高嚴(yán)重威脅著農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全和人民的健康[20-21]。贛南屬于典型的酸性紅壤區(qū)，本研究區(qū)域設(shè)施土壤所有位點的土壤pH均值為5.3（3.7～6.9）（表4），即可推測該地的重金屬生物有效性較高。因此紅壤區(qū)如何降低土壤重金屬生物有效性，特別是降低土壤Cd的有效性，將有待于進一步研究。

表4 贛南設(shè)施土壤理化性質(zhì)描述性統(tǒng)計分析Tab.4 Descriptive statistical analysis of physical and chemical properties of sheltered soils in Southern Jiangxi

2.3 潛在生態(tài)危害評價

研究區(qū)域所有土壤樣點的重金屬Cu、Zn、As及Pb 的潛在生態(tài)危害系數(shù)均處于輕微程度，而Cd 僅有65.1%的土壤樣點處于輕微程度，另外Cd 的潛在生態(tài)危害系數(shù)處于中等、強、很強及極強程度，分別占土壤樣品數(shù)的23.0%、6.8%、4.3%及0.9%（圖3）。就綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）而言，94.0%的土壤樣品數(shù)的RI處于輕微程度，有4.3%、1.3%及0.4 的土壤樣品數(shù)分別處于中等、強、很強的程度。

圖3 研究區(qū)域重金屬潛在生態(tài)危害程度百分比Fig.3 Percentage of potential ecological hazards of heavy metals in the study area

潛在生態(tài)危害指數(shù)法兼顧了重金屬的累積效應(yīng)及其毒性效應(yīng)，重點研究環(huán)境生態(tài)效應(yīng)對重金屬的響應(yīng)，對全面評估土壤環(huán)境的污染狀況具有較好的指導(dǎo)依據(jù)[17]。劉丹等[22]研究認(rèn)為，贛南某鎢礦Cd 是研究區(qū)域周邊農(nóng)田土壤潛在生態(tài)危害最主要的貢獻因子，在礦區(qū)周邊農(nóng)田修復(fù)中對重金屬Cd 的修復(fù)及污染控制需要重視。本研究也表明，設(shè)施菜地土壤存在生態(tài)風(fēng)險的主要貢獻來源于Cd，也是綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)存在中等及以上生態(tài)危害程度的關(guān)鍵貢獻者。

2.4 設(shè)施土壤重金屬單因子污染指數(shù)空間分布特征

土壤Cu 污染指數(shù)輕度污染及以上程度主要分布在崇義縣-大余縣區(qū)域、其次為興國-寧都局部區(qū)域，而贛縣、章貢區(qū)、會昌縣等地有零星小區(qū)域存在（圖4）。研究區(qū)域Cu 的污染指數(shù)屬于尚清潔水平的主要分布在贛南的北部部分區(qū)域，其他區(qū)域達清潔水平，即Cu存在一定的污染區(qū)域。

土壤Zn污染指數(shù)在研究區(qū)域內(nèi)均屬清潔，不存在污染區(qū)域（圖4）。

土壤As 污染指數(shù)輕度污染區(qū)域主要集中在崇義縣-大余縣區(qū)域，尚清潔區(qū)域也主要在輕度污染區(qū)域四周，其他研究地區(qū)均達清潔水平，即As 存在較小區(qū)域的污染（圖4）。

土壤Cd的清潔區(qū)域較小，尚清潔區(qū)域主要分布在贛南北部的局部區(qū)域，而中度及重度污染區(qū)域主要分布在崇-猶-余地區(qū)、贛縣中北部、瑞金東部區(qū)域、全南的中部及全南-龍南的南部、安遠的中北部及尋烏縣的西南區(qū)域等地，其他區(qū)域均達輕度污染水平。即研究區(qū)域重金屬Cd的污染分布較廣，污染程度較重（圖4）。

圖4 研究區(qū)域5種重金屬的單因子污染指數(shù)空間分布Fig.4 Spatial distribution of one-factor pollution index of five heavy metals in the study area

土壤Pb 的污染指數(shù)達輕度污染水平主要為贛縣-章貢區(qū)等處較小區(qū)域零星分布，尚清潔區(qū)域主要分布在贛縣-章貢區(qū)北部區(qū)域及定南縣區(qū)域，其他區(qū)域均以清潔為主，Pb的污染區(qū)域非常小（圖4）。

綜上，崇-猶-余地區(qū)較大區(qū)域主要存在Cu、As輕度及以上污染，Cd 存在中度及重度污染；贛縣中北部Cu輕度污染區(qū)域零星分布、較大區(qū)域Cd存在中度及重度污染；興國-寧都局部區(qū)域存在Cu輕度污染；同時，瑞金東部區(qū)域、全南的中部及全南-龍南縣的南部、安遠縣的中北部及尋烏縣的西南區(qū)域等局部地區(qū)存在Cd中度及重度污染，研究區(qū)域較大區(qū)域均存在Cd輕度污染。另外研究區(qū)域設(shè)施菜地土壤Zn、Pb不存在污染或存在極小區(qū)域的輕微污染。

2.5 重金屬綜合污染及潛在生態(tài)危害指數(shù)空間分布（PN和RI）

研究區(qū)域設(shè)施土壤重金屬綜合污染PN達中度及重度污染區(qū)域主要分布在崇-猶-余地區(qū)、贛縣中北部、全南的中部及全南-龍南的南部，其次為瑞金東部、安遠的中北部及尋烏縣的西南角等局部區(qū)域。清潔及尚清潔區(qū)域主要集中在贛南的北部部分區(qū)域，其他區(qū)域PN均達輕度污染水平（圖5）。而重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)RI為中等以上水平主要分布在全南的中部及南部、崇義-大余區(qū)域及贛縣北部，另有幾處零星分布，其他區(qū)域RI均為輕微水平（圖5）。

圖5 研究區(qū)域重金屬綜合污染指數(shù)及潛在生態(tài)危害指數(shù)空間分布Fig.5 Spatial distribution of the comprehensive pollution index and the potential ecological hazard index of heavy metals in the study area

2.6 土壤重金屬來源解析

2.6.1 重金屬之間相關(guān)性分析通過設(shè)施土壤重金屬相關(guān)性分析得出重金屬不同元素之間的同源性及關(guān)聯(lián)性，數(shù)值越大關(guān)系越緊密，并以此可推測解析其可能的來源路徑[23]。相關(guān)分析表明（表3），Cu與As、Cd 的相關(guān)性均達極顯著水平，相關(guān)系數(shù)r分別為0.583 及0.558；Zn 與Pb 二者相關(guān)性達極顯著水平，且相關(guān)性數(shù)值較高（r=0.582）。即Cu、As、Cd 具有較好的同源性及關(guān)聯(lián)性，而Zn 與Pb 可能具有相似來源。此外，如Cu-Zn、Cd-Pb、Cd-Zn、As-Zn等元素之間的相關(guān)性也存在顯著或極顯著相關(guān)水平，但相關(guān)系數(shù)r均小于0.500，各元素之間的同源性略低。

表3 設(shè)施土壤重金屬的相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of soil heavy metals in greenhouse

2.6.2 土壤重金屬與土壤理化性質(zhì)間相關(guān)性分析土壤理化性質(zhì)差異會對土壤重金屬的遷移與積累會產(chǎn)生較大影響[23]。贛南設(shè)施土壤總體呈酸性、低鹽度，養(yǎng)分含量中等及以上水平（表4），而由表5可知，重金屬Zn和Pb二者均與土壤全氮、有機質(zhì)等養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性達顯著或極顯著水平，而Cu、As及Cd與土壤全氮、有機質(zhì)相關(guān)性較低，與其他指標(biāo)的相關(guān)性也基本未達顯著水平。說明土壤Zn、Pb含量可能主要受自然環(huán)境的影響，而Cu、As 及Cd 可能主要受人為影響較大。因此，為了更加明確的解析設(shè)施土壤重金屬來源，接下來采用主成分分析進行判斷分析。

表5 土壤理化性質(zhì)與土壤重金屬的相關(guān)性分析Tab.5 Correlation analysis between soil physical and chemical properties and soil heavy metals

2.6.3 主成分分析土壤重金屬含量主要受成土母質(zhì)及人為活動共同作用的結(jié)果，主成分分析常用于對土壤重金屬污染物進行定量分析、評價各重金屬對土壤環(huán)境的貢獻大小并識別確定土壤重金屬污染物的重要成分，可有效解析重金屬的生態(tài)污染來源[24]。主要成分識別是以設(shè)施土壤中5種重金屬含量作為原始變量進行分析，主成分載荷矩陣下主成分1和2的累積方差貢獻率達73.5%，可選取第1個和第2個因子做主成分代表重金屬污染物指標(biāo)，通過分析主成分的載荷值對設(shè)施土壤主要重金屬污染物進行識別，但由于各主成分中每個重金屬的載荷值差異不明顯（主要是主成分1），即通過方差最大旋轉(zhuǎn)來對主成分荷載矩陣進行旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)后的成分載荷矩陣可知，主成分1、2可包涵設(shè)施土壤重金屬的大部分信息（表6）。第一主成分以Cd、As、Cu 為主的重金屬的貢獻占比最大，研究區(qū)域三者的均值均遠超于江西省的土壤背景值，且變異系數(shù)較大，表明人為污染較為嚴(yán)重。第二主成分重金屬Zn、Pb 的貢獻最大，二者含量低于或略高于江西省土壤環(huán)境背景值，且變異系數(shù)相對較低，說明土壤重金屬Zn、Pb可能主要受自然地質(zhì)背景的影響（表6）。

表6 土壤重金屬含量的主成分提取、載荷矩陣及旋轉(zhuǎn)后主成分載荷矩陣Tab.6 Principal component extraction，loading matrix and rotated principal component loading matrix for soil heavy metal content

江西贛州素有“稀土王國”之稱，但稀土開采是贛南地區(qū)環(huán)境安全保障的一大挑戰(zhàn)，可能是農(nóng)田土壤重金屬污染的來源之一。羅杰等[25]研究認(rèn)為，贛南某離子型稀土礦區(qū)內(nèi)的采礦區(qū)、浸礦區(qū)和對照區(qū)稀土總量分別為江西省土壤稀土元素含量背景值的5.84、1.12 及8.95 倍，具有潛在風(fēng)險，但土壤常規(guī)重金屬（As、Cr、Pb、Ni、Cu、Zn）均處尚清潔水平，未受到非稀土重金屬的污染。徐春麗等[26]認(rèn)為，贛州龍南市足洞離子型稀土礦區(qū)及周邊土壤重金屬Pb 存在輕中等污染，而土壤重金屬Cd、Cu、Zn、As、Cr、Hg、Ni 等元素均無污染，研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬的生態(tài)風(fēng)險較低。因此推測設(shè)施菜地土壤重金屬的主要生態(tài)風(fēng)險與贛南離子型稀土礦分布的影響較小。

“世界鎢都”也是本研究區(qū)域的重要特征，聶錦霞等[27]和陳明等[28]研究均表明，贛南某鎢礦周邊菜地或稻田土壤重金屬Cd和Cu普遍存在污染現(xiàn)象，其中Cd污染最為嚴(yán)重，而Zn、Pb不存在污染或者危害程度較輕。郭俊剛等[29]報道，鎢礦區(qū)周邊土壤存在Cd、As、Cu、Zn、Pb 等重金屬的污染，Cd 為主要的污染貢獻要素，其次為As、Cu。上述報道與本研究結(jié)果較為一致，通過主成分分析第一主成分Cd、As、Cu 受人為影響較大，因此推測也可能與鎢礦開發(fā)利用所導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險有關(guān)，而第二主成分Zn、Pb可能為自然源、受人為影響較小。同時，從重金屬污染的空間分布來看，重金屬污染區(qū)尤其是Cd基本與鎢礦區(qū)分布相吻合（圖1）。如崇義-大余縣區(qū)域土壤Cd 存在中度及重度污染、Cu、As 存在輕度及以上污染，該區(qū)域分布著西華山鎢礦、蕩坪鎢礦及新安子鎢錫礦等相關(guān)鎢礦。又比如全南縣的中部及南部也存在Cd中度及重度污染，上述兩區(qū)域分別為全南縣有名的官山鎢礦及大吉山鎢礦。從而進一步驗證了鎢礦開發(fā)是導(dǎo)致周邊農(nóng)田土壤Cd、As、Cu 污染的重要因素，因此推測設(shè)施蔬菜土壤重金屬Cd 與鎢礦共（伴）生密切相關(guān)，As、Cu 也有一定的聯(lián)系。雖然As、Cu 的高值區(qū)與鎢礦范圍也相耦合，但在較多區(qū)域呈典型的低值分布，表明As、Cu同時受人類活動及成土母質(zhì)的共同作用。

3 結(jié)論

贛南設(shè)施菜地土壤Cd、Cu、As、Pb、Zn 平均含量分別是江西省土壤背景值的5.30、1.48、1.34、1.03、0.97倍。說明Zn、Pb受到人為活動影響相對較小，Cu、As受到影響有所增加，而研究區(qū)土壤Cd元素富集現(xiàn)象比較嚴(yán)重。設(shè)施土壤重金屬綜合污染指數(shù)達輕度污染水平，綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為輕微程度，土壤Cd是重金屬綜合污染及生態(tài)風(fēng)險的關(guān)鍵貢獻因子。

Cd 的高含量區(qū)域分布較廣，主要集中在崇-猶-余地區(qū)、贛縣中北部、瑞金東部區(qū)域、全南的中部及全南-龍南的南部等區(qū)域；As、Cu 的高含量地區(qū)主要集中在崇義-大余等區(qū)域，Zn、Pb 尚無明顯高含量區(qū)域。

通過相關(guān)性分析及主成分分析表明，土壤Cd、As、Cu 受人為影響較大，其高值區(qū)分布與鎢礦區(qū)分布較為吻合，推測可能與鎢礦開發(fā)利用所導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險有關(guān)，特別是重金屬Cd 與鎢礦共（伴）生密切相關(guān)；Zn、Pb可能為自然源，主要受成土母質(zhì)的影響。綜上，今后贛南設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)開展土壤重金屬控源減量并降低其生物有效性等應(yīng)用研究及其技術(shù)推廣。

致謝：江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目一般項目（GJJ211430）同時對本研究給予了資助，謹(jǐn)致謝意！