赣州市废弃矿山土壤重金属空间分布特征及来源

黎舟, 张松堂, 赖清林, 王虎, 温秀娟, 肖志坚. 赣州市废弃矿山土壤重金属空间分布特征及来源[J]. 中国地质调查, 2025, 12(4): 46-56. doi: 10.19388/j.zgdzdc.2023.168
引用本文: 黎舟, 张松堂, 赖清林, 王虎, 温秀娟, 肖志坚. 赣州市废弃矿山土壤重金属空间分布特征及来源[J]. 中国地质调查, 2025, 12(4): 46-56. doi: 10.19388/j.zgdzdc.2023.168
LI Zhou, ZHANG Songtang, LAI Qinglin, WANG Hu, WEN Xiujuan, XIAO Zhijian. Spatial distribution characteristics and source of heavy metals in abandoned mine soils in Ganzhou City[J]. Geological Survey of China, 2025, 12(4): 46-56. doi: 10.19388/j.zgdzdc.2023.168
Citation: LI Zhou, ZHANG Songtang, LAI Qinglin, WANG Hu, WEN Xiujuan, XIAO Zhijian. Spatial distribution characteristics and source of heavy metals in abandoned mine soils in Ganzhou City[J]. Geological Survey of China, 2025, 12(4): 46-56. doi: 10.19388/j.zgdzdc.2023.168

赣州市废弃矿山土壤重金属空间分布特征及来源

  • 基金项目:
    江西省国土资源厅“江西省废弃矿山地质环境调查项目赣南片区调查(编号: 赣国土资函[2017]163号)”项目资助
详细信息
    作者简介: 黎舟(1997—),女,硕士研究生,主要从事矿山土壤重金属污染方面的研究工作。Email: lizhou0824@163.com
    通讯作者: 肖志坚(1968—),男,高级工程师,主要从事水工环地质方面的研究工作。Email: 794663823@qq.com
  • 中图分类号: P681.7;S159.2

Spatial distribution characteristics and source of heavy metals in abandoned mine soils in Ganzhou City

More Information
  • 由于江西省赣南地区部分废弃矿山曾经存在无序开采和粗放经营现象,导致表层土壤和植被遭到破坏,造成尾矿堆积、水土流失、土壤酸化等问题,进而引发了区域性的环境污染。为深入了解赣南地区废弃矿山污染问题,以赣州市废弃矿山为研究对象,探讨矿山土壤重金属的空间分布特征及来源,对0~20 cm表层土壤样品的重金属含量进行测定, 综合运用多元统计分析、地统计学和GIS技术相结合的方法,分析土壤重金属的空间分布规律,同时运用主成分分析法查找矿区土壤重金属的形成原因。结果表明: ①废弃矿山土壤重金属含量较高,均值超过江西省背景值,其中金属矿的土壤重金属含量均值总体偏高,建材及砖瓦黏土矿总体偏低,矿山土壤重金属空间自相关Moran's I指数均大于0,在赣州市具有一定的空间正相关分布;②废弃矿山土壤重金属含量空间分布格局总体呈从西向东逐渐减小的趋势,根据普通克里金插值法预测得到的土壤重金属含量空间分布情况与局部空间自相关性分布情况结果基本一致; ③采用主成分分析法对废弃矿山土壤中的污染物来源进行解析, 两个主成分的方差贡献率分别为28.427%和20.370%,Cu和Zn含量的相关系数为0.330,可能具有同源或复合污染关系,Cu、Zn、As是矿区土壤污染物的主要组成部分,矿区土壤中Pb的吸附、迁移与土壤pH值关系密切。研究结果可为赣州市土壤污染防治和生态环境保护提供理论参考。

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  • 图 1  研究区位置及采样分布

    Figure 1. 

    图 2  研究区局部空间自相关聚类图

    Figure 2. 

    图 3  研究区土壤重金属含量空间分布

    Figure 3. 

    表 1  研究区土壤重金属含量统计

    Table 1.  Statistical results of heavy metal content in soil of the study area

    指标 含量/10-6 标准差 变异系数/% 偏度 峰度 PK-S 江西省背景值[15]
    最小值 最大值
    pH值 2.37 6.85 0.71 15.51 0.70 1.02 0.080 -
    Cu 1.06 350.94 53.68 178.84 5.16 27.28 0.086 20.30
    Pb 5.63 459.53 98.78 98.04 2.25 4.72 0.070 32.30
    Zn 11.96 355.36 51.03 61.97 3.22 13.26 0.074 69.40
    Cr 0.31 271.72 58.11 114.89 1.98 4.08 0.068 45.90
    As 0.01 564.27 41.80 325.40 9.51 106.79 0.068 14.90
    注: pH值无量纲; “-”为无数据。
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    表 2  不同矿类及矿种的土壤重金属均值特征

    Table 2.  Average content of heavy metals in soil of different mineral categories and ore types

    矿类 矿种 pH值 含量/10-6
    Cu Pb Zn Cr As
    金属矿 4.46 350.94 36.93 147.40 62.74 163.24
    4.55 49.66 38.75 98.78 203.11 43.73
    5.64 17.10 138.41 91.38 19.20 8.91
    5.19 29.86 459.53 271.99 53.68 16.83
    5.66 156.14 98.42 129.72 68.81 50.15
    6.15 184.10 42.41 202.73 70.89 564.27
    其他金属矿 萤石 6.85 40.11 29.66 53.95 116.87 11.24
    稀有金属矿 稀土 4.57 20.83 109.27 80.09 44.40 6.39
    能源矿 4.37 31.97 34.02 63.81 89.94 19.06
    建材及砖瓦黏土矿 高岭土 4.70 8.63 81.59 97.40 6.90 1.37
    石灰岩 3.59 27.34 36.16 34.02 78.32 10.34
    碳质页岩 3.90 37.46 41.10 75.03 82.40 48.94
    页岩 4.11 25.72 35.48 71.59 55.66 10.71
    砖瓦黏土 4.70 24.17 26.26 68.10 95.50 36.38
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    表 3  研究区土壤重金属含量全局自相关分析

    Table 3.  Global Moran's I analysis results of heavy metal content in soil of the study area

    指标 Moran's I指数 Z值 P值
    pH值 0.23 4.94 0.000
    Cu含量 0.27 5.93 0.000
    Pb含量 0.62 13.41 0.000
    Zn含量 0.13 2.86 0.004
    Cr含量 0.15 3.18 0.001
    As含量 0.39 9.08 0.000
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    表 4  KMO值和巴特利特检验结果

    Table 4.  Results of KMO and Bartlett tests

    KMO值 巴特利特检验
    近似卡方 自由度 显著性
    0.612 287.209 15.000 0
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    表 5  土壤重金属含量相关性系数矩阵

    Table 5.  Correlation coefficient matrix of heavy metal content in soil

    指标 pH值 Cu含量 Pb含量 Zn含量 Cr含量 As含量
    pH值 1
    Cu含量 0.273** 1
    Pb含量 0.109** 0.041 1
    Zn含量 0.110** 0.330** -0.048 1
    Cr含量 0.111** 0.140** -0.119** 0.127** 1
    As含量 0.112** 0.270** -0.045 0.134** 0.142** 1
    注: **表示在0.01级别(双尾)相关性显著。
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    表 6  主成分分析特征值及方差贡献率

    Table 6.  Eigenvalues and variance contribution rates of principal component analysis

    主成分 特征值 方差贡献率/% 累积方差贡献率/%
    1 1.706 28.427 28.427
    2 1.222 20.370 48.797
    3 0.893 14.880 63.677
    4 0.847 14.124 77.801
    5 0.730 12.172 89.973
    6 0.602 10.027 100.000
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    表 7  成分旋转载荷矩阵

    Table 7.  Component rotation load matrix

    指标 因子载荷量
    第一主成分 第二主成分
    pH值 0.520 0.536
    Cu含量 0.781 0.076
    Pb含量 0.012 0.680
    Zn含量 0.652 -0.063
    Cr含量 0.311 -0.643
    As含量 0.549 -0.223
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出版历程
收稿日期:  2023-04-17
修回日期:  2025-02-10
刊出日期:  2025-08-25

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