滇西地區土壤重金屬來源解析及空間分布

王喬林,宋云濤,王成文,徐仁廷 ,彭 敏,周亞龍,韓 偉* (1.中國地質科學院,地球物理地球化學勘查研究所,河北 廊坊 065000；2.中國地質調查局,土地質量地球化學調查評價研究中心,河北 廊坊 065000；3.中國地質科學院,地球表層碳-汞地球化學循環重點實驗室,河北 廊坊 065000)

現代工業的迅速發展,使得地球表層土壤中重金屬元素的分布模式發生了顯著的改變[1].根據文獻報道,中國被重金屬污染的耕地也達有數萬 hm2[2],土壤重金屬問題成為學術界和各國政府廣泛研究和持續關注的熱點.

土壤中重金屬含量主要受到成土母質和人類活動的影響[3],人類活動主要包括采礦活動、煤炭燃燒、農業生產中農藥化肥施用、污水灌溉、大氣降塵、汽車尾氣等[4];通常成土母質是土壤中重金屬含量的主要控制因素[5],但是在某些區域人類活動對土壤中重金屬的貢獻率能夠超過成土母質[6].中國西南地區地質背景復雜特殊,使得土壤重金屬具有天然的高背景屬性[7],西南地區已查明重金屬污染耕地面積為219.5萬hm2,占全國污染耕地總面積的28.9%[8].已有研究表明,中國西南土壤重金屬高背景分布與其特殊地質過程密切相關,土壤中重金屬元素多呈現“高背景、低活性”狀態[9],在自然狀態下重金屬活性相對較低.隨著人類活動的加劇,土地利用方式、土壤理化性質和構型均發生變化,可能使得部分重金屬元素活化,進而導致農產品處于一種高度脅迫狀態[10].因此,對滇西重金屬高背景區土壤中重金屬的來源進行解析非常重要.相關研究[11-13]表明多元統計和地統計分析相結合的方法是解析土壤中重金屬來源和空間分布特征的重要工具.

近 20a來,國內學者針對重金屬開展了大量研究,但是研究區域多集中于經濟發展水平較高、人類活動密集的平原區域[14-23],針對滇西高原和山地景觀區土壤重金屬的研究相對比較匱乏.滇西地區是中國陸路通往南亞、東南亞最便捷的陸上通道,隨著“一帶一路”國家戰略建設進程的深入,人類生產生活對土壤的擾動也日益突出.滇西地區農業優勢獨特,其中保山是著名的“滇西糧倉”和世界最大的小?？Х确N植基地,而臨滄是世界最大的紅茶產地.因此,本文選擇滇西地區為研究區,采用單因素方差分析不同成土母質和土地利用方式間土壤重金屬的含量差異,利用相關分析和主成分分析等經典統計方法解析重金屬來源,應用地統計方法分析了8種重金屬的空間分布特征,旨在為滇西地區土壤環境評價和土地資源的合理利用提供科學依據.

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于云南省西南部,行政區包括保山市的隆陽區、施甸縣、昌寧縣和臨滄市的鳳慶縣、云縣(圖 1),國土面積約 16700km2.研究區地處橫斷山脈滇西縱谷南端,地形以山地為主,丘陵崗地和山間盆地呈零星分布.研究區屬低緯山地亞熱帶季風氣候帶,受復雜地形地貌影響形成“一山分四季,十里不同天”的立體氣候,年均氣溫 14～17℃,降水豐沛,年降雨量 700～2100mm.研究區內土壤按成土母巖的巖性可以分為沉積巖母質區、變質巖母質區、侵入巖母質區、火山巖母質區和松散沉積物母質區(圖2a),其中沉積巖區分布面積最廣泛,占比 56.36%,變質巖區占比19.03%,侵入巖區占比12.75%,火山巖區占比8.69%,松散沉積物區分布面積最小僅占3.17%.研究區內土地利用方式受地形地貌多樣性的影響(圖 2b),用地類型主要為林地(55.63%)和旱地(25.98%),兩種用地類型所占比例高達 81.61%,其中草地(6.68%)、園地(5.12%)和水田(4.31%)所占比例較小,建筑用地(2.28%)呈零星分布.區內礦產資源豐富,主要礦種為硅石礦、煤礦、鉛鋅礦、銅礦和鐵礦.研究區工農業生產條件優越,礦業采選和茶葉等經濟作物種植是當地經濟的支柱產業.

圖1 研究區位置Fig.1 Location map of study area

圖2 滇西地區成土母質及土地利用Fig.2 Soil parent material and land use map in western Yunnan

1.2 樣品采集與測試

樣品采用網格布樣采集結合3S技術進行.室內在分析研究區土地利用圖、土壤類型圖和地質圖等基礎資料上,利用 Arcgis 10.2軟件按照雙層網格(2km×2km,1km×1km)進行采樣點的布設,即以每1km2為1個采樣單元,每個采樣單元采集1件樣品,采樣點部署在單元中心點附近并盡量避免人為污染因素,采用多點組合法在樣點 100m 范圍內采集0～20cm表層土壤樣品約1kg裝入干凈布袋;原始土壤樣品經自然干燥后用木槌敲碎過 10目(2mm)尼龍篩,棄去樣品中的植物碎片、巖屑、原生礦物顆粒等雜物后備用;分析樣以4km2為1個單元,將該單元內4個樣品各取100g土壤充分混勻后裝入干凈的聚乙烯樣瓶,共獲取土壤分析樣4193件,送至中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所分析測試研究中心進行分析測試.將分析樣研磨至粒徑小于200 目(0.075mm)后分析 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量.其中Cd、Cu、Ni、Pb和Zn采用電感耦合等離子體質譜儀(I cap Qc)測定,檢出限分別為0.03、1、2、2和4mg/kg; As和Hg采用原子熒光光譜儀(XGY-2020)測定,檢出限為1和0.0005mg/kg;Cr采用 X射線熒光光譜儀(PW4400/40)測定,檢出限為5mg/kg,同時分析了Fe2O3和MgO含量,檢出限為 0.05mg/kg.通過國家一級土壤標準物質(GBW系列)檢驗分析方法的準確度和精密度,隨機抽取5%的樣品進行平行測試,重復樣合格率 100%,數據分析質量符合相關要求[24].

1.3 數據處理與分析

本研究運用SPSS 20.0和Excel 2013對數據進行統計分析;變異函數擬合和利用 Mintab 17、GS+9.0進行;空間插值利用 Arcgis10.2的地統計模型進行.

2 結果與討論

2.1 重金屬元素描述性統計分析

研究區土壤重金屬描述性統計結果表明(表 1):As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和 Zn的含量平均值分別為 20.1,0.20,104,37.0,0.14,44.9,43.1和98.5mg/kg,8種重金屬元素平均含量均低于污染風險篩選值,但是均超過全國土壤背景值[25],顯示研究區為典型土壤重金屬高背景區,特別是 Hg、Pb和Cr的含量平均值分別為全國背景值的 2.44,1.54和1.53倍;與云南省土壤背景值[26]相比較,多數重金屬元素含量平均值與云南省土壤背景值相當,但是 Hg和 Cr的平均含量分別是云南省背景值的 2.35和1.60倍,表明在特殊的地質背景和人類生產活動共同影響下,滇西地區土壤中重金屬發生了不同程度的累積.總體來看,研究區土壤重金屬含量平均值均低于農用地土壤污染風險篩選值[27],土壤環境整體清潔.

表1 研究區土壤重金屬描述性統計結果Table 1 Descriptive statistical results of soil heavy metals in the study area

土壤中重金屬 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和 Zn含量變化幅度都很大,分別為 0.67～909,0.02～5.35,1.04～592,1.39～652,0.003～6.81,3.60～386,4.34～3 363和21.3～1943mg/kg.研究區土壤pH值的平均值為 5.7,呈酸性,相關研究表明酸性條件下,土壤中重金屬容易發生遷移[28],隨著時間的累積,土壤中重金屬在人類生產活動影響下受到外源重金屬污染的影響趨勢明顯.變異系數(CV)為標準差與平均值的比值,可以表征不同量綱數據的離散程度,Wilding[29]將變異系數分為高度變異(CV＞0.36)、中等變異(0.16＜CV＜0.36)和低度變異(CV＜0.16),除pH值屬于低度變異外,8種重金屬元素全部達到高度變異,其中As、Cd、Hg和Pb的變異系數大于其他元素,這與呂建樹等[12]對山東省日照市的研究結果接近,表明As、Cd、Hg和Pb可能存在由于人為影響產生的異常值而導致土壤中重金屬分布不均勻.偏度從高到低依次為 Pb＞As＞Hg＞Zn＞Cd＞Cu＞Ni＞Cr,其中Pb、As、Hg、Zn和Cd偏度較高,可能受人類活動影響而產生較大正偏度[30].

2.2 重金屬元素多元統計分析

2.2.1 相關分析 重金屬元素間相關分析可以反應其同源性,為判斷物質來源提供豐富信息.由表 2可以發現,Cr-Ni、Cr-Cu和Ni-Cu兩兩相關系數分別為0.914,0.556和0.546,具有較強的相關關系,并通過0.01水平的顯著性檢驗,說明Cu、Cr和Ni元素之間具有較強的關聯性.Fe2O3、MgO是成土過程中母巖風化形成的重要產物[31],通常自然來源的元素與這些元素有較強的相關性[32],Cu、Cr、Ni與Fe2O3(相關系數分別為 0.808,0.57,0.748)、Cr、Ni與MgO(相關系數分別為0.492和0.504)相關性較高,且通過了 0.01水平的顯著性檢驗,表明 Cu、Cr和Ni主要為自然來源.Pb-Zn和Cd-Zn相關系數分別為0.526和0.600,有較強的相關關系,且通過了0.01水平的顯著性檢驗,一般來說,Cd、Pb和Zn之間較高的相關性說明了人類活動對土壤中重金屬的影響[31];同時Zn、Cd與Fe2O3呈中等程度相關,相關系數分別為0.440和0.369,Cd與Cu、Ni也呈中低程度相關,表明Zn和Cd除了受人類活動的影響外可能在一定程度上也受到自然來源影響.As和 Hg相關系數 0.35,呈中低程度相關,且與其他元素相關關系較弱,表明As和Hg可能主要受人類活動的影響.為了更加準確的判斷重金屬來源,本文進一步通過主成分分析對土壤中重金屬來源進行解析.

表2 土壤重金屬元素相關系數Table 2 Correlation coefficient of heavy metal elements in soil

2.2.2 主成分分析 主成分分析是識別土壤重金屬自然和人為來源的經典多元統計方法[11],其核心是利用降維方法將多項關聯數據轉變為幾類綜合性指標.土壤重金屬主要來源于成土母質與人類活動,主成分分析能夠有效判別重金屬元素的污染來源[18].本文利用 SPSS 20.0首先對測試數據進行KMO 和 Bartlett檢驗,經驗證 KMO 值為 0.75＞0.5,顯著性水平(sig.)0＜0.05,表明原始數據適合進行因子分析[33].基于主成分方法,采用 Kaiser標準化的正交旋轉法并采用最大方差法對因子載荷矩陣進行正交旋轉,根據土壤重金屬含量特征值的方差累計貢獻率(表3),本次截取特征值大于1的3個主因子探討重金屬的來源(圖3),前3個主成分累計貢獻率達76.41%,基本能夠代表數據所包含的信息.

主成分1(PC1)的方差貢獻率為39.63%,Cr、Cu和 Ni的因子載荷分別達到了 0.895、0.880和0.939(表3),Cr、Cu和Ni的變異系數均相對其他元素較低,且與代表土壤性質的Fe2O3、MgO等呈明顯的正相關關系,表明Cr、Cu和Ni可能主要為自然來源[34].雖然Cr和Ni的平均值均超過云南省土壤背景值(表 1),應該是受到研究區沉積巖和火山巖等成土母巖具有較高背景值的影響.一般來說,Cr和Ni是我國城市土壤污染程度最低的重金屬[34],Sun等[35]對吉林德惠和Cai等[36]對廣東惠州的研究均發現土壤中Cr和Ni未受到明顯的人類活動影響,Facchinelli等[37]對意大利西北部地區的研究發現Cu、Cr和Ni這 3種元素被分在一個主成分,主要來源為成土母質.同時,Cd和Zn均在PC1內具有中等程度載荷(表3、圖3b),于元赫等[5]對高青縣的研究和呂建樹等[34]對江蘇海岸帶的研究均認為Cd和Zn含量受到自然地質背景影響.中國地球化學圖集[38]和中國耕地地球化學調查報告[8]清晰顯示:滇西地區土壤和水系沉積物中金屬元素存在異常富集,是我國重金屬元素地球化學高背景的主要分布區.綜上所述,PC1代表了自然背景,主要受到成土母質的控制.

主成分2(PC2)的方差貢獻率為20.16%,Cd、Pb和Zn的因子載荷分別為0.549、0.872和0.673(表3、圖 3),這 3種元素的平均含量均明顯超出各自的土壤背景值(表1),Cd、Pb和Zn的最大值達到了云南省土壤背景值的24.55、82.83和21.66倍,表明這些元素主要受人類活動的影響.研究區工礦業發達,有色金屬礦產開采和選冶是滇西地區重要支柱產業之一.滇西地區優勢礦種主要為煤礦、鐵礦、鉛鋅礦和硅石礦,其中鐵礦和硅石礦儲量居云南省第 1位,煤礦和鉛鋅礦儲量也居云南省前列.袁永強等[16]和周艷等[19]對鉛鋅礦周邊土壤的研究均表明土壤中Cd、Pb、Zn含量主要受有色金屬的開采和選冶影響;Lv等[31]對南四湖地區研究表明,土壤中Cd、Pb、Zn等重金屬含量受煤炭燃燒和交通運輸產生的汽車尾氣影響,研究區內豐富的煤炭資源和密集的交通運輸網也是上述重金屬富集的因素;綜上所述,研究區內西邑、核桃坪等大型鉛鋅礦開采、選冶等礦業活動中產生的廢水、廢渣、廢氣和煤炭的燃燒以及汽車尾氣排放可能是Cd、Pb和Zn的主要來源.因此,PC2主要代表了鉛鋅礦開采選冶和交通運輸等人為來源.

表3 滇西地區土壤重金屬正交旋轉因子載荷Table 3 Orthogonal rotation factor load of soil heavy metals in western Yunnan

主成分 3(PC3)的方差貢獻率為 16.62%,As和Hg的因子載荷分別為0.661和0.867(表3、圖3),As和Hg的平均值均高于云南省背景值,最大值分別為云南省土壤背景值的49.41和117.46倍,雖然As和Hg在一個因子中,但是兩者間較低的相關性(表 2)表明其來源可能存在一定的差異.詳細的文獻研究發現區內西南部地區存在多個如烈馬山、金家山、茅草坡、河元寨和鳳慶小村汞礦等礦床,這些礦床的采選等人類活動決定了Hg在滇西地區土壤中呈現高背景的狀態.同時,Hg作為高穩定性的環境污染物,已有研究表明人類排放的 Hg占全球排放總量的60%～80%[39],煤炭開采燃燒也是其主要來源[30].As的富集與研究區內分布的熱液型礦床密切相關,已有研究表明[40]農業活動中化肥農藥的使用會造成土壤中As的富集.滇西地區農業發達,特別是茶葉、小粒咖啡和澳洲堅果的產量居全國乃至世界首位,農業活動中化肥農藥的大量施用可能也是造成土壤中As富集的重要因素.因此,PC3主要代表了汞礦采選、農業活動及煤炭燃燒等人為來源.

圖3 滇西地區土壤重金屬主成分載荷Fig.3 Factors matrix of heavy metals in western Yunnan

2.3 不同成土母質和土地利用方式土壤重金屬含量差異

成土母質和土地利用方式分別為地質背景和人類活動最具代表性因素.單因素方差分析(ANOVA)對兩者與重金屬含量進行比較可以深入的探討重金屬來源.由表 4可見,不同成土母質土壤重金屬含量存在顯著差異,并通過了 0.05水平上的顯著性檢驗,表明成土母質對重金屬含量具有顯著影響.Cd、Cr、Cu、Hg和 Ni在沉積巖母質土壤中平均含量為0.25,116.10,43.18,0.17和52.06mg/kg,明顯高于其他成土母質,沉積巖區成土母巖主要為碳酸鹽巖,相關研究表明其在風化成壤過程中重金屬元素的富集系數明顯高于其他成土母質[41],可能是沉積巖區重金屬含量偏高的原因;變質巖母質土壤中Ni、Pb、Zn和Cr平均含量為32.47,39.00,78.26和83.33mg/kg,明顯低于其他成土母質,As平均含量(22.89mg/kg)明顯高于其他成土母質,變質巖區土壤整體呈酸性,相關研究表明酸性環境下重金屬容易發生遷移[28],As的富集可能與區域變質作用有關;火山巖母質區土壤 Zn平均含量最高(133.96mg/kg)而As平均含量最低(13.42mg/kg),區內鉛鋅礦多為中溫熱液型,且與火山巖密切相關[42],可能是造成火山巖區富集Zn而貧乏As的主要因素;Cu和Cd在侵入巖母質土壤中平均含量為22.02和 0.12mg/kg,明顯低于其他母質類型;Pb在第四系沖洪積物中平均含量最高(57.21mg/kg),第四系沖洪積物區主要分布于水動力作用強烈的低海拔河口、河谷地區,Pb在水動力作用下由高海拔區溶出向低海拔區遷移,在河口、河谷地區沉積而顯示富集.

表4 不同成土母質和土地利用方式的重金屬含量(mg/kg)Table 4 Contents of heavy metals in different soil parent materials and land use patterns(mg/kg)

在土地利用方面,As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn平均含量在不同土地利用方式土壤中存在明顯的差異,通過了0.05水平上的顯著性驗證,表明土地利用方式對As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn具有顯著影響.草地中 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn 平均含量分別為24.19,0.29,128.59,45.70,0.16,58.55和111.08mg/kg,明顯高于其他土地利用類型,表明草地對重金屬的富集作用極為顯著;河流灘涂中As、Cd、Cr、Hg、Ni和Zn的平均含量明顯低于其他用地類型,分別為16.18,0.11,77.01,0.05,34.10和76.67mg/kg,河流灘涂用地較低的高程導致水動力作用最強,表明河流的搬運作用明顯影響土壤重金屬含量;園地中Cu平均含量最低為28.09mg/kg;Pb在不同土地利用方式土壤中含量沒有顯著差異.8種重金屬元素在不同土地利用方式土壤中含量的大致順序為草地＞旱地＞林地＞建筑用地＞水田＞園地＞河流灘涂.結合成土母質圖(圖 2a)發現,草地成土母質主要為碳酸鹽巖,其在成土過程中釋放的 Ca2+與 H+的中和作用會導致河流兩側土壤呈中堿性[43],相關研究表明堿性條件下土壤中重金屬難于遷移[28],因此,As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn在草地中的平均含量高于其他土地利用方式.園地是所有用地類型pH值最低的,呈中酸性,相關研究表明[43]重金屬在表生環境中的淋失主要受pH值驅動,推斷園地中較低的pH值是造成多數重金屬元素在園地中含量較低的原因.

2.4 變異函數理論模型擬合

地統計方法是通過將變異函數擬合和空間插值估算相結合來模擬土壤中重金屬的空間結構和變異程度,能夠直觀的分析重金屬含量的空間分布特征,并可以對土壤重金屬污染“熱點”進行識別[12].變異函數和克里格插值均要求數據符合正態分布;Kolmogorov-Smirnov(K-S)檢驗表明 8種重金屬元素均呈偏態分布,對于大樣本數據 Box-Cox變換較對數變換等常規變換方法更具優勢[44],對這些數據經Mintab 17進行Box-Cox轉換后均符合正態分布,然后進行變異函數擬合和插值.變異函數理論模型主要包括指數、高斯、球狀和線性等模型,主要參數包括塊金常數(C0)、基臺值(C0+C)、變程(Range)、決定系數(R2)和殘差(RSS)等.塊金常數和基臺值的比值[C0/(C0+C)]代表參數的空間自相關性,可以反映自然和人為因素的作用.若 C0/(C0+C)＜0.25,表明變量的空間變異以結構變異為主,變量具有強烈的空間相關性;當 0.25≤C0/(C0+C)＜0.75 時,變量具有中等程度空間自相關;而當 C0/(C0+C)≥0.75時,變異主要以隨機變異為主,空間自相關很弱[45].決定系數(R2)表示理論模型的擬合精度.

變異函數理論模型擬合結果如表 5所示,其中As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni、Zn 的變異函數理論模型均符合指數模型,Cu符合球狀模型,各變量有效變程介于13500～276300m之間,決定系數均在0.79以上,且殘差平方均接近于 0,表明所選模型的擬合效果較好.其中 Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和 Zn的C0/(C0+C)分別為 0.56,0.39,0.40,0.50,0.46,0.50和0.50,介于0.25～0.75之間,具有中等空間相關性,表明這些元素除受到成土母質、地形等自然因素影響外,可能也受到了人類活動如工業污染、施肥、交通排放人為因素的影響,其中Ni、Cr和Cu的C0/(C0+C)相對較小,可能更大程度上受到成土母質等自然因素影響;As的 C0/(C0+C)小于 0.25,具有強烈的空間相關性,說明As元素主要由成土母質、地形等因素引起的結構性空間變異為主.變程是表示變量空間相關性范圍的變量,變程以內的元素具有空間相關性,變程以外的則不存在相關性[46].As和Hg的變程分別為1.35和1.83km,僅在小范圍內存在空間相關性,除了受成土母質影響,可能還受到隨機因素的影響;Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn具有中等程度的變程,表明上述元素可能受成土母質等結構性因素和人類活動等隨機性因素共同影響.總體來看,Ni、Cr和Cu具有中等程度的塊金值/基臺值和變程,主要受到成土母質等結構性因素影響;Pb、Ni、Zn、Hg具有中高程度塊金值/基臺值和變程,As具有高度空間自相關性和較小的變程,這些元素受成土母質等結構性因素和人類活動等隨機性因素共同影響.

表5 土壤重金屬含量變異函數模型統計Table 5 Statistics of variogram model of soil heavy metal content

2.5 重金屬含量空間分布特征

反距離權重法是一種充分考慮各因素之間地域性聯系的空間插值方法,已有研究[47]表明該方法在處理大樣本數據的空間展布問題上因充分考慮樣本間的地域性聯系而更具優越性.綜合前文變異函數的擬合結果,本文采用反距離權重方法進行空間插值預測,利用ArcGIS 10.2地統計模塊繪制了研究區重金屬的空間分布圖(圖4).

圖4 滇西地區土壤重金屬空間分布Fig.4 Spatial distribution of soil heavy metals in western Yunnan

由圖 4 可以發現,As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn在研究區東側的瀾滄江周圍呈明顯的低值分布,表明河流的搬運作用對土壤中重金屬的分布有重要影響.8種重金屬元素的高值區分布存在較大的差異,Cu、Ni、Cr高值區主要分布在保山市和施甸縣周圍區域以及昌寧縣南部區域和云縣東南部地區,結合成土母質圖和土地利用空間分布圖(圖2),發現上述元素的高值區與主要為沉積巖母質區且與研究區內的銅礦和鐵礦分布空間耦合性良好,同時Cu在侵入巖成土母質區呈典型的低值分布,表明Cu、Ni和Cr高含量主要受到成土母質的影響,這與前文多元統計分析和變異函數擬合結果一致.Pb、Cd和Zn的高值區除了與研究區內分布的鉛鋅礦分布范圍基本一致外,同時Pb在保山市、施甸縣、昌寧縣和云縣等人類活動密集區域亦呈高背景分布,表明人類活動已經使土壤中Pb的含量升高;Zn在保山市西部的沉積巖母質區和研究區東部沿瀾滄江分布的火山巖母質區亦呈較高背景分布,而Cd在侵入巖成土母質區呈典型的低值分布,表明Pb、Cd和Zn高值分布同時受到成土母質和人類活動的共同影響.As和 Hg的高值區與研究區內分布的汞礦等熱液型金屬礦的分布具有較高的空間一致性,同時在縣城周邊等人類活動密集地區也呈高背景分布,表明As和Hg的高值分布受人類活動的影響.

3 結論

3.1 滇西地區土壤中 8種重金屬含量均超過全國土壤背景值,但是低于污染風險篩選值,顯示研究區為典型土壤重金屬高背景區,其中 Hg、Pb和 Cr的平均含量分別為各自全國背景值的2.44,1.54和1.53倍;與云南省土壤背景值相比,As、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn含量平均值與云南省背景值相當,Hg和Cr的平均含量分別是其背景值的2.35和1.60倍,表明在人類生產活動影響下,研究區土壤重金屬存在不同程度累積現象.

3.2 多元統計分析表明土壤重金屬來源可分為三類:Cr、Cu和 Ni為自然來源元素,主要受成土母質的控制;Cd、Zn和Pb主要受人類活動影響,其中人為來源主要為鉛鋅礦業活動、交通運輸和煤炭燃燒,同時 Cd、Zn在一定程度上受成土母質的影響;As和Hg主要受汞礦采選、農業活動及煤炭燃燒等人類活動影響.

3.3 不同成土母質和土地利用方式土壤重金屬含量差異顯著.Cd、Cr、Cu、Hg和 Ni在沉積巖母質區土壤中平均含量最高,變質巖區土壤中 As、火山巖區土壤中Zn、第四系沖洪積物土壤中Pb的平均含量高于其他母質類型;草地中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn平均含量最高,Pb在不同土地利用方式土壤中含量沒有顯著差異.

3.4 土壤重金屬空間分布各異.Cu、Ni、Cr高值區與沉積巖母質區及區內分布的銅礦和鐵礦空間耦合性良好;Pb、Cd和Zn的高值區與區內分布的鉛鋅礦范圍基本一致,Cd和Zn的空間分布亦受成土母質的影響;As和 Hg的高值區與區內分布的汞礦等熱液型金屬礦的分布具有較高的空間一致性,同時在縣城周邊等人類活動密集地區也呈高背景分布.