肖高強(qiáng)，向龍洲，代達(dá)龍，高曉紅，宗慶霞

(1.云南省地質(zhì)調(diào)查院，云南 昆明 650216； 2.自然資源部 三江成礦作用及資源勘查利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650051；3.云南省國(guó)土資源規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650216 )

0 引言

土壤作為自然環(huán)境的構(gòu)成要素和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要自然資源，是人類(lèi)和生物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，耕地質(zhì)量的好壞關(guān)系人民群眾身體健康，更是與美麗中國(guó)建設(shè)密切相關(guān)[1]。然而我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量總體狀況堪憂[2-5]，部分地區(qū)污染較為嚴(yán)重，土壤污染已成為我國(guó)生態(tài)文明和美麗中國(guó)建設(shè)以及全面建成小康社會(huì)的突出短板之一。

土壤中的重金屬主要有兩個(gè)來(lái)源：一是人為污染，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[6-7]、采礦和工業(yè)活動(dòng)[8-10]、城市生活[11-12]及其他污染，如污水灌溉[13-15]、大氣沉降[16-18]和焚燒以及生活垃圾填埋[19-20]等人類(lèi)活動(dòng)。人為成因的重金屬污染，具有較高的活性，易被植物吸收、富集。二是地質(zhì)成因，主要是指在成土過(guò)程中母質(zhì)所含的重金屬經(jīng)風(fēng)化、淋溶等作用，在土壤中富集從而形成地質(zhì)高背景值。近年來(lái)，通過(guò)一些調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)我國(guó)土壤重金屬影響較大的成土母巖主要有基性—超基性巖，碳酸鹽巖和黑色巖系等。例如，發(fā)育于玄武巖區(qū)域的土壤可能具有較高的Cr、Ni、Cu、Zn等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[21-23]，發(fā)育于碳酸鹽巖區(qū)域的土壤可能具有較高的Cd、As等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[24-28]，發(fā)育于黑色頁(yè)巖區(qū)域的土壤具有較高的Cd、Cr、Ni等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[29-32]。目前對(duì)發(fā)育于花崗質(zhì)巖漿巖區(qū)的土壤重金屬含量特征及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響研究甚少，而云南省德宏州地區(qū)出露有大面積的花崗質(zhì)巖漿巖和變質(zhì)巖，出露面積約6 820 km2，占全州國(guó)土面積的59.4%，巖性主要有花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、片麻巖等，同時(shí)該地區(qū)盈江、梁河、隴川、戶撒、遮放、瑞麗等為云南省重要的糧、糖、蔬菜生產(chǎn)基地，其農(nóng)田土壤成土母質(zhì)基本為花崗質(zhì)巖漿巖。

筆者以云南省盈江縣舊城—姐冒研究區(qū)為例，重點(diǎn)研究發(fā)育于花崗質(zhì)巖漿巖區(qū)的土壤重金屬地球化學(xué)特征和來(lái)源，并進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)清潔特色土地資源，為德宏州地區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)用地分類(lèi)管理、土地利用規(guī)劃和糧食安全生產(chǎn)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省盈江縣壩區(qū)一帶，面積451.96 km2，地貌主要為陸相山間斷陷盆地[33]，部分地區(qū)屬低山和中山地貌，大盈江由北東至南西流過(guò)。區(qū)內(nèi)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，年均日照2 364.5 h，年均氣溫19.3 ℃，年平均降雨量1 464 mm，無(wú)霜期324.4 d，光、熱、水、氣條件較好，適宜各種動(dòng)植物的生長(zhǎng)繁殖，是遠(yuǎn)近聞名的“糧蔗之鄉(xiāng)”。區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型[34]以水稻土為主，沿大盈江河谷兩岸分布，為洪積、沖洪積物發(fā)育的土壤，其次分別為赤紅壤和紅壤，成土母巖主要為花崗質(zhì)巖和片麻巖。土地利用類(lèi)型主要有水田、林地、旱地、住宅用地、園地、水域等，其中耕(園)地面積占比為67.07%，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)以種植水稻、冬馬鈴薯、甘蔗等為主。區(qū)內(nèi)出露地層(圖1a)有第四系、新近系芒棒組(N2m)、泥盆系關(guān)上組(D1g)和古元古界高黎貢山巖群(Pt1GL.)，其中第四系出露面積最廣，為典型的河流相沉積，位于興和—盈江縣城—新城一帶的第四系(Qb)物源主要為泥盆系關(guān)上組(D1g)地層， 而其他地區(qū)的第四系(Qa)物源主要為盆地兩側(cè)的花崗質(zhì)巖漿巖和變質(zhì)巖[35]；芒棒組(N2m)巖性為花崗質(zhì)砂礫巖、細(xì)砂巖，黏土質(zhì)粉砂巖；關(guān)上組(D1g)巖性為板巖、砂巖、泥巖、頁(yè)巖、灰?guī)r等；高黎貢山巖群(Pt1GL.)巖性為變粒巖、斜長(zhǎng)片麻巖、片巖、石英巖。區(qū)內(nèi)花崗質(zhì)巖漿巖分布較為廣泛，主要于盆地四周分布，巖性主要有花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、鉀長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等。

圖1 盈江縣地質(zhì)圖(a)及其區(qū)域地質(zhì)(b)、區(qū)域位置示意(c)Fig.1 Geological map of Yingjiang County(a) and its regional geology(b) and regional location (c)

2 材料與方法

2.1 樣品采集和分析測(cè)試

土壤樣品的采集和加工嚴(yán)格按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)的要求進(jìn)行。本次共采集土壤樣品4 931件，采樣深度為0～20 cm，以GPS定位點(diǎn)為中心，在50～l00 m范圍內(nèi)向四周輻射4～6個(gè)分樣點(diǎn)，等份組合成一個(gè)混合樣品，每件土壤樣品原始質(zhì)量大于1 kg。采集的樣品經(jīng)充分陰干，陰干后用木錘碾細(xì)，過(guò)10目(孔徑為2 mm)的尼龍篩，采用混勻縮分法稱取200 g過(guò)篩樣品儲(chǔ)存于紙質(zhì)樣品中，用于理化分析。為了解研究區(qū)不同地質(zhì)單元巖石中重金屬含量特征，采集巖石樣品238件，涉及4個(gè)不同的地質(zhì)單元。巖石樣品采集時(shí)一般選擇露頭良好，風(fēng)化程度低，未受蝕變、礦化影響的巖石，同時(shí)避開(kāi)脈巖。為增強(qiáng)樣品的代表性，在采樣點(diǎn)附近30 m范圍內(nèi)3～5處采集新鮮巖石，巖石樣品質(zhì)量大于300 g。

土壤和巖石樣品分析測(cè)試均在云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室完成，分析測(cè)試過(guò)程嚴(yán)格按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)和《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求(試行)》(DD2005-03)要求進(jìn)行。用X射線熒光光譜儀(XRF)測(cè)定Al2O3、SiO2；用電感耦合等離子體光譜儀(ICP-AES)測(cè)定Fe2O3、MgO、K2O、CaO；用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn；用原子熒光光譜法(AFS)測(cè)定As、Hg；用電位法測(cè)定pH。樣品的分析質(zhì)量采用外部質(zhì)量控制和內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控相結(jié)合的方法控制，外部質(zhì)量控制將標(biāo)準(zhǔn)控制樣以密碼形式插入，外部標(biāo)準(zhǔn)控制樣各指標(biāo)的準(zhǔn)確度和精密度合格率均在97%～100%之間，相關(guān)系數(shù)均在0.966～0.999之間，雙樣本方差分析F檢驗(yàn)值在1.02～1.09之間，均小于F單尾臨界值；內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析的準(zhǔn)確度與精密度、報(bào)出率、重復(fù)性檢驗(yàn)和異常點(diǎn)檢查等質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，各類(lèi)指標(biāo)分析的準(zhǔn)確度與精密度合格率均為100%，報(bào)出率在98.2%～100%之間，重復(fù)性檢驗(yàn)合格率在95.8%～100%之間，異常點(diǎn)的重復(fù)性檢驗(yàn)合格率在95.3%～100%之間。

2.2 地質(zhì)累積指數(shù)法

地質(zhì)累積指數(shù)法是由德國(guó)科學(xué)家Muller于1969年在水環(huán)境沉積物重金屬污染物研究中提出[36]，通過(guò)土壤重金屬濃度與自然地球化學(xué)背景值之間的關(guān)系來(lái)確定重金屬污染程度的一種方法，該方法不僅考慮地球化學(xué)背景值對(duì)重金屬污染物的影響，而且能夠評(píng)估人類(lèi)活動(dòng)影響。其計(jì)算公式為：

Igeo=log2(Ci/kBi)，

(1)

式中：Igeo表示為地質(zhì)累積指數(shù)；Ci為土壤中i元素含量的實(shí)測(cè)值(10-6)；Bi為i元素含量的背景值(10-6)；k為修正系數(shù)，一般取1.5[5,37]。在本研究中，選擇云南省土壤背景值[38]作為地球化學(xué)背景值計(jì)算Igeo值。Igeo與污染水平之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：未污染，Igeo≤0；未污染至中度污染，05[39]。

2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是瑞典科學(xué)家Hakanson[40]提出的，該方法綜合考慮了重金屬的含量與其生態(tài)—環(huán)境效應(yīng)，并且與毒理學(xué)相聯(lián)系，是目前最為常用的評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的方法。其計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

3 結(jié)果與討論

3.1 重金屬含量特征

3.1.1 不同地質(zhì)單元巖石重金屬含量特征

不同地質(zhì)單元巖石重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1和圖2a。關(guān)上組(D1g)巖石中的As和芒棒組(N2m)巖石中的Cd含量相對(duì)不均勻，變異系數(shù)大，且關(guān)上組(D1g)巖石中的As中位值與算術(shù)平均值相差十幾倍，進(jìn)一步結(jié)合表層土壤As空間分布特征看，可能主要受斷裂構(gòu)造或局部礦化熱液活動(dòng)影響所致，因此中位值可能比算術(shù)平均值能夠更好地代表整個(gè)數(shù)據(jù)的整體趨勢(shì)和分布特征。關(guān)上組(D1g)巖石中的As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn中位值均高于其他地質(zhì)單元，而Hg和Pb分別在芒棒組(N2m)和高黎貢山巖群(Pt1gl)巖石中含量最高；與上地殼[43]相比，區(qū)內(nèi)除所有地質(zhì)單元巖石中的Pb和關(guān)上組(D1g)巖石中的Zn表現(xiàn)為富集外，其他重金屬元素則均表現(xiàn)為貧化，其中高黎貢山巖群(Pt1GL.)和花崗質(zhì)巖漿巖重金屬除Pb外，其他元素含量相對(duì)較低，富集系數(shù)僅在0.08～0.61之間；可見(jiàn)，區(qū)內(nèi)由成土母巖風(fēng)化形成的土壤可能存在較高的Pb含量，而其他重金屬含量可能較低。從重金屬含量變化特征看，關(guān)上組(D1g)明顯不同于其他地質(zhì)單元，且高黎貢山巖群(Pt1GL.)和花崗質(zhì)巖漿巖變化特征相似度較高，二者可能具有相似的物源或繼承性。

表1 不同地質(zhì)單元巖石重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 不同地質(zhì)單元巖石和土壤重金屬含量變化特征Fig.2 Variation characteristics of heavy metal content in rocks and soils in different geological units

3.1.2 不同地質(zhì)單元土壤重金屬含量特征

研究區(qū)土壤pH值在4.09～8.98之間，平均值為5.89，土壤樣品多呈酸性。不同地質(zhì)單元土壤重金屬含量特征見(jiàn)表2和圖2b。從重金屬含量看，第四系(Qb)和關(guān)上組(D1g)土壤重金屬含量明顯高于其他地質(zhì)單元；從重金屬含量變化特征看，可以明顯分為兩組：第四系(Qb)和關(guān)上組(D1g)土壤重金屬含量變化特征基本相似，進(jìn)一步證明位于興和—盈江縣城—新城一帶的第四系(Qb)物源主要受關(guān)上組(D1g)地層影響；而第四系(Qa)、芒棒組(N2m)、高黎貢山巖群(Pt1GL.)和花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬含量變化特征基本相似，其中高黎貢山巖群(Pt1GL.)地層巖石有大量的花崗質(zhì)片麻巖，芒棒組(N2m)地層含有花崗質(zhì)砂礫巖組分，因此二者與花崗質(zhì)巖漿巖具有相似的重金屬含量變化特征，第四系(Qa)物源可能主要受盆地兩側(cè)的花崗質(zhì)巖漿巖和高黎貢山巖群(Pt1GL.)地層影響，但Cd和Pb可能還疊加有外來(lái)源。

表2 不同地質(zhì)單元土壤重金屬平均含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

與云南省土壤背景值[38]相比(圖2b)，關(guān)上組(D1g)土壤中Cr、Ni、Zn和第四系(Qb)土壤中Cr、Ni、Pb含量較高，其余重金屬含量偏低；第四系(Qa)土壤中Pb稍高外，其余重金屬含量明顯偏低；芒棒組(N2m)、高黎貢山巖群(Pt1GL.)和花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬含量差別較小，除Pb稍高外，其余重金屬含量均明顯偏低。進(jìn)一步與云南省宣威市[44-45]、廣南縣[46]、保山市[47]地區(qū)土壤重金屬含量值相比(表2)，第四系(Qa)、芒棒組(N2m)、高黎貢山巖群(Pt1GL.)和花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬除Pb含量相當(dāng)外，其余重金屬含量明顯偏低；可見(jiàn)發(fā)育于花崗質(zhì)巖漿巖區(qū)的土壤重金屬具有較低的背景值。

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中給出的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)，第四系(Qa)、芒棒組(N2m)、高黎貢山巖群(Pt1GL.)和花崗質(zhì)巖漿巖環(huán)境綜合無(wú)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比例均在97%以上(圖3a)，且重金屬含量均低于相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)管控制值；而第四系(Qb)和關(guān)上組(D1g)環(huán)境綜合無(wú)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比例僅分別為77.45%和62.37%，其重金屬含量超過(guò)相應(yīng)篩選值的元素(圖3b、c)分別有As(9.2%)、Cd(6.82%)、Ni(6.82%)、Cr(4.01%)、Pb(3.56%)、Zn(1.48%)、Cu(0.45%)和Ni(17.93%)、Cd(14.39%)、As(13.64%)、Pb(13.13%)、Zn(7.07%)、Cu(5.3%)、Cr(0.51%)，超過(guò)相應(yīng)管控值的元素(圖3b、c)分別有Cd(0.3%)和As(1.77%)、Pb(1.52%)、Cd(1.01%)；此外，研究區(qū)土壤Hg 均未超過(guò)其篩選值。

圖3 土壤環(huán)境等級(jí)評(píng)價(jià)Fig.3 Soil environmental grade evaluation

綜上所述，第四系(Qb)和關(guān)上組(D1g)可歸為一類(lèi)，成土母質(zhì)可能以關(guān)上組(D1g)地層為主，其土壤重金屬含量明顯偏高，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大；而第四系(Qa)、 芒棒組(N2m)、 高黎貢山巖群(Pt1GL.)和花崗質(zhì)巖漿巖可歸為一類(lèi)，成土母質(zhì)可能以花崗質(zhì)巖漿巖為主，其土壤重金屬含量低，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較小。

3.2 土壤重金屬來(lái)源解析

3.2.1 耕作土和自然土重金屬含量特征

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀情況，將水田、水澆地、旱地、園地中的土壤劃為耕作土，可能受自然源或人為源共同影響；將天然林地中的土壤劃為自然土，可能僅受自然源影響，人為干擾小[48]。不同成土母質(zhì)耕作土與自然土重金屬含量特征見(jiàn)圖4。由此可知，關(guān)上組(D1g)耕作土和自然土中重金屬平均含量明顯高于花崗質(zhì)巖漿巖；關(guān)上組(D1g)自然土中重金屬平均含量略高于耕作土，進(jìn)一步表明關(guān)上組(D1g)土壤重金屬可能主要受自然源影響，受人為活動(dòng)影響較小；花崗質(zhì)巖漿巖耕作土中除Cd平均含量明顯高于自然土外，其平均含量分別為0.09×10-6和0.05×10-6，而其余重金屬平均含量略高于或低于自然土，表明花崗質(zhì)巖漿巖土壤除Cd疊加有外來(lái)源影響外，其余重金屬可能主要受自然源影響。

圖4 不同成土母質(zhì)耕作土和自然土重金屬含量變化特征Fig.4 Variation characteristics of heavy metal content in farming soil and natural soil with different parent materials

3.2.2 主成分分析

已有研究表明，主成分分析可對(duì)重金屬的來(lái)源問(wèn)題進(jìn)行有效的解析[49]。為進(jìn)一步分析土壤重金屬污染來(lái)源特征，加入了一些土壤常量元素，并分別對(duì)關(guān)上組(D1g)和花崗質(zhì)巖漿巖土壤中的各變量進(jìn)行主成分分析，其KMO檢驗(yàn)值分別為0.805和0.845，并采用最大方差法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果見(jiàn)圖5和圖6。

關(guān)上組(D1g)以主成分特征值大于1共提取4個(gè)主成分(圖5)，解釋的總方差累計(jì)貢獻(xiàn)為73.4%，其中第一主成分因子F1解釋了約40.6%的整體變量，F(xiàn)e2O3、Al2O3、SiO2、Cr、Cu、Ni在F1上得分最高，除SiO2負(fù)荷量為-0.885外，其余元素負(fù)荷量均在0.8以上，F(xiàn)e2O3和Al2O3是巖石經(jīng)風(fēng)化成土過(guò)程后土壤中較為穩(wěn)定的原生礦物或次生礦物，代表了土壤中的鐵鋁氧化物，而SiO2負(fù)荷量為負(fù)值，可能與區(qū)內(nèi)氣候濕熱巖石風(fēng)化成土過(guò)程中去硅作用有關(guān)[50]，因此F1可以解釋為自然源；第二主成分因子F2解釋了約16.6%的整體變量，Pb、Zn、Cd、As、Mn在F2上得分最高，負(fù)荷量均在0.55以上，關(guān)上組(D1g)地層巖石含有鐵錳質(zhì)板巖組份且?jiàn)A有一層厚約0.8 m的軟錳礦層[51]，Mn可能主要來(lái)自于成土母質(zhì)，而土壤中鐵錳氧化物對(duì)重金屬元素具有較強(qiáng)的吸附能力[52]，因此F2也可以解釋為自然源；Hg在4個(gè)主成分因子中負(fù)荷量均較小，結(jié)合其空間分布特征看[53]，高含量區(qū)(≥0.043×10-6)基本沿關(guān)上組(D1g)地層呈面狀分布，因此也可解釋為自然源。

圖5 關(guān)上組(D1g)土壤元素旋轉(zhuǎn)因子載荷Fig.5 The element rotation factor loading diagram in Guanshang group (D1g) soil

花崗質(zhì)巖漿巖以主成分特征值大于1共提取4個(gè)主成分(圖6)，解釋的總方差累計(jì)貢獻(xiàn)為77.1%，其中第一主成分因子F1解釋了約42.4%的整體變量，Cr、Ni、Cu、As、Fe2O3在F1上得分最高，負(fù)荷量均在0.55以上；第二主成分因子F2解釋了約17.2%的整體變量，Al2O3、Mn、Hg在F2上得分最高，負(fù)荷量均在0.44以上；Fe2O3、Al2O3和Mn一般在土壤中能夠形成較為穩(wěn)定的原生礦物或次生礦物，而鐵、鋁、錳氧化物對(duì)重金屬元素具有較強(qiáng)的吸附性[52]，因此F1和F2均可以解釋為自然源；第三主成分因子F3解釋了約10.8%的整體變量，Pb、Zn、Cd、Mn在F3上得分最高，負(fù)荷量均在0.48以上，結(jié)合研究區(qū)Pb的賦存形態(tài)來(lái)看[53]，殘?jiān)鼞B(tài)和鐵錳結(jié)合態(tài)的比例達(dá)79.1%，因此F3也可以解釋為自然源。

圖6 花崗質(zhì)巖漿巖土壤元素旋轉(zhuǎn)因子載荷Fig.6 The element rotation factor loading diagram in Granitic magmatic soil

3.3 土壤重金屬污染程度評(píng)價(jià)

研究區(qū)關(guān)上組(D1g)土壤重金屬地累積指數(shù)(Igeo)平均值變化趨勢(shì)依次為Cr(-0.16)>Pb(-0.43)>Zn(-0.53)>Ni(-0.67)>Hg(-0.91)>As(-1.08)>Cu(-1.32)>Cd(-1.80)，花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬I(mǎi)geo平均值變化趨勢(shì)依次為Pb(-0.63)>Zn(-1.07)>Cr(-1.42)>Hg(-1.54)>Ni(-2.37)>Cd(-2.38)>Cu(-2.62)>As(-3.85)，土壤重金屬I(mǎi)geo平均值均小于0，且關(guān)上組(D1g)土壤重金屬I(mǎi)geo平均值均高于花崗質(zhì)巖漿巖，表明研究區(qū)土壤整體上表現(xiàn)為未污染，花崗質(zhì)巖漿巖發(fā)育形成的土壤重金屬含量相對(duì)較低。

不同成土母質(zhì)土壤重金屬I(mǎi)geo等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖7，花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬I(mǎi)geo未污染比例均在97%以上，最高污染等級(jí)僅為中度至重度污染，局部地區(qū)存在污染風(fēng)險(xiǎn)的元素主要有Hg、Pb、Cd、Zn、Cr；而關(guān)上組(D1g)土壤重金屬I(mǎi)geo未污染比例在48.22%～99.81%之間，最高污染等級(jí)為重度污染，局部地區(qū)存在污染風(fēng)險(xiǎn)的元素主要有Cd、Pb、As、Zn、Hg，進(jìn)一步表明花崗質(zhì)巖漿巖發(fā)育形成的土壤環(huán)境更清潔。

圖7 不同成土母質(zhì)土壤重金屬地累積指數(shù)(Igeo)等級(jí)評(píng)價(jià)Fig.7 Evaluation map of the accumulation index (Igeo) of heavy metals in different soil parent materials

3.4 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

研究區(qū)關(guān)上組(D1g)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值由強(qiáng)到弱依次為Hg(35.2)>Cd(22.05)>As(10.49)>Pb(6.52)>Ni(5.3)>Cu(3.27)>Cr(2.88)>Zn(1.14)，花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值由強(qiáng)到弱依次為Hg(23.16)>Cd(11.37)>Pb(5)>Ni(1.73)>As(1.54)>Cu(1.36)>Cr(1.25)>Zn(0.75)，土壤中所有重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值均低于40，且關(guān)上組(D1g)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值明顯高于花崗質(zhì)巖漿巖，與土壤重金屬污染程度評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致；關(guān)上組(D1g)和花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值分別為86.86和46.16，均遠(yuǎn)低于150，進(jìn)一步表明研究區(qū)土壤重金屬整體上潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小。

不同成土母質(zhì)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖8，關(guān)上組(D1g)和花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)等級(jí)均以輕微生態(tài)危害為主，所占比例分別為94.49%和99.66%，其中除關(guān)上組(D1g)部分土壤中Hg、Cd、As、Pb和花崗質(zhì)巖漿巖部分土壤中Hg、Cd存在中等生態(tài)危害及以上評(píng)價(jià)等級(jí)外，其余重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)等級(jí)均為輕微生態(tài)危害。

圖8 不同成土母質(zhì)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)Fig.8 Evaluation map of potential ecological risk index of heavy metals in different soil parent materials

4 結(jié)論

1) 相對(duì)上地殼元素豐度而言，研究區(qū)花崗質(zhì)巖漿巖巖石中Pb含量相對(duì)較高，其他重金屬含量較低。

2) 結(jié)合土壤重金屬含量、變化特征及地質(zhì)單元巖性看，研究區(qū)第四系(Qb)和關(guān)上組(D1g)可歸為一類(lèi)，成土母質(zhì)以關(guān)上組(D1g)地層為主，土壤重金屬含量相對(duì)偏高，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大；第四系(Qa)、芒棒組(N2m)、高黎貢山巖群(Pt1GL.)和花崗質(zhì)巖漿巖可歸為一類(lèi)，成土母質(zhì)以花崗質(zhì)巖漿巖為主，土壤重金屬含量相對(duì)低，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較小。

3) 關(guān)上組(D1g)自然土中重金屬平均含量略高于耕作土，花崗質(zhì)巖漿巖耕作土中除Cd平均含量明顯高于自然土外，其余重金屬平均含量略高于或低于自然土；主成分分析結(jié)果表明，花崗質(zhì)巖漿巖和關(guān)上組(D1g)土壤重金屬含量與鐵、鋁、錳氧化物含量相關(guān)性較高；可見(jiàn)二者土壤重金屬含量主要受自然源影響，人為活動(dòng)影響相對(duì)較小。

4) 花崗質(zhì)巖漿巖土壤重金屬地累積指數(shù)(Igeo)評(píng)價(jià)等級(jí)均以未污染為主，比例在97%以上；綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為46.16，輕微生態(tài)危害等級(jí)比例高達(dá)99.66%，且兩項(xiàng)指標(biāo)均明顯低于關(guān)上組(D1g)，可見(jiàn)花崗質(zhì)巖漿巖土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小，環(huán)境較為清潔。

5) 云南德宏州地區(qū)59.4%的國(guó)土出露花崗質(zhì)巖漿巖和高黎貢山巖群(Pt1GL.)，同時(shí)該地區(qū)具有糧、糖、蔬菜等生產(chǎn)功能的農(nóng)田土壤成土母質(zhì)以花崗質(zhì)巖漿巖為主；通過(guò)對(duì)比研究分析，德宏州地區(qū)農(nóng)田土壤重金屬含量應(yīng)較低，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較小，具有發(fā)展綠色、無(wú)公害食品產(chǎn)地的巨大潛力。建議在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，更應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)管和保護(hù)力度，走綠色持續(xù)發(fā)展的道路。