环境科学  2019, Vol. 40 Issue (8): 3764-3773   PDF    
引用本文
张炜华, 于瑞莲, 杨玉杰, 胡恭任, 崔建勇, 颜妍, 黄华斌. 厦门某旱地土壤垂直剖面中重金属迁移规律及来源解析[J]. 环境科学, 2019, 40(8): 3764-3773.
ZHANG Wei-hua, YU Rui-lian, YANG Yu-jie, HU Gong-ren, CUI Jian-yong, YAN Yan, HUANG Hua-bin. Migration and Source Analysis of Heavy Metals in Vertical Soil Profiles of the Drylands of Xiamen City[J]. Environmental Science, 2019, 40(8): 3764-3773.
厦门某旱地土壤垂直剖面中重金属迁移规律及来源解析
张炜华1,2, 于瑞莲1, 杨玉杰1, 胡恭任1, 崔建勇3, 颜妍3, 黄华斌2     
1. 华侨大学环境科学与工程系, 厦门 361021;
2. 环境监测福建省高校重点实验室, 厦门 361024;
3. 核工业北京地质研究院分析测试研究中心, 北京 100029
收稿日期: 2019-01-27; 修订日期: 2019-03-06
基金项目: 国家自然科学基金项目（21777049，21177043）；华侨大学2017级研究生科研创新基金项目
作者简介: 张炜华(1993~), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为环境监测与评价, E-mail:1354023372@qq.com
通信作者: 杨玉杰, E-mail:1522764620@qq.com; 胡恭任, E-mail:grhu@hqu.edu.cn
摘要: 采用ICP-MS和TIMS分析测定厦门市农业区某旱地土壤垂直剖面中8种重金属元素（V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr和Pb）含量及铅锶同位素组成，重点分析土壤剖面金属的纵向分层和淋失迁移特征.结果表明，除Sr外，其余重金属在大部分剖面深度中均未超过背景值，表明受外来源的影响较小.Sr在整个剖面的迁移系数均大于0，表明存在不同程度的富集；Zn和Co在近地表处富集；Cr、Ni和Cu在整个剖面中以亏损为主；V和Pb受外来活动的干扰小.淋洗迁移特征分析表明，Sr和Pb淋洗下移较活跃，其下移深度较大，但Pb下移深度低于Sr下移深度.因子分析表明，重金属主要为自然因子的输入，其次为农业活动和交通运输等复杂人为活动的输入.富集因子分析表明，Sr受外源不同程度影响.铅锶同位素组成分析表明，垂直剖面土壤中Pb主要来源于母质层，而Sr除来源于母质层外，还受到复杂人为源的影响，并已有向底层（30~70 cm）迁移的趋势.
关键词: 厦门市      旱地      垂直剖面土壤      重金属      迁移      铅锶同位素示踪     
Migration and Source Analysis of Heavy Metals in Vertical Soil Profiles of the Drylands of Xiamen City
ZHANG Wei-hua1,2 , YU Rui-lian1 , YANG Yu-jie1 , HU Gong-ren1 , CUI Jian-yong3 , YAN Yan3 , HUANG Hua-bin2     
1. Department of Environmental Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China;
2. Key Laboratory of Environmental Monitoring, Fujian Province University, Xiamen 361024, China;
3. Center of Analysis, Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China
Abstract: The concentrations of eight heavy metal elements (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, and Pb) and the isotopic composition of Pb and Sr were determined in vertical soil profiles of the drylands of Xiamen City using ICP-MS and TIMS. The vertical distributions and leaching migration patterns of the heavy metals were also analyzed. The results showed that most of the heavy metals (except for Sr) were not enriched relative background values at most profile depths, which indicated that heavy metal content is less affected by exogenous sources. The migration coefficients of Sr were greater than 0 throughout the entire soil profile; Zn and Co were enriched in the surface soil; and Cr, Ni, and Cu were depleted throughout the profile. V and Pb were less influenced by external activities. Sr and Pb showed clear vertical migration characteristics, and the migration depth of Sr was greater than that of Pb. Factor analysis showed that the heavy metals mainly originated from natural sources, followed by agricultural activities, transportation, and other complex anthropogenic activities. Enrichment factor analysis showed that Sr was affected by exogenous sources to varying extents. The isotopic composition analysis of Pb and Sr showed that Pb was mainly derived from the parent material, whereas Sr was interpreted as deriving from both the parent material and anthropogenic activities, and tended to migrate to the subsurface soil horizons (30-70 cm).
Key words: Xiamen City      dry lands      soil vertical profile      heavy metals      migration      Pb and Sr isotope tracing     

2016年5月28日, 国务院发布的《土壤污染防治行动计划》[1]和2018年8月31日发布的《中华人民共和国土壤污染防治法》[2], 指出土壤是经济社会可持续发展的物质基础, 关系人民群众身体健康, 关系美丽中国建设, 保护好土壤环境是推进生态文明建设和维护国家生态安全的重要内容.由于人类活动的影响致使重金属进入土壤系统中, 重金属过量累积造成土壤环境质量日益下降[3, 4].进入农田土壤的重金属因为耕作、淋溶等因素发生横向及纵向迁移, 导致不同土层受到污染, 重金属在垂直剖面的纵向分布反映了重金属的迁移能力及土壤受污染的程度[5, 6].目前研究农田土壤重金属污染多是集中考虑农田土壤耕作层的含量, 而仅对表层的研究不足以说明土壤重金属的污染特性及在不同土层的积累情况, 难以解释在人类活动和自然作用的双重影响下重金属的含量分布特征, 目前针对不同深度土层中的重金属污染状况及淋溶迁移特性的报道较少.

污染源的确定是评价土壤重金属污染程度和对土壤污染进行有效治理的前提, 同位素示踪法和多元统计分析法常被应用于重金属污染源的追踪研究[7, 8].铅同位素在次生环境中不产生同位素分馏, 其同位素比值在不同环境污染源的影响下呈现不同规律变化[9].锶有4个稳定同位素：84Sr、86Sr、87Sr和88Sr, 87Sr是放射成因, 且随时间的增加呈单方向增长, 而86Sr是非放射成因的, 均属稳定性同位素, 而87Sr/86Sr比值在不同来源下明显不同[10].因而利用铅、锶同位素的这些“指纹”特征可有效判断环境污染物的迁移来源.多元统计分析法通过简化原始变量个数使得更易于解释原始信息的本质, 是一种用于确定数据分布中共同模型的一种有效方法[11, 12], 在识别重金属对土壤及沉积物的自然和人为环境影响方面得到较广泛应用[13, 14].

厦门市地处福建省东南部, 是中国东南沿海的重要中心城市, 厦门市土壤重金属污染日趋严重[15].本文以厦门市某旱地土壤作为研究对象, 分析垂直剖面土壤重金属的累积及迁移特性, 通过多元统计分析法及铅锶同位素示踪法对8种重金属(V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr和Pb)的污染来源进行解析, 以期对厦门市农业区旱地土壤的重金属污染防治和地下水安全利用提供一定的科学依据.

1 材料与方法 1.1 研究区域概况

厦门市属亚热带海洋性气候, 温和多雨, 年平均降雨量在1 200 mm左右, 研究区内丘陵地广布, 山地以赤红壤为主, 其次为红壤[16].本研究的采样点为厦门市海沧区某旱地(24°29′31″N, 118°1′29″E), 靠近公路, 土壤为赤红壤.

1.2 样品采集及预处理

根据《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004), 在该旱地借助地质勘查钻采集剖面土壤样品, 取0~340 cm的深度, 0~220 cm每10 cm分一层, 220~340 cm每20 cm分一层, 共计28个垂直剖面土壤样品.不同土层颜色变化如下：0~10 cm灰黄色、10~30 cm灰色、30~60 cm灰白色、60~90 cm灰黄色、90~150 cm灰白色、150~180 cm土黄色、180~220 cm灰黑色和220~340 cm灰黄色. 0~70 cm土壤呈弱酸性(pH范围6.37~6.84, pH值随深度增加而增大), 70 cm以下土壤基本呈中性(pH范围6.96~7.21).每层土壤样品置于干净的塑料袋中, 密封贴好标签注明标号.将采集的样品运回实验室, 置于室内晾干, 剔除杂物后捣碎, 过200目尼龙筛.装入聚乙烯塑料袋中密封备用.

采用pH计测定土壤pH, 结果为0~70 cm土壤呈弱酸性(pH范围6.37~6.84, pH值随深度增加而增大), 70 cm以下土壤基本呈中性(pH范围6.96~7.21).

1.3 元素及同位素分析与质量控制

土壤样品经过预处理后, 送至核工业北京地质研究院分析测试研究中心进行重金属总量分析测定.称取0.200 0 g已过200目尼龙筛的样品于聚四氟乙烯消解罐中, 加入2 mL硝酸、2 mL氢氟酸、6 mL盐酸于微波消解仪中消解, 消解完毕后在122℃下加热赶酸, 待样品蒸至快干时加入0.5 mL超纯水, 反复两次; 当样品再次蒸至近干时, 取下冷却, 后转移至50 mL容量瓶中采用3%硝酸(GR)定容.采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定溶液中V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr和Pb的含量.每10个样品设置一个平行样, 每批土壤样品设置2个空白.用GSS-7土壤系列标准物质进行全程质量控制, 各元素的回收率均在国家标准参比物质的允许范围内.

土壤样品的铅锶同位素比值分析样品的制备在核工业北京地质研究分析测试中心同位素超净实验室中完成.按DZ/T 0184.12-1997标准分析流程对铅锶进行分离与纯化.用国际标准物质NBS981监控仪器分析工作状态, 详细测试过程参照文献[17, 18], 实验室全流程本底Pb不大于1ng, 该仪器测定的NBS-981标样平均值206Pb/204Pb=19.944±0.009(2σ), 207Pb/204Pb=15.492±0.001 8(2σ), 208Pb/204Pb=36.677±0.003 5(2σ), 208Pb/206Pb=2.168 1±0.000 8(2σ).铅同位素测定结果都具有较高的精密度, 铅同位素比值均在误差允许的范围内, 测定结果的2σ在0.001~0.007范围(大多为0.002~0.005), 符合铅同位素测试精度要求.锶同位素采用静态多接收方式测量, 测定过程中的分馏效应采用88Sr/86Sr=8.375 219进行矫正, Sr的全流程本底为1×10-9~2×10-9g.对Sr同位素标准NBS987测定的87Sr/86Sr=0.710 220±0.000 04(2σ).

1.4 数据处理

数据统计分析及作图分别采用SPSS 17.0和Origin 8.6.

2 结果与讨论 2.1 垂直剖面土壤重金属的地球化学特征 2.1.1 垂直剖面土壤重金属含量的统计特征

农业区旱地垂直剖面土壤8种元素含量统计结果见表 1.其中超过福建省土壤背景值[19]的元素为Sr(2.181)和Pb(1.010). 8种元素的变异系数顺序为Co＞Ni＞Zn＞Cu＞Cr＞V＞Pb＞Sr.整体而言重金属含量的变异系数均较小(小于80%), 其中Sr含量变异系数最小, 但超背景值倍数较大, 表明研究区域土壤重金属含量纵向分布受到一定程度的外来源干扰[20].

表 1 垂直剖面土壤重金属元素统计结果/μg·g-1 Table 1 Statistics for heavy metals in the soil profiles/μg·g-1

对土壤重金属垂向分布特征的相关研究认为[21], 剖面中的重金属含量分布与外界条件变化密切相关, 具有非常复杂的空间分布特征, 其分布既具有共同之处(近地表地段), 又存在一些差异(深处尤甚).从本文重金属含量纵向分布来看(图 1), 重金属含量均在200 cm深度之后先降低后升高, 在320 cm后继续降低, 这是由于土壤本身是一个复杂的巨系统, 重金属在土壤中的富集取决于很多因素, 不仅与元素含量有关, 还与土壤类型、质地、理化性质以及重金属与其他因子之间的关系有关.有研究表明[22], 研究区域在中层土壤通透性好, 而深层土壤密度大、保水性好的情况下, 重金属元素的纵向分布会出现先降低后升高的趋势.

图 1 垂直剖面土壤重金属含量变化 Fig. 1 Distribution of heavy metals in the soil profiles

从重金属的纵向迁移变化来看(图 1), Co、Cu和Zn的变化趋势基本一致, 表现为表层高、底层低的分布趋势, 表明人为输入现象明显, 除Co外, 另外两种元素的表层含量并未超过背景值, 但也应引起重视. V、Cr、Ni、Sr和Pb表现为表层较低而底层较高的特点, 其中Sr在30~70 cm的含量高于0~30 cm, 有向底土层迁移的趋势.此外, V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn和Pb在大部分垂直剖面深度均低于背景值, 而Sr在大部分剖面深度中超过背景值, 表明在一定程度上受到外来源的影响.

2.1.2 垂直剖面土壤重金属迁移特征

计算剖面土壤重金属的迁移系数前需选取惰性元素作为参比元素, Sc、Zr、Ti和Al这4种元素在土壤中的含量变化较小, 在风化及成土过程中较稳定, 故一般被选为参比元素[23], 本研究中同时测定了Sc元素的含量, 结果发现Sc元素在整个垂直剖面土壤中的含量未超过福建省土壤环境背景值, 且变异系数较小(CV=0.172).故本文选取Sc作为参比元素, 福建省土壤背景值作为参比值, 迁移系数根据下式(1)计算[24]：

(1)

式中, Tj表示垂直剖面土壤中j元素的迁移系数, Cj, s表示土壤样品j元素的含量, Cj, b表示j元素的背景值, CSc, s表示样品Sc的含量, CSc, b表示Sc的背景值.当Tj=0时, 表明j元素相对于Sc没有富集或丢失, Tj=-1时, 表明j元素完全丢失, Tj＞0时, 表明j元素富集, Tj＜0时, 表明j元素丢失.

计算结果见图 2, 相对于Sc, 剖面土壤重金属有以下迁移特征：Sr在整个剖面的迁移系数均大于0, 其中在40~70 cm处的迁移系数高于绝大部分土层, 表明这些元素存在不同程度的富集, 因采样点位于公路附近, 是造成土壤重金属累积迁移最主要的外来源. Zn和Co在近地表处富集(迁移系数大于0), 这与化肥农药的使用密切相关[25], 且耕层土壤重金属易受人为扰动影响而向深层土壤迁移, 但实际所测含量与背景值相近, 推测也受到母质的影响. Cr、Ni、Cu在40~70 cm处的迁移系数高于大部分土层, 但在整个剖面中以亏损为主(迁移系数小于0), 表明相对Sc, 这些元素在剖面中发生流失.可能是由于这些元素表生地球化学迁移能力强[24], 故出现较显著的亏损. V和Pb的迁移系数整体介于-0.2~0.2之间, 可认为该元素相对于参比元素未发生迁移.

图 2 垂直剖面土壤重金属迁移系数 Fig. 2 Migration coefficients for heavy metals in the soil profiles

2.1.3 垂直剖面土壤重金属淋滤迁移分析

研究垂直剖面土壤重金属淋滤迁移特征规律有助于评价土壤环境质量, 进而了解重金属可能给地下水带来的污染趋势.因此通过淋失比率(WWC, 用C表示)表示, 将0~20 cm视为耕作层, 元素取0~10 cm和10~20 cm两层的平均值. 20~30 cm作为犁底层、30~50 cm作为心土层和50~340 cm的底土层, 各层元素淋失比率按式(2)计算[26]：

(2)

式中, Aij为i层中j元素淋失率; M(i-1)j为(i-1)层中j元素含量; Mij为i层中j元素含量.

从耕作层元素淋失比率来看(表 2), 大部分重金属淋失比率很低, 可能是由于研究区域无水灌溉情况, 富集在地表层土壤中的重金属仅能随雨水水流向下迁移, 下渗水流性弱, 故易受地表的物理化学及生物截流作用使得大量停滞在近地表层.而Sr的淋失比率较大, 这与其地球化学性质有关, 由于Sr离子半径较小, 与Ca2+的地球化学行为十分相似, 较容易以游离锶的形式随土壤溶液进行垂向迁移, 故导致地层中锶的大量淋溶[27].

表 2 垂直剖面土壤重金属元素淋失比率变化 Table 2 Variation of the leaching ratio of heavy metals in soil profiles

从犁底层元素淋失分析来看, 大部分重金属淋失比率很低, 但少部分元素淋失比率高于耕作层.因为一些重金属随水流作用由耕作层迁移至犁底层, 进而含量高于耕作层, 在下渗水流性较强时会导致犁底层中元素离子溶解度较高, 故随水流淋洗至心土层的流失量也相应较多.

从各元素在整个剖面的淋洗迁移深度分析来看, 当土层中Sr和Pb含量高时, 其淋洗下移现象较活跃, Sr表现最为明显, 因此其淋失比率都较高, 其下移深度最大, 而Pb下移深度显然低于Sr(低于70 cm).在土壤淋溶作用下, 人为农业活动向地表输入的重金属元素可向深层迁移.在酸性土壤中Pb的迁移性比较高[28], 而在中性至碱性土壤环境条件下迁移性大大降低.研究区域土壤在70 cm后土壤基本呈中性至弱碱性(pH范围6.96~7.21), 故70 cm土层后Pb的迁移性降低.在底土层1(50~70 cm)大部分重金属元素的淋失比率均显著高于大部分土层, 故将其视为转折层, 该现象表明在长期降水作用下, 这些元素随水流作用向底土层1迁移, 此结论与上述迁移特征分析一致.

2.2 垂直剖面土壤重金属来源分析 2.2.1 主成分分析

为解释垂直剖面土壤重金属的污染来源, 本文通过因子分析进行来源解析.采用SPSS 22.0统计分析软件, KMO和Bartlett球形度检验表明, 标准化后的数据适宜进行因子分析.数据经最大方差旋转后, 选取负载大于1的3个因子, 这3个因子的累积方差贡献率为81.79%, 分别可以解释总方差的54.26%、14.51%和13.02%.如表 3所示, 主成分1包括V、Co、Ni、Cu、Zn和Pb, Sr在主成分1上也有较大因子载荷, 该组大部分重金属的含量在整个剖面中均大多接近或小于背景值.故推断主成分1来源于土壤母质; 主成分2为Cr元素, Cr元素的污染主要受到肥料、农药、地膜及农业机械活动的影响[29], 此外, 污水灌溉也为农田中Cr的另一个来源[30], 但研究区无污水灌溉情况, 且Cr的平均含量均不高, 因此判断该成分主要受到农业活动的影响; Sr在主成分3上具有较高的载荷, 结合研究区实地情况, 推测Sr主要来源于交通运输. Sr在主成分1和主成分3均占有一定的载荷数, 由上可知, Sr在表层、心土层和底土层1的含量均普遍高于福建省背景含量[25]和其他土层的含量(由于Sr离子半径较小, 各种来源的Sr均容易以游离的形式随土壤溶液或进行垂向迁移)[28].同时也有研究表明[31], 水的流动是影响Sr在土柱中迁移的最主要因素.因此Sr的地球化学行为和土壤及外界环境(母质、人为活动、水流速度等)共同决定其在剖面的迁移深度.由此Sr元素的含量异常不仅与土壤母质有关, 还受人为活动如外源降尘输入[32]等的影响.综合以上分析, 农业区旱地垂直剖面土壤重金属主要来自于自然因子的输入, 其次为农业活动和交通运输等复杂人为活动的输入.

表 3 垂直剖面土壤重金属因子分析结果 Table 3 Heavy metal content in the soil profiles

2.2.2 富集因子分析

富集因子可用于判断土壤重金属的来源, 同时确定人为影响程度[33]. Sc、Zr、Ti和Al这4种元素在土壤中的含量变化较小, 在风化及成土过程中较稳定, 故一般被选为参比元素[23].本文选取Sc作为参考元素, 福建省土壤背景值作为背景值, EF值通过式(3)计算, 其比值大小反映了土壤受人为活动干扰的程度[34]，计算结果见图 3.

(3)
图内虚线表示标准值 图 3 垂直剖面土壤重金属富集因子 Fig. 3 EFs of heavy metals in the soil profiles

式中, EF为元素富集因子; Ci为每个剖面深度元素i的含量; Cn为参比元素的含量. EF < 2表示无富集至轻微富集, EF为2~5表明中度富集, EF为5~10表示中度至严重富集, EF为10~25表明严重富集, EF为26~50表示非常严重富集, EF＞50表示极其严重富集[35].

如图 3所示, V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn和Pb在大部分深度的富集因子均小于2, 表明这些元素受人为扰动较小. Sr在整个剖面为极少-中度富集, 表明受到人为活动的影响, 与前文分析结果一致.

2.2.3 铅同位素示踪研究

(1) 铅同位素组成

铅同位素具有示踪环境污染来源的“指纹”特征[9], 因而越来越广泛地被应用于污染源解析的研究中.为进一步揭示土壤重金属来源, 因此对垂直剖面土壤中的铅同位素组成进行分析.一般自然源的206Pb/207Pb的比值在1.20以上, 而人为源的206Pb/207Pb比值在0.96~1.20之间[36].农业区旱地垂直剖面土壤铅同位素组成随深度的变化如图 4所示, 总体而言铅同位素组成变化幅度较小, 铅同位素组成208Pb/204Pb、207Pb/204Pb、206Pb/204Pb和206Pb/207Pb比值的变化范围分别为：38.85~39.04、15.64~15.66、18.77~18.90和1.198~1.210, 其中206Pb/207Pb比值变化幅度最小.

图 4 垂直剖面土壤铅同位素组成范围 Fig. 4 Distribution of Pb isotopes in the soil profiles

垂直剖面土壤中各铅同位素组成随深度的变化显示, 208Pb/204Pb随深度增加没有明显的变化趋势, 207Pb/204Pb比值随深度的增加总体上呈下降趋势, 206Pb/207Pb和206Pb/204Pb比值在剖面土壤中的变化趋势大致相同, 其中206Pb/207Pb比值在绝大部分深度均大于1.20, 在50~60 cm处同位素比值将至最低(为1.199 7), 可能是由于淋洗或深耕所致[37], 但均接近于自然来源的同位素比值, 表明人为影响不大, 与前文分析结果一致.

(2) 垂直剖面土壤中铅的来源

母质层、燃煤和燃油[9]等端元组分的206Pb/207Pb和207Pb/204Pb比值范围较大, 因此能进行有效区分.故本文采用206Pb/207Pb和207Pb/204Pb来追踪垂直剖面土壤中铅的来源.不同剖面土壤深度和端元组分的206Pb/207Pb和207Pb/204Pb如图 5所示.

图 5 垂直剖面土壤与端元物质铅同位素组成对比 Fig. 5 Composition of lead isotopes in the soil profiles and their known sources

垂直剖面土壤的206Pb/207Pb和207Pb/204Pb比值均集中在1.20以上, 靠近母质层, 且距离燃煤、燃油和大气降尘等端元较远, 因此农业区旱地土壤铅来自于母质层, 受人为活动干扰小, 与以上研究结果一致.

2.2.4 锶同位素示踪研究

不同污染来源的87Sr/86Sr比值有所差异, 因此可作为识别来源的“指纹”.相关研究表明[38], 人为源的87Sr/86Sr比值≤0.711 721.垂直剖面土壤的87Sr/86Sr-Sr分布如图 6所示, 大部分深度土壤(80~340 cm)具有较高的87Sr/86Sr(0.715 75~0.719 90), 表明Sr的主要来源为母质层, 受人为影响较小. 30~70 cm土层的87Sr/86Sr比值(0.714 41~0.715 24)有靠近人为源的趋势, 表明从该层到表层土壤Sr的来源发生了变化.相对于30~70 cm土层, 0~30 cm深度土壤的87Sr/86Sr比值更靠近成土母质层, 这可能与外界环境及Sr的地球化学行为有关. Sr在心土层(30~50 cm)和底土层1(50~70 cm)的含量均高于耕地层和犁底层(0~30 cm)和福建省背景值含量[19], 说明在农业区某旱地垂直剖面土壤Sr元素在一定程度上受到人为源的影响.在雨水的淋溶作用下, 富集在地表层的Sr以游离的形式随土壤溶液向更深土层发生垂向迁移[25], 从而导致在土层30~70 cm的Sr同位素比值(0.714 41~0.715 24)更靠近人为源, 而0~30 cm的Sr同位素比值(0.715 75~0.716 88)接近母质层, 与淋失迁移分析结果一致.大部分土壤样品具有较高的87Sr/86Sr, Sr主要来源于母质层, 其次受复杂人为源的影响.

图 6 垂直剖面土壤与端元物质锶同位素组成对比 Fig. 6 Composition of Sr isotopes in the soil profiles and their known sources

2.2.5 铅锶同位素联合示踪

为进一步验证铅、锶同位素的示踪结果, 因此利用这两种同位素(206Pb/207Pb和87Sr/86Sr)进行污染源的联合追踪(图 7). 30~70 cm深度的同位素组成有向人为源靠近的趋势, 其余深度土壤的同位素组成更靠近母质层, 与铅、锶同位素分析结果一致.农业区旱地重金属含量受成土母质影响大, 在一定程度上受人为源的干扰, 并已有向底层迁移的趋势, 应加以重视.

图 7 垂直剖面土壤铅锶同位素联合示踪 Fig. 7 Pb-Sr isotope combined tracers in the soil profiles

3 结论

(1) 重金属含量统计分析表明, Co、Cu和Zn表现为表层高、底层低, V、Cr、Ni、Sr和Pb表现为表层较低而底层较高的特点, 其中Sr在30~70 cm的含量高于0~30 cm, 有向底土层迁移的趋势.除Sr外, 其余重金属在大部分剖面深度中均未超过背景值, 表明受外来源的影响较小.

(2) Sr在整个剖面的迁移系数均大于0, 表明这些元素存在不同程度的富集. Zn和Co在近地表处富集. Cr、Ni、Cu在整个剖面以亏损为主, 表明随着时间的增加易从表层土向下迁移. V和Pb受外来活动的干扰小.

(3) 淋洗迁移特征分析表明, Sr和Pb淋洗下移较活跃, 其下移深度大, 但Pb下移深度低于Sr元素.底土层1(50~70 cm)为淋失转折层, 在雨水淋溶下这些元素随水流作用向底土层1迁移.

(4) 因子及富集因子分析表明, 农业区旱地垂直剖面土壤重金属主要来自于自然因子的输入, 其次为农业活动和交通运输等复杂人为源的输入.

(5) 铅锶同位素组成分析表明, 垂直剖面土壤中, 铅主要来源于母质层, 而锶除来源于成土母质外, 还受到复杂人为源的影响, 并已有向底层(30~70 cm)迁移的趋势.铅锶同位素联合示踪结果与铅锶同位素示踪及多元统计分析结果一致.

参考文献
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