摘要
矿区转型过程中存在工业无序入驻问题，造成污染源持续变化，因此对于长时间尺度下转型矿区中土壤中的典型污染物（重金属）的时空变异特征的研究非常必要。本文以经济转型的徐州城北矿区为研究区域，分析了区域内Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb七种主要土壤重金属元素含量，进行2021年土壤重金属污染特征分析和来源识别；通过对2014和2021年两个时间段数据的分析处理，研究区域土壤重金属含量的时空变异特征；基于历史数据预测乐观情景和无突变情景下2025年和2035年土壤重金属含量和风险趋势，为区域土壤重金属污染治理提供有效参考。主要的研究结论如下： （1）与背景值相比，2021年Cr、Cu和Pb含量均值分别为背景值的1.04、1.67、1.63倍，As、Zn、Ni和Cd的平均含量低于徐州市背景值。所有元素平均含量均不超过农用地土壤污染风险筛选值（GB15618-2018）。七种重金属具有不同的空间分布特征。Cr、Zn、As、Pb高值集中在研究区西南部分，工业活动较为密集；Ni整体分布相对均匀；Cd含量在研究区西部以及北部偏东农田区域富集程度较高；Cu和Pb高值出现在研究区中部，呈圆形向四周降低。2014至2021年研究区土壤Cr、Cu、As、Cd含量呈下降趋势，Zn含量变化不显著，Pb含量以上升为主，上升区域位于研究区西北部以及东南东北部。大气污染防治能够有效降低区域内土壤重金属污染。 （2）通过PMF和APCS-MLR解析可知，区域内Cu的分布受金属冶炼和电厂排放影响较大，电厂和金属冶炼厂排放的烟尘通过大气气流运输影响Cu的分布；Cr超过徐州北郊背景值的区域以及Zn和As的污染主要与工业的“三废”排放相关，Ni与成土母质存在较大相关；Pb污染加重主要受交通排放影响，高值沿着徐丰线和柳何线分布；Cd的富集受农业输入的影响较大。 （3）乐观情景下，2025年土壤中Cr、Zn、Pb的含量分别比2021年低2.53mg?kg-1，2.81mg?kg-1和2.08mg?kg-1，2035年Cr、Zn、Pb的含量分别比2021年低8.38mg?kg-1，7.78mg?kg-1和6.64mg?kg-1；无突变情景下，2025年和2035年土壤Cr和Zn的含量分别比2021年低1.6mg?kg-1、1.57mg?kg-1和5.37mg?kg-1、5.4mg?kg-1，Pb含量分别较2021年增加2.21mg?kg-1和6.61mg?kg-1。生态风险时间预测结果显示，两种情景下Cr、Zn和Pb存在低潜在生态风险和轻微综合生态风险。两种预测条件下Cr对成人和儿童均存在一定的致癌风险。利用2022年重金属含量数据验证，该情景预测模型具有一定的可靠性。
NETL