安徽省東部典型農(nóng)用地土壤多元素耦合特征與潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)估一、引言1.1研究背景與意義土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其質(zhì)量直接關(guān)系到農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)。安徽省東部地區(qū)地勢(shì)平坦，氣候適宜，土壤肥沃，是重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，在保障區(qū)域糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。然而，隨著近年來(lái)該地區(qū)農(nóng)業(yè)集約化程度的不斷提高，大量化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)投入品的使用，以及工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，使得該地區(qū)農(nóng)用地土壤面臨著多元素污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)。土壤中的元素并非孤立存在，而是相互作用、相互影響，形成復(fù)雜的耦合關(guān)系。這種多元素耦合不僅影響土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，還會(huì)進(jìn)一步影響土壤中養(yǎng)分的有效性、植物對(duì)元素的吸收利用以及農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。例如，某些重金屬元素之間可能存在協(xié)同作用，共同增加其在土壤中的遷移性和生物有效性，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成更大的危害；而一些營(yíng)養(yǎng)元素之間的合理耦合則有助于提高土壤肥力，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。此外，土壤多元素耦合狀態(tài)的改變還可能引發(fā)一系列潛在的生態(tài)效應(yīng)，如影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能、破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定性等。深入研究安徽省東部典型農(nóng)用地土壤多元素耦合及潛在生態(tài)效應(yīng)，對(duì)于全面了解該地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，揭示土壤元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，具有重要的科學(xué)意義。同時(shí)，也能為制定科學(xué)合理的土壤污染防治措施、保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力的科學(xué)依據(jù)，對(duì)于促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在土壤多元素耦合方面，國(guó)外起步較早，研究較為深入。早期研究主要集中在土壤中主要營(yíng)養(yǎng)元素（如氮、磷、鉀）之間的相互作用對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。隨著分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究范疇逐漸拓展到包括重金屬元素在內(nèi)的多元素體系。例如，有學(xué)者利用化學(xué)平衡模型研究土壤中多種金屬元素的溶解-沉淀平衡及其相互影響，揭示了元素間在化學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的耦合機(jī)制。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，研究發(fā)現(xiàn)氮、磷、鉀的合理配施不僅能提高作物產(chǎn)量，還會(huì)影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而改變土壤中其他元素的生物地球化學(xué)循環(huán)。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，對(duì)土壤多元素耦合的研究表明，不同海拔和植被類型下，土壤中碳、氮、磷以及微量元素之間存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，共同影響著土壤的肥力和生態(tài)功能。國(guó)內(nèi)關(guān)于土壤多元素耦合的研究也取得了豐富的成果。在農(nóng)業(yè)土壤領(lǐng)域，大量研究圍繞施肥措施對(duì)土壤多元素耦合的影響展開(kāi)，通過(guò)田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析，明確了長(zhǎng)期不同施肥制度下土壤中養(yǎng)分元素與重金屬元素的耦合變化規(guī)律，為合理施肥和土壤污染防控提供了科學(xué)依據(jù)。在區(qū)域土壤環(huán)境研究中，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析了土壤多元素的空間分布特征及其耦合關(guān)系，發(fā)現(xiàn)土壤多元素耦合受母質(zhì)、地形、土地利用等多種因素的綜合影響。例如，在一些礦區(qū)周邊土壤中，重金屬元素之間以及重金屬與其他元素之間存在顯著的耦合現(xiàn)象，且這種耦合關(guān)系與土壤污染程度密切相關(guān)。在潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方面，國(guó)外提出了多種評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系。如瑞典學(xué)者Hakanson提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，通過(guò)計(jì)算重金屬元素的單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)，對(duì)土壤中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。此外，還有基于生物測(cè)試的生態(tài)毒性評(píng)價(jià)方法，通過(guò)測(cè)定土壤對(duì)生物（如植物、動(dòng)物、微生物）的毒性效應(yīng)，來(lái)評(píng)估土壤污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。例如，利用蚯蚓急性毒性試驗(yàn)、植物種子發(fā)芽和根伸長(zhǎng)抑制試驗(yàn)等，直接反映土壤污染對(duì)生物的危害程度。國(guó)內(nèi)在借鑒國(guó)外研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合本國(guó)實(shí)際情況，對(duì)潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了改進(jìn)和完善。針對(duì)不同類型的土壤污染物（如重金屬、有機(jī)污染物等），建立了相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法體系。同時(shí)，將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)相結(jié)合，綜合考慮土壤污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和服務(wù)的影響。例如，在一些生態(tài)脆弱地區(qū)，通過(guò)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型，評(píng)估土壤污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能（如水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性保護(hù)等）的潛在影響，從而更全面地反映土壤污染的潛在生態(tài)效應(yīng)。盡管國(guó)內(nèi)外在土壤多元素耦合及潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方面取得了眾多成果，但針對(duì)安徽省東部典型農(nóng)用地的研究仍存在一定的不足。一方面，該地區(qū)土壤多元素耦合特征受獨(dú)特的自然地理?xiàng)l件（如成土母質(zhì)、氣候條件等）和高強(qiáng)度農(nóng)業(yè)活動(dòng)的雙重影響，已有的研究成果難以直接應(yīng)用。目前對(duì)該地區(qū)土壤多元素耦合的形成機(jī)制、主控因素以及時(shí)空演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)還不夠深入，缺乏系統(tǒng)的研究。另一方面，在潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方面，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系大多未充分考慮該地區(qū)農(nóng)用地的特點(diǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。對(duì)土壤多元素耦合導(dǎo)致的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)、土壤生態(tài)系統(tǒng)功能退化等潛在生態(tài)效應(yīng)的定量評(píng)估還相對(duì)薄弱，無(wú)法為該地區(qū)農(nóng)用地的精準(zhǔn)管理和污染防治提供有力的技術(shù)支撐。1.3研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線1.3.1研究?jī)?nèi)容土壤多元素測(cè)定：在安徽省東部典型農(nóng)用地選取具有代表性的采樣點(diǎn)，按照科學(xué)的采樣方法采集土壤樣品。運(yùn)用先進(jìn)的分析測(cè)試技術(shù)，如電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）、原子吸收光譜（AAS）、X射線熒光光譜（XRF）等，對(duì)土壤樣品中的多種元素（包括重金屬元素如鉛、鎘、汞、砷、鉻等，營(yíng)養(yǎng)元素如氮、磷、鉀、鈣、鎂等，以及其他微量元素）進(jìn)行精確測(cè)定，獲取各元素的含量數(shù)據(jù)。耦合關(guān)系分析：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，如相關(guān)性分析、主成分分析（PCA）、冗余分析（RDA）等，深入探究土壤中不同元素之間的相互關(guān)系，識(shí)別出具有顯著耦合關(guān)系的元素組合。結(jié)合研究區(qū)域的成土母質(zhì)、地形地貌、土地利用方式、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等因素，剖析土壤多元素耦合關(guān)系的形成機(jī)制和影響因素。通過(guò)對(duì)比不同采樣點(diǎn)、不同土壤層次以及不同時(shí)間的土壤多元素耦合特征，揭示其時(shí)空變化規(guī)律。潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)：基于土壤多元素測(cè)定結(jié)果和耦合關(guān)系分析，選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，如潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、生態(tài)危害指數(shù)法、地累積指數(shù)法等，對(duì)土壤多元素耦合可能引發(fā)的潛在生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。評(píng)估土壤多元素耦合對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能、土壤酶活性、土壤肥力、植物生長(zhǎng)發(fā)育以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等方面的影響。預(yù)測(cè)土壤多元素耦合狀態(tài)的變化趨勢(shì)及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期潛在影響，為制定有效的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)措施提供科學(xué)依據(jù)。防控建議提出：綜合考慮土壤多元素耦合特征、潛在生態(tài)效應(yīng)以及研究區(qū)域的實(shí)際情況，提出針對(duì)性的土壤污染防控和生態(tài)保護(hù)建議。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理角度，如合理施肥、科學(xué)用藥、優(yōu)化灌溉等方面，制定減少土壤多元素污染輸入的措施。針對(duì)已受到污染的土壤，提出切實(shí)可行的修復(fù)技術(shù)和治理方案，包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)等方法的選擇和應(yīng)用。建立長(zhǎng)期的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，實(shí)時(shí)跟蹤土壤多元素耦合狀態(tài)和生態(tài)效應(yīng)的變化，為動(dòng)態(tài)調(diào)整防控措施提供數(shù)據(jù)支持。1.3.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1所示，首先在安徽省東部典型農(nóng)用地，依據(jù)土地利用類型、地形地貌、土壤類型等因素，運(yùn)用網(wǎng)格法、隨機(jī)抽樣法等，確定具有代表性的采樣點(diǎn)，采集0-20cm表層土壤樣品以及部分20-40cm深層土壤樣品，記錄采樣點(diǎn)的地理位置、土地利用方式、種植作物種類等信息。在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)采集的土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過(guò)篩等預(yù)處理，然后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）、原子吸收光譜（AAS）、分光光度法等分析技術(shù)，測(cè)定土壤中多元素的含量。運(yùn)用Excel、SPSS等軟件對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析等，初步了解土壤多元素的含量特征和元素間的相關(guān)性。運(yùn)用主成分分析（PCA）、因子分析（FA）等多元統(tǒng)計(jì)分析方法，深入挖掘土壤多元素之間的耦合關(guān)系，確定影響土壤多元素耦合的主要因素。選擇潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、地累積指數(shù)法等評(píng)價(jià)方法，結(jié)合相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)土壤多元素耦合的潛在生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，劃分生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。利用ArcGIS軟件對(duì)土壤多元素含量、耦合關(guān)系以及潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行空間分析和制圖，直觀展示其空間分布特征和變化規(guī)律。最后，根據(jù)研究結(jié)果，提出針對(duì)性的土壤污染防控和生態(tài)保護(hù)建議，形成研究報(bào)告。[此處插入技術(shù)路線圖1，圖的標(biāo)題為“研究技術(shù)路線圖”，圖中應(yīng)清晰展示從采樣、分析、數(shù)據(jù)處理到結(jié)果評(píng)價(jià)和建議提出的整個(gè)流程，各環(huán)節(jié)之間用箭頭連接，標(biāo)注每個(gè)環(huán)節(jié)使用的主要方法和技術(shù)]二、研究區(qū)域與方法2.1研究區(qū)域概況安徽省東部地處長(zhǎng)江下游，淮河橫貫其中，地理位置為東經(jīng)117°11′-119°54′，北緯30°24′-34°38′，屬于我國(guó)東部經(jīng)濟(jì)區(qū)的重要組成部分。該區(qū)域總面積達(dá)[X]平方公里，地形地貌豐富多樣，呈現(xiàn)出平原、丘陵和山地交錯(cuò)分布的格局。其中，淮北平原地勢(shì)平坦開(kāi)闊，地面起伏較小，主要由黃河、淮河沖積而成，土壤類型以砂姜黑土和潮土為主，土層深厚，質(zhì)地適中，保水保肥能力較強(qiáng)，是重要的糧食生產(chǎn)基地，主要種植小麥、玉米、大豆等農(nóng)作物。江淮丘陵區(qū)地勢(shì)起伏和緩，崗沖相間，海拔一般在50-200米之間，成土母質(zhì)多為下蜀黃土和基巖風(fēng)化物，土壤類型主要是黃棕壤和黃褐土，土壤肥力中等，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以旱作為主，種植水稻、小麥、油菜等作物，同時(shí)也發(fā)展了一定規(guī)模的林果業(yè)。沿江平原位于長(zhǎng)江沿岸，地勢(shì)低平，河網(wǎng)密布，水源充足，土壤為長(zhǎng)江沖積物發(fā)育而成的灰潮土和長(zhǎng)期種稻形成的水稻土，土壤肥沃，水熱條件優(yōu)越，是典型的魚(yú)米之鄉(xiāng)，主要種植雙季稻、棉花、油菜等農(nóng)作物，漁業(yè)和水產(chǎn)業(yè)也較為發(fā)達(dá)。安徽省東部屬于亞熱帶與暖溫帶過(guò)渡地帶，氣候溫和濕潤(rùn)，四季分明，季風(fēng)氣候顯著。年平均氣溫在14-17℃之間，1月平均氣溫為0-4℃，7月平均氣溫為27-29℃。年降水量在750-1700毫米之間，降水分布呈現(xiàn)出南多北少、山區(qū)多平原丘陵少的特點(diǎn)，且降水季節(jié)分配不均，夏季降水集中，占全年降水量的40%-60%，主要集中在6-8月，這期間常伴有暴雨洪澇災(zāi)害；春季和秋季降水相對(duì)較少，約各占全年降水量的20%左右；冬季降水最少，僅占全年降水量的10%左右。光照充足，年日照時(shí)數(shù)為1800-2500小時(shí)，無(wú)霜期長(zhǎng)達(dá)200-250天，光熱水資源豐富，有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，該區(qū)域是安徽省重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史悠久，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平較高，在保障區(qū)域糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用。耕地面積廣闊，約占區(qū)域總面積的[X]%，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以種植業(yè)為主，同時(shí)也發(fā)展了畜牧業(yè)、漁業(yè)和林業(yè)等。農(nóng)作物種植種類繁多，主要糧食作物有水稻、小麥、玉米等，經(jīng)濟(jì)作物有棉花、油菜、花生、蔬菜等。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化，特色農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)等得到了快速發(fā)展，如滁州的菊花種植、天長(zhǎng)的芡實(shí)種植、馬鞍山的葡萄種植等，形成了一批具有地方特色的農(nóng)產(chǎn)品品牌。但同時(shí)，該地區(qū)農(nóng)業(yè)集約化程度較高，大量化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)投入品的使用，以及工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致農(nóng)用地土壤面臨著多元素污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)，土壤質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境受到了一定程度的影響。2.2樣品采集與處理2.2.1采樣點(diǎn)分布根據(jù)研究區(qū)域的土地利用類型、地形地貌、土壤類型以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的差異，采用網(wǎng)格法與隨機(jī)抽樣相結(jié)合的方法進(jìn)行采樣點(diǎn)的布設(shè)。在ArcGIS軟件中，基于研究區(qū)域的矢量地圖，按照一定的網(wǎng)格間距（如5km×5km）進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)，根據(jù)地形、土地利用等實(shí)際情況，隨機(jī)選取1-2個(gè)具有代表性的采樣點(diǎn)，確保采樣點(diǎn)能夠全面覆蓋研究區(qū)域內(nèi)不同的土壤類型和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。共設(shè)置了[X]個(gè)采樣點(diǎn)，其中淮北平原[X]個(gè)，江淮丘陵[X]個(gè)，沿江平原[X]個(gè)。同時(shí)，記錄每個(gè)采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、土地利用方式、種植作物種類、灌溉水源等詳細(xì)信息。例如，在淮北平原的某采樣點(diǎn)，土地利用方式為旱地，主要種植小麥和玉米，灌溉水源為地下水；在沿江平原的某采樣點(diǎn)，土地利用方式為水田，種植雙季稻，灌溉水源為長(zhǎng)江水。2.2.2采樣方法于20XX年[X]月，在農(nóng)作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期進(jìn)行土壤樣品采集。表層土壤樣品（0-20cm）采用多點(diǎn)混合采樣法，以每個(gè)采樣點(diǎn)為中心，在其周圍半徑50m范圍內(nèi)，按照“S”形路線選取5-8個(gè)采樣子點(diǎn)，使用不銹鋼土鉆或鐵鏟垂直采集土壤樣品，將采集的子樣品充分混合均勻后，去除土壤中的植物根系、石塊、殘茬等雜物，用四分法取約1kg土壤作為該采樣點(diǎn)的表層土壤樣品。對(duì)于部分需要分析深層土壤元素分布特征的采樣點(diǎn)，采用螺旋取土鉆采集20-40cm土層的土壤樣品，同樣采用多點(diǎn)混合采樣法，在采樣點(diǎn)周圍不同位置采集3-5個(gè)子樣品，混合均勻后取約1kg作為深層土壤樣品。在采樣過(guò)程中，確保采樣工具的清潔，避免交叉污染。例如，在每個(gè)采樣點(diǎn)采樣前，用干凈的紗布擦拭土鉆或鐵鏟，并用蒸餾水沖洗，晾干后再進(jìn)行采樣。2.2.3樣品保存與運(yùn)輸采集的土壤樣品立即裝入干凈的聚乙烯塑料袋或布袋中，貼上標(biāo)簽，注明采樣點(diǎn)編號(hào)、采樣日期、采樣深度、土地利用方式等信息。將裝有樣品的袋子放入便攜式冷藏箱中，保持低溫（4℃左右）狀態(tài)，以減少土壤中微生物活動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)對(duì)樣品的影響。在采樣結(jié)束后24小時(shí)內(nèi)，將樣品運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室。運(yùn)輸過(guò)程中，確保冷藏箱的正常運(yùn)行，避免樣品受到震動(dòng)、碰撞和陽(yáng)光直射。同時(shí)，填寫(xiě)詳細(xì)的樣品運(yùn)輸記錄，包括樣品名稱、數(shù)量、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸路線、運(yùn)輸人員等信息。2.2.4樣品處理將采集的土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)良好、干凈整潔的風(fēng)干室內(nèi)自然風(fēng)干，風(fēng)干過(guò)程中定期翻動(dòng)樣品，使其均勻風(fēng)干，避免陽(yáng)光直射和灰塵污染。待土壤樣品完全風(fēng)干后，用木棒或瑪瑙研缽將其輕輕研磨，使土壤顆粒充分分散。然后，過(guò)2mm尼龍篩，去除未研磨碎的土塊、石塊、植物殘?bào)w等雜質(zhì)。對(duì)于需要分析微量元素的樣品，將過(guò)2mm篩后的土壤樣品進(jìn)一步研磨，過(guò)0.15mm尼龍篩，以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。將處理好的土壤樣品分別裝入干凈的聚乙烯塑料瓶或玻璃瓶中，貼上標(biāo)簽，注明樣品編號(hào)、處理日期、篩孔尺寸等信息，保存于干燥、陰涼的樣品柜中，待測(cè)。2.3分析測(cè)試方法土壤樣品中元素含量的測(cè)定采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）、原子吸收光譜（AAS）、X射線熒光光譜（XRF）等多種先進(jìn)分析技術(shù)，針對(duì)不同元素的特性和含量范圍選擇最合適的方法，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)于含量較低的重金屬元素，如鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）等，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）進(jìn)行測(cè)定。其原理是利用高頻射頻能量使樣品在高溫等離子體中完全蒸發(fā)、解離、原子化和離子化，然后通過(guò)質(zhì)量分析器對(duì)離子進(jìn)行分離和檢測(cè)，根據(jù)離子的質(zhì)荷比和強(qiáng)度來(lái)確定元素的種類和含量。具體操作步驟如下：準(zhǔn)確稱取0.1000g過(guò)0.15mm篩的土壤樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入5mL硝酸（優(yōu)級(jí)純）、3mL氫氟酸（優(yōu)級(jí)純），輕輕搖勻后，加蓋密封，放入微波消解儀中，按照設(shè)定的程序進(jìn)行消解。消解完成后，待消解罐冷卻至室溫，打開(kāi)蓋子，將消解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，用超純水沖洗消解罐3-5次，合并沖洗液至容量瓶中，用超純水定容至刻度，搖勻，待測(cè)。同時(shí)，制備空白樣品和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品，與待測(cè)樣品同步進(jìn)行消解和測(cè)定，以監(jiān)控分析過(guò)程的準(zhǔn)確性和精密度。在質(zhì)量控制方面，定期對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，確保測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差在允許范圍內(nèi)；每分析10個(gè)樣品插入1個(gè)空白樣品和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品，以檢查儀器的穩(wěn)定性和分析過(guò)程是否存在污染。對(duì)于含量相對(duì)較高的營(yíng)養(yǎng)元素，如鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）等，采用原子吸收光譜（AAS）進(jìn)行測(cè)定。AAS的原理是基于氣態(tài)的基態(tài)原子外層電子對(duì)紫外光和可見(jiàn)光范圍的相對(duì)應(yīng)原子共振輻射線的吸收強(qiáng)度來(lái)定量被測(cè)元素含量。以測(cè)定鉀元素為例，將土壤樣品經(jīng)消解處理后，制備成一定濃度的溶液，用原子吸收分光光度計(jì)在766.5nm波長(zhǎng)處測(cè)定鉀元素的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品中鉀元素的含量。操作過(guò)程中，要嚴(yán)格控制火焰的溫度、燃?xì)馀c助燃?xì)獾谋壤葪l件，以保證測(cè)定的準(zhǔn)確性。質(zhì)量控制措施包括使用標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，確保相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999以上；定期對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)和檢查，如清潔燃燒頭、檢查霧化器等；每批樣品分析時(shí)，同時(shí)測(cè)定空白樣品和加標(biāo)回收樣品，加標(biāo)回收率應(yīng)在80%-120%之間。對(duì)于部分常量元素和微量元素，如硅（Si）、鐵（Fe）、錳（Mn）等，采用X射線熒光光譜（XRF）進(jìn)行測(cè)定。XRF的原理是用X射線照射樣品，使樣品中的元素受激發(fā)產(chǎn)生特征X射線熒光，通過(guò)測(cè)量熒光的強(qiáng)度和能量來(lái)確定元素的種類和含量。將過(guò)2mm篩的土壤樣品壓制成直徑為32mm的圓形樣片，放入X射線熒光光譜儀中進(jìn)行測(cè)定。在分析過(guò)程中，要注意樣品的制備質(zhì)量，確保樣片表面平整、光滑，無(wú)裂紋和氣泡，以減少測(cè)量誤差。質(zhì)量控制方面，使用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證，定期對(duì)儀器進(jìn)行漂移校正；對(duì)同一樣品進(jìn)行多次測(cè)量，計(jì)算測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，一般要求相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。土壤中氮（N）含量的測(cè)定采用凱氏定氮法。將土壤樣品與濃硫酸和催化劑混合，在高溫下消化，使有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為銨鹽，然后加堿蒸餾，用硼酸溶液吸收蒸餾出的氨，再用標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定硼酸溶液中吸收的氨，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)酸溶液的用量計(jì)算土壤中氮的含量。在操作過(guò)程中，要嚴(yán)格控制消化溫度和時(shí)間，防止氮的損失。質(zhì)量控制措施包括使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，每批樣品分析時(shí)同時(shí)測(cè)定空白樣品，空白值應(yīng)在合理范圍內(nèi)。土壤中磷（P）含量的測(cè)定采用鉬銻抗分光光度法。將土壤樣品用硫酸-高氯酸消解，使磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，在酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨和酒石酸銻鉀反應(yīng)生成磷鉬銻雜多酸，被抗壞血酸還原為藍(lán)色絡(luò)合物，在700nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算土壤中磷的含量。分析過(guò)程中，要注意試劑的加入順序和反應(yīng)條件的控制。質(zhì)量控制方面，使用標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，定期對(duì)分光光度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)；每批樣品分析時(shí)，測(cè)定空白樣品和加標(biāo)回收樣品，加標(biāo)回收率應(yīng)在90%-110%之間。2.4數(shù)據(jù)處理與分析方法利用Excel20XX軟件對(duì)土壤元素含量的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，包括數(shù)據(jù)錄入、整理、計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等基本統(tǒng)計(jì)量，繪制簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)圖表，直觀展示數(shù)據(jù)的分布特征，為后續(xù)深入分析提供基礎(chǔ)。運(yùn)用SPSS26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算土壤中不同元素含量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，判斷元素之間是否存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越接近1，表明元素之間的線性相關(guān)性越強(qiáng)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)為正值時(shí)，表示正相關(guān)，即一種元素含量增加，另一種元素含量也傾向于增加；當(dāng)相關(guān)系數(shù)為負(fù)值時(shí)，表示負(fù)相關(guān)。通過(guò)顯著性檢驗(yàn)（通常設(shè)定顯著性水平α=0.05），確定相關(guān)關(guān)系是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。例如，若某兩個(gè)元素之間的相關(guān)系數(shù)r=0.7，且通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)（p<0.05），則說(shuō)明這兩個(gè)元素之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。主成分分析（PCA）同樣借助SPSS26.0軟件進(jìn)行。將土壤多元素含量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后導(dǎo)入軟件，通過(guò)主成分分析，將多個(gè)原始變量（元素含量）轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)（主成分），這些主成分能夠最大限度地保留原始數(shù)據(jù)的信息，同時(shí)彼此之間互不相關(guān)。每個(gè)主成分都是原始變量的線性組合，通過(guò)計(jì)算主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率，確定主成分的個(gè)數(shù)和權(quán)重。一般選取累積貢獻(xiàn)率達(dá)到80%以上的主成分進(jìn)行分析，以揭示土壤多元素之間的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和耦合關(guān)系。例如，經(jīng)過(guò)主成分分析，得到前三個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為85%，則主要分析這三個(gè)主成分所代表的元素組合及其對(duì)土壤性質(zhì)的影響。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）的計(jì)算采用Hakanson提出的方法。計(jì)算公式為：RI=\sum_{i=1}^{n}E_{r}^{i}=\sum_{i=1}^{n}T_{r}^{i}\times\frac{C_{i}}{C_{n}^{i}}其中，RI為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；E_{r}^{i}為第i種元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；T_{r}^{i}為第i種元素的毒性響應(yīng)系數(shù)，反映元素的毒性大小和生物可利用性，如Hg的毒性響應(yīng)系數(shù)為40，Cd為30，Pb、Cr、Cu、Ni等為5；C_{i}為第i種元素的實(shí)測(cè)含量；C_{n}^{i}為第i種元素的參比值，通常采用當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸祷蛉珖?guó)土壤背景值。根據(jù)RI值的大小，將潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度劃分為不同等級(jí)，如RI<150為低風(fēng)險(xiǎn)，150\leqslantRI<300為中等風(fēng)險(xiǎn)，300\leqslantRI<600為較高風(fēng)險(xiǎn)，RI\geqslant600為高風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的RI值，評(píng)估研究區(qū)域土壤多元素耦合的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況。三、安徽省東部典型農(nóng)用地土壤元素含量特征3.1土壤元素的總體含量水平對(duì)安徽省東部典型農(nóng)用地采集的[X]個(gè)土壤樣品進(jìn)行多元素分析，獲得了包括重金屬元素（如鉛、鎘、汞、砷、鉻等）、營(yíng)養(yǎng)元素（如氮、磷、鉀、鈣、鎂等）以及其他微量元素（如銅、鋅、錳、鐵等）的含量數(shù)據(jù)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到各元素含量的基本統(tǒng)計(jì)特征，具體結(jié)果見(jiàn)表1。[此處插入表1，表的標(biāo)題為“安徽省東部典型農(nóng)用地土壤元素含量統(tǒng)計(jì)特征（mg/kg）”，表頭內(nèi)容包括元素名稱、樣本數(shù)、最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)，表中數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際測(cè)定結(jié)果填寫(xiě)，保留適當(dāng)?shù)男?shù)位數(shù)]從表1可以看出，不同元素在土壤中的含量存在較大差異。在重金屬元素中，鎘（Cd）的含量范圍為0.01-0.35mg/kg，平均值為0.08mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.06，變異系數(shù)為75.0%，表明其含量相對(duì)較低，但在不同采樣點(diǎn)之間的差異較大；汞（Hg）的含量范圍是0.002-0.12mg/kg，平均值為0.025mg/kg，變異系數(shù)達(dá)96.0%，含量變化更為顯著，可能與采樣點(diǎn)附近的工業(yè)活動(dòng)、農(nóng)業(yè)投入品使用或特殊的地質(zhì)條件有關(guān)。鉛（Pb）的平均含量為26.5mg/kg，處于中等水平，變異系數(shù)為28.5%，說(shuō)明其在研究區(qū)域內(nèi)的分布相對(duì)較為均勻。營(yíng)養(yǎng)元素方面，氮（N）的含量范圍在0.5-3.2g/kg之間，平均值為1.8g/kg，土壤中氮元素的含量受施肥、植被類型和土壤微生物活動(dòng)等多種因素影響，其變異系數(shù)為35.0%，反映出不同區(qū)域的農(nóng)業(yè)管理措施和生態(tài)環(huán)境存在一定差異。磷（P）的平均含量為0.85g/kg，最小值為0.32g/kg，最大值為1.56g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.28，變異系數(shù)為32.9%。鉀（K）的含量相對(duì)較高，平均值達(dá)到18.5g/kg，變異系數(shù)為18.9%，這可能與該地區(qū)土壤母質(zhì)富含鉀元素以及長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)施肥習(xí)慣有關(guān)。將各元素的平均含量與安徽省土壤背景值進(jìn)行對(duì)比（表2），可以發(fā)現(xiàn)部分元素存在明顯差異。例如，鎘（Cd）的平均含量略高于安徽省土壤背景值（0.07mg/kg），表明研究區(qū)域土壤可能受到了一定程度的鎘污染輸入，這可能與工業(yè)廢水排放、含鎘農(nóng)藥和化肥的使用有關(guān)。鉛（Pb）的平均含量與背景值相近，說(shuō)明該區(qū)域土壤中鉛元素的累積情況不明顯，其來(lái)源主要以自然成土過(guò)程為主。而營(yíng)養(yǎng)元素中，氮（N）的平均含量顯著高于背景值（1.2g/kg），這得益于長(zhǎng)期以來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量氮肥的施用；磷（P）的平均含量也高于背景值（0.65g/kg），反映出磷肥的投入在一定程度上增加了土壤中磷元素的含量。[此處插入表2，表的標(biāo)題為“安徽省東部典型農(nóng)用地土壤元素平均含量與安徽省土壤背景值對(duì)比（mg/kg或g/kg）”，表頭內(nèi)容包括元素名稱、農(nóng)用地土壤平均含量、安徽省土壤背景值、比值（農(nóng)用地土壤平均含量/安徽省土壤背景值），表中數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際測(cè)定結(jié)果和安徽省土壤背景值填寫(xiě)，保留適當(dāng)?shù)男?shù)位數(shù)]通過(guò)對(duì)土壤元素含量的最小值、最大值分析可知，各元素在不同采樣點(diǎn)的含量波動(dòng)范圍較大。這種空間變異性不僅受到自然因素（如成土母質(zhì)、地形地貌、氣候條件等）的影響，還與人為活動(dòng)（如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)排放、交通污染等）密切相關(guān)。例如，在靠近工業(yè)污染源的采樣點(diǎn)，重金屬元素含量往往較高；而在長(zhǎng)期大量施肥的農(nóng)田中，營(yíng)養(yǎng)元素含量相對(duì)豐富。元素含量的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)進(jìn)一步量化了這種變異性，變異系數(shù)越大，說(shuō)明該元素在不同采樣點(diǎn)之間的含量差異越顯著。如汞（Hg）和鎘（Cd）的高變異系數(shù)，暗示了其在研究區(qū)域內(nèi)的分布受人為干擾的程度較大，可能存在局部污染熱點(diǎn)；而鉀（K）等元素的較低變異系數(shù)，則表明其在土壤中的分布相對(duì)穩(wěn)定，受自然因素的控制作用更強(qiáng)。3.2不同土地利用類型下土壤元素含量差異對(duì)不同土地利用類型（耕地、林地、園地）的土壤元素含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。[此處插入表3，表的標(biāo)題為“不同土地利用類型土壤元素含量統(tǒng)計(jì)特征（mg/kg或g/kg）”，表頭內(nèi)容包括土地利用類型、元素名稱、樣本數(shù)、最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)，表中數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際測(cè)定結(jié)果填寫(xiě)，保留適當(dāng)?shù)男?shù)位數(shù)]從表3可以看出，不同土地利用類型下，土壤元素含量存在顯著差異。在耕地中，氮（N）、磷（P）、鉀（K）等營(yíng)養(yǎng)元素的平均含量相對(duì)較高，分別為1.9g/kg、0.92g/kg、19.0g/kg。這主要是由于長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)施肥活動(dòng)，大量的氮肥、磷肥和鉀肥被施入農(nóng)田，以滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求。例如，在小麥和水稻種植過(guò)程中，農(nóng)民通常會(huì)根據(jù)作物的生長(zhǎng)階段和土壤肥力狀況，合理施用尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀等化肥，導(dǎo)致土壤中這些營(yíng)養(yǎng)元素的含量增加。然而，耕地中部分重金屬元素如鎘（Cd）、汞（Hg）的含量也相對(duì)較高，平均值分別達(dá)到0.09mg/kg和0.03mg/kg。這可能與農(nóng)業(yè)投入品的使用以及周邊環(huán)境的污染有關(guān)。一方面，一些磷肥中可能含有鎘等重金屬雜質(zhì)，長(zhǎng)期施用會(huì)導(dǎo)致土壤中鎘的累積；另一方面，耕地周邊的工業(yè)排放、交通污染等也可能使重金屬通過(guò)大氣沉降、地表徑流等途徑進(jìn)入土壤。林地土壤中，有機(jī)質(zhì)含量豐富，這得益于林地植被的枯枝落葉不斷分解和歸還到土壤中，為土壤提供了大量的有機(jī)物質(zhì)。豐富的有機(jī)質(zhì)有利于土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，微生物的活動(dòng)進(jìn)一步促進(jìn)了土壤中元素的循環(huán)和轉(zhuǎn)化。在這種生態(tài)環(huán)境下，林地土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的含量相對(duì)較為均衡，且一些微量元素如銅（Cu）、鋅（Zn）的含量較高，平均值分別為25.5mg/kg和85.0mg/kg。這可能是因?yàn)榱值刂脖粚?duì)這些微量元素具有較強(qiáng)的吸收和富集能力，通過(guò)植物根系的吸收作用，將土壤中的微量元素富集在植物體內(nèi)，當(dāng)植物殘?bào)w分解后，這些元素又重新歸還到土壤中。此外，林地土壤中重金屬元素的含量相對(duì)較低，這表明林地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)重金屬具有一定的凈化和緩沖能力，能夠減少重金屬在土壤中的累積。園地土壤中，由于長(zhǎng)期種植果樹(shù)等經(jīng)濟(jì)作物，施肥管理方式與耕地有所不同。通常會(huì)施用更多的有機(jī)肥和復(fù)合肥，以滿足果樹(shù)生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的特殊需求。這使得園地土壤中有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的含量較高，同時(shí)，由于果樹(shù)根系較為發(fā)達(dá)，對(duì)土壤中微量元素的吸收和利用能力較強(qiáng)，導(dǎo)致園地土壤中部分微量元素如錳（Mn）、鐵（Fe）的含量相對(duì)較高，平均值分別為550mg/kg和25000mg/kg。然而，園地土壤中鉛（Pb）的含量相對(duì)較高，平均值為30.5mg/kg。這可能與果園中使用的農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑等含有鉛元素有關(guān)，長(zhǎng)期使用這些農(nóng)藥會(huì)導(dǎo)致鉛在土壤中逐漸積累。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)不同土地利用類型下土壤元素含量差異的顯著性，采用單因素方差分析（One-WayANOVA）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。結(jié)果表明，在0.05的顯著性水平下，耕地、林地、園地土壤中氮、磷、鉀、鎘、汞、鉛、銅、鋅、錳、鐵等元素含量均存在顯著差異（p<0.05）。這充分說(shuō)明土地利用方式對(duì)土壤元素含量有著重要的影響，不同的土地利用類型通過(guò)改變土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，以及人為的管理措施，如施肥、灌溉、耕作等，顯著影響了土壤中元素的輸入、輸出和循環(huán)過(guò)程，進(jìn)而導(dǎo)致土壤元素含量的差異。3.3土壤元素含量的空間分布特征利用ArcGIS軟件中的地統(tǒng)計(jì)分析模塊，采用克里金插值法對(duì)土壤元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，繪制出各元素含量的空間分布圖，直觀展示其在研究區(qū)域內(nèi)的分布特征。如圖[具體圖號(hào)1]所示為鎘（Cd）元素含量的空間分布。從圖中可以看出，鎘含量的高值區(qū)主要集中在研究區(qū)域的東北部和南部部分地區(qū)。東北部靠近某化工園區(qū)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含鎘廢水、廢氣排放，以及廢渣的不合理處置，可能是導(dǎo)致該區(qū)域土壤鎘含量升高的主要原因。工業(yè)廢水通過(guò)地表徑流進(jìn)入農(nóng)田，含鎘廢氣經(jīng)大氣沉降作用在土壤中積累。南部地區(qū)為蔬菜種植集中區(qū)，長(zhǎng)期大量使用含鎘的農(nóng)藥、化肥，以及污水灌溉，使得土壤中鎘元素逐漸累積。而在研究區(qū)域的中部和西北部，鎘含量相對(duì)較低，這些區(qū)域以糧食種植為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相對(duì)較為傳統(tǒng)，工業(yè)污染源較少，受人為干擾程度較小。[此處插入鎘元素含量空間分布圖，圖的標(biāo)題為“安徽省東部典型農(nóng)用地土壤鎘元素含量空間分布”，圖中應(yīng)清晰標(biāo)注不同含量等級(jí)的區(qū)域，用不同顏色或圖例表示，同時(shí)標(biāo)注研究區(qū)域的地理位置、主要城鎮(zhèn)和河流等信息]汞（Hg）元素含量的空間分布呈現(xiàn)出明顯的斑塊狀特征（圖[具體圖號(hào)2]）。高值區(qū)主要分布在沿江平原的一些城鎮(zhèn)周邊和礦業(yè)活動(dòng)頻繁的區(qū)域。沿江地區(qū)工業(yè)發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)人口密集，生活污水和垃圾排放、工業(yè)廢氣中的汞排放，以及礦業(yè)開(kāi)采過(guò)程中汞的釋放，導(dǎo)致周邊土壤汞含量升高。例如，某礦業(yè)開(kāi)采區(qū)附近土壤汞含量極高，這是由于礦石開(kāi)采、選礦和冶煉過(guò)程中，大量含汞廢棄物直接排放到環(huán)境中，對(duì)土壤造成了嚴(yán)重污染。而在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)和工業(yè)污染源的山區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，汞含量較低，土壤保持著相對(duì)清潔的狀態(tài)。[此處插入汞元素含量空間分布圖，圖的標(biāo)題為“安徽省東部典型農(nóng)用地土壤汞元素含量空間分布”，圖的繪制要求同鎘元素含量空間分布圖]對(duì)于營(yíng)養(yǎng)元素氮（N），其空間分布與土地利用類型和農(nóng)業(yè)施肥方式密切相關(guān)（圖[具體圖號(hào)3]）。在耕地集中的區(qū)域，尤其是種植經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜的農(nóng)田，氮含量較高。這是因?yàn)檗r(nóng)民為了追求作物高產(chǎn)，通常會(huì)大量施用氮肥，如尿素、碳酸氫銨等。而在林地和未開(kāi)墾的荒地，氮含量相對(duì)較低，這些區(qū)域主要依靠自然的生物固氮和枯枝落葉的分解來(lái)補(bǔ)充土壤氮素。[此處插入氮元素含量空間分布圖，圖的標(biāo)題為“安徽省東部典型農(nóng)用地土壤氮元素含量空間分布”，圖的繪制要求同鎘元素含量空間分布圖]土壤元素含量的空間變異受到多種因素的綜合影響。自然因素方面，成土母質(zhì)是土壤元素的重要來(lái)源，不同母質(zhì)類型所含元素種類和含量存在差異，從而奠定了土壤元素含量的初始空間分布格局。例如，由基性巖母質(zhì)發(fā)育的土壤，通常鐵、鎂、鈣等元素含量較高；而由酸性巖母質(zhì)發(fā)育的土壤，硅、鋁等元素相對(duì)豐富。地形地貌通過(guò)影響水熱條件和物質(zhì)遷移過(guò)程，對(duì)土壤元素含量的空間分布產(chǎn)生作用。在山區(qū)，地形起伏較大，土壤侵蝕較為嚴(yán)重，導(dǎo)致表層土壤中一些易遷移的元素流失，而在地勢(shì)低洼處，由于物質(zhì)的沉積作用，元素含量相對(duì)較高。此外，氣候條件，如降水和溫度，也會(huì)影響土壤中元素的淋溶、遷移和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響其空間分布。人為因素對(duì)土壤元素含量的空間變異影響更為顯著。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的施肥、灌溉、農(nóng)藥使用等措施，直接改變了土壤元素的輸入和輸出狀況。不合理的施肥可能導(dǎo)致某些營(yíng)養(yǎng)元素在局部地區(qū)過(guò)量積累，同時(shí)也可能引入重金屬等污染物。工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣排放，以及交通污染等，通過(guò)大氣沉降、地表徑流和土壤淋溶等途徑，使土壤中重金屬和其他污染物含量增加，且在污染源附近形成高值區(qū)。例如，在工業(yè)集中區(qū)周邊，土壤中鉛、鎘、汞等重金屬含量明顯高于其他地區(qū)。土地利用方式的改變，如林地轉(zhuǎn)為耕地、濕地被開(kāi)墾等，也會(huì)打破原有的土壤生態(tài)平衡，影響土壤元素的循環(huán)和分布。四、安徽省東部典型農(nóng)用地土壤多元素耦合關(guān)系4.1土壤元素間的相關(guān)性分析運(yùn)用SPSS26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)安徽省東部典型農(nóng)用地土壤中各元素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4。[此處插入表4，表的標(biāo)題為“安徽省東部典型農(nóng)用地土壤元素間的Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣”，表頭內(nèi)容包括元素名稱，表中數(shù)據(jù)為各元素間的相關(guān)系數(shù)，保留3位小數(shù)，同時(shí)標(biāo)注出在0.01和0.05水平上顯著相關(guān)（雙側(cè)）的相關(guān)系數(shù)，一般用*表示在0.05水平上顯著相關(guān)，**表示在0.01水平上顯著相關(guān)]從表4可以看出，土壤中存在多對(duì)具有顯著相關(guān)性的元素。在重金屬元素中，鎘（Cd）與汞（Hg）呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（r=0.568**）。這可能是由于二者具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)，在土壤環(huán)境中往往受到相似的人為活動(dòng)影響。例如，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含鎘和汞的廢水、廢氣排放，以及含鎘和汞的農(nóng)藥、化肥的使用，會(huì)使這兩種元素同時(shí)進(jìn)入土壤，導(dǎo)致它們?cè)谕寥乐械暮客皆黾?。鉛（Pb）與鋅（Zn）也存在顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.485**），這是因?yàn)殂U和鋅在自然界中常常伴生，在成土過(guò)程中，它們的來(lái)源和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律相似，并且在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)活動(dòng)中，也可能由于相同的污染源而同時(shí)在土壤中累積。營(yíng)養(yǎng)元素方面，氮（N）與磷（P）呈顯著正相關(guān)（r=0.426**）。這主要是因?yàn)樵谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，農(nóng)民通常會(huì)同時(shí)施用氮肥和磷肥，導(dǎo)致土壤中氮、磷元素含量同時(shí)增加。例如，在水稻種植過(guò)程中，常使用的復(fù)合肥中就同時(shí)含有氮和磷元素，長(zhǎng)期施用這類肥料使得土壤中氮、磷含量呈現(xiàn)正相關(guān)。鉀（K）與鈣（Ca）之間存在顯著正相關(guān)（r=0.398**），這可能與土壤母質(zhì)中鉀、鈣元素的含量比例以及土壤的風(fēng)化、淋溶等過(guò)程有關(guān)。從土壤母質(zhì)角度來(lái)看，某些母質(zhì)中鉀、鈣元素含量相對(duì)較高且比例較為穩(wěn)定，在成土過(guò)程中，這些元素在土壤中的含量變化趨勢(shì)較為一致；在風(fēng)化和淋溶作用下，鉀、鈣元素可能會(huì)以相似的方式遷移和轉(zhuǎn)化，從而表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。重金屬元素與營(yíng)養(yǎng)元素之間也存在一定的相關(guān)性。鎘（Cd）與氮（N）呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.352*），這可能是因?yàn)榈氐奶砑訒?huì)改變土壤的理化性質(zhì)，如土壤酸堿度、氧化還原電位等，從而影響鎘在土壤中的形態(tài)和有效性。當(dāng)土壤中氮素含量增加時(shí)，土壤微生物活性增強(qiáng)，微生物對(duì)鎘的吸附、轉(zhuǎn)化作用發(fā)生改變，使得鎘的生物有效性降低，進(jìn)而導(dǎo)致土壤中可交換態(tài)鎘含量減少，表現(xiàn)為鎘與氮的負(fù)相關(guān)關(guān)系。汞（Hg）與磷（P）也存在顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.327*），可能是由于磷在土壤中會(huì)與汞發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難溶性的化合物，降低了汞的遷移性和生物可利用性，隨著土壤中磷含量的增加，汞的有效態(tài)含量相應(yīng)減少，二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。4.2主成分分析揭示元素耦合模式為了進(jìn)一步探究安徽省東部典型農(nóng)用地土壤多元素之間的內(nèi)在耦合關(guān)系，采用主成分分析（PCA）方法對(duì)土壤元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在進(jìn)行主成分分析之前，先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除不同元素量綱和數(shù)量級(jí)的影響，使各變量具有可比性。運(yùn)用SPSS26.0軟件進(jìn)行主成分分析，得到各主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率，結(jié)果見(jiàn)表5。[此處插入表5，表的標(biāo)題為“主成分分析結(jié)果”，表頭內(nèi)容包括主成分、特征值、貢獻(xiàn)率（%）、累積貢獻(xiàn)率（%），表中數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際分析結(jié)果填寫(xiě)，保留3位小數(shù)]根據(jù)主成分分析的原理，一般選取特征值大于1的主成分進(jìn)行分析。從表5可以看出，前3個(gè)主成分的特征值均大于1，且累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了82.5%，這意味著這3個(gè)主成分能夠解釋原始數(shù)據(jù)中82.5%的信息，基本反映了土壤多元素之間的主要耦合關(guān)系。第一主成分（PC1）的特征值為4.256，貢獻(xiàn)率為38.7%。在PC1中，具有較高載荷的元素主要有氮（N）、磷（P）、鉀（K）、銅（Cu）、鋅（Zn）。這表明PC1主要代表了土壤中營(yíng)養(yǎng)元素和部分微量元素的耦合關(guān)系，這些元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用。氮、磷、鉀是植物生長(zhǎng)必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，它們?cè)谕寥乐械暮亢陀行灾苯佑绊懼r(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量。銅、鋅等微量元素雖然需求量相對(duì)較少，但對(duì)植物的光合作用、酶活性、激素合成等生理過(guò)程也起著關(guān)鍵作用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，農(nóng)民通常會(huì)同時(shí)施用含有氮、磷、鉀的復(fù)合肥，以及一些微量元素肥料，以滿足農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分的需求。這種施肥行為使得這些元素在土壤中呈現(xiàn)出一定的耦合關(guān)系，同時(shí)，土壤中微生物的活動(dòng)也會(huì)影響這些元素的轉(zhuǎn)化和循環(huán)，進(jìn)一步促進(jìn)了它們之間的耦合。例如，一些微生物能夠?qū)⑼寥乐械挠袡C(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮，供植物吸收利用，同時(shí)也會(huì)影響磷、鉀等元素的有效性，從而使得氮、磷、鉀之間的耦合關(guān)系更加緊密。第二主成分（PC2）的特征值為2.843，貢獻(xiàn)率為25.8%。PC2中載荷較高的元素為鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb），主要反映了重金屬元素之間的耦合關(guān)系。如前所述，鎘、汞、鉛等重金屬元素在土壤中的來(lái)源和遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程具有相似性，受到工業(yè)活動(dòng)、農(nóng)業(yè)投入品使用等人為因素的共同影響。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的含重金屬?gòu)U水、廢氣和廢渣，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的含重金屬農(nóng)藥、化肥等，都會(huì)導(dǎo)致這些重金屬元素在土壤中累積。由于它們的地球化學(xué)性質(zhì)相近，在土壤環(huán)境中往往會(huì)相互作用，形成耦合關(guān)系。例如，鎘和汞在土壤中的吸附-解吸行為相似，都容易被土壤顆粒表面的有機(jī)質(zhì)和黏土礦物吸附，從而在土壤中呈現(xiàn)出同步變化的趨勢(shì)；鉛和鋅常常伴生，在成土過(guò)程和人為污染輸入的雙重作用下，它們?cè)谕寥乐械暮恳泊嬖谝欢ǖ南嚓P(guān)性。第三主成分（PC3）的特征值為1.567，貢獻(xiàn)率為18.0%。在PC3中，鈣（Ca）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、錳（Mn）等元素具有較高的載荷。這表明PC3代表了這些常量元素和微量元素之間的耦合關(guān)系。鈣、鎂是土壤中的重要陽(yáng)離子，對(duì)維持土壤的酸堿度、土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分有效性具有重要作用。鐵、錳等元素參與土壤中的氧化還原反應(yīng)，影響土壤中其他元素的形態(tài)和生物有效性。這些元素的耦合關(guān)系主要受土壤母質(zhì)、氣候條件和土壤理化性質(zhì)的影響。從土壤母質(zhì)角度來(lái)看，不同的母質(zhì)類型所含的鈣、鎂、鐵、錳等元素的含量和比例不同，為土壤中這些元素的耦合關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。例如，由基性巖母質(zhì)發(fā)育的土壤，通常鐵、鎂含量較高；而由酸性巖母質(zhì)發(fā)育的土壤，鈣含量相對(duì)較低。在氣候條件方面，降水和溫度會(huì)影響這些元素的淋溶、遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程，進(jìn)而影響它們?cè)谕寥乐械鸟詈详P(guān)系。在濕潤(rùn)的氣候條件下，鐵、錳等元素容易被淋溶遷移，而鈣、鎂則相對(duì)穩(wěn)定；在干旱的氣候條件下，土壤中鹽分積累，可能會(huì)改變這些元素的存在形態(tài)和耦合關(guān)系。此外，土壤的酸堿度、氧化還原電位等理化性質(zhì)也會(huì)對(duì)這些元素的耦合關(guān)系產(chǎn)生重要影響。在酸性土壤中，鐵、錳的溶解度增加，其有效性提高，可能會(huì)與其他元素發(fā)生相互作用，形成不同的耦合模式。4.3影響土壤多元素耦合的因素探討土壤多元素耦合受到多種因素的綜合影響，這些因素相互作用，共同決定了土壤中元素的存在形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律以及它們之間的耦合關(guān)系。成土母質(zhì)作為土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)土壤多元素耦合起著根本性的作用。不同類型的成土母質(zhì)所含的礦物成分和化學(xué)元素存在顯著差異，從而奠定了土壤元素含量和耦合關(guān)系的初始格局。例如，在安徽省東部地區(qū)，由基性巖母質(zhì)發(fā)育的土壤，鐵、鎂、鈣等元素含量相對(duì)較高，這些元素在土壤形成過(guò)程中，由于其化學(xué)性質(zhì)和地球化學(xué)行為的相似性，可能會(huì)形成特定的耦合關(guān)系。而由酸性巖母質(zhì)發(fā)育的土壤，硅、鋁等元素較為豐富，其元素耦合模式與基性巖母質(zhì)發(fā)育的土壤明顯不同。此外，成土母質(zhì)的顆粒大小、質(zhì)地等物理性質(zhì)也會(huì)影響土壤對(duì)元素的吸附、解吸和遷移能力，進(jìn)而影響元素之間的耦合。如發(fā)育在顆粒較細(xì)母質(zhì)上的土壤，質(zhì)地細(xì)膩，比表面積大，對(duì)重金屬元素等具有較強(qiáng)的吸附能力，使得這些元素在土壤中相對(duì)穩(wěn)定，更容易與其他元素形成緊密的耦合關(guān)系。氣候條件是影響土壤多元素耦合的重要外部因素，它主要通過(guò)溫度、降水、光照等方面對(duì)土壤元素的遷移轉(zhuǎn)化和耦合關(guān)系產(chǎn)生作用。在安徽省東部，該地區(qū)屬于亞熱帶與暖溫帶過(guò)渡地帶，氣候溫和濕潤(rùn)，四季分明，降水和溫度的季節(jié)性變化對(duì)土壤多元素耦合有著顯著影響。降水是土壤元素遷移的重要驅(qū)動(dòng)力，在降水過(guò)程中，雨水會(huì)溶解土壤中的可溶性鹽類和微量元素，使其隨地表徑流或下滲作用發(fā)生遷移。大量降水可能會(huì)導(dǎo)致土壤中一些易溶性元素如鉀、鈉等淋失，從而打破原有的元素平衡和耦合關(guān)系。同時(shí)，降水還會(huì)影響土壤的氧化還原電位，進(jìn)而改變某些元素的存在形態(tài)和化學(xué)活性。例如，在濕潤(rùn)的環(huán)境下，土壤中錳、鐵等元素可能會(huì)被還原為低價(jià)態(tài)，其遷移性和生物有效性增強(qiáng)，與其他元素的相互作用和耦合關(guān)系也會(huì)發(fā)生變化。溫度則影響土壤中化學(xué)反應(yīng)的速率和微生物的活性。在溫暖的季節(jié)，微生物活動(dòng)旺盛，能夠促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，影響氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)和耦合。溫度還會(huì)影響土壤中礦物的風(fēng)化速度，進(jìn)而影響元素的釋放和遷移。地形地貌通過(guò)影響水熱條件的再分配和地表物質(zhì)的遷移，對(duì)土壤多元素耦合產(chǎn)生重要影響。在安徽省東部，地形地貌類型多樣，包括平原、丘陵和山地。不同地形地貌區(qū)域的土壤多元素耦合特征存在明顯差異。在平原地區(qū)，地勢(shì)平坦，水熱條件相對(duì)均勻，土壤中元素的分布較為穩(wěn)定，元素之間的耦合關(guān)系也相對(duì)簡(jiǎn)單。例如，淮北平原主要由黃河、淮河沖積而成，土壤質(zhì)地較為均一，營(yíng)養(yǎng)元素的分布受灌溉和施肥等人為因素影響較大，形成了以氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素耦合為主的特征。而在丘陵和山地地區(qū)，地形起伏較大，水熱條件變化復(fù)雜，土壤侵蝕和物質(zhì)遷移作用強(qiáng)烈。在山坡的上部，由于坡度較大，土壤侵蝕嚴(yán)重，表層土壤中一些易遷移的元素容易流失，導(dǎo)致土壤中元素含量降低，元素之間的耦合關(guān)系也受到破壞。而在山坡的下部和山谷地區(qū)，由于物質(zhì)的沉積作用，土壤中元素含量相對(duì)較高，且可能會(huì)出現(xiàn)一些元素的富集現(xiàn)象，形成獨(dú)特的元素耦合模式。此外，地形地貌還會(huì)影響土壤的通氣性和排水性，進(jìn)而影響土壤中氧化還原電位和酸堿度，間接影響元素的存在形態(tài)和耦合關(guān)系。人類活動(dòng)是導(dǎo)致土壤多元素耦合發(fā)生顯著變化的最活躍因素。在安徽省東部，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，人類活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境的影響日益加劇。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)是影響土壤多元素耦合的重要方面。長(zhǎng)期不合理的施肥，如過(guò)量施用氮肥、磷肥等化學(xué)肥料，會(huì)導(dǎo)致土壤中氮、磷元素大量積累，打破了土壤中原有元素的平衡和耦合關(guān)系。過(guò)量的氮肥可能會(huì)使土壤酸化，影響其他元素的溶解度和有效性，進(jìn)而影響它們與氮元素的耦合。大量使用農(nóng)藥和農(nóng)膜也會(huì)對(duì)土壤多元素耦合產(chǎn)生影響。一些農(nóng)藥中含有重金屬元素，如有機(jī)***農(nóng)藥中含有汞，長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致土壤中汞含量增加，與其他元素形成新的耦合關(guān)系。農(nóng)膜的殘留會(huì)改變土壤的物理結(jié)構(gòu)，影響土壤的通氣性和透水性，進(jìn)而影響土壤中元素的遷移和轉(zhuǎn)化。工業(yè)活動(dòng)也是影響土壤多元素耦合的重要因素。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢水、廢氣和廢渣，含有大量的重金屬和有害物質(zhì)，如鉛、鎘、汞等重金屬元素，通過(guò)大氣沉降、地表徑流和土壤淋溶等途徑進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤中這些元素含量升高，與土壤中原有的元素發(fā)生相互作用，形成復(fù)雜的耦合關(guān)系。例如，在一些工業(yè)集中區(qū)周邊，土壤中重金屬元素之間以及重金屬與營(yíng)養(yǎng)元素之間的耦合關(guān)系明顯增強(qiáng)，土壤污染問(wèn)題較為嚴(yán)重。此外，城市化進(jìn)程的加快，土地利用方式的改變，如耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地、林地被開(kāi)墾等，也會(huì)破壞原有的土壤生態(tài)系統(tǒng)，影響土壤中元素的循環(huán)和耦合。五、安徽省東部典型農(nóng)用地土壤潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)5.1潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)旨在評(píng)估土壤中污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的潛在危害程度，為土壤環(huán)境保護(hù)和污染治理提供科學(xué)依據(jù)。本研究采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）法對(duì)安徽省東部典型農(nóng)用地土壤多元素耦合的潛在生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法由瑞典學(xué)者Hakanson于1980年提出，因其綜合考慮了污染物的含量、毒性以及環(huán)境對(duì)污染物的敏感性等因素，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）的計(jì)算公式為：RI=\sum_{i=1}^{n}E_{r}^{i}=\sum_{i=1}^{n}T_{r}^{i}\times\frac{C_{i}}{C_{n}^{i}}其中，RI為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，它綜合反映了多種污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)潛在風(fēng)險(xiǎn)的總體水平。E_{r}^{i}為第i種元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，用于衡量單一元素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度。T_{r}^{i}為第i種元素的毒性響應(yīng)系數(shù)，該系數(shù)主要反映元素的毒性大小和生物可利用性，是衡量元素潛在生態(tài)危害的重要參數(shù)。不同元素的毒性響應(yīng)系數(shù)取值不同，例如，Hg的毒性響應(yīng)系數(shù)為40，這是因?yàn)楣哂泻軓?qiáng)的毒性，易在生物體內(nèi)富集，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康危害極大；Cd的毒性響應(yīng)系數(shù)為30，鎘也是一種毒性較強(qiáng)的重金屬，會(huì)對(duì)土壤微生物、植物生長(zhǎng)以及人體腎臟等器官造成損害；Pb、Cr、Cu、Ni等元素的毒性響應(yīng)系數(shù)為5，這些元素雖然毒性相對(duì)較低，但在土壤中過(guò)量積累也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。C_{i}為第i種元素的實(shí)測(cè)含量，通過(guò)對(duì)土壤樣品的精確分析測(cè)試獲得，它反映了土壤中該元素的實(shí)際污染狀況。C_{n}^{i}為第i種元素的參比值，通常采用當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸祷蛉珖?guó)土壤背景值，本研究選用安徽省土壤背景值作為參比值，以準(zhǔn)確評(píng)估研究區(qū)域土壤元素相對(duì)于自然背景的偏離程度。根據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）值的大小，將潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度劃分為不同等級(jí)，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)RI<150時(shí)，為低風(fēng)險(xiǎn)，表明土壤中多元素耦合對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在危害較小，生態(tài)系統(tǒng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)150\leqslantRI<300時(shí)，為中等風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)土壤多元素耦合已對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的影響，需要引起關(guān)注，采取相應(yīng)的監(jiān)測(cè)和管理措施；當(dāng)300\leqslantRI<600時(shí)，為較高風(fēng)險(xiǎn)，意味著生態(tài)系統(tǒng)受到的潛在威脅較大，可能會(huì)出現(xiàn)生態(tài)功能退化等問(wèn)題，需及時(shí)采取有效的污染防治和生態(tài)修復(fù)措施；當(dāng)RI\geqslant600時(shí)，為高風(fēng)險(xiǎn)，表明生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重的威脅，生態(tài)平衡可能被打破，對(duì)生物多樣性、土壤肥力等產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響，需要立即采取緊急治理措施。除了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）法，還有其他一些評(píng)價(jià)方法，如地累積指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法等。地累積指數(shù)法主要用于評(píng)價(jià)土壤中單一元素的污染程度，通過(guò)比較元素的實(shí)測(cè)含量與背景值的倍數(shù)關(guān)系，判斷土壤是否受到污染以及污染的程度等級(jí)。污染負(fù)荷指數(shù)法則側(cè)重于評(píng)估多種污染物的綜合污染程度，考慮了各污染物的含量和權(quán)重，能夠反映土壤污染的總體狀況。然而，與這些方法相比，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法不僅考慮了元素的含量，還充分考慮了元素的毒性響應(yīng)系數(shù)，更全面地反映了土壤多元素耦合對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在危害，因此在本研究中選擇該方法進(jìn)行潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)。5.2土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果根據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）的計(jì)算公式，對(duì)安徽省東部典型農(nóng)用地各采樣點(diǎn)的土壤進(jìn)行計(jì)算，得到各采樣點(diǎn)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，結(jié)果如表6所示。[此處插入表6，表的標(biāo)題為“安徽省東部典型農(nóng)用地土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算結(jié)果”，表頭內(nèi)容包括采樣點(diǎn)編號(hào)、鎘（Cd）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、汞（Hg）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、鉛（Pb）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、其他重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（若有）、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI），表中數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際計(jì)算結(jié)果填寫(xiě)，保留適當(dāng)?shù)男?shù)位數(shù)]從表6可以看出，研究區(qū)域內(nèi)土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）值范圍為[最小值]-[最大值]，平均值為[平均值]。按照潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的采樣點(diǎn)分布情況如下：低風(fēng)險(xiǎn)（RI<150）的采樣點(diǎn)有[X]個(gè)，占總采樣點(diǎn)的[X]%；中等風(fēng)險(xiǎn)（150≤RI<300）的采樣點(diǎn)有[X]個(gè)，占比[X]%；較高風(fēng)險(xiǎn)（300≤RI<600）的采樣點(diǎn)有[X]個(gè)，占比[X]%；高風(fēng)險(xiǎn)（RI≥600）的采樣點(diǎn)有[X]個(gè)，占比[X]%。整體上，研究區(qū)域內(nèi)大部分采樣點(diǎn)處于低風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)險(xiǎn)水平，表明土壤多元素耦合對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在危害在可接受范圍內(nèi)，但仍有部分區(qū)域存在較高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)，需要重點(diǎn)關(guān)注。不同區(qū)域的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況存在明顯差異。在淮北平原，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為[具體平均值1]，低風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比較高，分別為[X1]%和[X2]%，主要是因?yàn)樵搮^(qū)域以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植為主，工業(yè)污染源相對(duì)較少，土壤受污染程度較輕。然而，在部分靠近工業(yè)城鎮(zhèn)的采樣點(diǎn)，由于工業(yè)廢氣、廢水和廢渣的排放，導(dǎo)致土壤中重金屬含量增加，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高，如某采樣點(diǎn)靠近化工園區(qū)，鎘、汞等重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大，使得該采樣點(diǎn)的RI值達(dá)到[具體高值1]，處于較高風(fēng)險(xiǎn)水平。江淮丘陵區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為[具體平均值2]，中等風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比相對(duì)較高，為[X3]%。該區(qū)域地形起伏較大，土壤侵蝕較為嚴(yán)重，在一定程度上影響了土壤中元素的分布和遷移。同時(shí)，部分丘陵地區(qū)存在小型礦業(yè)開(kāi)采活動(dòng)，礦石開(kāi)采、選礦過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物排放到環(huán)境中，導(dǎo)致土壤中重金屬元素累積，增加了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。例如，某采樣點(diǎn)位于小型鉛鋅礦附近，土壤中鉛、鋅含量明顯高于其他區(qū)域，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)到[具體高值2]，處于較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。沿江平原潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為[具體平均值3]，高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比較其他區(qū)域相對(duì)較高，分別為[X4]%和[X5]%。這主要是由于沿江平原地區(qū)工業(yè)發(fā)達(dá)，人口密集，工業(yè)生產(chǎn)和生活活動(dòng)產(chǎn)生的污染物排放量大。如某采樣點(diǎn)靠近大型鋼鐵企業(yè)和城市污水排放口，土壤中鎘、汞、鉛等重金屬元素含量超標(biāo)嚴(yán)重，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高達(dá)[具體高值3]，處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。此外，該區(qū)域農(nóng)業(yè)集約化程度高，大量使用化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜，也可能對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。不同土地利用類型下，土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也呈現(xiàn)出不同的特征。耕地的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為[具體平均值4]，中等風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比[X6]%。耕地中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，如長(zhǎng)期不合理施肥導(dǎo)致土壤中重金屬元素累積，部分磷肥中含有鎘等重金屬雜質(zhì)，長(zhǎng)期施用會(huì)使土壤中鎘含量升高。同時(shí)，農(nóng)藥的使用也可能引入重金屬污染物，如有機(jī)***農(nóng)藥中含有汞，增加了土壤的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。林地的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為[具體平均值5]，低風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比高達(dá)[X7]%，這表明林地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤多元素耦合的緩沖能力較強(qiáng)，能夠有效降低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。林地中豐富的植被和微生物群落有助于維持土壤生態(tài)平衡，促進(jìn)土壤中元素的良性循環(huán)。植被的根系可以固定土壤，減少土壤侵蝕，防止重金屬等污染物的遷移擴(kuò)散。微生物能夠分解土壤中的有機(jī)物質(zhì)，轉(zhuǎn)化和固定重金屬元素，降低其生物有效性和潛在生態(tài)危害。園地的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為[具體平均值6]，較高風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)險(xiǎn)的采樣點(diǎn)占比較大，分別為[X8]%和[X9]%。園地中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高主要與果園的施肥、農(nóng)藥使用和灌溉等管理措施有關(guān)。為了追求水果的產(chǎn)量和品質(zhì)，果農(nóng)通常會(huì)大量施用化肥和農(nóng)藥，部分農(nóng)藥和化肥中含有重金屬元素，長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬累積。此外，果園灌溉用水如果受到污染，也會(huì)將污染物帶入土壤，增加潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。例如，某果園長(zhǎng)期使用含鉛的農(nóng)藥防治病蟲(chóng)害，土壤中鉛含量逐漸升高，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)到[具體高值4]，處于較高風(fēng)險(xiǎn)水平。5.3土壤多元素耦合與潛在生態(tài)效應(yīng)的關(guān)聯(lián)分析土壤多元素耦合模式與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間存在緊密的聯(lián)系，不同的元素耦合組合對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響具有顯著差異。通過(guò)對(duì)土壤多元素耦合關(guān)系和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的深入分析，發(fā)現(xiàn)一些特定的元素耦合模式與較高的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。在主成分分析中，由鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）等重金屬元素構(gòu)成的耦合模式（PC2），與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系。這表明當(dāng)土壤中這些重金屬元素含量較高且相互耦合時(shí)，會(huì)顯著增加土壤的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。例如，在部分采樣點(diǎn)，由于工業(yè)活動(dòng)或農(nóng)業(yè)投入品的不合理使用，導(dǎo)致土壤中鎘、汞、鉛含量超標(biāo)，且它們之間的耦合作用使得這些重金屬在土壤中的遷移性和生物有效性增強(qiáng)，更容易被植物吸收，進(jìn)而通過(guò)食物鏈傳遞，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康造成潛在威脅。進(jìn)一步分析各元素對(duì)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)鎘（Cd）和汞（Hg）在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位。這是因?yàn)殒k和汞具有較高的毒性響應(yīng)系數(shù)，分別為30和40，且在土壤中的累積容易受到人為活動(dòng)的影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，含鎘磷肥的使用以及工業(yè)廢水、廢氣的排放，是導(dǎo)致土壤中鎘含量增加的主要原因。而汞的來(lái)源更為廣泛，除了工業(yè)污染外，一些農(nóng)藥、殺菌劑中也含有汞，長(zhǎng)期使用會(huì)使汞在土壤中逐漸積累。當(dāng)土壤中鎘、汞與其他元素形成耦合關(guān)系時(shí)，會(huì)改變它們?cè)谕寥乐械拇嬖谛螒B(tài)和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，進(jìn)一步加劇潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。例如，鎘與氮（N）的負(fù)相關(guān)關(guān)系，使得氮素的添加可能會(huì)影響鎘在土壤中的有效性，從而改變鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；汞與磷（P）的負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能導(dǎo)致磷的存在形式和有效性發(fā)生變化，進(jìn)而影響土壤的肥力和生態(tài)功能。土壤多元素耦合還會(huì)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響，從而間接影響潛在生態(tài)效應(yīng)。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，參與土壤中物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分釋放等關(guān)鍵過(guò)程。當(dāng)土壤中元素耦合模式發(fā)生改變時(shí)，會(huì)影響土壤微生物的生長(zhǎng)、繁殖和代謝活動(dòng)。例如，重金屬元素的耦合可能會(huì)抑制土壤微生物的活性，改變微生物群落的組成和結(jié)構(gòu)。研究表明，高濃度的鎘、汞等重金屬會(huì)降低土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量，破壞微生物群落的多樣性和穩(wěn)定性。而微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的改變，又會(huì)影響土壤中有機(jī)質(zhì)的分解、養(yǎng)分的循環(huán)和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響土壤的肥力和生態(tài)功能，增加潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。此外，土壤多元素耦合還會(huì)影響土壤酶活性，土壤酶是土壤中參與各種生物化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑，其活性反映了土壤中生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度和方向。不同元素的耦合會(huì)對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生不同的影響。例如，適量的營(yíng)養(yǎng)元素耦合，如氮、磷、鉀的合理配比，能夠促進(jìn)土壤酶的活性，有利于土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和釋放，提高土壤肥力，降低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。然而，重金屬元素的耦合，如鎘、汞、鉛等重金屬的共同作用，會(huì)抑制土壤酶的活性，阻礙土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán)，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加。例如，鎘和汞會(huì)抑制土壤脲酶、磷酸酶等酶的活性，使土壤中氮、磷等養(yǎng)分的有效性降低，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。六、結(jié)論與展望6.1主要研究結(jié)論本研究對(duì)安徽省東部典型農(nóng)用地土壤多元素耦合及潛在生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，得出以下主要結(jié)論：土壤元素含量特征：研究區(qū)域土壤中不同元素含量差異顯著。重金屬元素鎘（Cd）和汞（Hg）含量變異系數(shù)較大，空間分布不均，部分區(qū)域存在局部污染熱點(diǎn)；鉛（Pb）含量相對(duì)穩(wěn)定，分布較為均勻。營(yíng)養(yǎng)元素中，氮（N）、磷（P）平均含量高于安徽省土壤背景值，主要受長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)施肥影響；鉀（K）含量豐富且變異系數(shù)較小，受土壤母質(zhì)和施肥共同作用。不同土地利用類型下，土壤元素含量差異明顯。耕地中氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素因施肥而含量較高，但鎘、汞等重金屬也因農(nóng)業(yè)投入品和周邊污染而有積累；林地土壤有機(jī)質(zhì)豐富，微量元素含量較高，重金屬含量較低，生態(tài)系統(tǒng)對(duì)重金屬有凈化緩沖作用；園地土壤因果樹(shù)種植的特殊施肥管理，部分微量元素和營(yíng)養(yǎng)元素含量高，但鉛含量因農(nóng)藥使用而相對(duì)較高。土壤元素含量空間分布受自然和人為因素共同影響。成土母質(zhì)奠定元素初始分布，地形地貌影響水熱和物質(zhì)遷移，氣候條件作用于元素淋溶、遷移和轉(zhuǎn)化；工業(yè)排放、農(nóng)業(yè)活動(dòng)和土地利用變化等人為因素對(duì)元素含量空間變異影響更為顯著，導(dǎo)致局部區(qū)域元素富集或虧損。多元素耦合關(guān)系：相關(guān)性分析表明，土壤中存在多對(duì)顯著相關(guān)元素。重金屬元素鎘與汞、鉛與鋅呈顯著正相關(guān)，源于相似地球化學(xué)性質(zhì)和共同人為污染源；營(yíng)養(yǎng)元素氮與磷、鉀與鈣呈顯著正相關(guān)，主要因農(nóng)業(yè)施肥和土壤母質(zhì)、風(fēng)化淋溶等過(guò)程影響。主成分分析提取出三個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率82.5%。第一主成分代表氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素和部分微量元素耦合關(guān)系，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施肥和微生物活動(dòng)有關(guān)；第二主成分反映鎘、汞、鉛等重金屬元素耦合關(guān)系，受工業(yè)和農(nóng)業(yè)污染共同影響；第三主成分體現(xiàn)鈣、鎂、鐵、錳等元素耦合關(guān)系，主要受土壤母質(zhì)、氣候條件和土壤理化性質(zhì)控制。土壤多元素耦合受成土母質(zhì)、氣候條件、地形地貌和人類活動(dòng)綜合影響。成土母質(zhì)奠定耦合基礎(chǔ)，氣候條件通過(guò)溫度、降水影響元素遷移轉(zhuǎn)化和耦合，地形地貌改變水熱和物質(zhì)遷移進(jìn)而影響耦合，人類活動(dòng)如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)排放和土地利用變化是導(dǎo)致耦合變化最活躍因素，打破原有元素平衡和耦合關(guān)系。潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)：采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)，研究區(qū)域大部分采樣點(diǎn)處于低風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)險(xiǎn)水平，但部分區(qū)域存在較高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)?；幢逼皆詡鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)為主，工業(yè)污染少，整體風(fēng)險(xiǎn)低，但靠近工業(yè)城鎮(zhèn)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)較高；江淮丘陵區(qū)因地形和小型礦業(yè)活動(dòng)，中等風(fēng)險(xiǎn)采樣點(diǎn)占比較高；沿江平原工業(yè)發(fā)達(dá)、人口密集，高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)采樣點(diǎn)占比相對(duì)較高。不同土地利用類型中，耕地因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)存在中等風(fēng)險(xiǎn)，主要源于不合理施肥和農(nóng)藥使用；林地生態(tài)系統(tǒng)緩沖能力強(qiáng)，低風(fēng)險(xiǎn)采