引用本文
张兆永, 吉力力·阿不都外力, 姜逢清. 天山山地表层土壤重金属的污染评价及生态风险分析. 地球科学进展, 2014, 29(5): 608-616[Zhang Zhaoyong, Jilili·Abuduwailil, Jiang Fengqing. Assessment of Heavy Metal Pollution in the Soil of Tianshan Mountains and Analysis of Potential Ecological Risk. Advances in Earth Science, 2014, 29(5): 608-616]  
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天山山地表层土壤重金属的污染评价及生态风险分析
张兆永12, 吉力力#cod#x000b7;阿不都外力1*, 姜逢清1
1. 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室,新疆 乌鲁木齐830011
2.中国科学院大学,北京100049
吉力力#cod#x000b7;阿不都外力(1964-),男,新疆拜城人,研究员,主要从事干旱区荒漠环境与地球化学景观研究. E-mail:Jilil@ms.xjb.ac.cn

张兆永(1985-), 男, 山东临沂人, 博士研究生, 主要从事干旱区资源与环境研究. E-mail:baiyangdian313@163.com

基金:中国科学院知识创新工程重要方向项目“天山山地环境演变与人类适应性研究”(编号：KZCX2-YW-GJ04)和“亚洲中部湖泊百年来生态环境效应”(编号：KZCX2-EW-308)资助;
摘要

为了解经济迅速发展背景下天山山地土壤中重金属的污染状况和潜在生态风险,通过在天山3个典型区段采集土壤样品,测定10种微量金属的含量,然后运用多元统计分析方法、污染指数评价和潜在生态风险评估方法,并结合新疆土壤背景值和国家土壤质量二级标准进行分析和评价。结果表明：天山山地土壤中10种重金属的平均含量顺序为：Mn>Zn>Cr>Ni>Co>Cu>Pb>As>Cd>Hg；多元统计分析表明天山山地土壤中重金属Pb,Hg和Zn的含量主要受人为污染的影响,可归为“人为源因子”。土壤中重金属Cu,Ni,As,Co和Cr的含量主要受自然地质背景的影响,可归为“自然源因子”。重金属Mn和As同时受2种来源的影响；污染评价表明,天山中部的乌鲁木齐—阿克苏区段和天山东部的巴里坤—伊吾区段土壤中重金属Cd和Hg均属于中度污染水平。天山西部的昭苏—特克斯区段土壤中重金属As属于中度污染水平,其他重金属在其他区段均属于低污染水平；潜在生态风险评估表明,天山东部的巴里坤—伊吾、天山中部的乌鲁木齐—阿克苏和天山西部昭苏—特克斯3个区段土壤中10种重金属均处于低水平的生态风险。但重金属Cd和Hg在天山中部乌鲁木齐—阿克苏区段和重金属As在天山西部的昭苏—特克斯区段的生态风险指数明显高于其他区段,主要受人为污染的影响。近年来天山山地绿洲经济的发展已经造成天山中部、东部和西部一些地区土壤中重金属Cd,Hg和As的含量增高,应对此重视,加强该区域经济发展的合理规划使之与生态环境保护相协调,以保护干旱区绿洲的重要载体。

关键词: 天山; 土重金属; 污染指数; 潜在风险; 区域差异
中图分类号:P934；Q146 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2014)05-0608-09
Assessment of Heavy Metal Pollution in the Soil of Tianshan Mountains and Analysis of Potential Ecological Risk
Zhang Zhaoyong12, Jilili#cod#x000b7;Abuduwailil1*, Jiang Fengqing1
1. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography. Chinese Academy of Sciences,Urumqi 830011, China
2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049, China
Fund:
Abstract

With the rapid economy development, in order to investigate the heavy metal pollution and the potential ecological risk index of heavy metals in the soil of Tianshan Mountains, China, the soil samples were collected from three typical sections of this area, and the contents of ten kinds of heavy metals in soil samples were examined. Then, the multivariate statistic analysis methods, pollution indexes methods and ecological risk evaluation methods were used in analysis combined with the background values of the heavy metals in Xinjiang and the Second National Standard of the Soil Qualities of China. The results showed that the order of the average contents of ten kinds of heavy metals in the soil of Tianshan Mountains is: Mn>Zn> Cr>Ni>Co>Cu>Pb>As>Cd>Hg. The contents of heavy metals Pb, Hg and Zn were mainly influenced by human activities, and they could be classified as “man made sources”. In contrast, the contents of heavy metals Cu, Ni, As, Co and Cr were mainly influenced by the natural geographical factors, and they could be classified as “natural made sources”. The heavy metals Mn and As were influenced by both of the above two kinds of factors. The pollution evaluation showed that heavy metals Cd and Hg in the soil of central Urumuqi-Akesu section and eastern Balikun-Yiwu section were within the range of moderate pollution. The heavy metal As in western Zhaosu-Tekesi section was also within the range of moderate pollution. All other heavy metals in other sections were all within the range of low pollution range. The potential ecological risk analysis showed that all the ten kinds of heavy metals in central Urumuqi-Akesu section, eastern Balikun-Yiwu section and western Zhaosu-Tekesi section were within the low level range of ecological risk, while the ecology risks of heavy metals Cd and Hg in central Urumuqi-Akesu section, and the ecology risk of heavy metal As in western Zhaosu-Tekesi section were both significantly higher than other sections, which were mainly influenced by human pollution sources. This research showed that the development of oases economy during recent years in Tianshan Mountains have resulted in significant increase in contents of the heavy metals Cd, Hg and As in the soil of some places of central, eastern and western sections of Tianshan Mountains, and this can eventually become harmful to both the ecological environment and human beings. Therefore, much attention should be paid to this and rational economic development plan for this area should be made to reasonable harmony with ecological and environmental protection in order to protect the important carrier of oasis in arid regions.

Keyword: Tianshan Mountains; Heavy metals; Pollution index; Potential ecological risk; Regional differences.
1 引言

土壤中的某些微量元素为动植物正常生长发育所不可缺少。一旦供给不足或过剩都可能引起动植物乃至人体生理功能失调,诱发各种特殊的生理病变。土壤中重金属含量的高低不仅影响到土壤的质量,对农业及动植物的生存产生直接的影响,也通过提供产品对人类的健康产生间接的危害。工业和农业的快速发展,导致环境中重金属污染成为影响区域生态系统健康的重要因素[1,2,3]。目前有关重金属的污染及生态风险评估已经成为地理科学、土壤科学和环境科学的研究热点之一,也是区域环境质量评估的重要指标[4,5,6,7]。但是目前相关研究主要集中在国内东部经济发展水平较高的地区,在西北干旱区绿洲盆地及山地研究较为缺乏[8,9,10,11,12,13]。

天山山脉位于北纬40°~45°和东经67°~95°之间,延展于亚洲大陆中部,全长2500km,平均海拔2000~3000 m,动植物、矿产资源丰富,是中亚地区重要的“湿岛”,也是新疆绿洲城市发展的重要源泉和载体[14,15]。近百年来,天山已成为全球变化区域响应以及人类适应环境变化研究的热点地区之一。以往研究表明天山环境状况良好,受人类活动的影响较少,但近年来随着国家西部大开发政策的深入实施,东、中部的产业转移,天山绿洲盆地的人类活动强度不断增加,城镇人口大增,工业规模扩展迅速,工农业生产及城镇生活排放的各种污染物正对该区域自然环境产生日益明显的影响[16,17,18]。但目前关于天山山地环境中微量金属的来源、污染以及生态风险状况的研究相对缺乏。基于此,本研究以经济发展迅速的天山3个典型区段(天山东部巴里坤-伊吾区段,天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段和天山西部的昭苏-特克斯区段)为研究区域,通过采集土壤样品,测试10种重金属(Pb、Ni、Cd、Co、Hg、Cu、Mn、Zn、Cr、As)的含量,然后运用经典统计学方法、多元统计方法、污染指数法和潜在生态风险指数评估方法并结合天山山地土壤背景值、新疆土壤背景值以及国家土壤质量二级标准来评价天山山地土壤中微量金属的来源、污染以及潜在生态风险。研究成果可以为天山地区生态环境的保护与绿洲经济的协调、可持续发展提供参考。

2 材料与方法
2.1 研究区概况

天山横亘于中亚,长约2500 km,宽约250~300 km,平均海拔约2 km,主要分布在中国境内的新疆,总面积2×105 km2。天山山地气候以冬夏气温趋于极端为特征。,降水季节变化较大,其中最大值集中在5,6月,最小值出现在2月份。天山山地发育众多河流,水资源丰富及矿藏丰富,其中以煤、石油、天然气、锌-铜矿为主,镍、铬矿也储量较多,是国家重要的能源基地[9,15]。乌鲁木齐市位于亚欧大陆腹地(86°37'33"~88°58'24"E,42°45'32"~45°00'00"N),山地面积广大,属中温带大陆性干旱气候,春秋两季短,冬夏两季长,昼夜温差大。年均降水量为294 mm近年来,随着国家西部大开发战略的深入实施,特别是针对新疆的开发建设支持,有力地促进了乌鲁木齐地区经济的快速发展。2012年全年实现生产总值(GDP)2060×108元,比上年增长17.3%[15]。阿克苏地区位于天山南麓、塔里木盆地北缘(78°03′~84°07′E,39°30′~42°41′N),属暖温带大陆性气候,降水少,日照长,光热资源十分丰富,是全国太阳辐射量较多的地区之一。阿克苏地区矿产资源丰富,石油、天然气和煤炭的蕴藏量十分巨大,其中塔里木盆地具有良好的生油、储油构造,是中国内陆盆地中最有发展远景的地区之一。巴里坤哈萨克自治县和伊吾县(91°19'30"~94°48'30"E、43°21'~45°5'19" N)位于天山山脉东段与东准噶尔断块山系之间的草原上。属温带亚干旱气候区,地形特征三山夹两盆。年均温1.0℃,年均降水量203.0 mm。该区段铁矿、煤矿等资源丰富,近年来,随着对口援助的深入进行,二县经济迅速发展。昭苏县和特克斯县位于伊犁河上游特克斯河流域。属寒温带亚干旱气候区,年均温2.9℃,年极端最高温度33.5℃,最低温度-32℃,年均降水512 mm。二县矿产资源丰富,经济发展以均以牧业和旅游业为主,近年来工业化进程有所推进[15]。

2.2 样本采集

样品采集时间在2011年7月。采样前,通过分析研究区土地利用图、土壤类型图、地质图的基础上,利用ArcGIS 9.3软件在天山数字底图上进行采样点的布设,布设范围为天山东部的巴里坤-伊吾区段、天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段和天山西部的昭苏-特克斯区段,共布设83组采样点；实地采样过程中,根据预设采样点周边实际环境进行适当调整,利用GPS确定采样点的实际坐标,并生成采样点位置示意图(图1)。在采样点周围利用多点采样方式,采用硬质塑料铲垂直采集0~40 cm剖面层土壤,等量混合后,装入干净布袋,样品原始重量大于500 g,共采集土壤样品176个。样品采集过程中记录样点的编号、取样位置、取样日期、土壤剖面质地、样点植被类型、土壤的颜色以及周围的环境状况。所有样品均在中国科学院新疆生地所理化测试中心完成。

2.3 样品测试

土壤样品经过室温自然风干、去除杂物、敲碎过20目(0.84 mm)尼龙筛等初步处理后。采用玛瑙无污染样品制备机将样品粉碎至粒径小于100目(0.25 mm)备用。样品中10种重金属的测试按照以下步骤：首先称取0.5g试样于Anton PVC消解罐,经HNO3-HF-HCl-HClO4消化后,封严置于消解仪中,升温170℃后维持30分钟,待冷却取后取出并收集试样、然后过滤定容,为了避免样品测试中的相互污染,所有玻璃器皿、消解罐扎在使用之前均使用浓度为5%的硝酸浸泡24小时,然后冲洗干净后烘干。所有上述处理完成后采用原子荧光光谱法(atomic fluorescence spectrometry, AFS)测定As、Hg含量,用等离子体质谱法(inductively coupled plasma-mass spectrometry, ICP-MS)测定Mn、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd、Co含量。其中重金属元素的检出限是采用选取的测定空白溶液的标准偏差的3倍时所对应的分析物浓度。分析测试所用试剂均为优级纯,分析方法的准确度和精密度采用国家一级土壤标准物质(GBW系列)进行检验,回收率介于98.1%~103.2%之间,并按比例随机检查和异常点检查进行严格的样品质量监控,测试结果符合监控要求。

图1 研究区及土壤采样点分布图Fig.1 Map showing research area and soil sampling sites

2.4 评价方法

2.4.1 污染指数评价法

根据相关文献,采用在土壤重金属污染评价中广泛运用的单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法[17,18]来评价天山山地三个区段土壤中重金属的污染状况。其公式如下：

(1)

(2)

式中： Pi是土壤中重金属元素的单因子污染指数； Ci是土壤中重金属的测试值； Si是土壤中重金属的背景值,在本研究中采用新疆土壤背景值来进行计算[19]; Pz是土壤中重金属的内梅罗综合污染指数； Max是测定的土壤中重金属的最大含量值； i是土壤中重金属的类别；n是待评估的重金属种类总数。

2.4.2 潜在生态风险指数评价

在本研究中对天山山地土壤中重金属元素潜在生态风险的评价采用国内外广泛应用的汉克森(Hakanson)潜在生态风险指数法进行评价[20]。其公式如下：

(3)

式中,RI为土壤中重金属的潜在生态风险指数。Eri土壤中重金属的潜在的生态风险。Tri是土壤中单一重金属的毒性系数,可以用来综合的反映重金属的毒性、污染水平和污染的敏感程度。在本研究中天山山地土壤中重金属的毒性系数采用徐争启的方法[21]进行计算,通过计算得到天山山地土壤中10种重金属Pb、Ni、Cd、Co、Hg、As、Cu、Mn、Zn和Cr的毒性系数分别为5、5、30、5、40、10、5、1、1和2。

参照相关文献[22,23],对天山山地土壤中10种重金属的潜在的生态风险评价采用如下标准(表1)：

表1 重金属的生态风险评价和污染水平评估 Table 1 Relationship between potential ecological risk coefficient ( Eri) risk indices ( RI) of heavy metals and pollution levels
3 结果与分析
3.1 土壤重金属元素的统计特征

统计分析表明(表2)天山山地土壤中10种重金属的平均含量顺序为：Mn>Zn> Cr>Ni>Co>Cu>Pb>As>Cd>Hg。其中重金属Zn、Pb、Cu、Hg、Mn的最大值分别为136.89 mg/kg、46.21 mg/kg、68.64 mg/kg、7.51 mg/kg、1125.41 mg/kg；变异系数分别为18.28%、8.19%、16.68%、25.16%、14.14%；平均值分别为78.9 mg/kg、11.05 mg/kg、17.4 mg/kg、0.08 mg/kg、672 mg/kg；Ni、As、Cr、Co、Cd的最大值分别为123.16 mg/kg、31.31 mg/kg、66.24 mg/kg、49.82 mg/kg、0.57 mg/kg；变异系数分别为20.23%、18.61%、28.41%、30.61%、25.62%；平均值分别为28.3 mg/kg、11.8 mg/kg、32 mg/kg、27.1 mg/kg、0.19 mg/kg。分析表明天山山地土壤中重金属Zn、Hg、As、Cd的平均含量均超过新疆土壤背景值,超标率分别为12.5%、15.2%、20.1%和11.3%,但未超过《土壤环境质量标准》(GBl5618—1995)中的二级标准。表明天山山地土壤质量状况良好,重金属含量相对较低。

表2 天山山地土壤重金属的统计特征 Table 2 Statistic characters of heavy metals of soil 0~20 cm in Tianshan Mountains
3.2 土壤中重金属的多元统计分析

3.2.1 相关性分析

相关分析表明(表3),在天山山地3个采样区段,土壤中10种重金属之间的相关关系较复杂,其中重金属Pb、Mn、Hg、Zn两两之间的相关性均呈显著性水平(P<0.01；P<0.05)。重金属Pb-Mn、Pb-Hg、Pb-Zn、Pb-Cd在P<0.01水平上相关系数分别为0.742、0.634、0.694和0.321,为极显著相关；重金属Zn-Hg在P<0.05水平上相关系数为0.612,为显著相关；重金属Mn-Hg、Mn-Zn、Mn-Cd在P<0.01水平上相关系数分别为0.662、0.671和0.575,为极显著相关。结合样点采集背景,以上相关性较强重金属含量较高的样点大多位于绿洲城镇居民点以及周边农田、交通干道附近土壤,表明这种相关关系可能与人类活动有关[20,21,22,23]。与此同时,重金属Ni-Co、Ni-As,Co-As,Co-Cr在P<0.01水平上相关系数分别为0.403、0.441、0.461和0.496,为极显著相关。重金属As-Cu、Ni-Cr在P<0.01水平上相关系数分别为0.542和0.457,为极显著相关。结合样点采集背景相关重金属含量较高的样点大多位于荒漠、山间林地以及草地等人类活动较少,对土壤扰动程度较小的区域,表明土壤中相关重金属的显著相关关系可能受自然地质背景的影响较大[8,16,19,24]。

表3 天山山地表层土壤重金属的相关关系矩阵 Table 3 Correlation matrix of heavy metals in soil profiles of 0~20 cm in Tianshan Mountains

3.2.2 主成分分析

通过主成分分析解析天山山地3个区段土壤中10种重金属的来源,分析表明天山山地土壤中10种重金属可以归为3个主成分,方差贡献率分别为37.45%、39.16%和21.54%,累计贡献率达到98.15%(图2),表明本次分析提取的3个主成分因子可以解释土壤中10种重金属来源的绝大部分信息。同时3个主成分因子的变异系数分别为75.43%、39.7%和46.61%,表明其差异性较大,来源复杂。结合样点采集背景及相关文献分析[15,18,30,33],在第1主成分上Pb、Hg、Zn具有较大的载荷,相关重金属含量较高的样点大多取自城市附近的工业园区、城镇居民点附近的农田以及交通干道旁边,结合相关文献分析表明土壤中重金属 Hg、Zn、Pb等元素主要来源于城镇生产生活和工业企业的废弃物排放以及道路运输中的汽车尾气排放的重金属污染物,因此可以将该主成分因子归为“人为源因子”。在第2主成分上重金属Cu、Ni、As、Co、Cr等具有较高的正载荷,结合样点采集背景,相关重金属含量高的土壤样点大多取自荒漠、山间林地以及草地等人类活动较少,自然环境状况较好的区域,结合相关文献分析[8,15,25,26,27],以上重金属应主要来源于山地岩石碎屑矿物和母岩矿物的自然风化,因此可以将该主成分因子归为“自然源因子”。在第3主成分中,重金属元素Mn 和As具有较大载荷,同时二种重金属在第一和第二主成分上均具有相当载荷,表明其来源、同受人为因素和自然因素的影响,相关文献分析也表明土壤环境中重金属元素Mn和As极易受自然地质背景及人为因素包括生产、生活污染物质排放的影响[28,29,30],本研究与此一致。

图2 天山山地土壤重金属主成分因子载荷图Fig. 2 Principal Components of heavy metal of soil in Tianshan Mountains

3.3 重金属的污染指数评价

采用土壤重金属污染评价中广泛运用的单因子污染指数法和内梅罗综合污染物指数法来评价天山山地土壤中重金属的污染状况。单一重金属的污染分级表明(表4),10种重金属的单因子污染指数均小于1,表明其污染指数值均较低,其中重金属Hg、Cd在天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段和天山东部的巴里坤-伊吾区段土壤中属于中度污染水平；在天山西部的昭苏-特克斯区段属于低度污染。重金属As在天山西部的昭苏-特克斯区段属于中度污染水平,在天山西部的乌鲁木齐-阿克苏区段和天山东部巴里坤-伊吾区段均属于低度污染水平。重金属Cu、Zn、Ni、Co、Cd、Cr和As在天山东部的巴里坤-伊吾区段、天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段和天山西部昭苏特克斯区段均属于低度污染水平。综合污染指数( Pz)评价表明,天山3个采样区段表层土壤中10种重金属的综合污染指数均小于5,表明其综合污染值较低。从数值计算角度看天山山地三个采样区段土壤中10种微量金属的综合污染指数( Pz)顺序依次为：天山中部(乌鲁木齐-阿克苏区段)>天山东部(巴里坤-伊吾区段)>天山西部(昭苏-特克斯区段)。

表4 天山山地土壤重金属单因子污染指数和综合污染指数评价 Table 4 Single factor index ( Pi) and Synthetic pollution index ( Pz) of heavy metals of soil in Tianshan Mountain
3.4 潜在生态风险评估

参考相关文献[20,23,30]基于潜在的生态风险指数,评估了天山山地3个区段土壤中10种重金属的潜在生态风险因子( Eri)和风险指数 RI。结果表明(表5),在天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段土壤中重金属Hg和Cd的生态风险指数值显著高于其他2个区段；在天山西部的昭苏-特克斯区段土壤中重金属As的生态风险指数值高于天山东部和中部区段。总体上看,在天山3个采样区段土壤中10种重金属的单因子潜在生态风险指数值( Eri)都低于1,表明3个区段土壤中10种重金属的潜在生态危害程度均较低,处于低水平的生态风险。从综合潜在生态风险指数看,在天山3个采样区段土壤中10种微量金属的综合潜在生态风险指数均低于10,表明10种微量金属的综合生态风险较低。从数值计算角度看,天山三个采样区段土壤中10种微量金属的潜在综合生态风险指数顺序为：天山中部(乌鲁木齐-阿克苏区段)>天山东部(巴里坤伊吾区段)>天山西部(昭苏-特克斯区段)。

表5 天山山地土壤重金属潜在生态风险( Eri)和风险指数评价( RI) Table 5 Potential ecological risk coefficients ( Eri) and risk indices ( RI) of heavy metals of soil in Tianshan Mountains
4 讨论

土壤一旦遭受重金属污染,就很难恢复并会造成持续的污染源,对人类健康和生态环境造成重大的威胁。天山经济带集中了全疆80%以上的经济总量和70%以上的工业,先前的研究表明[31]天山山地土壤微量金属元素种类丰富,其中多数微量金属平均含量值均低于我国和世界土壤中微量金属含量的平均值。但近年来随着天山绿洲经济的迅速发展过程中,不合理的生产生活方式,造成的污染排放,已经对天山土壤环境造成了负面影响,导致靠近绿洲城市附近的工业园区、农田以及交通干道附近土壤中重金属的含量增高。在天山中部乌鲁木齐城市周边污灌土壤重金属污染的研究[10,13]表明污灌已经导致城市附近农田土壤重金属含量增高,造成农作物产量和质量的下降。在奎屯垦区团场耕作土壤中重金属污染的研究表明[11],团场土壤中As、Pb、Cu、Cd、Cr和Ni等6种重金属含量的平均值均超过国家土壤环境质量二级标准,并呈现出累积的趋势,其中重金属Cd已成为土壤中主要潜在的风险因子。在天山西部伊犁河灌区土壤重金属污染的研究表明[27],该区域土壤中重金属Cu、Pb的含量明显高于新疆土壤背景值以及国家土壤环境质量二级标准,土壤中重金属的污染已扩散到霍城县、伊宁县、伊宁市和察布查尔县。

传统上一直认为天山山地绿洲受人类活动扰动少,环境状况较好。但近年来该区域不断增加的经济活动已经导致天山东部的巴里坤-伊吾区段,天山中部的乌鲁木齐、昌吉等绿洲城市周边农田及交通干道附近土壤中重金属含量增高[11,15,16]。总体看天山三个区段土壤中10种微量金属的含量均较低,大大低于国外发达地区工业区及城市,如鲁尔工业区、曼彻斯特工业区、印度加尔各答、美国的墨西哥湾、洛杉矶湾及日本的东京湾等的土壤重金属含量,也低于我国东部经济发展较早地区如京津塘、沪宁杭和珠江三角洲地区的北京、唐山、宁波、杭州、上海、广州、深圳和长江中下游地区的城市、交通道路、矿山及农田土壤、蔬菜中重金属的含量,也低于西部的西安、重庆、四川及新疆奎屯垦区、米东区污灌土壤中重金属的含量[18,29,32],表明天山山地土壤未受人为污染的明显影响,土壤质量良好。

但近年来的天山山地区域的经济发展已经对山地土壤中重金属的含量产生了负面影响,造成中部乌鲁木齐-阿克苏区段、东部的巴里坤-伊吾区段城镇附近土壤中重金属Hg、Zn、Pb的含量增高,甚至造成污染,应对此重视。在未来研究中应对人口增加较快、经济活动强度较大、人为扰动对土壤质量影响较大的天山中部乌鲁木齐-阿克苏区段城镇附近的农田及工业园区的土壤进行定点监测,密切关注土壤中重金属含量的变化,避免和减少人为因素造成的土壤中重金属的污染,以维护良好的干旱区绿洲生态环境。

5 结论

描述性统计分析表明在天山山地三个采样区段,所测的土壤中10种重金属的平均含量均未超过《土壤环境质量标准》(GBl5618—1995)中的二级标准,但重金属Zn、Hg、As和Cd的平均含量超过新疆土壤背景值。

多元统计分析表明,重金属Pb、Hg、Zn之间相关关系显著,主要受人为污染的影响,可归为“人为源因子”。重金属Cu、Ni、As、Co、Cr之间相关关系显著,主要受自然地质背景的影响,可归为“自然源因子”。重金属Mn和 Cd受两种来源的共同影响。

污染评价表明,重金属Hg、Cd在天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段,As的单因子污染指数在天山西部的昭苏-特克斯区段土壤中具有较高值,其他重金属在其他区段均属于低污染水平。潜在生态风险评价表明,重金属Hg、Cd在天山中部乌鲁木齐-阿克苏区段,As在天山西部昭苏-特克斯区段的潜在生态风险系数( Eri)和生态危害指数( RI)相对较高。

研究表明近年来天山山地绿洲地区的经济发展已经对山地土壤中重金属含量产生了不利影响。应对经济发展水平较高,人口增长较快、人为扰动对土壤影响程度较大的区域土壤质量进行定点监测,减少不合理人类活动对土壤环境的不利影响,维护良好的绿洲环境。

The authors have declared that no competing interests exist.

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