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西安市地处关中平原,是中国西部地区的核心城市。随着西安城市化进程的不断推进,尤其是国际化大都市的建设,人类活动排放的大量污染物进入城市生态环境,造成城市环境污染,城市土壤成为污染物的主要承载介质之一。本文以西安市三环内的表层土壤为研究对象,通过多种实验手段测定土壤的理化性质、重金属全量和存在形态,运用SPSS、GIS、Excel、Matlab等软件,利用地统计学的空间变异函数和克里格插值方法,研究西安市表层土壤中重金属的空间分布特征,采用污染负荷指数、潜在生态危害指数等模型研究西安市表层土壤中重金属的污染特征、环境风险及综合污染的空间差异,探究土壤重金属来源研究的新方法,为西安城市土壤环境管理提供借鉴。通过以上的研究,得到以下研究结论：1.西安市表层土壤的理化性质具有一定的空间差异,与城市绿地类型以及城市化水平具有一定关系。西安市表层土壤中As、Ba、Co、Cr、Cs、Cu、Mn、Ni、 Pb、Sn、Sr、V、Zn等13种重金属元素的平均值分别是褐土背景值的0.99、1.20、1.46、1.35、1.08、1.67、1.05、1.10、2.12、2.28、1.48、1.00和1.71倍,As、Cu、 Pb、Zn、Cr、Ni的平均含量均远低于国家土壤环境质量三级标准(GB15618-1995)的含量值。在不同绿地类型土壤中,Pb、Zn、Cu、Sn、Cr的含量差异较大；而As、Co、Cs、V、Ni、Mn、Sr、Ba等元素在不同绿地类型土壤中的变化不大,且Mn、Ni、V的平均含量均略高于褐土背景值。2.形态分析表明,重金属的迁移顺序为Pb(60.79%)>Mn(60.12%)>Zn(46.64%)>Cr(44.55%)>Co(41.59%)>Ni(32.75%)>Cu(31.43%),其中60%以上的Pb、Mn可以迁移,危害较大,都应成为优先防控对象。3.由于不同城市区域中人类活动的密集程度和重金属元素的来源不同等原因,重金属在不同圈层的累积程度不同。城墙内区域和城墙至二环区域的土壤中Cr、Cu、Co较为稳定而Pb、Mn、Zn三种元素的活性较强,易被迁移转化；二环至三环的区域土壤中Cu、Ni、Zn较为稳定而Mn、Pb的稳定态含量较低。行政区功能特征的不同导致土壤重金属的累积和赋存形态也具有较大的差异。西安市三环内表层土壤中所研究13种元素的含量与采样点到市中心的距离呈非线性关系。基于GIS的分析表明,不同重金属元素在西安市的空间分布规律不同。As、Mn、 Ni、V具有相似的空间分布趋势,尤其是Mn、Ni、V的最高值和最低值出现的区域具有相同性。西安市表层土壤Cu、Pb的空间分布特征相近,高值区均分布在交通密集,且工业企业分布众多的城市中心区域和传统工业密集的城西区域；低值区主要分布在交通流量相对小、人口密度低、工业企业分布较少的东南曲江旅游度假区和东北浐灞生态新区；西安市表层土壤Sn含量的空间分布特征不明显。元素Ba则表现出城西较高、城中较低、城东北较高的空间分布特征；土壤Zn含量的高值区具有交通密度较大,城市道路与铁路混合分布的特征,且布局较多的工业企业,西安市传统工业区土壤Zn含量也较高,低值区主要分布在西安市东北的浐灞生态区和东南的曲江度假旅游区。土壤Co的空间分布表现为城西和城东北较高而东南较低的特征,两倍于褐土背景值的区域主要分布在城东北区域和城西车城附近；元素Cr含量的低值区分布在西安市东北的浐灞生态新区,高值区分布在西安市西郊工业区；西安市表层土壤Sr的含量的空间分布特征为自西北向东南递减,东南的曲江旅游度假区的土壤Sr含量较低。西安市三环内大多数地区的土壤Cs含量低于褐土背景值而城市北部和西南部的局部地区的Cs含量略高于褐土背景值。此外,同一元素的不同赋存形态的空间分布也存在差异。4.污染评价结果表明,西安市表层土壤重金属的PLI为1.27,属于中度污染水平,存在空间区域上的差异。西安市表层土壤中Mn、V受人类活动影响程度较轻,As、Ba、Co、Cr、Cs、Cu、Ni、Pb、Sn、Sr、Zn等11种重金属元素的污染的区域差异较大,西安市域内均存在不同范围和程度的累积,尤其是人类活动对重金属Cu、Pb、Sn等元素的累积影响较大,存在污染较严重的局部地区。西安市表层土壤总体上存在中等程度的潜在生态危害,272个样品中分别有95.58%、1.84%、1.84%、0.74%的样品存在中等程度、轻微程度、较高程度、高的潜在生态危害。西安市表层土壤中重金属的单项潜在生态危害指数的平均值按照以下顺序减小：As(9.90)>Cu(8.38)>Pb(7.37)>Co(7.29)>V(5.68)>Ni(5.51)>Zn(4.11)>Cr(2.71)>Mn(1.05),所有元素均存在轻微潜在生态危害。5.来源分析表明,多元统计分析方法将13种元素归为五类,基于最小生成树的分类模型与其分类结果相同,即As-Mn-Ni-V、Ba-Zn、Co-Cr-Sr、Cu-Pb-Sn、Cs,说明最小生成树分类模型在土壤来源分类领域具有一定应用价值。利用GIS将因子分析结果插值得到五个因子的空间分布图,与交通分布图和企业分布图相叠加,解析西安市表层土壤重金属的来源。第一组元素As-Mn-Ni-V主要受自然因素——成土母质的影响,为自然因子。第二组元素Cu、Pb、Sn在城市土壤中的累积主要来源于城市交通活动。第三组元素Ba-Zn被看作是交通活动、工业生产活动和居民活动综合作用的结果,为综合因子。第四组元素Co、Cr、Sr在城市土壤中的累积主要受工业生产活动的影响,为工业因子。第五组元素Cs的累积既受自然因素的影响也受多种人类活动的作用,为混合因子。