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土壤是农业生产的基础，其环境质量直接影响农产品质量安全，关乎人类健康和生存。作为各类环境污染物的“汇”，土壤在城市化和工业化的高速发展和推进过程中，受到了人为活动的强烈影响，各种污染物汇集于土壤中，降低了土壤环境质量，尤其是农田土壤重金属，因其污染重、风险高而备受国家和社会的重视与关注。因此，开展农田土壤重金属污染特征分析及生态风险评价研究，掌握农田土壤环境质量状况，可为区域土壤环境管理和决策提供依据。
崇明岛作为上海重要的生态屏障和“菜篮子”，其农田土壤环境质量对上海的生态环境健康和农产品安全尤为重要。同时，《崇明世界级生态岛发展“十三五”规划》对区域耕地土壤质量和农用地土壤安全利用等方面提出了更高的要求。本研究以崇明岛农田土壤为研究对象，对土壤养分和重金属进行检测分析，运用地统计分析、多元统计分析和生态风险评价等方法，开展了农田土壤养分和重金属分异特征研究，分析其相关性，解析农田土壤重金属污染来源及贡献，评价农田土壤生态风险。主要研究结果如下：
（1）崇明岛农田土壤养分指标分异特征及相关性研究。pH值总体呈弱碱性，1.37%的点位土壤受到了一定程度的酸碱污染；土壤养分含量变异系数大于15%，表现出较强的空间分异特征，总体呈中部地区土壤养分含量较高，而东南部地区土壤养分含量偏低。土壤有机质、全氮和全磷含量总体处于中等水平，较历史含量水平呈升高趋势，全钾含量较历史含量水平有所下降。相关性分析结果显示，土壤养分指标间的Person相关系数r介于0.199~ 0.703之间（P<0.01），呈显著正相关关系，其中土壤有机质和全氮含量的相关性最强，但外源氮素的输入弱化了其线性关系（R2=0.51）。
（2）崇明岛农田土壤重金属分异特征及相关性研究。汞、铬、镍、铅、砷、铜、锌和镉的平均含量分别为0.050、40.1、27.8、17.8、6.1、27.1、76.0和0.18 mg·kg-1，点位土壤重金属含量不同程度超出崇明“七五”背景值，超背景值比例范围为0.52%~ 90.03%，以Cd累积最为明显。7个点位土壤重金属含量高于风险筛选值，超标因子为Pb、Cu、Zn和Cd。各项重金属含量变异系数大于15%，空间上总体表现为中部地区较高，东部和西部较低，有点状高值区零星分布。相关性分析结果显示，除Cd与Pb和As外，其余各项重金属间均具有显著正相关关系（P<0.05），其中，Cu、Zn、Cr、Ni和As间的Person相关系数r大于0.5（P<0.01），相关性较强。
（3）崇明岛农田土壤重金属污染来源及贡献研究。综合运用聚类分析、因子分析和正定矩阵因子分析的多元统计分析方法，开展研究区域农田土壤重金属污染源识别及源贡献解析，结果表明，自然源、农业源以及交通、工业混合源可能是研究区域农田土壤重金属污染主要来源，其中，Pb和Hg主要来源于交通、工业混合源，贡献率高于50%；Cu、Zn、Cr、Ni和As主要受区域成土母质风化的控制，自然源贡献率介于47.85%~77.76%之间；Cd受到自然源和农业源的叠加影响，以农业源贡献率较高，为41.89%。
（4）崇明岛土壤重金属生态风险基准值研究。基于统计学原理，采用四倍平均偏差（4d）法、直方图、标准 Q-Q 图、偏度峰度、单样本K-S检验的数理统计方法，剔除异常值数据，检验数据分布类型，确定Hg、Cr、Ni、Pb、As、Cu、Zn和Cd的生态风险基准值分别为0.042、38.2、27.5、16.1、5.6、26.0、72.1和0.17 mg·kg-1。其中，除Cd外，其余各项重金属的基准值均低于崇明“七五”背景值。
（5）崇明岛农田土壤重金属污染及生态风险评价。采用内梅罗指数法、地积累指数法、污染负荷指数法和潜在生态风险指数法开展生态风险评价。区域农田土壤重金属总体呈轻度污染，内梅罗综合污染指数PN值为1.36，污染负荷指数PLIarea值为1.02；3.61%的点位土壤重金属地积累指数 Igeo值大于 1，受到一定程度的污染，主要污染因子为Hg、Pb、Cu、Zn和Cd；潜在生态风险指数RI为110.10，处于中等生态风险水平，以Hg和Cd的风险贡献率最高，分别为43.77%和 29.36%。方法对比分析表明，单因子指数更能体现研究区域农田土壤中各项重金属的污染特征，结合内梅罗指数和潜在生态风险指数可较全面和准确地反映区域农田土壤综合污染状况。
崇明岛作为上海重要的生态屏障和“菜篮子”，其农田土壤环境质量对上海的生态环境健康和农产品安全尤为重要。同时，《崇明世界级生态岛发展“十三五”规划》对区域耕地土壤质量和农用地土壤安全利用等方面提出了更高的要求。本研究以崇明岛农田土壤为研究对象，对土壤养分和重金属进行检测分析，运用地统计分析、多元统计分析和生态风险评价等方法，开展了农田土壤养分和重金属分异特征研究，分析其相关性，解析农田土壤重金属污染来源及贡献，评价农田土壤生态风险。主要研究结果如下：
（1）崇明岛农田土壤养分指标分异特征及相关性研究。pH值总体呈弱碱性，1.37%的点位土壤受到了一定程度的酸碱污染；土壤养分含量变异系数大于15%，表现出较强的空间分异特征，总体呈中部地区土壤养分含量较高，而东南部地区土壤养分含量偏低。土壤有机质、全氮和全磷含量总体处于中等水平，较历史含量水平呈升高趋势，全钾含量较历史含量水平有所下降。相关性分析结果显示，土壤养分指标间的Person相关系数r介于0.199~ 0.703之间（P<0.01），呈显著正相关关系，其中土壤有机质和全氮含量的相关性最强，但外源氮素的输入弱化了其线性关系（R2=0.51）。
（2）崇明岛农田土壤重金属分异特征及相关性研究。汞、铬、镍、铅、砷、铜、锌和镉的平均含量分别为0.050、40.1、27.8、17.8、6.1、27.1、76.0和0.18 mg·kg-1，点位土壤重金属含量不同程度超出崇明“七五”背景值，超背景值比例范围为0.52%~ 90.03%，以Cd累积最为明显。7个点位土壤重金属含量高于风险筛选值，超标因子为Pb、Cu、Zn和Cd。各项重金属含量变异系数大于15%，空间上总体表现为中部地区较高，东部和西部较低，有点状高值区零星分布。相关性分析结果显示，除Cd与Pb和As外，其余各项重金属间均具有显著正相关关系（P<0.05），其中，Cu、Zn、Cr、Ni和As间的Person相关系数r大于0.5（P<0.01），相关性较强。
（3）崇明岛农田土壤重金属污染来源及贡献研究。综合运用聚类分析、因子分析和正定矩阵因子分析的多元统计分析方法，开展研究区域农田土壤重金属污染源识别及源贡献解析，结果表明，自然源、农业源以及交通、工业混合源可能是研究区域农田土壤重金属污染主要来源，其中，Pb和Hg主要来源于交通、工业混合源，贡献率高于50%；Cu、Zn、Cr、Ni和As主要受区域成土母质风化的控制，自然源贡献率介于47.85%~77.76%之间；Cd受到自然源和农业源的叠加影响，以农业源贡献率较高，为41.89%。
（4）崇明岛土壤重金属生态风险基准值研究。基于统计学原理，采用四倍平均偏差（4d）法、直方图、标准 Q-Q 图、偏度峰度、单样本K-S检验的数理统计方法，剔除异常值数据，检验数据分布类型，确定Hg、Cr、Ni、Pb、As、Cu、Zn和Cd的生态风险基准值分别为0.042、38.2、27.5、16.1、5.6、26.0、72.1和0.17 mg·kg-1。其中，除Cd外，其余各项重金属的基准值均低于崇明“七五”背景值。
（5）崇明岛农田土壤重金属污染及生态风险评价。采用内梅罗指数法、地积累指数法、污染负荷指数法和潜在生态风险指数法开展生态风险评价。区域农田土壤重金属总体呈轻度污染，内梅罗综合污染指数PN值为1.36，污染负荷指数PLIarea值为1.02；3.61%的点位土壤重金属地积累指数 Igeo值大于 1，受到一定程度的污染，主要污染因子为Hg、Pb、Cu、Zn和Cd；潜在生态风险指数RI为110.10，处于中等生态风险水平，以Hg和Cd的风险贡献率最高，分别为43.77%和 29.36%。方法对比分析表明，单因子指数更能体现研究区域农田土壤中各项重金属的污染特征，结合内梅罗指数和潜在生态风险指数可较全面和准确地反映区域农田土壤综合污染状况。