农田重金属是土壤环境中危害较大的一种污染物, 具有潜伏周期长、毒性危害大、生物降解难和累积效果明显等特点^{[1, 2]}, 长期积累会导致农田土壤和农业生态环境恶化^[3], 并通过粮油菜等农产品直接进入食物链, 威胁人类健康^[4]. 有研究表明, 农田中土壤重金属可以通过食物链进行传递和富集, 最终到达人体, 长期以来食用此类土壤中生产的农产品会引发如结膜炎、肺癌、高血压、贫血和心脏病^{[4, 5]}等诸多病症的发生. 据2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示, 全国有19.4%的耕地土壤重金属超过了其背景值^[5], 每年有1.2 × 10⁷ t粮食重金属含量超标^[4], 其中As、Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn和Ni这8种重金属都存在一定的含量超标风险^{[6, 7]}. 因此, 明确农田土壤重金属分布特征和污染现状, 对于区域粮油菜安全生产和保护人类健康至关重要.

宁夏作为中国西北地区重要的商品粮基地和特色冷凉蔬菜建设基地^[8], 其土壤环境质量直接影响粮食蔬菜的安全生产^{[9 ~ 11]}. 近年来, 供港蔬菜作为一项特色优势产业在宁夏广泛种植, 且一年多茬, 长期高水肥管理致使农田土壤重金属大量累积, 供港蔬菜田土壤重金属超标风险增强. 同时, 宁夏作为黄河上游地区, 农田土壤重金属含量超标会直接导致地下水和黄河水质污染加重^{[12, 13]}. 目前已有学者对宁夏土壤重金属污染情况做了相关分析^{[8, 14 ~ 16]}, 但迄今针对宁夏供港蔬菜田土壤重金属污染和生态风险研究鲜有报道, 宁夏供港蔬菜田土壤环境污染状况及其生态风险不清. 基于此, 本文以宁夏省477个供港蔬菜田表层土壤为研究对象, 分析As、Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn和Ni这8种重金属元素含量和空间分布特征, 采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、地累积指数法和潜在生态风险指数法对宁夏供港蔬菜田土壤重金属的污染状况和生态风险进行评价, 并利用Pearson相关分析和主成分分析对监测区重金属污染来源进行解析, 旨在为宁夏供港蔬菜田污染防治、供港蔬菜安全生产以及黄河流域生态先行区建设提供数据支撑.

宁夏（104°17'~107°39'E、35°14'~39°23'N, 图 1）位于中国西部的黄河上游地区, 全区总面积6.64 × 10⁴ km², 平均海拔在1 000 m以上, 属于温带大陆性气候, 年日照时数2 194~3 082 h, 年平均气温5~9℃, 年平均降水量约200~680 mm ^[17]. 宁夏地处黄河水系上游, 灌溉历史悠久, 是中国西北重要的粮食产区. 宁夏土壤类型多样, 大部分地区土质疏松且土层深厚, 气候凉爽, 昼夜温差大且降水适中, 是全国优质高档绿色蔬菜和冷凉高产蔬菜产区之一.

图 1

Fig. 1

图 1 采样点分布示意 Fig. 1 Sampling sites distribution

于2019~2021年采用五点法采集宁夏全区供港蔬菜田表层土壤（0~20 cm）样品共477个, 其中2019年采集159个, 2020年采集155个, 2021年采集163个. 土壤样品采集借助GPS定位系统测定采样点地理坐标, 按照2 m × 2 m网格法布设点位, 实地采样时根据当地地形、周边环境等实际情况优化和增加采样点位. 用四分法将土壤样品均匀混合后装袋密封保存, 自然风干后去除杂物, 其中一部分粉碎并研磨后过1 mm和0.25 mm筛用于测定土壤pH、土壤有机质和土壤阳离子交换量, 另一部分粉碎研磨后过100目尼龙筛用于土壤重金属含量测定分析.

本研究采集宁夏2019~2021年477个供港蔬菜田表层土壤样本, 其测定方法见表 1.

表 1 (Table 1)

表 1 土壤样品测定方法 Table 1 Soil sample determination method 测定项目 测定方法 pH 电位法(PHS-3C/NMIE-0421) [18] 有机质 滴定法(50 mL/HJ-DA1-4-A) [18] 阳离子交换量 滴定法(25 mL/HJ-DA2-4-A) [18] As、Cr、Ni、Cu和Zn 火焰原子吸收分光光度法(GB/T 17137-1997、GB /T 17139-1997和GB/T 17138-1997) Mn 原子吸收分光光度计(上分AA320) Cd和Pb 微波消解和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS, 安捷伦7500)

表 1 土壤样品测定方法 Table 1 Soil sample determination method

样品分析测试由内蒙古谱尼测试技术有限公司完成. 为确保实验结果的准确度和精密度, 样品测试过程采用国家一级标准物质（GBW系列）进行质量监控, 分析过程中每批次抽取10%的样品进行平行样测定, 相对标准偏差控制在≤ 5%, 实验中使用的试剂品级均为优级纯, 所用水均为超纯水.

为掌握各重金属污染物对农田土壤环境的贡献, 突出污染最严重的重金属元素, 选择单因子污染指数法[式（1）]和内梅罗综合污染指数法[式（2）]对农田土壤环境进行综合评价, 计算公式如下：

(1)

(2)

式中, P_i为单因子污染指数；C_i为重金属i的实测值（mg·kg^-1）；S_i为重金属i的评价标准（mg·kg^-1）；P_综为内梅罗综合污染指数；P_imax为单因子污染指数的最大值；P_iave为单因子污染指数的平均值.

引用《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618-2018）风险筛选值^{[19, 20]}作为评价标准. 单因子污染指数与内梅罗综合污染指数等级分类标准如表 2所示.

表 2 (Table 2)

表 2 土壤重金属污染评价分级表 Table 2 Soil heavy metal pollution evaluation grading table 等级 单因子污染指数 综合污染指数 污染等级 Ⅰ Pi ≤ 0.7 P综 ≤ 0.7 安全 Ⅱ 0.7 < Pi ≤ 1.0 0.7 < P综 ≤ 1.0 警戒线 Ⅲ 1.0 < Pi ≤ 2.0 1.0 < P综 ≤ 2.0 轻度污染 Ⅳ 2.0 < Pi ≤ 3.0 2.0 < P综 ≤ 3.0 中度污染 Ⅴ Pi > 3.0 P综 > 3.0 重度污染

表 2 土壤重金属污染评价分级表 Table 2 Soil heavy metal pollution evaluation grading table

地累积指数法作为区分人为活动影响的重要参数^[21], 计算公式如下：

(3)

式中, I_geo为地累积指数；C_i为重金属i的实测值（mg·kg^-1）；B_n为重金属i的背景值（mg·kg^-1）, 采用宁夏土壤背景值（表 3）^[22]；1.5为修正系数^[23] .

表 3 (Table 3)

表 3 宁夏土壤重金属背景值/mg·kg-1 Table 3 Background values of heavy metals in Ningxia soils/mg·kg-1 项目 Pb As Zn Ni Cu Hg Cr Cd 背景值 20.9 11.9 58.8 36.5 22.1 0.021 60 0.112

表 3 宁夏土壤重金属背景值/mg·kg-1 Table 3 Background values of heavy metals in Ningxia soils/mg·kg-1

根据地累积指数I_geo将污染程度划分为7个等级, 其中I_geo ≤ 0, 无污染；0 < I_geo ≤ 1, 轻度污染；1 < I_geo ≤ 2, 偏中度污染；2 < I_geo ≤ 3, 中度污染；3 < I_geo ≤ 4, 偏重度污染；4 < I_geo ≤ 5, 重度污染；I_geo > 5, 严重污染^[4].

潜在生态风险指数法由瑞典学者Hakanson提出^[24], 该方法能在评价土壤重金属潜在生态风险的同时考虑到重金属元素生态毒性的危害. 计算公式如下：

(4)

式中, RI为重金属综合潜在生态危害指数；C_i为重金属i的含量；为重金属i的背景值含量（mg·kg^-1）, 选用宁夏土壤背景值^[22]；为土壤重金属i的污染指数；Eⁱ_r为土壤重金属i的潜在生态危害指数；为重金属i的生物毒性响应因子.

其中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg生物毒性系数^[25]分别为2、5、5、1、10、30、5和40. 其中Eⁱ_r和RI的等级划分标准^{[16, 26]}如表 4.

表 4 (Table 4)

表 4 重金属潜在生态危害指数分类与危害等级 Table 4 Classification and hazard class of heavy metal potential ecological hazard index Eir RI 潜在生态危害程度 Eir ≤ 40 RI ≤ 150 轻微风险 40 < Eir ≤ 80 150 < RI ≤ 300 中等风险 80 < Eir ≤ 160 300 < RI ≤ 600 较强风险 160 < Eir ≤ 320 600 < RI ≤ 1 200 很强风险 Eir > 320 RI > 1 200 极强风险

表 4 重金属潜在生态危害指数分类与危害等级 Table 4 Classification and hazard class of heavy metal potential ecological hazard index

采用Excel 2010统计实验数据, 应用SPSS 23对数据进行相关性分析和主成分分析, 运用Origin 2022进行数据做图, 采用ArcGIS Pro软件绘制采样点图和空间插值图.

由表 5可知, 采集的宁夏477个供港蔬菜田土壤pH值范围为7.56~9.60, 有机质平均值为14.13 g·kg^-1, 阳离子交换量最大值为26.5 cmol·kg^-1, 最小值为3.62 cmol·kg^-1, 土壤重金属ω（As）、ω（Cd）、ω（Cr）、ω（Hg）、ω（Pb）、ω（Cu）、ω（Zn）和ω（Ni）的均值分别为12.60、0.18、64.40、0.03、20.18、22.76、64.65和30.26 mg·kg^-1, 其中, Pb和Ni含量低于宁夏土壤背景值, As、Cd、Cr、Hg、Cu和Zn略高于宁夏土壤背景值, 分别是宁夏土壤背景值的1.06、1.66、1.07、1.50、1.03和1.10倍, 说明这6种重金属在土壤中有不同程度的富集. 以土壤环境质量（GB 15618-2018）^[19]作为标准, 8种重金属含量均低于国家农用地土壤风险筛选值, 表明研究区内土壤生态质量风险低, 较为安全.

表 5 (Table 5)

表 5 重金属含量特征分析1） Table 5 Characterization of heavy metal content 项目 采样数 最小值 最大值 平均值 标准差 变异系数(CV) 宁夏土壤背景值 土壤风险筛选值（pH > 7.5） As 477 4.22 18.90 12.60 2.37 0.19 11.90 25.0 Cd 477 0.07 0.47 0.18 0.05 0.31 0.11 0.6 Cr 477 36.20 87.00 64.40 8.56 0.13 60.00 250.0 Hg 477 0.00 0.13 0.03 0.02 0.54 0.02 3.4 Pb 477 12.80 33.40 20.18 3.04 0.15 20.90 170.0 Cu 477 10.10 45.10 22.76 4.71 0.21 22.10 100.0 Zn 477 30.00 112.60 64.65 12.10 0.19 58.80 300.0 Ni 477 16.10 62.20 30.26 5.01 0.17 36.50 190.0 pH 477 7.56 9.60 8.52 0.25 0.03 — — 有机质 477 2.15 46.30 14.13 5.55 0.39 — — 阳离子交换量 477 3.62 26.50 9.67 2.96 0.31 — — 1）“—”表示没有相关数据；其中宁夏土壤背景值、土壤风险筛选值和8种重金属最小值、最大值、平均值和标准差单位均为mg·kg-1, 有机质单位为g·kg-1, 阳离子交换量单位为cmol·kg-1

表 5 重金属含量特征分析1） Table 5 Characterization of heavy metal content

变异系数可以度量概率分布的离散程度, 能够体现出重金属含量的变化情况, 变异系数越大, 即变异程度越大^[27]. 变异系数划分为3类^[27]：低变异（CV < 0.16）、中变异（0.16 ≤ CV ≤ 0.36）和高变异（CV > 0.36）, 表 5中8种重金属变异程度为：Hg > Cd > Cu > As = Zn > Ni > Pb > Cr, 其中Cr和Pb为低变异, 表明Cr和Pb在土壤中分布较均匀, 受人为因素影响较小；Cd、Cu、As、Zn和Ni属于中变异, Hg属于高变异, 初步认定宁夏供港蔬菜田中Hg元素离散程度较高, 受外界干扰和人为活动影响显著.

利用反距离插值法形成宁夏供港蔬菜田8种重金属空间分布情况（图 2）. As、Cr和Ni元素含量的空间分布相类似, 在研究区西北部、中部以及南部出现连片高值区, 东部地区As、Cr和Ni含量相对较低；Pb、Zn、Cd、Hg和Cu元素的空间分布较为一致, 高值区主要分布在研究区西北部, 且南部也有部分高值响应, 研究区中部及东部地区Pb、Zn、Cd、Hg和Cu元素含量为较低区域. 从空间分布特征情况来看, 宁夏供港蔬菜田土壤8种重金属元素空间分布特征明显, 在研究区西北部及南部均有高值响应, 其中As、Cr和Ni的高值范围最广.

图 2

Fig. 2

图 2 农田土壤重金属空间插值分布 Fig. 2 Spatial interpolation distribution of heavy metals in agricultural soils

依据国家土壤环境质量标准（GB 15618-2018）, 利用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数对供港蔬菜田土壤重金属污染进行生态风险评价（图 3和图 4）. 供港蔬菜田土壤中8种重金属P_i值大小顺序为：As > Cd > Cr > Cu > Zn > Ni > Pb > Hg（图 3）, 样本中Cr、Cu、Zn、Ni、Pb和Hg的污染等级都处于安全范围之内, As和Cd分别有1.89%和0.21%的样点处于警戒范围. Cr、Cu、Zn、Ni、Pb和Hg的污染水平为清洁水平, As和Cd污染水平为尚清洁水平. 结合供港蔬菜田土壤重金属内梅罗综合污染指数空间分布, 内梅罗综合污染指数高值区主要分布于研究区西北部, 其余地区内梅罗综合污染指数整体较低（图 4）. 此外, 供港蔬菜田土壤重金属采样点的内梅罗综合污染指数均小于0.7（图 4）, 污染等级为安全, 污染评价水平为清洁水平, 说明宁夏供港蔬菜田土壤重金属元素污染程度低, 整体相对安全.

图 3

Fig. 3

图 3 土壤重金属单因子污染指数（Pi） Fig. 3 Soil heavy metal single factor pollution index(Pi)

图 4

Fig. 4

图 4 研究区农田土壤内梅罗综合污染分布 Fig. 4 Distribution of integrated contamination of agricultural soils in the study area with Nemero

以宁夏土壤背景值^[22], 计算供港蔬菜田土壤重金属元素地累积指数（表 6）. 结果表明：宁夏供港蔬菜田土壤重金属整体污染水平较轻, 除Hg和Cd之外其它重金属元素均为无污染和轻度污染等级, 其中Hg无污染等级占样点总数的63.10%, 轻度污染等级占34.59%, 偏中度污染等级占2.10%, 中度污染等级占0.21%；Cd无污染等级占样点总数的46.33%, 轻度污染等级占52.62%, 偏中度污染等级占1.05%；As、Cu和Zn无污染等级分别占样点总数的98.32%、98.95%和97.48%, Pb和Ni无污染等级均占样点总数的99.79%, Cr则全部为无污染等级.

表 6 (Table 6)

表 6 土壤重金属地累积指数（Igeo） Table 6 Soil heavy metal land accumulation index(Igeo) 元素 最大值 最小值 平均值 不同污染等级样点数/个（超标率/%） 无污染 轻度 偏中度 中度 偏重度 重度 严重 As 0.08 -2.08 -0.53 469（98.32） 8（1.68） 0 0 0 0 0 Cd 1.48 -1.30 0.02 221（46.33） 251（52.62） 5（1.05） 0 0 0 0 Cr -0.05 -1.31 -0.50 477（100） 0 0 0 0 0 0 Hg 2.02 -3.31 -0.31 301（63.10） 165（34.59） 10（2.10） 1（0.21） 0 0 0 Pb 0.09 -1.29 -0.65 476（99.79） 1（0.21） 0 0 0 0 0 Cu 0.44 -1.71 -0.58 472（98.95） 5（1.05） 0 0 0 0 0 Zn 0.35 -1.56 -0.48 465（97.48） 12（2.52） 0 0 0 0 0 Ni 0.18 -1.77 -0.88 476（99.79） 1（0.21） 0 0 0 0 0

表 6 土壤重金属地累积指数（Igeo） Table 6 Soil heavy metal land accumulation index(Igeo)

结合宁夏供港蔬菜田土壤重金属地累积指数空间分布（图 5）, As、Cr、Cu、Zn、Ni和Pb地累积指数绝大多数小于0, 说明供港蔬菜田在一定程度上未受到这6种重金属元素污染, Cd在研究区北部及部分南部地区内处于轻度污染和偏中度污染；而Hg在研究区北部及部分南部地区有较大区域处于轻度污染, 并在北部少量区域处于偏中度污染到中度污染. 总体来看, 宁夏北部与南部部分地区的重金属污染物主要为Cd和Hg, 二者地累积指数较高.

图 5

Fig. 5

图 5 研究区农田土壤地累积指数（Igeo） Fig. 5 Soil land accumulation index (Igeo) of agricultural land in the study area

如表 7所示, 宁夏供港蔬菜田单个重金属元素潜在生态风险指数（Eⁱ_r ）从大到小依次为Hg、Cd、As、Cu、Ni、Pb、Cr和Zn, 其中Hg有44.65%的样点为中等生态风险, 14.88%的样点为较强生态风险, 1.26%的样点为很强生态风险；Cd中等生态风险样点占比65.83%, 较强生态风险样点占比3.56%；其它重金属元素均为轻微生态风险. 根据重金属综合潜在生态风险指数（RI）, 研究区477个采样点中有28.72%的采样点属于中等生态风险, 0.21%的采样点属于较强生态风险, 无很强和极强生态风险样点.

表 7 (Table 7)

表 7 潜在生态风险指数统计 Table 7 Statistics of potential ecological risk index 元素 样点数 最大值 最小值 平均值 不同生态风险等级样点数/个（超标率/%） 轻微风险 中等风险 较强风险 很强风险 极强风险 As 477 15.88 3.55 10.59 477（100） 0 0 0 0 Cd 477 125.60 18.21 47.85 146（30.61） 314（65.83） 17（3.56） 0 0 Cr 477 2.90 1.21 2.15 477（100） 0 0 0 0 Hg 477 243.81 6.06 55.24 187（39.20） 213（44.65） 71（14.88） 6（1.26） 0 Pb 477 7.99 3.06 4.83 477（100） 0 0 0 0 Cu 477 10.20 2.29 5.15 477（100） 0 0 0 0 Zn 477 1.91 0.51 1.10 477（100） 0 0 0 0 Ni 477 8.52 2.21 4.14 477（100） 0 0 0 0 RI 477 318.84 43.70 131.05 339（71.06） 137（28.72） 1（0.21） 0 0

表 7 潜在生态风险指数统计 Table 7 Statistics of potential ecological risk index

通过Pearson分析发现（图 6）, 宁夏供港蔬菜田土壤pH与土壤有机质、土壤阳离子交换量以及8种重金属间均为负相关关系, 且相关性较低. 相较而言, 土壤有机质和土壤阳离子交换量与8种重金属间相关性较高, 且均为正相关关系. Cu和Zn具有正相关关系, 相关系数为0.81, 说明二者之间存在较强的同源性；Cu与As、Cr和Ni之间的相关性系数均在0.7以上, 为正相关关系, 表明Cu与这3种重金属可能具有相似的迁移规律或来源；其他重金属之间均为正相关关系, 相关性系数在0.24~0.69之间, 相关性程度中等, 其输入源可能受外来因素影响较大.

图 6

Fig. 6

A.土壤pH, B.土壤有机质, C.土壤阳离子交换量, D.As, E.Cd, F.Cr, G.Hg, H.Pb, I.Cu, J.Zn, K.Ni；色柱颜色：红（蓝）色越深, 二者间正（负）相关性越强 图 6 农田土壤重金属Pearson相关分析 Fig. 6 Pearson correlation analysis of heavy metals in agricultural soils

利用主成分分析对宁夏供港蔬菜田土壤重金属来源进行解析（表 8）. 对土壤8种重金属含量分布通过KMO统计量和Bartlett球形度检验, 结果分别为0.895和0, 表明可以利用主成分分析解释供港蔬菜田土壤重金属来源的关联性. 主成分分析共提取到3个因子, 累计贡献率80.83%, 可以解释供港蔬菜田土壤重金属的污染来源途径. 第一成分（PC1）贡献率为60.86%, 其中Cu、Zn、Pb、As、Ni和Cr这6种元素具有较高的载荷值, 表明供港蔬菜田土壤中这6种重金属元素具有相近的来源. 第二成分（PC2）贡献率为13.04%, 其中Cd和Hg具有较高的正载荷, 此外, Hg在第三成分（贡献率6.93%）中也具有较高正载荷值.

表 8 (Table 8)

表 8 供港蔬菜田土壤重金属主成分分析 Table 8 Principal component analysis of heavy metals in soils of vegetable land for Hong Kong 元素 PC1 PC2 PC3 Cu 0.913 -0.083 -0.091 Zn 0.853 0.148 -0.152 Pb 0.828 -0.062 0.275 As 0.818 -0.244 -0.071 Ni 0.782 -0.275 -0.213 Cr 0.776 -0.403 0.220 Cd 0.621 0.602 -0.376 Hg 0.596 0.593 0.456 特征值 4.819 1.043 0.555 方差贡献率/% 60.86 13.04 6.93 累积方差贡献率/% 60.86 73.90 80.83

表 8 供港蔬菜田土壤重金属主成分分析 Table 8 Principal component analysis of heavy metals in soils of vegetable land for Hong Kong

近年来, 供港蔬菜已成为宁夏高档绿色蔬菜种植的一大产业, 但由于一季多茬种植, 且长期大量使用农药化肥, 宁夏供港蔬菜田土壤重金属污染问题也成为农业科技工作者关注的重点议题^[28]. 为了准确地掌握宁夏供港蔬菜田土壤重金属污染状况, 了解重金属污染物对农田土壤环境的贡献, 及时进行风险评价. 本研究选择了4种评价方法对宁夏供港蔬菜田土壤重金属污染状况进行分析, 但因评价方法不同^[29], 计算结果有所差异^{[30, 31]}. 综合不同评价方法发现, 宁夏供港蔬菜田土壤Cd和Hg污染相对突出、污染风险较大（图 5）, 这与我国当前农田土壤重金属整体污染情况相似^{[32, 33]}. 有研究发现, 我国贵州、湖南、陕西、广西、河北和安徽等地区均存在不同程度的Cd和Hg污染, 隐蔽性强^{[29, 34 ~ 38]}. 本研究表明, Cd和Hg污染区域主要分布于宁夏西北部和南部, 这与王幼奇等^[15]研究的结果一致, 主要是宁夏得天独厚的黄河水资源与南部山区独特的冷凉气候使得供港蔬菜在宁夏每年可种植4茬, 这种高强度的灌溉制度以及化肥农药的大量施用, 造成宁夏供港蔬菜田土壤重金属Cd和Hg累积.

综合4种评价方法发现, 8种重金属元素的单因子污染指数、地累积指数和潜在生态风险指数值并未遵循相同的顺序. 如：单因子污染指数和地累积指数表明As有部分样点处于警戒范围内, 污染风险较大（图 3和表 6）, 而潜在生态风险指数却表明As为低风险污染物（表 7）. 其原因主要有以下两个：其一评价标准不同, 单因子污染指数和地累积指数分别以土壤污染风险筛选值和土壤背景值为标准, 而潜在生态风险指数则从生态毒性角度反映不同重金属元素对环境的潜在生态危害^[31], 因此结果差异较大. 其二则是与重金属元素的生态毒性系数有关^{[39, 40]}. 通过表 6和表 7分析表明, Cd和Hg的地累积指数和生态风险指数位居8种重金属元素榜首. 因此, 无论是含量、污染程度还是生态毒性, Cd和Hg都是宁夏供港蔬菜田土壤的主要污染物, 须加强土壤重金属监测和防控, 确保宁夏供港蔬菜田土壤环境健康良好和供港蔬菜安全生产.

准确识别农田土壤重金属来源对指导重金属污染防控和保障蔬菜生产安全具有重要意义^[41]. 通过Pearson分析发现, 宁夏供港蔬菜田土壤有机质与8种重金属元素之间呈正相关关系（图 6）, 是因为土壤有机质对重金属具有较强的络合能力, 二者生成的络合物容易被土壤固定, 不易释放^[42]. 同时阳离子交换量受土壤中有机质含量的影响较大, 二者存在正相关关系^[43], 这表明在土壤有机质增加的同时, 土壤对重金属元素的吸附能力也随之增强（图 6）. 范庆锋等^[43]研究表明, 有机肥的施用能增强土壤的有机作用, 形成更多有机或有机无机复合胶体, 增加胶体表面阳离子吸附位点, 进而提高阳离子交换量^[44], 增加土壤对重金属的吸附作用^[44]. 土壤pH与重金属的相关系数较小, 这表明pH对土壤中重金属的累积效应影响较小, 这与柴磊等^[28]研究的结果一致.

综合Pearson分析和主成分分析结果, 将宁夏全区范围内测定的477个供港蔬菜田8种重金属元素来源划分为3类, 第一类：Cu、Zn、Pb、As、Ni和Cr这6种重金属元素, 主要来源为自然源. 前人研究表明, As、Ni和Cr与成土母质、成土过程和地质活动显著相关^{[45 ~ 47]}, 此结论很好地解释了本研究中As、Ni和Cr的空间分布特征（图 2）. 2种分析表明, Cu、Zn、Pb、As、Ni和Cr这6种重金属元素在第一成分（PC1）中均有较高的载荷值, 且相关性较高, 说明这6种重金属具有相似的迁移规律和来源. 此外, Cu、Zn、Pb、As、Ni和Cr的含量平均值均低于或略高于宁夏土壤元素背景值（表 3）, 且空间变异较小, 这反映了这6种重金属元素在土壤中保持了原始自然状态, 未受到过多人为因素的影响, 主要受成土母质控制^[38]. 第二类：Cd, 主要来源为农业源. 根据主成分分析结果, Cd在PC2中具有最高的因子载荷（0.602）. 有研究表明, Cd作为农业活动的标志元素, 普遍存在于化肥和农药中^[48], 而宁夏引黄灌区是供港蔬菜主要的种植基地, 农药化肥的施用也会增加土壤Cd的累积, 这很好地解释了Cd在宁夏西北部出现高值响应的原因. 此外, 杀虫剂的使用和排水沟污水灌溉均会增加Cd在土壤中的富集^[49]. 研究区南部农田中水浇地比例较小, 多数为旱地梯田, 因此排除部分农田水质污染因素, 而大量的化肥、农药、地膜等参与了农田生产过程, 形成Cd的累积性污染^[16]. 由此可见, 该成分主要反映的是农业造成的污染. 第三类：Hg, 主要来源为工业源和农业源. 主成分分析表明Hg在PC2有较高的正载荷值, 说明Hg与Cd有同一来源. 此外, Hg在PC3中也具有较高的载荷值, 且Hg的变异系数最大（0.54）, 表明受到的人为干扰最强. 陈航等^[50]研究表明, 大气沉降和农业中化肥的使用是农田土壤Hg污染的主要来源. 研究区西北部分布有较多的工厂企业, Hg通过燃煤发电、石油生产和废弃物燃烧等方式经过大气干湿沉降进入农田^[8]. Giersz等^[51]研究发现, Hg是化肥农药的重要成分, 农田中化肥农药的不合理施用也是Hg污染加重的主要原因, 因此研究区西北部和南部部分地区农田土壤中Hg含量高. 因而推测Hg由工业和农业混合来源共同作用产生.

（1）宁夏供港菜田土壤重金属除Pb和Ni外, As、Cd、Cr、Hg、Cu和Zn含量平均值均高于宁夏土壤背景值, 但8种重金属均低于我国农用地土壤风险筛选值.

（2）宁夏供港菜田土壤重金属空间分布特征明显, 除As、Cr和Ni在研究区西北部、中部以及南部出现连片高值外, Pb、Zn、Cd、Hg和Cu的高值区域主要集中在研究区西北部和南部部分地区.

（3）单因子指数法与内梅罗综合污染指数法表明宁夏供港菜田土壤整体处于清洁水平；地累积指数显示土壤中的主要污染物为Cd和Hg, 污染区域主要集中在研究区西北部和南部；Cd和Hg分别有69.39%和60.79%的采样点潜在生态风险程度达到中等及以上, 其余6种重金属为轻微生态风险.

（4）各监测点土壤有机质和阳离子交换量与8种重金属间呈显著正相关关系；而pH与土壤有机质、土壤阳离子交换量以及8种重金属间呈负相关关系. 综合Pearson相关分析和主成分分析结果, Cu、Zn、Pb、As、Ni和Cr主要来自于自然源；Cd主要来自于农业源；Hg主要来自于工业和农业混合源.