楊博，張波*，閆培潔，王瑩捷，吳娟弟，張瑜，韓舜愈

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/甘肅省葡萄與葡萄酒工程學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070）

近年來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展和城市化建設(shè)的加快，環(huán)境污染問題日益凸顯，其中土壤污染物具有危害周期長(zhǎng)、隱蔽性強(qiáng)、毒性大和不被微生物降解，以及易于累積、循環(huán)和遷移等特點(diǎn)，對(duì)區(qū)域生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，特別是重金屬的富集還會(huì)對(duì)動(dòng)植物及人類健康產(chǎn)生巨大危害，因而已成為各國政府和科研機(jī)構(gòu)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。

為解決土壤重金屬污染這一全球性難題，世界各國都基于本國國情制定或出臺(tái)了相應(yīng)的污染防治措施[2-4]，建立了較為完備的土壤污染監(jiān)管體系，并開展了大量的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，力求從其檢測(cè)方法[5]、含量特征[6]、分布規(guī)律[7]、來源解析[1]和遷移狀況[8]等方面進(jìn)行廣泛而深入的研究。我國的環(huán)境監(jiān)測(cè)雖起步較晚，但是經(jīng)過了30 多年的發(fā)展，也已建立起較健全的土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)管理體系，并相繼發(fā)布多項(xiàng)法律來規(guī)范和治理土壤污染問題[9]。同時(shí)，隨著研究的深入，近年來，國內(nèi)外對(duì)土壤重金屬污染研究的重心逐漸從主要工業(yè)城市向城市周邊區(qū)域擴(kuò)展，其中耕地、林地等農(nóng)業(yè)用地更是研究的熱點(diǎn)，通過借助遙感、衛(wèi)星監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段，使得土壤重金屬污染防控更加廣泛和精確[10]。此外，伴隨著監(jiān)測(cè)方式的發(fā)展，借助統(tǒng)計(jì)學(xué)方法及構(gòu)建數(shù)學(xué)分析模型來評(píng)價(jià)污染風(fēng)險(xiǎn)也逐步普及，包括單因子指數(shù)法[11]、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[12]、地累積指數(shù)法[13]和潛在生態(tài)危害指數(shù)法[7]等，通過對(duì)研究區(qū)域重金屬污染特征、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、土壤污染動(dòng)態(tài)模擬與預(yù)測(cè)的分析，對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估土壤重金屬污染狀況、風(fēng)險(xiǎn)累積和治理防治具有重要意義[14-15]。

甘肅省嘉峪關(guān)市具有充足的日照和便利的灌溉條件，為當(dāng)?shù)仄咸逊N植提供了得天獨(dú)厚的發(fā)展資源，已成為我國河西走廊釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)的重要組成部分[16]。但嘉峪關(guān)市也是我國西部的一個(gè)新興工業(yè)化城市，其發(fā)展模式相對(duì)粗放，工業(yè)排放物易通過粉塵、溶膠、地表水徑流和地下水滲流等進(jìn)入土壤，使當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境問題也日益顯現(xiàn)[17]。通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前，大多數(shù)報(bào)道主要集中在研究工礦區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量情況，而對(duì)城郊農(nóng)用土壤重金屬污染問題的研究卻少見報(bào)道，尤其是對(duì)甘肅省嘉峪關(guān)市主要釀酒葡萄園土壤重金屬分布及污染情況的文獻(xiàn)還未見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)以甘肅省嘉峪關(guān)市釀酒葡萄種植園地為研究區(qū)，通過對(duì)園地內(nèi)土壤中銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉛（Pb）、砷（As）、鎘（Cd）和汞（Hg）等8種重金屬元素含量進(jìn)行測(cè)定，并分析其重金屬的空間分布、污染特征以及來源情況，評(píng)價(jià)其重金屬元素的污染水平及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度，以期為當(dāng)?shù)蒯劸破咸褕@土壤重金屬污染防治、葡萄科學(xué)種植和葡萄酒安全生產(chǎn)提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)以甘肅省嘉峪關(guān)市釀酒葡萄種植基地（39°50′—39°55′N，98°21′—98°25′E）為研究區(qū)，總面積約為1 900 hm2，位于嘉峪關(guān)市東北部，為典型的溫帶大陸性荒漠氣候區(qū)，夏季炎熱少雨，冬季寒冷干燥；年均氣溫在6.70～7.70 ℃之間，晝夜溫差大；年均日照時(shí)數(shù)3 000 h，光照充足；年均降水量85.30 mm，年均蒸發(fā)量2 149 mm。研究區(qū)內(nèi)釀酒葡萄種植園地以戈壁砂礫土壤為主，主栽葡萄品種有美樂、黑比諾和北冰紅等，不僅可滿足當(dāng)?shù)仄咸丫萍庸て髽I(yè)的生產(chǎn)需要，部分還可供應(yīng)周邊酒廠進(jìn)行生產(chǎn)釀造。

1.2 樣品采集與處理

采樣時(shí)間為2019 年9 月17 日。采集土壤樣品時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際釀酒葡萄種植面積，對(duì)連片化程度較大的區(qū)域進(jìn)行較高密度采樣，同時(shí)也考慮到當(dāng)?shù)赜胁糠址N植區(qū)域經(jīng)人為調(diào)整后未進(jìn)行釀酒葡萄種植的實(shí)際情況，如圖1 所示，按照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）對(duì)研究區(qū)采用系統(tǒng)-隨機(jī)布點(diǎn)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)和樣品采集[18]，并運(yùn)用手持式定位系統(tǒng)準(zhǔn)確定位并標(biāo)注每個(gè)采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，平均每4/3 hm2設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，在設(shè)點(diǎn)的葡萄架下采用“S”形分別布設(shè)10 個(gè)土壤樣品（每個(gè)子樣品質(zhì)量約0.10 kg），然后將子樣品充分混合為1.00 kg 左右。共采集到32 個(gè)表層（0～20 cm）土壤樣品，除去各種雜物后，放入聚乙烯密封袋保存。后期的樣品處理方法參照《土壤檢測(cè)第1部分：土壤樣品的采集、處理和貯存》（NY/T 1121.1—2006）[19]執(zhí)行。

圖1 嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of sampling points in wine-making vineyards of Jiayuguan City

1.3 試劑、儀器與設(shè)備

試劑：鹽酸、濃硝酸、氫氟酸、高氯酸（均為優(yōu)級(jí)純）；鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液（參考王天順等[20]的配置方法）。

儀器與設(shè)備：PHS-3C 型pH 計(jì)，上海雷磁儀器有限公司；ZSX PRIMUS 2 型波長(zhǎng)色散X 熒光光譜儀，日本Rigaku公司；MA-3000型全自動(dòng)測(cè)汞儀，日本NIC 公司；PinAAcle 900 型石墨爐原子吸收光譜儀，美國PE公司。

1.4 土壤樣品測(cè)定

土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量分別采用NY/T 1377—2007[21]和NY/T 1121.6—2006[22]中的方法進(jìn)行測(cè)定。

土壤As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 元素含量參照鄧述培等[23]的方法，使用波長(zhǎng)色散X 熒光光譜儀進(jìn)行測(cè)定；Hg 元素含量參照王天順等[24]的方法，使用全自動(dòng)測(cè)汞儀進(jìn)行測(cè)定；Cd 元素含量參照王天順等[20]的方法，使用石墨爐原子吸收光譜儀進(jìn)行測(cè)定。在上述元素測(cè)定過程中以土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-23、GSS-25、GSS-33為質(zhì)量控制樣品進(jìn)行同步測(cè)試，且每批次插入不少于10%的質(zhì)量控制樣品，以確保分析過程的準(zhǔn)確度和精密度。結(jié)果顯示，質(zhì)量控制樣品的回收率介于74%～123%之間，平行樣測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0～12%。

1.5 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

地質(zhì)累積指數(shù)（Igeo）計(jì)算公式如下：

式中：Ci是重金屬元素i的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；Bi是相應(yīng)重金屬元素i的地球化學(xué)背景值（本文所用背景值為甘肅省土壤元素背景值）[25]；k是為考慮各地巖石差異可能會(huì)引起背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)（一般k取值為1.5）[26]。

Igeo污染水平的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：Igeo≤0為無污染，0＜Igeo≤1為輕度污染，1＜Igeo≤2為中度污染，2＜Igeo≤3為中強(qiáng)度污染，3＜Igeo≤4為強(qiáng)污染，4＜Igeo≤5為高強(qiáng)污染，Igeo＞5為極強(qiáng)污染。

土壤中多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）計(jì)算公式如下：

式中：為單個(gè)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為不同重金屬生物毒性響應(yīng)系數(shù)[7,26]（Cd 為30，Cu、Ni 和Pb 均為5，Zn 為1，Cr 為2，As 為10，Hg 為40）；為重金屬i的單項(xiàng)污染系數(shù)；Ci為重金屬i的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg為重金屬i的土壤背景值，mg/kg。

和RI 的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：＜40 或RI＜150 為輕度風(fēng)險(xiǎn)，40≤＜80 或150≤RI＜300 為中等風(fēng)險(xiǎn)，80≤＜160 或300≤RI＜600 為較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，160≤＜320 或600≤RI＜1 200 為很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，≥320或RI≥1 200為極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010、Origin 2018 和ArcGIS 10.6 軟件對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行基本處理和作圖，使用SPSS 20.0 軟件對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和多因素方差分析（鄧肯法，P＜0.05），并對(duì)測(cè)定的土壤中重金屬含量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄園土壤基本化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)描述

通過測(cè)定該研究區(qū)土壤pH 及有機(jī)質(zhì)含量（表1）可知，釀酒葡萄園區(qū)的土壤pH 為7.33～7.81，屬弱堿性土壤；含有機(jī)質(zhì)均值為9.38 g/kg，參照全國第2 次土壤普查養(yǎng)分等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[27]，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6.00～20.00 g/kg之間，屬有機(jī)質(zhì)較缺乏的土壤。通過計(jì)算各基本化學(xué)指標(biāo)的變異系數(shù)可以看到，研究區(qū)釀酒葡萄園地土壤受人為活動(dòng)影響的程度較?。ㄗ儺愊禂?shù)＜10%），主要受自然因素影響。

表1 釀酒葡萄園土壤基本化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical results of basic chemical indexes in the wine-making vineyard soil

2.2 葡萄園土壤重金屬含量特征

研究區(qū)釀酒葡萄園土壤重金屬元素含量如表2所示，各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變幅分別為16.82～29.25 mg/kg（Cu）、43.26～65.59 mg/kg（Zn）、75.58～123.20 mg/kg（Cr）、0.06～0.10 mg/kg（Cd）、23.95～37.32 mg/kg（Ni）、14.00～19.24 mg/kg（Pb）、6.05～10.81 mg/kg（As）與0.005～0.010 mg/kg（Hg）。與甘肅省土壤元素背景值比較發(fā)現(xiàn)，上述重金屬元素的均值除Cr 外，其他均未超過參考地的土壤背景值，表明研究區(qū)釀酒葡萄園中的Cu、Zn、Cd、Ni、Pb、As和Hg在當(dāng)?shù)氐母患潭容^低。而Cr 的平均含量是當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸档?.41倍，表明該元素在本區(qū)域內(nèi)已有積累的跡象。但與《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）中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值（pH＞7.5）相比，研究區(qū)土壤中的Cr 元素含量還未超過相應(yīng)的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。另外，由各重金屬的變異系數(shù)可以看出，研究區(qū)土壤中Cu、Zn、Cr、Cd、Ni、As和Hg的變異系數(shù)在11.72%～18.21%之間，屬于中等變異程度，表明上述元素在空間上有明顯的差異性，受人為活動(dòng)的影響較大。

表2 釀酒葡萄園土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Statistical results of heavy metal contents of the wine-making vineyard soil

2.3 葡萄園地土壤重金屬空間分布特征

為充分了解嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園地土壤重金屬含量的空間分布規(guī)律，利用ArcGIS 10.6軟件進(jìn)行普通克里格插值分析。結(jié)果（圖2）表明，不同區(qū)域的8 種重金屬元素含量的空間分布差異較為明顯。除Cd 外，各元素含量均呈現(xiàn)一定的空間分布規(guī)律，且含量較高的區(qū)域主要分布于試驗(yàn)園地的西南部，其中Cr 元素含量的空間分布范圍最大（75.58～123.20 mg/kg）。結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況可知，本試驗(yàn)高值區(qū)主要位于靠近嘉峪關(guān)工業(yè)區(qū)、酒泉鋼鐵集團(tuán)的東北部，以及西南部的下莊、橫溝和任家村附近，低值區(qū)主要位于園區(qū)東北（Cu、Zn、Ni、Hg 和As）和西北部（Cr 和Pb）。說明工業(yè)生產(chǎn)及居民生活等人為活動(dòng)對(duì)釀酒葡萄園土壤重金屬空間分布有較大的影響。然而，Cd與其他7種重金屬元素的分布都不相同，其含量空間分布較為均勻（0.062～0.102 mg/kg），高值區(qū)零星出現(xiàn)在研究區(qū)北部和南部的個(gè)別采樣點(diǎn)。

圖2 釀酒葡萄園土壤重金屬含量空間分布Fig.2 Spatial distribution of heavy metal contents of the wine-making vineyard soil

2.4 葡萄園土壤重金屬來源分析

2.4.1 葡萄園土壤重金屬及化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性分析

采用皮爾遜相關(guān)分析對(duì)研究區(qū)8種重金屬進(jìn)行源解析，結(jié)果如表3所示。區(qū)域內(nèi)的Cu、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Ni之間相關(guān)系數(shù)較高（P＜0.01），說明這些重金屬在特定土壤環(huán)境中存在相互聯(lián)系，顯示出很強(qiáng)的同源性。Hg和Cr之間、Ni和Cd之間呈中度相關(guān)（P＜0.05），表明同源的概率較大。而Cd 和Pb、As、Cu、Cr 和Hg 的相關(guān)性較低（P＞0.05），說明Cd和其他元素來源可能不同。此外，結(jié)合研究區(qū)土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量，發(fā)現(xiàn)pH與Ni、Cu、Hg、As及有機(jī)質(zhì)的相關(guān)系數(shù)在0.01水平下呈極顯著負(fù)相關(guān)，與Zn和Pb呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），說明土壤pH對(duì)以上6種重金屬活性有很大影響。研究表明，土壤pH降低可增加土壤中重金屬的溶解度，從而加快重金屬元素各形態(tài)在土壤中的相互轉(zhuǎn)化[28]，如土壤中Zn主要以Zn2＋的形式存在，且隨pH的升高，其濃度逐漸降低[29]，推測(cè)這可能是嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園地土壤中Zn含量較低的原因之一。而對(duì)于有機(jī)質(zhì)，表3數(shù)據(jù)顯示，其與Hg呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與其他7 種重金屬之間均無顯著相關(guān)性（P＞0.05），說明有機(jī)質(zhì)對(duì)Hg和其他7種重金屬的影響不同，這可能與土壤有機(jī)質(zhì)和不同重金屬相互作用的復(fù)雜性有關(guān)，其具體原因還有待進(jìn)一步研究。

表3 釀酒葡萄園土壤重金屬及化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of heavy metals and chemical indexes in the wine-making vineyard soil

2.4.2 葡萄園土壤重金屬的主成分分析和聚類分析

采用主成分分析和聚類分析方法對(duì)土壤重金屬元素之間的來源和聯(lián)系進(jìn)行判別。由表4和圖3A可以看出，8種元素被判識(shí)為3種主成分，其中Cu、As、Hg、Zn、Ni 和Pb 為主成分1（principal component 1,PC1）；Cr和Cd分別為PC2和PC3，且累計(jì)解釋了總方差的91.56%，可基本反映原始數(shù)據(jù)的變異信息。聚類分析（圖3B）亦將8種重金屬分為3類，分別對(duì)應(yīng)上述各主成分，進(jìn)一步驗(yàn)證了主成分分析的結(jié)果。

圖3 土壤重金屬元素因子載荷圖（A）和聚類分析圖（B）Fig.3 Factor loading diagram(A)and cluster analysis diagram(B)of different soil heavy metal elements

由表4 還可以看出，PC1 與Cu、As、Hg、Zn、Ni和Pb 顯著相關(guān)（載荷系數(shù)分別為0.94、0.91、0.86、0.86、0.83 和0.81）。根據(jù)研究區(qū)上述重金屬的含量分布特征，我們認(rèn)為此類成分可能主要來源于土壤母質(zhì)影響下的自然環(huán)境。PC2 中Cr 平均含量由于高出甘肅省土壤背景值0.41 倍（載荷系數(shù)0.96），因此，可初步認(rèn)為該成分可能來源于人類活動(dòng)。而PC3中盡管其與Cd存在顯著相關(guān)（載荷系數(shù)0.98），但本研究區(qū)土壤中Cd 平均含量低于相應(yīng)的土壤元素背景值，且與PC1 有不同的分類，所以關(guān)于該類成分的來源還需進(jìn)一步研究。

表4 釀酒葡萄園土壤重金屬主成分分析結(jié)果Table 4 Results of principal component analysis of heavy metals in the wine-making vineyard soil

2.5 葡萄園土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園土壤重金屬的地累積指數(shù)（Igeo）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)單項(xiàng)系數(shù)（Eir）的分布情況如圖4所示。研究區(qū)內(nèi)有部分采樣點(diǎn)中Cr的Igeo在0～1之間，根據(jù)Igeo污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明該區(qū)域可能已受到Cr 輕度污染，且Cr 達(dá)到輕度污染水平的樣點(diǎn)占總數(shù)的18.75%。而結(jié)合Eir和RI風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域內(nèi)土壤中8 種重金屬元素均已表現(xiàn)出輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，且Cd和Hg對(duì)RI的貢獻(xiàn)率之和高達(dá)60.81%，說明二者是嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園中主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子?？傮w來看，嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園土壤重金屬污染水平和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度還處于較低水平。

圖4 土壤重金屬地累積指數(shù)（A）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（B）Fig.4 Geo-accumulation index(A)and potential ecological risk coefficient(B)of soil heavy metals

3 討論

為保證嘉峪關(guān)市土壤環(huán)境安全，確保釀酒葡萄和葡萄酒品質(zhì)，通過對(duì)土壤重金屬元素含量的區(qū)域劃分，可為釀酒葡萄小產(chǎn)區(qū)的科學(xué)種植提供數(shù)據(jù)參考。本試驗(yàn)對(duì)甘肅省嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園土壤重金屬元素含量進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，本研究區(qū)土壤中Cr 的來源受人為活動(dòng)影響較大，同時(shí)，運(yùn)用地累積指數(shù)評(píng)價(jià)研究區(qū)土壤重金屬的污染程度發(fā)現(xiàn)，僅Cr 表現(xiàn)為輕度污染。近年來，也有研究發(fā)現(xiàn)，嘉峪關(guān)市工業(yè)區(qū)、鋼鐵廠周邊采樣點(diǎn)的重金屬元素Cr、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn 平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為507.60、0.42、61.14、64.94、139.90、241.80 mg/kg，其含量均高于甘肅省土壤元素背景值（尤其是Cr）[30]。Cr 及其化合物是工廠生產(chǎn)過程中常用的工業(yè)原料，主要用于金屬加工、冶金和電鍍等行業(yè)[31]，如Cr6＋是電鍍行業(yè)產(chǎn)生的典型重金屬污染物[32]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，嘉峪關(guān)市有以煉鋼為主的冶金工廠，以生產(chǎn)Cr化合物為主的化工部門和生產(chǎn)鋼材、石料為主的重工業(yè)部門等。而本研究Cr 受輕度污染的采樣點(diǎn)分布于研究區(qū)西南部，其原因可能與位于葡萄園區(qū)東北部的嘉峪關(guān)工業(yè)區(qū)、酒泉鋼鐵集團(tuán)以及西南部的下莊、橫溝和任家村等較為密集的居民村莊有關(guān)。一方面，這些工業(yè)區(qū)和鋼鐵廠會(huì)排放大量含Cr 等重金屬的污染物，其中粉塵等易通過外力作用擴(kuò)散到周邊土壤中；另一方面，附近的居民在冬季取暖時(shí)使用煤炭產(chǎn)生的廢渣，以及家畜養(yǎng)殖過程中排放的養(yǎng)殖廢水等人為活動(dòng)的影響，使周邊重金屬含量增加。因此，推斷Cr的來源主要是以鋼鐵工業(yè)為主的工業(yè)源和農(nóng)業(yè)活動(dòng)源復(fù)合影響的結(jié)果。

農(nóng)用地土壤中Ni 通常被認(rèn)為是天然來源的標(biāo)志元素，主要來源于土壤母巖[29,33]。結(jié)合本研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)土壤中Ni、Cu、As、Hg、Zn 和Pb 等6 種元素的含量均接近（或低于）相應(yīng)的土壤背景值，推測(cè)其主要來源于土壤母質(zhì)。另外，評(píng)價(jià)研究區(qū)土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤中Cd 是主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子，這與潘佳穎等[7]的研究結(jié)果相吻合。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，葡萄植株對(duì)土壤中Cd的吸收能力較強(qiáng)[34]，農(nóng)業(yè)土壤中Cd含量的增加主要由農(nóng)業(yè)活動(dòng)造成，如使用含重金屬污染的灌溉水和肥料等[35]，另外，汽車輪胎磨損及尾氣排放也會(huì)產(chǎn)生Cd[30]。這可能與該區(qū)土壤中Cd是主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子有關(guān)，但其具體原因還需進(jìn)一步探究。

針對(duì)目前嘉峪關(guān)市工業(yè)園區(qū)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀，相關(guān)部門應(yīng)加大嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園以及其他農(nóng)田土壤中Cr 和Cd 等重金屬的污染監(jiān)管力度，加強(qiáng)工廠污染物排放和生活垃圾堆放地管理，并對(duì)煉制后的殘?jiān)M快采取固化等處理措施。此外，有研究表明，土壤中重金屬和有機(jī)質(zhì)具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力[36]，結(jié)合嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園土壤有機(jī)質(zhì)缺乏的實(shí)際情況，在后期管理中可通過增加土壤有機(jī)質(zhì)來緩解土壤重金屬污染。也有文獻(xiàn)顯示，鋼鐵生產(chǎn)過程中釋放的重金屬顆粒易通過大氣擴(kuò)散和沉降積累在土壤表面[37]，因此，在工業(yè)城市中可以通過提高戈壁地區(qū)的植被覆蓋率以阻隔重金屬顆粒物的運(yùn)移[30]，以及對(duì)工廠的廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后再排放等措施，有效控制重金屬富集，進(jìn)而保障嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園良好的土壤環(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)對(duì)甘肅省嘉峪關(guān)市釀酒葡萄園土壤重金屬空間分布特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：

1）研究區(qū)釀酒葡萄園土壤呈弱堿性，有機(jī)質(zhì)較為缺乏。對(duì)Cu、Zn、Cr、Cd、Ni、Pb、As 和Hg 等8 種重金屬元素含量分析發(fā)現(xiàn)，上述元素在空間分布上有明顯差異，且Cr 元素在研究區(qū)內(nèi)已有積累的跡象。

2）進(jìn)一步對(duì)重金屬空間分布特征分析發(fā)現(xiàn)，除Cd 外，各元素含量呈現(xiàn)一定的空間分布規(guī)律，其高值區(qū)主要位于嘉峪關(guān)工業(yè)區(qū)、酒泉鋼鐵集團(tuán)的東北部，以及西南部的下莊、橫溝和任家村附近。

3）相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析結(jié)果表明，Cu、As、Ni、Pb、Zn和Hg等元素來源可能受土壤母質(zhì)因素的影響，Cr元素主要與以鋼鐵工業(yè)為主的工業(yè)源和農(nóng)業(yè)活動(dòng)源的復(fù)合影響有關(guān)。

4）地累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cr在研究區(qū)已呈現(xiàn)輕度污染。依據(jù)Eir和RI 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域內(nèi)土壤中8 種重金屬元素均呈現(xiàn)輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，且Cd 和Hg 是當(dāng)?shù)蒯劸破咸褕@的主要生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。因此，建議在今后的釀酒葡萄栽培過程中，應(yīng)追根溯源，加強(qiáng)超標(biāo)重金屬的污染防控和治理，并合理耕作，以提高當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境質(zhì)量，為釀酒葡萄的科學(xué)種植和葡萄酒安全生產(chǎn)提供保障。