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user: 3. 结果与分析 3.1. 土壤中重金属含量分析 本研究采用《土壤环境质量标准》(GB 15618-2018)中风险筛选值作为参考标准。通过K-S检验对研究区Zn、Ni、Pb、Cu、Cd和Cr污染的采样点进行正态分布检验，其P值均为0.00，呈非正态分布。研究区重金属描述性统计结果表明(表1)，Zn、Ni、Pb、Cu、Cd和Cr的含量平均值分别为142、25.3、30.0、32.1、0.34、41.4 mg·kg −1 ，研究区7种重金属的平均值均未超过国家风险筛选值。Zn、Pb、Cu、Cd、Cr含量最大值远超过国家风险筛选值，分别是标准值的13.2倍、1.62倍、3.77倍、9.79倍、2.99倍。土壤中在180个土壤样品中，6种重金属的变异系数大小为Cd > Pb > Zn > Cu > Cr > Ni，土壤中Ni属于中等变异，其他重金属均为强变异性，表明6种重金属空间分布不均匀，受人为活动干扰强烈。 Table 1 Descriptive statistics of heavy metals in soils of the study are 重金属Heavy metal 最小值Min. 最大值Max. 平均值Mean 标准差 SD 偏度Skewness 峰度Kurtosis 变异系数(%) c.v 国家风险筛选值(mg·kg −1 ) Cd 0.0002 5.87 0.34 1.05 4.07 15.6 308 0.6 Cr 0.0007 748 41.4 58.5 9.97 120 141 250 Cu 0.0002 378 32.1 42.0 4.97 34.7 131 100 Ni 0.0003 165 25.3 19.1 2.00 14.6 75.8 190 Pb 0.0001 275 30.0 34.2 3.73 21.3 114 170 Zn 0.0001 3962 142 364 8.16 76.0 256 300 表1. 研究区土壤重金属统计特征分析 3.2. 土壤中重金属含量空间分布特征 本研究采用反距离权重插值方法，利用ArcGIS 10.2绘制6种土壤重金属空间分布图(图2)。Cd含量较高的区域分布广泛，在研究区的西北部、西南部以及东部污染严重，西部含量较低，Cd含量平均值为0.34，最高值在采样点C3-5 (某材料股份有限公司)，位于雁塔区，含量是5.87 mg·kg −1 ；Pb重金属污染主要集中在研究区东南部，Pb含量的平均值为30.0，最高值在采样点Y9-3 (某仪器厂)，含量是274 mg·kg −1 ；Zn在研究区南部污染严重，Zn含量的平均值为142，最高值在采样点Y8-3 (某防腐木加工厂)，含量是3962 mg·kg −1 ；Cr在研究区东南部污染严重，平均含量为41.4，最高值在采样点X10-2 (某锻造分厂)，含量是748 mg·kg −1 ；Ni在研究区南部污染严重，含量平均值为25.3，最高值在采样点X10-2 (某锻造分厂)，含量是164 mg·kg −1 ；Cu污染主要集中在研究区南部，Cu含量的平均值为32.1，最高值采样点B1-1 (在某汽车维修)，含量是377 mg·kg −1 。 图2. 研究区土壤中不同重金属的空间分布图 3.3. 土壤中重金属含量的污染评价 3.3.1. 单因子污染指数法 基于国家土壤重金属标准值(GB 15618-2018)，以单因子污染指数法进行评价，所有样品中，Ni重金属的单因子污染指数小于1，含量均不超过国家风险筛选值，处于未污染状态。有少量样品中Cd、Zn、Cu、Pb、Cr的单因子指数大于1，含量超过国家风险筛选值个数分别为14、11、6、2、1。Pb超标率1.1%，仅有轻微污染占1.1%；Cr超标率0.56%，仅有中度污染占0.56%；Zn超标率6.7%，轻微污染占5%，重度污染占1.7%；Cu超标率3.3%，轻微污染占2.2%，重度污染占1.1%；Cd超标率7.8%，轻微污染占2.2%，中度污染占0.6%，重度污染占5%。 3.3.2. 内梅罗综合污染指数法 基于国家土壤重金属标准值(GB 15618-2018)，以内梅罗综合污染指数法进行评价，研究区土壤样品的6种重金属元素Cd、Cr、Cu、Zn、Pb和Ni的内梅罗综合污染指数在0.00~48.24之间，180个土样的内梅罗综合指数的平均值为1.43 < 3，研究区整体属于轻污染水平。其中，10.6%的土样受到重金属污染，其中重度污染占7.2%，警戒、轻度及中度污染的所占比例较少，分别为1.7%、1.1%、0.5%。为直观的 图3. 研究区土壤重金属综合污染指数分布图 反映土壤重金属污染空间分布特征，计算了各采样点重金属的复合污染指数，并利用ArcGIS做反距离权重插值得出其空间分布情况(图3)。与Cd重金属空间分布图相似，表明Cd是内梅罗综合污染指数评价贡献最大的因子，在研究区的西北部、西南部以及东部污染严重。 3.3.3. 地累积指数法 根据重金属 I g e o 分级标准，Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的地累积指数的范围分别是−12.6~2.71、−19.0~1.00、−19.9~1.33、−20.1~−0.79、−22.3~0.11、−22.1~3.14，平均值分别为−8.32、−5.71、−6.00、−6.38、−6.00、−4.90，表明西安市主城区6种重金属累积较轻。所有采样点中，Pb、Cr的最大地质累积指数分别为0.11、1.00，处于轻度污染状态的分别占0.5%、0.5%；Cu最大地质累积指数为1.33，处于轻度污染状态的占0.5%，偏中度污染的占1.1%；Cd最大地质累积指数为2.71，处于轻度污染状态的占2.22%，中度污染的占5%；Zn最大地质累积指数为3.14，处于轻度污染状态的占1.6%，处于偏中度污染的占0.5%，中度污染的占0.5%，偏重污染的占0.5%。 3.3.4. 潜在生态风险指数法 利用潜在生态风险指数法计算研究区6种重金属的生态风险系数以及生态风险指数，并得出生态风险等级(表2)。Zn、Ni、Pb、Cu、Cd和Cr重金属 E r i 范围分别为0.00~13.2、0.00~4.33、0.00~8.08、0.00~18.9、0.01~293、0.00~5.99，各重金属的 E r i 均值分别为0.47、0.67、0.89、1.61、17.1、0.33。土样中Cd极强生态风险占2.78%，很强生态风险占2.23%，强度生态风险占0.56%，中度生态风险占2.23%。所有土样的Cu、Pb、Ni、Zn和Cr均为轻微生态风险。因此，Cd为最主要的生态风险因子。 Table 2 Indexes of potential ecological risk of soil heavy metal 重金属 Heavy metals 最小值 Min. 最大值 Max. 平均值 Mean 比例(%) Proportion 轻微 中度 强度 很强 极强 Cd 0.01 293 17.1 92.2 2.23 0.56 2.23 2.78 Cr 0.00 5.99 0.33 100 0 0 0 0 Cu 0.00 18.9 1.61 100 0 0 0 0 Pb 0.00 8.08 0.88 100 0 0 0 0 Zn 0.00 13.2 0.47 100 0 0 0 0 Ni 0.00 4.33 0.67 100 0 0 0 0 RI 0.01 297 21.2 92.2 2.78 0.56 4.44 0 表2. 研究区土壤重金属潜在生态风险系数 进一步分析研究区土壤重金属潜在生态风险的空间分布特征，对土壤样点的综合生态风险评价值(RI)进行IDW插值(图4)。土壤样点的综合生态风险评价值(RI)范围为0.01~297，均值为21.3，研究区土壤重金属污染整体上处于轻微生态风险。180个采样点中，8个采样点处于很强生态风险，1个采样点处于强度生态风险，5个采样点处于中度生态风险，166个采样点处于轻微生态风险。从RI的空间分布格局(图4)来看，研究区土壤中Zn、Ni、Pb、Cu、Cd和Cr重金属的潜在生态风险指数空间分布存在明显差异，最高值为297，位于采样点C3-5 (西安某硅材料股份有限公司)；其次为293、269、250、245、226、209、207、195，分别位于采样点X4-2 (西安某纸业有限公司)、X2-1 (某石油加油站)、Y11-2 (西安某机械加工厂)、BQ-1 (西安某能源有限责任公司)、L2-5 (某生物医药物流中心)、Y4-6 (西安某卷烟材料有限责任公司)、B2-4 (某医院)、Y4-4 (西安某制药有限公司)。6种重金属的污染源主要来自加工厂、生物医疗、能源、汽车维修等，人流量大交通频繁。灞桥区的生态风险最大，RI均值为66.3，其次是新城区、碑林区、雁塔区、未央区，各城区RI均值分别为39.6、29.8、25.8、8.43，最小是莲湖区，RI均值为3.28。 图4. 研究区土壤重金属潜在生态风险指数分布图 3.4. 土壤中重金属的分析 3.4.1. 土壤中重金属污染的相关分析 土壤重金属元素之间的相关性可以为推测土壤重金属污染来源和途径等提供重要信息，元素间的相关性越显著，它们就越可能具有相同的来源。研究区各重金属元素间相关分析结果表明(表3)，Cr与Ni、Pb、Cu、Zn的相关系数在0.01水平上达到了0.6以上，说明Cr、Ni、Pb、Cu、Zn的相关性很强，表明其来源相似；Pb与Zn之间相关性系数相对其他重金属最大(0.90)，表明其可能有相同的来源；Cd与其他6种重金属的无显著相关，表明Cd与其他重金属的来源有显著差异性。 Table 3 Correlation analysis of soil heavy metals in the study are 元素 Cd Cr Cu Ni Pb Zn Cd 1.00 Cr 0.24 ** 1.00 Cu 0.27 ** 0.67 ** 1.00 Ni 0.22 ** 0.72 ** 0.55 ** 1.00 Pb 0.31 ** 0.67 ** 0.73 ** 0.50 ** 1.00 Zn 0.28 ** 0.72 ** 0.76 ** 0.53 ** 0.90 ** 1.00 表3. 研究区土壤重金属含量间的相关分析 注： ** 在置信度(双测)为0.01时，相关性是显著的。 3.4.2. 土壤中重金属污染主成分分析 土壤重金属主要来源于自然资源与人类活动，主成分分析(PCA)能够得到一些有关污染源信息的因素组合，通过主成分分析可以有效判别重金属元素的污染来源 [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]。主成分分析结果表明(表4)，前3个主成分可以反映原始数据的80.97%，对所有指标基本给出充分的概括。第一主成分(PC1)特征值为2.874，有较高荷载的是Cr、Cu和Ni，贡献率为47.90%，污染源主要来源于交通、工厂制造等人类活动；第二主成分(PC2)特征值为1.017，有较高荷载的是Pb与Zn，贡献率为16.95%，防腐木加工厂、仪器厂、汽车维修附近土壤中Pb与Zn含量超标，可能与汽车轮胎和含铅汽油的燃烧有关，说明交通运输、工业生产对Pb与Zn污染影响较大；说明汽车维修与加工过程中排放的三废含有Pb与Zn，尤其是油漆，以及一些镀金工艺，可能大量产生Pb与Zn。第三主成分(PC3)特征值为0.967，荷载较高的元素为Cd，贡献率为16.12%，可能与物流和工业生产等污染相关。 Table 4 Principle component analysis of soil heavy metals in the study are 主成分 Cd Cr Cu Ni Pb Zn 特征值 方差贡献率/% 累计方差贡献率/% PC1 0.070 0.906 0.596 0.906 0.315 0.073 2.874 47.90 47.90 PC2 0.059 0.127 0.484 0.174 0.817 0.888 1.017 16.95 64.85 PC3 0.995 −0.004 0.039 0.122 0.078 0.019 0.967 16.12 80.97 表4. 研究区土壤重金属含量主成分分析