吉蘭泰鹽湖盆地土壤重金屬鉻、汞、砷分布的多方法評價*

張阿龍，高瑞忠，張生，賈德彬，杜丹丹，秦子元，王喜喜

吉蘭泰鹽湖盆地土壤重金屬鉻、汞、砷分布的多方法評價*

張阿龍1，高瑞忠1，2?，張生1，2，賈德彬1，2，杜丹丹1，2，秦子元1，王喜喜3

（1. 內蒙古農業大學水利與土木建筑工程學院，呼和浩特 010018；2. 內蒙古水資源保護與利用重點實驗室，呼和浩特 010018；3. Old Dominion University，Norfolk 23529）

選擇西北旱區吉蘭泰鹽湖盆地為研究對象，以隨機布點法對表土層（0～10 cm）、心土層（50 cm）、底土層（100 cm）的重金屬鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）以及主要化學成分進行空間采樣測定，揭示Cr、Hg、As的空間分布特征，研究確定其土壤環境背景值，并以此背景值為評價基準，利用單因子污染指數、地累積指數、生態風險指數、內梅羅綜合污染指數、潛在生態風險綜合指數、污染負荷指數等六種常用方法對表土進行評價及對比分析。結果表明：鹽湖盆地表層土壤中Cr、Hg、As總體具有相似的空間分布特征；鹽湖盆地土壤Cr、Hg、As背景值分別為27.89 mg·kg–1、0.039 mg·kg–1、12.83 mg·kg–1，對比寧夏、新疆等相關地區，盆地Cr背景值較低，Hg背景值較高，As元素相近；以背景值為基準進行污染評價，盆地表層土壤重金屬污染順序依次為Hg、Cr、As，簡單指數法呈現Cr、Hg、As整體處于輕微污染狀態，Hg存在的生態風險較Cr、As大，類似的，綜合指數法表明盆地整體上處于輕微污染狀態，綜合生態風險相對較大；單因子污染指數法的土壤污染等級評價結果大于綜合污染指數法；三種綜合指數法均與三種簡單指數法對Hg的評價結果具有顯著相關性，表明鹽湖盆地表層土壤中Cr、Hg、As形成受到成土母質、天然水文地球化學作用和氣候特征條件等綜合作用的影響，局部受到人類活動的擾動。

土壤重金屬；空間分布；背景值；評價

土壤是與人類關系最為密切的一種環境要素，其表層或里面有生物棲息，是聯系有機界和無機界的中心環節[1]。土壤在環境系統中起著重要的穩定與緩沖作用，能夠對污染物質進行容納、緩沖和凈化，但同時也會間接通過水體、大氣、植物將污染物作用于人體，被人體吸收[2]。當土壤中含有害物質過多、超過土壤自凈能力時，就會引起土壤的組成、結構和功能發生變化，土壤微生物活動受到抑制[3]，有害物質或其分解產物在土壤中逐漸積累，達到危害人體健康的程度，或者對生態系統造成危害[4]。土壤重金屬污染評價是土壤環境管理的基礎性工作也是土壤環境研究的和污染防治的重要基礎[5]，采用合理的污染評價方法，選取恰當的土壤環境標準，才能確定土壤環境容量，識別土壤重金屬污染狀況，滿足土壤環境管理和決策需要[6]。大多數學者將土壤環境標準與土壤污染評價割裂研究，難以保證評價結果的準確性，對污染防治工作帶來困擾。

土壤重金屬污染已成為近年來國內外研究的熱點。眾多學者采用不同的研究方法對流域[7-9]、城郊區[10-12]、工礦區[13-14]、農田罐區[15-16]和自然保護區[17-18]土壤中的重金屬元素的來源、含量、分布和評價進行了報道。但是旱區鹽湖盆地區的研究缺乏，且評價選用的標準[19]至今已23年，選用地區背景值[20]至今已28年，已不適應當前土壤環境管理的需求，從而導致對當前土壤環境容量和土壤污染評價結果造成一定的偏差，且評價方法選取欠妥，評價過程中缺乏多種方法聯合運用，很難達到預期的效果。

本研究針對上述問題，對西北旱區吉蘭泰鹽湖盆地不同土層鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）進行測定分析，揭示空間分布特征，確定土壤環境背景值，對表土用六種方法進行評價及對比分析，旨在為西北旱區鹽湖盆地流域積累環境要素基本數據、資料，為確定環境容量，制定土壤環境標準基本數據，為社會經濟發展中土壤環境保護、土壤質量評價、土壤污染治理、土壤環境風險預警和土壤資源合理利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

吉蘭泰鹽湖盆地地處歐亞大陸腹地（38o50′～40o45′N，105°00′～106°40′E），面積20 025 km2，高程變化1 013～3 159 m（圖1），平均海拔高度為1 020 m。屬典型的大陸性干旱氣候，干旱少雨，冬寒夏熱，盆地西北部的巴音烏拉山和東南部賀蘭山由前震旦系區域變質巖系和火成巖系構成，盆地中心為第四紀更新統湖積物堆積，巴音烏拉山和賀蘭山山前為更新統洪積物分布[21]。盆地東北部被烏蘭布和沙漠所覆蓋，形成沙山、沙丘、沙壟和平沙等地貌景觀，植被稀少覆蓋度較低。盆地有五大地貌單元，即侵蝕地形地貌、剝蝕地形地貌、堆積地形地貌、風成地形地貌和其他微地形地貌。

圖1 研究區地理位置及土壤采樣點圖

吉蘭泰鹽湖盆地主要行政區劃屬內蒙古阿拉善盟吉蘭泰鎮，沙區外圍周邊交通情況較為發達，有包蘭鐵路、京藏高速公路、110國道、109國道、烏巴省級公路等，南部有烏—吉鐵路專用線[22]。區內以吉蘭泰鹽湖鹽業及副產品工業為主，包括少量農業、畜牧業和商業等共存的多元化經濟結構，其中吉蘭泰鹽湖是我國重要的鹽業生產基地，在全國鹽業生產工業中具有舉足輕重的地位。

1.2 樣品采集與分析

考慮地形、土地利用類型、自然氣象要素等綜合因素，2016年7─8月以隨機布點法采樣，共40個采樣點（圖1）。每個土壤采樣點以手持GPS定位，分表土層（0～10 cm）、心土層（–50 cm）和底土層（–100 cm）3層采樣，每個樣品質量約1 kg，共采集120個代表性樣品。裝入聚乙烯塑料袋。

土壤Hg和As通過北京普析通用PF6-2型雙道全自動原子熒光光度計測定，檢出限分別為Hg< 0.001 μg·kg–1、As <0.01 μg·kg–1，精密度< 1.0%，測試線性范圍>103；Cr 通過日立Z-2700型石墨爐原子吸收分光光度計測定，檢出限為0.004 mg·kg–1，精密度≤1.0%，樣品殘留≤10–5。每個樣品均采用3組平行實驗，取均值作為樣品測定的最終量。

1.3 土壤背景值計算

區域土壤背景值指一定區域內，遠離工礦、城鎮和公路，無或無有過“三廢”污染影響的土壤中有毒物質在某一保證率下的含量，其公式為[20，23]

1.4 評價方法

2 結 果

2.1 土壤中Cr 、Hg 、As 的空間分布

分析吉蘭泰鹽湖盆地表層土壤Cr、Hg、As的空間分布（圖2），土壤中Cr含量的高值區主要分布于吉蘭泰鹽湖盆地北部的烏蘭布和沙漠和巴音烏拉山地區，在鹽湖盆地的西南局部區域也出現Cr含量的高值區（圖2a），這種分布的主要原因為上游巴音烏拉山丘區存在含Cr礦物，經多年雨季溶解隨季節性河流順流而下，造成該區Cr含量的較高分布；Hg含量高值區主要位于吉蘭泰鹽湖盆地的西南低山丘陵地區（圖2b），且主要分布在圖格力高勒溝和沙爾布爾的溝附近區域，原因是地勢較高的上游低山臺地地區有含Hg礦物，經過雨水沖刷被帶到溝中，多年水走鹽留的累積，形成研究區西南部Hg含量較高，且該區域被省道218穿過，車流量較大，尾氣中重金屬Hg污染較為嚴重，Hg排放到空氣中，經大氣沉降和雨水沖刷到溝中，經多年的累積，導致該區Hg濃度較高[26]；該區土壤As元素濃度較高區域主要分布在鹽湖西北部區域，這是多年蒸發濃縮導致（圖2c）。總體上，3種重金屬元素在吉蘭泰鹽湖盆地區呈現了明顯的斑塊分布特征，表明研究區表層土壤在天然水文地球化學作用下，可能局部受到生活垃圾排放、交通運輸、工業排放和大氣沉降等的影響。

表1 評價標準建議值

2.2 土壤背景值

對樣品的各分析數據做必要的檢驗，剔除可疑污染土樣，以保證區域土壤環境背景值的真實性。可疑污染土樣常采用平均值加標準差的方法[20，23-24]剔除，如采用平均值加二倍標準差的方法，對于1>+2的樣品視為可疑污染，予以剔除，該法對于成土母質相對均一的地區適用，而且簡單[23]。將其污染點剔除后再計算，得到更為精確的背景值，對該區污染狀況進行較為準確的評價。

鹽湖盆地位于內蒙古西部的阿拉善盟，南鄰寧夏，西鄰新疆，西南與甘肅接壤，通過對比分析，可以看出，研究區Cr背景值較低，Hg背景值較高，As元素與區域甘肅最為接近（表3）。

2.3 土壤Cr 、Hg 、As 污染評價

單因子污染指數法表明，表層土壤Hg污染（77.5%）大于Cr污染（47.5%）大于As污染（55%），且Cr 、Hg 的評價結果中均出現中度污染，分別為5%、12.5%，As均處于輕微及以下污染狀態；地累積指數法評價結果顯示，表層土壤Hg污染（60%）大于As污染（15%）大于Cr污染（7.5%），且Hg 的評價結果中出現中度和強度污染，分別為10%、25%；生態風險指數法可以看出，該區表層土壤Hg污染（77.5%）大于Cr污染（0%）和As污染（0%），且Hg 的評價結果中出現極強生態風險為22.5%，強度及以上分險為55%，Cr、As均處于輕微生態風險狀態（表4）。

單因子污染指數法評價的Cr、As上限均在輕微污染內，但Cr存在5%的異常值屬于中度污染，Hg上限屬于中度污染，且所占比例為12.5%，Cr、Hg、As上四分位數、中值均在輕微污染內，下四分位數均為未污染狀態且Cr、Hg、As未污染狀態；地累積指數法Cr、As上限均在未污染狀態，且所占比例分別為92.5%、85%，Hg上限屬于中度，且所占比例之和為10%，Hg上四分位數均在輕微污染內，且所占比例之和為25%，Cr、Hg、As中值、下四分位數均處于未污染內且所占比例為分別為92.5%、85%、40%；生態風險指數法評價結果中Cr、As上限均在輕微污染狀態，Hg上限屬于極強風險，且所占比例為22.5%，上四分位數在很強風險內，且所占比例為7.5%（表4，圖4）。三種方法相互對比，相互驗證可看出該區表土存在污染，Cr、Hg、As整體處于輕微污染狀態，但Hg存在較大的生態風險，且Hg的生態風險大于Cr和As，應引起相關部門重視。

圖3 Q-Q圖正態檢驗

表2 研究區土壤Cr、Hg、As含量剔除后的統計值

表3 世界范圍和我國、以及其他相近地區的Cr、Hg、As背景值

表4 簡單指數法評價結果

潛在生態風險綜合指數法、內梅羅綜合污染指數法和污染負荷指數法評價結果（表5）顯示，污染程度依次為潛在生態風險綜合指數法、內梅羅綜合指數法、污染負荷指數法。潛在生態風險綜合指數法評價結果綜合風險指數均處于強度及以下污染水平，強度污染占22.5%，中度污染占12.5%，其他65%均處于輕微污染水平；內梅羅綜合污染指數法評價中，處于中度污染占5%，90%的取樣點處于輕微污染狀態，2.5%的取樣點處于尚清潔污染狀態；污染負荷指數法評價中，存在中度污染占5%，其他均處于輕微及以下。

綜合指數法評價結果（圖5）可看出，潛在生態風險綜合指數法大于內梅羅綜合指數法大于污染負荷指數法；潛在生態風險綜合指數法的結果整體上處于中度及以下風險，上限處于強度污染水平，上四分位數處于中度污染水平，中值處于輕微污染水平；內梅羅綜合指數法整體上處于輕微污染，綜合污染指數上限處于中度污染水平，上四分位數、中值和下四分位數均處于輕微污染水平，下線處于無污染水平；污染負荷指數法整體上處于輕微污染，綜合污染指數上限處于中度污染水平，上四分位數與中值均處于輕微污染水平，下四分位數處于無污染水平；三種方法相互對比，相互驗證可看出該區表土已存在污染，綜合污染整體上處于輕微污染狀態，但綜合生態風險相對較大。

圖4 簡單指數法評價結果

表5 綜合指數法評價結果

圖5 綜合污染指數箱線圖

如果多種評價方法的評價結果間顯著相關，表明這些評價方法具有可比性[27-28]。單因子指數法、生態風險指數法和地累積指數法評價結果具有顯著的相關性，相關系數均達到0.80（=0.01）以上；單因子指數法和生態風險指數法評價結果具有高度一致性和相關性，相關系數達到0.94以上，但兩者的污染評價等級均低于或等于地累積指數法，這可能與地累積指數法的非線性算法及參比算法有關；綜合指數法中潛在生態風險綜合指數法、污染負荷指數法和內梅羅綜合污染指數法評價結果顯著相關，相關系數0.65（=0.01）以上；三種綜合指數法均與三種簡單指數法對Hg的評價結果具有較好的相關性，相關系數達到了0.53（=0.01）以上，而與Cr、As均無顯著相關性，這說明該區土壤三種重金屬中Hg 的污染明顯（表6）。

表6 不同方法評價結果的相關分析

注：“**”0.01水平顯著相關，“*”0.05水平顯著相關，樣本數40 Note：The“**”0.01 level was significantly correlated，and the“*”0.05 level was significantly correlated with a sample size of 40

3 討 論

吉蘭泰鹽湖盆地土壤中普遍含有Cr、Hg、As，其含量、時空分布變化基本符合旱區盆地物理化學特征天然形成規律，但存在局部髙值區域可能與人類活動影響、天然特征與氣候或水文地球化學演化規律相關，如24～18 cal ka BP到5.5 cal ka BP時期，吉蘭泰湖區所在這一季風邊緣區域氣候干旱，期間受到天然水文地球化學作用和古氣候特征條件的影響，干旱加劇，湖泊開始不斷萎縮，各種化學成分不斷沉積，鹽度不斷升高和富集[29-30]，Cr、Hg、As也因此含量增高。鹽湖盆地常年蒸發強烈、干旱少雨，地下水埋深較淺區域，地下水通過毛細作用不斷向地表運移，在地表高溫蒸發條件下，各種化學成分開始濃縮并富集在表層土壤中，造成土壤Cr、Hg、As局部偏高。土壤化學組成深受成土母質影響，西北巴音烏拉山主要為棕紅色、褐紅色砂質泥巖等，東南賀蘭山主要為灰綠～灰黑色混合質角閃斜長片麻巖等，盆地內主要為石英、斜長石等[21-22]，不同巖石礦物化學組成及含量差別顯著，造成土壤中Cr、Hg、As含量差異較大；大量燃燒化石燃料、過量使用化肥等人類活動也是導致土壤中Cr、Hg、As含量懸殊的重要原因之一。因此，鹽湖盆地土壤中Cr 、Hg 、As含量差異及空間分布特征受到成土母質、天然水文地球化學作用、氣候特征條件和人類活動等綜合作用的影響。

吉蘭泰鹽湖盆地土壤中Cr 、Hg 、As 總體具有相似的空間分布特征，這與高瑞忠[31]等對吉蘭泰鹽湖盆地地下水中Cr6+、Hg、As的高值區分布相似，表明該區域土壤與地下水化學特征具有一定聯系。本研究率定的土壤重金屬元素背景值與中國環境監測總站《中國土壤元素背景值》中內蒙古、甘肅、新疆、寧夏等相近地區土壤背景值相比，整體含量Cr相對較低，Hg相對較高，As與之相近。單因子指數法、生態風險指數法和地累積指數法評價結果具有較好的相關性，相關系數均在0.80以上，這與周長松[27]、謝志宜[28]等的研究結果一致，但生態風險指數法和潛在生態風險綜合指數法由于引用毒性響應系數，致使評價結果的客觀性較差。多種方法評價結果對比分析表明鹽湖盆地土壤重金屬污染依次為Hg、Cr、As，綜合指數法得出該區表土存在污染，綜合污染整體上處于輕微污染狀態，且綜合生態風險相對較大，盡管依據環境背景值進行評價顯示盆地存在污染分布區域，但張阿龍等[26]對吉蘭泰鹽湖盆地土壤Cr、Hg、As污染負荷特征與健康風險評價的研究表明，該區Cr、Hg、As污染對人體健康不造成危害，屬于人體可耐受風險。不同評價指標的標準值與實測值復雜交叉，致使不同方法評價結果存在差異，故實際應用中應適當選用。盆地東北沙漠區域布點相對較少，對研究造成一定程度的影響，想要細致的掌握該區地土壤重金屬污染分布狀態和詳細的污染來源，需在后續研究中，增加采樣密度，進行分區（農業區、工業區、沙漠牧區）小尺度的詳細研究，以揭示該區土壤重金屬空間變異性，以及沙地土壤重金屬評價與污染源查找的研究。

4 結 果

鹽湖盆地表層土壤中Cr 、Hg 、As 總體具有相似的空間分布特征，Cr、Hg、As背景值分別為27.89 mg·kg–1、0.039 mg·kg–1、12.83 mg·kg–1，其形成受到成土母質、天然水文地球化學作用和氣候特征條件等綜合作用的影響，局部受到人類活動的擾動，單因子污染指數法、綜合指數法Cr、Hg、As整體處于輕微污染狀態，Hg較Cr、As存在的生態風險和綜合生態風險大，且單因子污染指數法的土壤污染等級評價結果大于綜合污染指數法。本研究的背景值、評價思路與成果對西北旱區鹽湖盆地流域確定環境容量、生態研究、開展區域環境質量評價、社會經濟發展具有一定的參考價值。

［1］ Chen J Z，Chen J，Xie X J，et al．Soll pollution and its environmental impact. Soils，2003，35（4）：298—303. [陳晶中，陳杰，謝學儉，等. 土壤污染及其環境效應. 土壤，2003，35（4）：298—303.]

［2］ Guo W，Sun W H，Zhao R X，et al. Characteristic and evaluation of soil pollution by heavy metal in different functional zones of hohhot. Environmental Science，2013，34（4）：1561—1567. [郭偉，孫文惠，趙仁鑫，等. 呼和浩特市不同功能區土壤重金屬污染特征及評價. 環境科學，2013，34（4）：1561—1567.]

［3］ Hong J P. Soil pollution and prevention. Beijing：China Agricultural Press，2011. [洪堅平. 土壤污染與防治. 北京：中國農業出版社，2011.]

［4］ Dai B，Lü J S，Zhan J C，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. Environmental Science，2015，36（2）：507—515. [戴彬，呂建樹，戰金成，等. 山東省典型工業城市土壤重金屬來源、空間分布及潛在生態風險評價. 環境科學，2015，36（2）：507— 515.]

［5］ Zhou H，Zeng M，Zhou X，et al. Assessment of heavy metal contamination and bioaccumulation in soybean plants from mining and smelting areas of southern Hunan Province，China. Society of Environmental Toxicology and Chemistry 2013，32（12）：2719—2727.

［6］ Qi J Y，Zhang H L，Li X P，et al. Concentration，spatial distribution，and risk assessment of soil heave metals in a Zn-Pb mine district in southern China. Environmental Monitoring and Assessment，2016，188（7）：413.

［7］ Zhang Y X，Song B，Chen T B，et al. Spatial distribution study and pollution assessment of Pb in soils in the Xijiang River drainage of Guangxi. Environmental Science，2018，39（5）：2446—2455. [張云霞，宋波，陳同斌，等. 廣西西江流域土壤鉛空間分布與污染評價. 環境科學，2018，39（5）：2446—2455.]

［8］ Lui C，Song B，Zhang Y X，et al. Spatial variability and contamination of Arsenic in soils of Xijiang River Basin. Environmental Science，2018，39（2）：899—908. [劉暢，宋波，張云霞，等. 西江流域土壤砷含量空間變異與污染評價. 環境科學，2018，39（2）：899—908.]

［9］ Song B，Yang Z J，Zhang Y X，et al. Accumulation of Cd and its risks in the soils of the Xijiang River drainage Basin in Guangxi. Environmental Science，2018，39（4）：1888—1900. [宋波，楊子杰，張云霞，等. 廣西西江流域土壤鎘含量特征及風險評估. 環境科學，2018，39（4）：1888—1900.]

［10］ Zheng Q Z，Wang C D，Wang S H，et al. Spatial variation of soil heavy metals in Lin’an city and its potential risk evaluation. Environmental Science，2018，39（6）：2875— 2883. [鄭睛之，王楚棟，王詩涵，等. 典型小城市土壤重金屬空間異質性及其風險評價：以臨安市為例. 環境科學，2018，39（6）：2875—2883.]

［11］ Zhang W C，Lü S L，Liu D Y，et al. Distribution characteristics of heavy metals in the street dusts in Xuanwei and their health risk assessment. Environmental Science，2015，36（5）：1810—1817. [張文超，呂森林，劉丁彧，等. 宣威街道塵中重金屬的分布特征及其健康風險評估.環境科學，2015，36（5）：1810—1817.]

［12］ Dai J R，Pang X G，Song J H，et al. A study of geochemical characteristics and ecological risk of elements in soil of urban and suburban areas of Zibo City，Shandong Province. Geology in China，2018，45（3）：617—627. [代杰瑞，龐緒貴，宋建華，等. 山東淄博城市和近郊土壤元素地球化學特征及生態風險研究. 中國地質，2018，45（3）：617— 627.]

［13］ Liu W，Yang J J，Wang J，et al. Contamination assessment and sources analysis of soil heavy metals in opencast mine of East Junggar Basin in Xinjiang. Environmental Science，2016，37（5）：1938—1945. [劉巍，楊建軍，汪君，等. 準東煤田露天礦區土壤重金屬污染現狀評價及來源分析. 環境科學，2016，37（5）：1938—1945.]

［14］ Guo Y ，Li Y B，Xue S G，et al. Risk analysis of heavy metal contamination in farmland soil around a bauxite residue disposal area in Guangxi. Environmental Science，2018，39（7）：3349—3357. [郭穎，李玉冰，薛生國，等. 廣西某赤泥堆場周邊土壤重金屬污染風險. 環境科學，2018，39（7）：3349—3357.]

［15］ Xu M M，Liu A F，Shi R G，et al. Characteristics of heavy metals pollution of farmland and the leaching effect of rainfall in Tianjin. Environmental Science，2018，39（3）：1095—1101. [許萌萌，劉愛風，師榮光，等. 天津農田重金屬污染特征分析及降雨瀝浸探究. 環境科學，2018，39（3）：1095—1101.]

［16］ Wang Y J，Ou M H. Contents and distribution of soil nutrients and heavy metal elements in farmlands of Xuzhou. Acta Pedologica Sinica，2017，54（6）：1438—1450. [王玉軍，歐名豪. 徐州農田土壤養分和重金屬含量與分布研究. 土壤學報，2017，54（6）：1438—1450.]

［17］ Li S L，Jin Y H，Wang D，et al. Assessment of contamination and spatial distribution of Zn and Pb in roadside soils of Changbai Mountain Nature Reserve. Chinese Journal of Soil Science，2012，43（2）：477—483. [李善龍，金永煥，王鐸，等. 長白山自然保護區道路影響域土壤Zn和Pb分布及污染分析. 土壤通報，2012，43（2）：477—483.]

［18］ Tan X A，Wang P，Wang Q，et al. Evaluation on heavy metals’ contamination in the soils of wetlands in Dashanbao Black-necked Crane National Nature Reserve. Wetland Science，2016，14（6）：916—922. [譚小愛，王平，王倩，等. 大山包黑頸鶴國家級自然保護區濕地土壤重金屬污染評價. 濕地科學，2016，14（6）：916— 922.]

［19］ State Environmental Protection Administration，State Bureau of Technical Supervision. GB15618–1995 Soil environmental quality standards. Beijing：China Standards Press，1995. [國家環境保護總局，國家技術監督局. GB15618–1995土壤環境質量標準. 北京：中國標準出版社，1995.]

［20］ China Environmental Monitoring Station. Background value of soil elements in China. Beijing：Science Press，1990. [中國環境監測總站.中國土壤元素背景值. 北京：科學出版社，1990.]

［21］ Yu Z T，Liu X Q，Wang Y，et al. Evolution of Jilantai Salt Lake，Inner Mongolia in the lat 13.8 ka. Journal of Lake Sciences，2012，24（4）：629—636. [于志同，劉興起，王永，等. 13.8ka以來內蒙古吉蘭泰鹽湖的演化過程. 湖泊科學，2012，24（4）：629—636.]

［22］ Gao R Z，Zhang A L，Zhang S，et al. Spatial distribution characteristics and potential ecological risk assessment of Cr、Hg and As in soils of the Salt Lack Basin in northwest China. Acta Ecologica Sinica，2019，39（7）：2532—2544. [高瑞忠，張阿龍，張生，等. 西北內陸鹽湖盆地土壤重金屬鉻、汞、砷空間分布特征及潛在生態風險評價. 生態學報，2019，39（7）：2532—2544.

［23］ Yang X Y，Yang G Z. Distribution and numerical test of soil background values. Environmental Science，1983，4（2）：17—22. [楊學義，楊國治. 土壤背景值的布點和數值檢驗. 環境科學，1983，4（2）：17—22.]

［24］ Xia J Q. Detailed understanding of soil environmental quality standards. Beijing：China Agricultural Press，1994. [夏家淇. 土壤環境質量標準詳解. 北京：中國農業出版社，1994.]

［25］ Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control：A sedimentological approach. Water Research，1980，14（8）：975—1001.

［26］ Zhang A L，Gao R Z，Zhang S，et al. Pollution load characteristics and health risk As sessment of heavy metals Cr，Hg and As in salt lake basin of the northwest arid area，China. Arid Zone Research，2018，35（5）：1057—1067. [張阿龍，高瑞忠，張生，等. 吉蘭泰鹽湖盆地土壤鉻、汞、砷污染的負荷特征與健康風險評價. 干旱區研究，2018，35（5）：1057—1067.]

［27］Zhou C S，Zou S Z，Li L J，et al. Comparison of evaluation methods for soil heavy metals contamination. Earth and Environment，2015，43（6）：709—713. [周長松，鄒勝章，李錄娟，等. 幾種土壤重金屬污染評價方法的對比. 地球與環境，2015，43（6）：709—713.]

［28］ Xie Z Y，Zhang Y J，Chen D Q，et al. Research on assessment methods for soil heavy metal pollution：A case study of Guangzhou. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（7）：1329—1337. [謝志宜，張雅靜，陳丹青，等. 土壤重金屬污染評價方法研究——以廣州市為例. 農業環境科學學報，2016，35（7）：1329—1337.]

［29］Yu G，Lai G Y，Liu J，et al. Late MIS 3 climate simulations. Quaternary Sciences，2003，23（1）：12—24. [于革，賴格英，劉健，等. MIS3晚期典型階段氣候模擬的初步研究. 第四紀研究，2003，23（1）：12—24.]

［30］ Shi Y F，Kong Z C，Wang S M，et al. Climates and environments of the holocene Mega thermal maximum in China. Science in China，1994，37（4）：481—493.

［31］ Gao R Z，Qin Z Y，Zhang S，et al. Health risk assessment of Cr6+，As and Hg in groundwater of Jilantai salt lake basin，China. China Environmental Science，2018，38（6）：2353—2362. [高瑞忠，秦子元，張生，等. 吉蘭泰鹽湖盆地地下水Cr6+、As、Hg健康風險評價. 中國環境科學，2018，38（6）：2353—2362.]

Evaluation Using Numerous Methods of Distribution of Heavy Metals Cr , Hg and As in Jilantai Salt Lake Basin

ZHANG Along1, GAO Ruizhong1, 2?, ZHANG Sheng1, 2, JIA Debin1, 2, DU Dandan1, 2, QIN Ziyuan1, WANG Xixi3

(1. Institute of Water Conservancy and Civil Engineering,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018 China; 2. Inner Mongolia Key Laboratory of Water Resources Protection and Utilization,Hohhot 010018, China; 3. Old Dominion University,Norfolk 23529, USA)

In recent years, the study on heavy metal pollution in soil has become popular. Although quite a number of scholars reported achievements in this field, they have not overcome the defects in regional background value and evaluation method, especially in salt lake basins in the arid region. So, it was difficult for them to achieve accurate results. The objective of this paper is to characterize spatial distribution and determine environmental background values of heavy metals pollutants, to evaluate soil quality using different methods, and to investigate sources of heavy metals pollution in salt lake basins, in an expectation to provide certain scientific reference for researchers in studies on accumulating basic data, determining environmental capacity, setting up soil environmental standards, protecting soil environment, eliminating soil environmental risks, rationalizing utilization of soil resources and so on and for government policy-makers in all these fields.The Jilantai Salt Lake Basin, located in the arid region of Northwest China, was selected as the object for the study. Soil samples were collected from topsoil (0 to 10 cm), subsoil (50 cm) and substrate (100 cm) in the study area using the random arrangement method. Heavy metals (e.g. Cr, Hg and As) for analysis of chemical composition in the Inner Mongolia Key Laboratory of Water Resources Protection and Utilization. Spatial distribution of Cr, Hg and As was characterized through geo-statistical interpolation maps and background values of the elements in the soil environment were determined as benchmarks for evaluation of soil quality. Six commonly used methods (i.e. single factor index, geo-accumulation index, ecological risk index method, Nemero index, potential ecological risk integration index and pollution load index) were used to evaluate soil quality for comparison analysis.Results show that the three heavy metal elements, Cr, Hg, and As, in the Jilantai Basin, were on the whole quite similar in spatial distribution characteristic; the background value of Cr, Hg and As in the soil of the basin was 27.89 mg·kg–1, 0.039 mg·kg–1and 12.83 mg·kg–1, respectively; Cr was higher in the Bayinwula Mountain Region, the Wulanbuhe Desert Region, and the hilly southwestern part of the study area; Hg was higher only in the northeastern and the hilly southwestern parts of the study area; and As was higher areas near the lake, the Helan Mountain Region, the Bayinwula Mountain Region, and the Wulanbuhe Desert Region. The evaluation based on background value reveals that the three pollution elements in the topsoil of the study area followed a decreasing order of Hg > Cr > As in pollution level; the evaluation using the simple factor index method shows that Cr, Hg and As were all light in pollution level in the study area; the evaluation using the ecological risk method indicates that Hg was higher than Cr and As in ecological risk; and the evaluation using the comprehensive pollution index method suggests that the pollution of the three elements, when talked about separately, was slight in the topsoil, but their comprehensive ecological risk was high. The pollution level evaluated with the simple factor index methods was higher than that evaluated with the comprehensive pollution index method, Furthermore, the correlation coefficients of the evaluations using the two methods, simple and comprehensive, reached over 0.80 and 0.65 (=0.01), respectively. In evaluating Hg, all the evaluations using the three comprehensive pollution index methods were significantly correlated with those using the three simple factor index methods, with correlation coefficient being 0.53 (=0.01), while no significant correlations were found with the other two heavy metal elements.It can be concluded from the spatial distribution characteristics and the evaluations that the presence of Cr, Hg and As in the surface soil of the salt lake basin is subject to the comprehensive impact of soil-forming parent material, natural hydro-geochemistry and climatic conditions, and partially to the disturbance of human activities.

Heavy metals in soil; Spatial distribution; Background value; Evaluation

P285.1；S159.9

A

10.11766/trxb201810160364

張阿龍，高瑞忠，張生，賈德彬，杜丹丹，秦子元，王喜喜. 吉蘭泰鹽湖盆地土壤重金屬鉻、汞、砷分布的多方法評價[J]. 土壤學報，2020，57（1）：130–141.

ZHANG Along，GAO Ruizhong，ZHANG Sheng，JIA Debin，DU Dandan，QIN Ziyuan，WANG Xixi. Evaluation Using Numerous Methods of Distribution of Heavy Metals Cr，Hg and As in Jilantai Salt Lake Basin[J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（1）：130–141.

* 國家自然科學基金項目（51969022）、內蒙古自然科學基金項目（2018MS05006）和美國國家自然科學基金項目（100653-010）資助Supported by the National Natural Science Foundation（No. 51969022），the Inner Mongolia Natural Science Foundation of China（No. 2018MS05006）and the National Science Foundation of the United States（No. 100653-010）

，E-mail：ruizhonggao@qq.com

張阿龍（1992─），男，漢族，內蒙古呼和浩特市人，碩士研究生，主要從事干旱半干旱地區氣候-水文-土壤特征解析與診斷性方面的研究。E-mail：562061251@qq.com

2018–10–16；

2018–11–22；

2019–04–03

（責任編輯：盧 萍）