沖積與湖積成因土壤重金屬的空間分布特征及其來源
——以安徽當涂縣為例

王慧敏，汪丙國，靳孟貴，焦團理

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院， 湖北 武漢 430074； 2.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001)

文章編號：1671-1556(2018)05-0055-09

土壤是人類賴以生存的自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源。隨著人類社會對土壤需求的擴展，人類活動對土壤的開發(fā)強度越來越大，向土壤排放的污染物也成倍增加。重金屬可以在土壤中積累，在作物體內(nèi)殘留，通過食物鏈進入人體并在體內(nèi)蓄積，從而對人體構(gòu)成潛在危害。據(jù)國家環(huán)境保護總局統(tǒng)計，我國面臨嚴重的土壤重金屬污染，每年約有12 Mt谷物被重金屬污染[1]。土壤重金屬來源通?？梢苑譃樽匀粊碓春腿藶檩斎隱2-3]。在自然來源中，成土母質(zhì)和成土過程對土壤重金屬含量的影響較大，不同類型的成土母質(zhì)發(fā)育的土壤重金屬元素平均含量相差很大[4]。人為來源主要包括污水灌溉、固體廢棄物(污泥、垃圾等)處置、農(nóng)業(yè)活動(農(nóng)藥和化肥施用等)以及市政活動等[5]。

土壤重金屬污染的環(huán)境問題是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點之一，研究中常使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析對重金屬元素的來源進行判斷[6-7]。近年來，我國開展的多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果表明，長江流域安徽段沿岸沖積平原土壤中Cd等多種重金屬元素富集的現(xiàn)象十分明顯[8-10]，開展長江流域Cd等多種重金屬元素異常示蹤與追源成為眾多學(xué)者關(guān)注和研究的熱點。由于成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)條件和土壤元素的最初來源，因此本文選取安徽省馬鞍山市當涂縣河流沖積母質(zhì)的江心洲和湖沼相沉積母質(zhì)的大隴鄉(xiāng)作為研究區(qū)，分析了沖積與湖積成因的表層土壤重金屬的分布特征，并利用相關(guān)性分析和主成分分析方法對土壤重金屬的來源進行了解析。

1 研究區(qū)概況

當涂縣位于安徽省東部、長江下游東岸，東與江蘇省接壤，西以長江為界與和縣隔江相望。該地區(qū)地形屬長江下游東岸平原，地勢北高南低，海拔高程多低于50 m；東北部為低山丘陵崗地，南部為平坦開闊的平原圩區(qū)，水網(wǎng)較發(fā)育，見圖1。當涂縣位于下?lián)P子臺坳北部燕山晚期宣-廣斷陷盆地北東部，第四系蕪湖組廣泛分布，表層主要巖性為淺棕黃色粉砂、砂質(zhì)黏土和黏土?？h內(nèi)河流屬長江水系，較大的河流有姑溪河、運糧河、青山河，東南部石臼湖部分屬當涂縣。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

根據(jù)2004年安徽省江淮流域局部(當涂縣)土壤質(zhì)量地球化學(xué)評價研究結(jié)果，本文選取江心洲、大隴鄉(xiāng)作為研究區(qū)(見圖1)。江心洲位于當涂縣西北部長江主航道東側(cè)，因長江泥沙逐漸沖積形成；土壤母質(zhì)為河流沖積物，土壤類型為潮土，土壤質(zhì)地以黏質(zhì)、壤質(zhì)為主[11]，土壤發(fā)育歷史相對較短，理化性質(zhì)受母質(zhì)影響較大，很大程度上繼承了河流沖積物的特性；土地利用以水旱輪作田為主，分布一定規(guī)模的菜地，經(jīng)濟作物主要為棉花、玉米、茭白等。大隴鄉(xiāng)位于當涂縣東南端，屬于原丹陽湖區(qū)，現(xiàn)今均已干枯退化為農(nóng)田；土壤母質(zhì)為湖沼相沉積物，土壤類型為潛育水稻土，土壤質(zhì)地以黏質(zhì)、壤質(zhì)為主；大隴鄉(xiāng)是安徽省生態(tài)農(nóng)業(yè)示范點之一，盛產(chǎn)糧棉油、魚蝦蟹和芡實、茭白、菱、藕等。

2 土樣采集與分析

2. 1 土樣采集

本次研究采樣時間為2016年4月，取樣采用GPS定位，在江心洲和大隴鄉(xiāng)共布設(shè)了24個表層土壤采樣點，采樣點位分布見圖2。表層土壤采樣點布設(shè)的基本原則是：平面樣點均勻分布、采樣位置能代表采樣單元土壤的環(huán)境特征。本次采集表層土壤樣品時，采集0～20 cm耕層土壤，采用三點采樣混合法，樣品重量約1 kg。土樣密封于雙層聚乙烯塑料袋中，帶回實驗室后混合均勻、風(fēng)干、磨碎、過2 mm篩后供測試分析。

2. 2 土樣測試分析

土樣測試指標包括元素As、Cd、Co、Cr、Cu、Ge、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sr、Tl、Zn、F、N的含量、有機質(zhì)含量(OM)和pH值，共計19項指標。土樣分析測試工作主要由安徽省地質(zhì)實驗研究所承擔，依據(jù)《多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》(DZ/T 0258—2014)，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定土樣中Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sr、Tl、Zn的含量；采用原子熒光光譜法(AFS)測定土樣中As、Ge、Hg、Se的含量；采用離子選擇性電極法(ISE)測定土樣中F的含量和pH值；采用凱氏氮蒸餾酸堿滴定法測定土樣中N的含量；采用重鉻酸鉀氧化還原容量法測定土樣中OM的含量。土壤樣品分析過程中均加入國家地球化學(xué)標準土壤參比物質(zhì)進行質(zhì)量控制，其誤差均控制在國家標準要求的范圍內(nèi)。

圖2 研究區(qū)土壤采樣點位分布示意圖Fig.2 Distribution of sampling sites in the study area

2. 3 數(shù)據(jù)處理

本文采用地統(tǒng)計學(xué)軟件GS+7.0對土壤重金屬含量進行半變異函數(shù)建模，并應(yīng)用ArcGIS軟件中克里金插值模塊對土壤重金屬含量進行空間插值，探討土壤重金屬的空間分布特征。采用SPSS 19.0和Origin 8.6軟件對土壤樣品測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析，以確定土壤重金屬含量與土壤其他理化性質(zhì)的關(guān)系和土壤重金屬的來源。

3 結(jié)果與分析

3. 1 土壤中重金屬含量及其分布特征

3.1.1 表層土壤中重金屬含量特征

研究區(qū)表層土壤化學(xué)參數(shù)和重金屬含量的統(tǒng)計特征見表1和圖3，并采用研究區(qū)表層土壤背景值利用2004年“當涂縣農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”的表層土壤數(shù)據(jù)迭代剔除平均值加減2倍標準差離群數(shù)據(jù)后的算術(shù)平均值作為研究區(qū)表層土壤的背景值[11-12]和《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618—1995,以下簡稱《標準》)的二級標準限值作對比分析。

表1 研究區(qū)表層土壤化學(xué)參數(shù)和重金屬含量的統(tǒng)計特征

注：表中除pH值為無量綱、OM含量的單位為%外，重金屬元素含量的單位均為mg/kg。

圖3 江心洲與大隴鄉(xiāng)表層土壤化學(xué)參數(shù)和重金屬含量年均值的對比圖Fig.3 Comparison chart of chemical properties and heavy metals mean values in the surface soils of Alluvial Islands and Dalong Township 注：圖中pH值為無量綱，OM含量的單位為%，其他重金屬含量的單位為mg/kg。

由表1和圖3可以看出：

(1) 江心洲沖積成因的表層土壤pH值在7.64～8.38之間，平均值為8.16，為弱堿性土壤；表層土壤OM含量在0.58%～2.17%之間，平均值為1.53%；表層土壤中重金屬As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的平均含量分別為10.61 mg/kg、0.35 mg/kg、86.73 mg/kg、42.72 mg/kg、0.08 mg/kg、40.36 mg/kg、32.65 mg/kg和104.78mg/kg，與當?shù)乇韺油寥辣尘爸迪啾?，除As含量稍高外，江心洲表層土壤中重金屬含量均低于背景值，并未表現(xiàn)出富集現(xiàn)象；表層土壤中As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn 6種重金屬分布表現(xiàn)出較大的空間變異，變異系數(shù)介于26%～43%，表明江心洲表層土壤重金屬的自然變異性和不同來源，可能存在點源輸入；與《標準》中二級標準限值相比，江心洲表層土壤中重金屬的平均含量均在二級標準限值內(nèi)，只有1個采樣點(DT14)的Cd含量(0.71 mg/kg)超過了二級標準限值。

(2) 大隴鄉(xiāng)湖積成因的表層土壤pH值在5.36～6.81之間，平均值為5.82，為酸性土壤；表層土壤OM含量在2.13%～4.25%之間，平均值為3.32%；表層土壤中重金屬As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的平均含量分別為13.26 mg/kg、0.35 mg/kg、97.30 mg/kg、45.57 mg/kg、0.10 mg/kg、44.36 mg/kg、37.26 mg/kg和125.44 mg/kg；與當?shù)乇韺油寥辣尘爸迪啾?，大隴鄉(xiāng)表層土壤中As、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 7種重金屬元素的平均含量均高于當?shù)乇韺油寥辣尘爸?，表明這7種重金屬元素在表層土壤中存在富集；此外，這7種重金屬元素的變異系數(shù)均小于20%，表明其來源較一致，且富集呈現(xiàn)出普遍性；與《標準》中二級標準限值相比，大隴鄉(xiāng)表層土壤中重金屬As、Cr、Hg、Pb、Zn的含量均低于二級標準限值[13-14]，但有73.33%樣品的Cd含量、60%樣品的Ni含量以及20%樣品的Cu含量超出了二級標準限值，最大超標倍數(shù)分別為1.39、1.22和1.05倍。

(3) 大隴鄉(xiāng)表層土壤重金屬含量和OM含量的平均值均高于江心洲表層土壤，主要是因為大隴鄉(xiāng)的成土母質(zhì)為湖沼相沉積物，其靜水沉積環(huán)境相對比江心洲流動環(huán)境產(chǎn)生更大的重金屬富集度[15]，大部分重金屬元素趨向于在湖沼相沉積物中沉積富集。

3.1.2 表層土壤中重金屬元素的空間分布特征

K-S檢驗結(jié)果表明，研究區(qū)表層土壤pH值、OM含量和重金屬元素含量的數(shù)據(jù)屬于正態(tài)分布，滿足地統(tǒng)計分析對數(shù)據(jù)正態(tài)分布的要求。本文利用GS+7.0軟件在各項同向性條件下對研究區(qū)表層土壤pH值、OM含量和重金屬元素含量的半方差函數(shù)理論模型進行了擬合，其擬合結(jié)果見表2。

表2 研究區(qū)表層土壤化學(xué)參數(shù)和重金屬元素含量的半方差函數(shù)理論模型及其相關(guān)參數(shù)

由表2可知，除江心洲表層土壤pH值的擬合度(決定系統(tǒng))較小外，研究區(qū)表層土壤OM含量和重金屬含量的半方差函數(shù)理論模型擬合度均在0.3以上，說明半方差函數(shù)理論模型的選取基本滿足要求；研究區(qū)表層土壤pH值、OM含量和重金屬含量的塊金系數(shù)均小于25%，表明這些指標都具有較強的空間相關(guān)性，其主要是由氣候、土壤母質(zhì)、地形、土壤類型等結(jié)構(gòu)性因素引起的。

為了直觀地顯示重金屬元素在空間上的分布特征，本文利用擬合得到的半方差函數(shù)模型及其相關(guān)參數(shù)，對土壤pH值、OM含量和重金屬含量進行最優(yōu)無偏插值，得到研究區(qū)表層土壤pH值、OM含量和重金屬元素含量的空間分布圖，見圖4。

由圖4可以看出：

(1) 江心洲表層土壤中8種重金屬元素含量的空間分布特征基本相似，大致表現(xiàn)為從東北向西南方向逐漸遞減的變化趨勢，這與OM含量由高到低的分布規(guī)律基本一致，反映了表層土壤OM含量對重金屬元素的累積有明顯的控制作用[16]。據(jù)資料顯示，江心洲的發(fā)育演變表現(xiàn)為左汊裁穿取直，右汊逐漸變窄[17]，江心洲左緣土壤中重金屬含量偏低，反映了水動力作用對土壤重金屬空間分布格局的控制，即在水動力條件弱的淤長部位堆積大量細顆粒泥沙，重金屬顯著富集[9,18]。根據(jù)其空間分布圖可知，江心洲南部土壤中Cd、Cu和Hg含量較高，可能與江心洲東南側(cè)約2.5 km的熱電廠有關(guān)[19]，燃煤過程排放的Cd、Cu、Hg等重金屬通過大氣沉降輸入到江心洲土壤之中。

圖4 研究區(qū)表層土壤pH值、OM含量和重金屬元素含量的空間分布圖Fig.4 Spatial distributions of pH,organic matter and heavy metals in surface soils of the study area

(2) 大隴鄉(xiāng)表層土壤中重金屬Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量分布規(guī)律比較相似，土壤中重金屬含量高的地方主要集中在大隴鄉(xiāng)中部和北部，這與土壤中OM含量分布相似，但與pH值的變化趨勢正好相反，反映了土壤中這5種重金屬元素的含量在很大程度上取決于成土母質(zhì)的性質(zhì)；土壤中As含量表現(xiàn)為從東北向西南方向逐漸遞減的變化趨勢；土壤中Cd含量表現(xiàn)為從東向西方向逐漸遞減的變化趨勢，并在整個區(qū)域中含量偏高，大部分高于0.3mg/kg，土壤中Hg含量高的區(qū)域主要分布在大隴鄉(xiāng)南部，反映了As、Cd、Hg的含量在一定程度上受到施肥、燃煤等人類活動的影響。

3. 2 土壤重金屬的來源分析

3.2.1 相關(guān)性分析

自然環(huán)境中的重金屬元素多具有伴生性或綜合存在性，元素總量之間的相關(guān)程度有助于發(fā)現(xiàn)重金屬元素的一些共生規(guī)律和富集聯(lián)系，可以為區(qū)域重金屬污染狀況分析提供參考。相關(guān)性分析已廣泛運用于分析水土的化學(xué)數(shù)據(jù)，主要用于分析具有相同或相似來源的各個元素之間的相關(guān)性，由此可以確定重金屬元素是否具有相同的來源[20-21]。研究區(qū)表層土壤中重金屬含量與土壤化學(xué)參數(shù)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)見表3和表4。

表3 江心洲表層土壤中重金屬含量與土壤化學(xué)參數(shù)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

注：“**”表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，“*”表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。下表同。

表4 大隴鄉(xiāng)表層土壤中重金屬含量與土壤化學(xué)參數(shù)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

由表3可知，江心洲表層土壤中重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量與OM的含量呈顯著性正相關(guān)(p<0.01)，與pH值相關(guān)性較差，這主要是因為pH值在相對較窄的范圍(7.64～8.38)內(nèi)波動；土壤中重金屬元素含量之間具有顯著相關(guān)關(guān)系，特別是As、Cd、Cu、Pb、Zn之間的相關(guān)系數(shù)均大于0.9，表明其具有相同的地球化學(xué)特征，或者具有相同的來源[22]。由圖4也可知，土壤中各重金屬元素含量之間大體呈顯著性相關(guān)關(guān)系，表現(xiàn)出一定的空間一致性。

由表4可知，大隴鄉(xiāng)表層土壤中重金屬元素Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量與OM、Se含量呈顯著性正相關(guān)，同時這5種重金屬元素含量之間均呈現(xiàn)顯著性相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.841～0.975，可以推測土壤中這5種重金屬元素具有相似的富集途徑和相同的來源；土壤中As含量與OM、Se含量以及Cu、Hg、Ni含量呈負相關(guān)(p<0.05)，反映了As與Cu、Hg、Ni有著部分相似的來源，也反映了人為來源對As的貢獻；土壤中Cd、Hg含量與OM含量之間無顯著相關(guān)性，說明這兩種重金屬元素與土壤性質(zhì)之間缺乏相關(guān)性，主要是因為存在這兩種重金屬的連續(xù)輸入或污染源[23]：土壤中Cd含量并沒有與其他任何重金屬元素的含量表現(xiàn)出相關(guān)性，僅與F含量呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，說明Cd與其他重金屬的污染來源不同；土壤中Hg含量僅與As含量呈負相關(guān)，表明土壤中Hg可能受人為因素的影響[24]。

3.2.2 主成分分析

為了進一步探討研究區(qū)表層土壤中重金屬元素的來源和控制其分布的主要因素，分別對江心洲和大隴鄉(xiāng)表層土壤化學(xué)參數(shù)和重金屬含量等指標進行了主成分分析，Kaisere-Meyere-Olkin和Bartlett的球形度檢驗表明標準化后的數(shù)據(jù)適宜做主成分分析。其中，江心洲表層土壤得到特征值大于1的2個主因子，且這2個主因子累計貢獻率為94.24%；大隴鄉(xiāng)表層土壤得到特征值大于1的3個主因子，且這3個因子累計貢獻率為90.72%。為了使各公共因子的典型代表變量更加突出，便于解釋其實際意義，本文采用方差最大旋轉(zhuǎn)法對主成分矩陣進行旋轉(zhuǎn)，經(jīng)旋轉(zhuǎn)得到因子荷載矩陣見表5。

表5 研究區(qū)表層土壤化學(xué)參數(shù)和重金屬含量指標的主成分分析結(jié)果

分析表5可以看出：

(1) 對于江心洲表層土壤：

第一主因子PC1的方差貢獻率為55.56%，因子荷載較高的指標為Mn、As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn的含量(>0.75)，中等因子荷載的指標為OM、Se、Cr和Ni的含量，與相關(guān)性分析中土壤重金屬來源一致的結(jié)果相同。江心洲土壤發(fā)育歷史較短，很大程度上繼承了河流沖積物的特性，由土壤重金屬含量空間分布(見圖4)可知，土壤中重金屬含量在江心洲的右緣較高，主要是因為此處水動力條件弱，大量堆積細顆粒泥沙，As、Cd、Cu、Pb和Zn等重金屬明顯趨于富集。根據(jù)魏曉等[19,25]在2017年有關(guān)長江安徽段土壤重金屬來源分析得出，PC1反映了土壤粒度的差異對重金屬的影響，說明土壤粒徑效應(yīng)對重金屬元素富集的影響[26-27]。

第二主因子PC2的方差貢獻率為38.68%，因子荷載較高的指標為pH值、OM、F和Se的含量，中等因子荷載的指標為Cr、Ni和Zn的含量。其中，Cr、Ni、Se、Zn與OM的含量是正荷載，反映了帶正電荷離子與存在于有機物質(zhì)中的帶負電荷位點結(jié)合的趨勢[28]，與相關(guān)性分析中土壤重金屬Cr、Ni、Se、Zn與OM的含量呈顯著性正相關(guān)的結(jié)果一致。土壤中OM含量較高(>1.6%，見圖4)，Cr、Ni和Zn等重金屬元素趨于富集，可見主因子PC2主要代表成土過程中OM的積累。

江心洲土壤很大程度上繼承了河流沖積物的特性，而OM在沉積物中的分布主要受沉積物粒徑分布的控制[29]，因此土壤中重金屬含量主要受粒度控制。分析認為：在長江上游土壤侵蝕和其他地表物質(zhì)沖刷搬運過程中，富含重金屬元素的細粒級顆粒物優(yōu)先被侵蝕，從各處匯集至河道中，在下游地區(qū)沉積[8-9]，因此沿江沖積平原區(qū)土壤重金屬元素富集是一種自然過程[30]。一方面，在長江源頭，二疊系地層為出露的重要地層，該地層出露的黑色巖系具有較高的重金屬含量[8]；另一方面，沿江地區(qū)地處揚子地臺北緣，礦產(chǎn)資源豐富，主要有Cu、Fe、Au、Ag、Pb、Zn等內(nèi)生金屬礦產(chǎn)，為土壤中重金屬提供了豐富的物源[31]。除自然地質(zhì)來源外，煤礦和有色金屬的開采、加工和冶煉等有關(guān)的工業(yè)活動也加劇了重金屬的釋放，通過各種途徑進入水環(huán)境，并被吸附到懸浮顆粒物中不斷沉積在表層土壤中，導(dǎo)致重金屬進一步富集[32]。

(2) 對于大隴鄉(xiāng)表層土壤：

第一主因子PC1的方差貢獻率為58.53%，因子荷載較高的指標為OM、Se、Mn、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量，中等因子荷載的指標為pH值，與相關(guān)性分析的結(jié)果相同。根據(jù)環(huán)境研究中的多元統(tǒng)計方法[33-34]，方差貢獻率最高的第一主因子是高背景的巖性因子，母巖及其風(fēng)化作用是影響土壤物理化學(xué)性質(zhì)的主要因素[35]。據(jù)有關(guān)文獻可知[36]，大隴鄉(xiāng)土壤是由20世紀70年代丹陽湖圍墾形成，其物質(zhì)主要來源于江蘇省溧水縣五王山區(qū)以及安徽省郎溪縣、廣德縣皖南山區(qū)，物源區(qū)內(nèi)分布有侏羅紀火山巖、二疊紀和三疊紀Se高背景地層。由圖4可知，土壤中Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量高的幾個采樣點都分布在大隴鄉(xiāng)中部，其pH值小于5.8，OM含量大于3.0%。因此，主因子PC1主要來自巖石化學(xué)風(fēng)化成土過程的釋放。

第二主因子PC2為F和Cd的含量，其方差貢獻率為17.37%，與相關(guān)性分析中大隴鄉(xiāng)表層土壤中Cd含量僅與F含量呈正相關(guān)(p<0.05)的結(jié)果一致。大隴鄉(xiāng)表層土壤中Cd含量大部分超出了表層土壤背景值的范圍。重金屬在農(nóng)業(yè)土壤中積累主要有三個途徑：灌溉、干濕沉積和施肥[37]。Cd一般可作為施用農(nóng)藥和化肥等農(nóng)業(yè)活動的標識元素[38]，磷肥的施用會導(dǎo)致土壤中Cd含量的增加。同時普通磷肥含有一定量的F，大量施用磷肥也會造成土壤中F的積累[39]。研究發(fā)現(xiàn)，20世紀60年代，石臼湖(同源于古丹陽湖)流域化肥和農(nóng)藥的使用量急劇上升，導(dǎo)致土壤中重金屬的污染[40]。由此可以推斷，主因子PC2反映了農(nóng)藥、化肥、飼料等各種農(nóng)業(yè)污染對土壤重金屬富集的影響。

第三主因子PC3的方差貢獻率為14.82%，因子荷載值較高的指標為Hg含量，中等因子荷載的指標為As含量。根據(jù)相關(guān)性分析可知，土壤中As含量與Cu、Hg、Ni的含量呈負相關(guān)，土壤中Hg含量與除As以外的其他重金屬無顯著相關(guān)性，說明As、Hg可能受地球化學(xué)和人為因素的綜合影響[22]。第三主因子主要支配著土壤中重金屬As和Hg的來源，一些研究指出，農(nóng)田中As主要來源于農(nóng)藥和化肥等人類活動[41]，煤炭燃燒是Hg污染的主要來源。因此，PC3可能主要來源于施肥、煤炭燃燒等人為活動的污染，同時少部分為自然地質(zhì)源。

4 結(jié) 論

通過調(diào)查采樣研究了當涂縣江心洲沖積成因和大隴鄉(xiāng)湖積成因的表層土壤中重金屬元素的空間分布特征，并利用相關(guān)性分析和主成分分析方法探討了研究區(qū)表層土壤重金屬元素的可能來源，得到如下結(jié)論：

(1) 當涂縣江心洲沖積成因的表層土壤呈堿性(pH值介于7.64～8.38)，OM含量低(1.53%)，重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的平均含量分別為10.61 mg/kg、0.35 mg/kg、86.73 mg/kg、42.72 mg/kg、0.08 mg/kg、40.36 mg/kg、32.65 mg/kg和104.78mg/kg，除As以外其他重金屬元素含量的平均值均低于當?shù)乇韺油寥赖谋尘爸怠４箅]鄉(xiāng)湖積成因的表層土壤呈酸性(pH值介于5.36～6.81)，OM含量高(3.32%)，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的平均含量分別為13.26 mg/kg、0.35 mg/kg、97.30 mg/kg、45.57 mg/kg、0.10 mg/kg、44.36 mg/kg、37.26 mg/kg和125.44 mg/kg，重金屬元素含量的平均值均高于當?shù)乇韺油寥赖谋尘爸怠?/p>

(2) 江心洲沖積成因的表層土壤中8種重金屬元素含量的空間分布特征基本相似，與OM含量的分布規(guī)律基本相同，大致表現(xiàn)為從東北向西南方向逐漸遞減的變化趨勢，并在水動力條件弱的江心洲右緣含量較高。大隴鄉(xiāng)湖積成因的表層土壤中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn含量高的地方主要集中在大隴鄉(xiāng)中部和北部，與OM含量、pH值的分布特征相似；土壤中As、Hg含量高的區(qū)域分別分布在大隴鄉(xiāng)北部和南部；土壤中Cd含量在整個區(qū)域內(nèi)偏高，大部分Cd含量高于0.3 mg/kg。

(3) 相關(guān)性分析和主成分分析結(jié)果表明：江心洲沖積成因的表層土壤中重金屬來源的絕大部分信息可由2個主因子反映，土壤中重金屬主要來自細粒級顆粒物的表面吸附效應(yīng)和OM對重金屬的富集作用，即中上游富含重金屬元素的細粒級顆粒物在下游地區(qū)沉積；大隴鄉(xiāng)湖積成因的表層土壤中重金屬來源的絕大部分信息可由3個主因子反映：①土壤中Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Se和Zn來源于巖石化學(xué)風(fēng)化成土過程的釋放，②土壤中Cd來源于農(nóng)藥、化肥、飼料等各種農(nóng)業(yè)污染，③土壤中As、Hg由自然源和施肥、煤炭燃燒等人為活動共同貢獻。

致謝:感謝安徽省地質(zhì)調(diào)查院和安徽省地質(zhì)實驗研究所在野外工作、土樣分析測試等方面給予的大力支持;感謝匿名審稿專家的意見與建議。