来自工业“三废”、机动车尾气及粉尘、化石燃料燃烧、生活废弃物等多种来源的重金属元素不断排入城市土壤累积富集,城市土壤是重金属和其他污染物重要的贮存和分解场所,大量的重金属持续进入城市土壤会对城市生态系统生物地球化学循环带来巨大的负担,引发土壤功能恶化、土壤性质变化和其他环境问题,对居民尤其是儿童的健康带来巨大的风险,研究城市土壤重金属污染及其风险管控具有重要意义。城市土壤重金属研究是当前国内外重金属研究的热点,但调查和揭示整个城市土壤重金属污染特征、空间分布的研究尚不多见,对城市土壤进行源解析的方法也较为单一,此外,结合城市特点,将城市土壤重金属污染与其影响因素耦合分析的研究较少。针对上述背景,本文以中国长三角城市群快速城市化的南京市为例,采用网格法布设140个采样点,首先基于样点测试数据分析南京城市土壤重金属的累积情况,综合采用地累积指数、内梅罗综合指数和生态风险指数等方法评价南京重金属污染程度,定量分析南京城-郊-乡区域和不同功能区之间土壤重金属污染的差异,计算南京城市土壤重金属的空间结构并运用Ordinary Kriging空间插值方法分析南京城市土壤重金属污染的空间分布格局。然后采用主成分分析(PCA)和正定矩阵因子分析(PMF)方法综合分析南京城市土壤重金属的来源,基于Ordinary Kriging方法对所提取因子进行空间插值,综合源载荷、源成分谱和因子空间分布格局进行源识别。最后从母质因素、土壤理化性质和人为活动三个层面归纳影响南京城市土壤重金属累积的因素,分析南京城市土壤重金属与这些因素的相关性,然后采用多元逐步回归模型和通径分析定量化表征城市土壤重金属污染特征,以期为城市管理及规划提供决策依据。论文主要结论如下:(1)整体来看,南京市城市土壤采样点除Cr平均含量低于背景值外,Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Hg、As七种重金属平均含量均只略高于南京市自然背景值,但部分采样的重金属富集特征明显。南京市重金属元素中Cu、Zn、Hg和Pb四种元素受人为活动等外在因素干扰而表现出非自然源的离散和富集,在主城区、郊区、乡村存在显著性差异,Pb、Zn、Hg和Cu应为南京区域重金属污染防治的重点对象,Cr、Cd、Ni、As四种元素分布较为均匀,说明就数据分布而言这四种元素主要受母质等内在因素影响。(2)南京城市土壤重金属平均内梅罗指数为0.81,整体来看平均重金属综合污染程度值处在警戒水平,平均Hakanson潜在生态风险指数为92.40,整体来看总的潜在生态风险程度为低度,样点之间内梅罗指数和Hakanson潜在生态风险指数变异系数均较大,高度变异。南京市的主城区、郊区和乡村重金属内梅罗指数和生态风险指数均存在显著性差异,内梅罗平均指数的大小为主城区>郊区>乡村,生态风险指数的大小为主城区>乡村>郊区,主城区重金属污染程度和潜在生态风险程度高于郊区和乡村,表明主城区较强的人为活动干扰使得土壤的重金属污染较重。南京城区公共绿地、居民区、科教区和商业区四类功能区重金属含量与评价结果存在一定差异,但是差异均达不到显著性水平,重金属污染整体上呈现出商业区>居民区>公共绿地>科教区的分布特征。(3)对南京城市土壤各重金属元素地累积指数和内梅罗综合污染指数及Hakanson潜在生态风险指数进行克里格插值,Pb、Zn、Cu、Hg四种重金属元素地累积指数、内梅罗综合污染指数和Hakanson潜在生态风险指数呈现相似的空间分布规律,空间上呈现以主城区为中心向外辐射递减的分布特征,主城区-城郊-乡村的梯度递减分布规律表明南京市重金属污染受人为活动影响较大,其中高值区域与商业和生活区关联度较高,商业和生活是南京土壤重金属最主要的人为活动影响因素。As、Cd、Cr、Ni四种重元素地累积指数均处在安全水平,高值区域总体来看和主城区和商圈与化工厂特征点关联度不高,空间分布不同但较为连续,并且具有一定规律性,说明这四种重金属元素主要受母质、地质地貌等内在因素影响。(4)采取主成分分析方法(PCA)提取了南京城市土壤总体地化元素的4个潜在来源,在此基础上应用正定矩阵因子分析法(PMF)定量表征各来源对重金属元素的源贡献,因子1识别为外来输入,因子2识别为土壤理化性质源,因子3识别为成土母质源,因子4识别为人类活动源,就重金属而言,人类活动对Hg、Pb、Zn、Cu 的贡献度最高,分别为 38.9%、25.31%、21.83%和 19.65%。对 Cd、Cr、Ni 和 As的贡献度较低,仅分别为9.37%、7.93%、6.57%和5.63%。(5)就各影响因素而言:地球化学元素中,受人为活动干扰较大的P和Ca与同样受人为干扰较大的重金属元素(Hg、Pb、Zn、Cu)、内梅罗综合污染指数及Hakanson潜在生态风险指数显著正相关,说明了其污染(生活污染、建筑材料扬尘)和重金属污染具有一定的同源性。人为活动因素中,各人为活动因素多与土壤重金属污染呈现正相关的关系,也即是人为活动较强的区域其重金属污染多较为严重,其中人口密度是影响南京市重金属污染最重要的因子,其与多个重金属元素及综合污染指数、生态风险指数显著正相关,其他人为活动因素因子与重金属的相关性不高且贡献度不高,说明其都不是影响南京市重金属污染的主要人为活动因素。(6)内梅罗综合指数和Hakanson潜在生态风险指数多元逐步回归和通径分析结果都表明南京市重金属污染受人为活动显著影响,重金属污染还呈现出了和城市Ca、P污染具有一定同源性的污染特征,影响南京城区土壤重金属的人为活动因素中还是以生活、商业活动为主,受工业生产影响不大。因此为减少城区土壤重金属污染及生态风险,应在城市规划中应进一步推进城市副中心建设,引导城区人口外流。