工业园区土壤环境检测的重金属空间分布特征研究案例

工业园区作为工业活动集中区域，土壤重金属污染风险较高，明确其空间分布特征是精准管控的关键。本文以长江三角洲某化工园区为例，结合现场采样、实验室分析与地统计方法，系统研究土壤中镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）4种典型重金属的空间分布规律，揭示污染来源与扩散特征，为园区土壤环境管理提供实证依据。

研究区域与采样设计

本研究选取的化工园区成立于2005年，主导产业为农药、染料及精细化工，总面积约8.2km²，位于长江冲积平原，土壤类型为潴育型水稻土。园区周边5km内无大型工业企业，环境背景相对单纯，便于识别工业活动对土壤的影响。

采样工作于2022年10月开展（避开雨季，减少降水对重金属迁移的干扰），采用1km×1km网格布点法共布设50个采样点，覆盖生产区、仓储区、污水处理区、办公区、绿化带5类功能区。每个采样点采集0-20cm表层土壤，用不锈钢铲取5个子样混合为1个代表样，经四分法缩分至约1kg，装入聚乙烯袋密封保存。

采样过程严格控制污染：工具先用硝酸浸泡再用去离子水冲洗，避免外源重金属带入；每个样点记录经纬度、周边环境（如邻近企业、道路）等信息，确保数据可溯源。最终获得的50个样品均通过完整性检验，无异常值。

检测方法与数据处理

检测指标为《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》（GB36600-2018）中关注的Cd、Pb、Cu、Zn。土壤样品前处理采用HNO3-HF-HClO4三酸消解法：称取0.5g风干过100目筛的土样，加入10mL硝酸、5mL氢氟酸、3mL高氯酸，电热板低温消解至近干，用2%硝酸定容至50mL待测。

重金属含量测定采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS，Agilent 7900），仪器工作条件：射频功率1550W，雾化气流量0.8L/min，辅助气流量1.2L/min，采样深度8mm。测定中加入Sc、Ge、In、Bi内标校正基体效应，保证结果准确。

质量控制措施包括：每批样品设置2个空白样、2个平行样（相对偏差≤10%）、1个标准物质（GBW07405），标准物质测定值与标准值相对误差≤5%。数据处理用Excel做基础统计，SPSS 26.0做主成分分析，GS+ 9.0做地统计分析，ArcGIS 10.8做克里金插值。

重金属含量统计特征

研究区域土壤重金属含量统计显示：Cd平均值0.82mg/kg，中位数0.75mg/kg，超《农用地土壤污染风险管控标准》（GB15618-2018）筛选值（0.3mg/kg），超标率68%；Pb平均值35.6mg/kg，Cu42.1mg/kg，Zn128mg/kg，均低于筛选值。

变异系数（CV）反映空间变异性：Cd的CV为65%（强变异，CV>50%），说明空间分布极不均匀；Pb的CV为32%（中等变异），空间差异适中；Cu（28%）和Zn（25%）的CV<30%，分布相对均匀。

数据形态上，Cd偏度系数1.2（正偏）、峰度系数2.1（尖峰），说明向高值区集中；Pb、Cu、Zn偏度和峰度接近0，呈正态分布，反映来源更广泛。

空间分布格局分析

克里金插值图谱显示，4种重金属高值区具“源-汇”特征：Cd高值区集中在西南部染料车间周边，呈岛状，最大值1.98mg/kg，与镉系催化剂泄漏相关；Pb高值区位于北部仓储区，条带状，最大值52.3mg/kg，推测为原料运输泄漏；Cu、Zn高值区小，集中在污水处理站周边，源于污泥堆积。

地统计分析中，Cd半方差函数符合球状模型，块金效应25%（强空间相关），受工业排放等结构性因素控制；Pb块金效应40%（中等相关），受仓储与交通共同影响；Cu（35%）、Zn（30%）均为中等相关，受工业排放与雨水冲刷共同作用。

空间自相关分析（Moran's I）显示，Cd的I值0.72（P<0.01），呈显著正自相关；Pb的I值0.45（P<0.05），正自相关显著但较弱；Cu、Zn的I值无显著相关性，验证了分布均匀性。

污染来源解析

主成分分析（PCA）提取3个主成分，累计贡献95%：第一主成分（45%）含Cd、Zn，对应染料生产的镉系催化剂与锌盐助剂排放；第二主成分（30%）含Pb，对应仓储与交通运输；第三主成分（20%）含Cu，对应污水处理站污泥堆积。

源解析与空间分布高度契合：Cd高值区对应染料车间，废气中镉浓度0.03mg/m³（超GB16297-1996限值），是土壤Cd富集主因；Pb高值区对应仓储区，周边道路灰尘Pb含量89.2mg/kg，是重要来源；Cu高值区对应污水处理站，污泥Cu含量215mg/kg，高于土壤背景值。

相关性分析显示，Cd与Zn相关系数0.79（P<0.01），来源相同；Pb与Cu相关系数0.35（P<0.05），部分共同来源；Cd与Pb相关系数0.12（P>0.05），来源完全不同，支持PCA结果。

不同功能区分布差异

各功能区重金属平均含量统计：生产区Cd最高（0.95mg/kg），是办公区（0.32mg/kg）的3倍，因生产区是工业排放核心；仓储区Pb最高（42.3mg/kg），比绿化带（28.5mg/kg）高48%，源于原料泄漏；污水处理区Cu最高（51.2mg/kg），比办公区（35.6mg/kg）高44%，源于污泥Cu富集；办公区、绿化带所有重金属均低于筛选值。

方差分析显示，不同功能区Cd含量差异极显著（F=12.5，P<0.01），生产区与办公区、绿化带差异极显著；Pb含量差异显著（F=6.8，P<0.05），仓储区与其他区差异显著；Cu、Zn无显著差异。

污染程度上，生产区Cd属“轻度污染”，仓储区Pb、污水处理区Cu均属“清洁”，办公区、绿化带环境质量良好。管控重点应放在生产区与仓储区，尤其是染料车间与危险化学品仓储区。

土壤理化性质对分布的影响

选取pH、有机质（OM）、粘粒含量（<0.002mm）分析与重金属的相关性：Cd与pH负相关（r=-0.62，P<0.01），酸性土壤（高值区pH平均6.2）中Cd有效性更高；与粘粒含量正相关（r=0.58，P<0.01），粘粒吸附能力强，生产区粘粒含量28%（高于园区平均22%），Cd含量更高；与有机质正相关（r=0.45，P<0.05），有机质官能团吸附Cd离子。

Pb与pH、有机质无显著相关，与粘粒含量弱正相关（r=0.32，P<0.05）；Cu、Zn与3项理化指标均无显著相关。

结果表明，pH和粘粒含量对Cd分布影响最大，有机质次之。修复时可通过施加石灰调节pH、添加膨润土增加粘粒含量，降低Cd有效性，减少环境风险。