典范对应分析在重金属污染区土壤性质及土壤酶活性关系中的应用_李强1_靳振江1_2

样本数/个 31 31 31 31 31 31 31 31 31 31
变异系数是衡量各变量变异程度的统计量，当 分循环物质密切相关，是土壤养分重要的源，而土 变异系数≤10%，为弱变异性；10%＜变异系数＜ 壤酶通过参与土壤营养物质的转化过程，对土壤质 100%，为中等变异性；变异系数≥100%，为强变 量以及土壤有机碳的转化循环过程产生重要作用 [19] [20] 异性 。 研究区除土壤 pH 值的变异系数为 6.78%外， 。本研究中，相关分析表明：思的村受污染土壤 其他 9 种土壤因子的变异系数均在 10%~100%之间 脲酶活性与碱性磷酸酶活性、速效磷质量分数、碱 （见表 1） ，均属于中等变异性。这说明研究区包括 解氮质量分数和有机碳质量分数呈正相关；土壤蔗 土壤养分在内的土壤因子在各样点的质量分数存在 糖酶活性与 pH 值呈正相关；土壤碱性磷酸酶活性 较大的差异。这种差异主要是由于土壤中的尾矿砂 与阳离子交换量、碱解氮质量分数、有机碳质量分 分布不均以及农业生产管理水平存在差异而造成 数、全锌质量分数呈正相关，并与碱解氮和有机碳 的。 质量分数的相关性达极显著水平（P＜0.01） ；土壤 2.2 土壤因子之间的相关关系 碱性磷酸酶活性与 pH 值呈负相关；土壤速效磷质 尾矿砂中重金属元素的释放、迁移过程对附近 量分数与阳离子交换量呈正相关；土壤阳离子交换 土壤产生严重的环境污染，并伴随着土壤因子的有 量与有机碳质量分数呈极显著正相关（P＜0.01） ； 规律变化，与土壤各因子存在密切的内在联系。鉴 土壤碱解氮与有机碳质量分数、全锌质量分数呈正 于思的村受污染土壤的重金属来源于铅锌尾矿砂， 相关，并与有机碳质量分数的相关性达极显著水平 因而土壤中的全锌与全铅质量分数呈极显著正相关 （P＜0.01） ；土壤碱解氮与 pH 呈负相关；土壤有机 （P＜0.01） （表 2） 。 碳质量分数与全锌质量分数呈极显著正相关（P＜ 土壤有机碳是土壤有机质中最活跃和最易变化 0.01） （见表 2） 。 从而说明铅锌尾矿砂对土壤因子产 的部分，是土壤中易被植物利用的养分库及有机物 生直接或间接的影响，并且土壤各因子之间是互相 分解和氮矿化的动力，与土壤中的碳、氮、磷等养 关联、互相影响、共同作用的。
金属矿山开采过程中产生的大量固体废弃物堆 积在尾砂坝中成为环境污染的重要风险源，因而尾 矿库溃坝造成的土壤污染及其带来的生态问题成为 人们关注的焦点。近年来，国内外学者对重金属污 染土壤的现状，包括重金属质量分数、形态特征及 [1-3] 其对植被的影响等方面 进行了一些研究，但针对 [4-5] 尾矿坝坍塌区周围的土壤特征以及土壤酶的研究 报道不多。在分析方法上，以往主要采用多元线性 回归、相关分析、因子分析、协方差分析和地统计 学分析方法等多种统计方法， 但当变量数据较多时， 直线相关等分析则受到限制；而且对于尾矿砂污染 区，由于土壤异质性非常高，如果利用地统计学研 [6-7] 究土壤特征将产生较大的误差 。典范对应分析 （Canonical Correspondence Analysis， CCA） 是一种非 线性多元直接梯度分析方法，它把对应分析与多元 [8-9] 回归结合起来 ，不同于以前的直接梯度分析，可 以结合多个环境因子，包含的信息量大，结果直观
收稿日期： 2013-10-01；修回日期：2013-12-17
明显，能够更好地反映样地与环境的关系 。近 年来，CCA被广泛应用在植物群落格局研究中，但 在土壤酶以及土壤性质的研究上很少应用。因此， 本研究以阳朔思的村尾矿坝坍塌污染区为例，运用 典范对应分析方法探索重金属污染物与土壤酶活性 及土壤性质的关系，试图解决相关分析结果信息量 不足的问题，并通过探讨污染样地土壤因子之间的 相互关系，为同类污染土壤提供可借鉴的研究思路 与方法。
34 卷
N
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人工渠道
19 18 23 20 27 13 17 12 14 21 7 11 22 16 15 6 8 1 10 9 5 4 2 3
村道
思的村 广西壮族自 治区
0
思的村
500 m
村道
图注： 代表取样位置
图 1 思的村采样位置
Fig.1 Sampling sites in Sidi Village
蔗糖酶采用 3，5-二硝基水杨酸比色法，活性用 24 h 后每克干土中葡萄糖的毫克数表示；脲酶采用苯 酚-次氯酸钠比色法，活性用 24 h 后每克干土中铵 态氮的毫克数表示；碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比 色法，活性则用 2 h 后每克干土中苯酚的毫克数表 示。 1.3 数据处理 采用 SPSS 10.0 统计软件对所测定的数据进行 描述性统计和单因素方差分析 （One-way ANOVA） ， 并进行 LSD 检验（Lowest Standard Deviation Test， P＝0.05） 。以土壤样方作环境变量，土壤性质、土 壤酶数据作典范函数变量进行典范对应分析，考察 [17] 土壤性质与土壤酶之间的动态关系 。
理
Vol.34，No.1 Jan.，2014
TROPICAL GEOGRAPHY
李强，靳振江，杨荣梅．典范对应分析在重金属污染区土壤性质及土壤酶活性关系中的应用——以阳朔县思的村为例[J]．热 带地理，2014，34（1） ： ．
典范对应分析在重金属污染区土壤性质及土壤酶 活性关系中的应用——以阳朔县思的村为例
2
结果与分析
2.1 土壤因子的描述性统计特征 表1为土壤全量铅、锌以及pH值、碱解氮、有 机碳、速效磷、阳离子交换量、蔗糖酶、脲酶和碱 性磷酸酶等10种土壤因子的描述性统计特征。土壤 全锌和全铅的均值分别为1 061.7和1 700.5 mg/kg， 根据国家环境保护总局制定的《食用农产品产地环 [18] 境质量评价标准》 （HJ/T332-2006） ，该区土壤中 的全锌和全铅质量分数分别是国家标准的5.31和 21.25倍， 说明该区土壤在尾矿砂的污染下不再适宜 作为农产品耕作区。
李 强 1，靳振江 1,2a，杨荣梅 2b
（1．中国地质科学院岩溶地质研究所 国土资源部//广西岩溶动力学重点实验室，桂林 541004；2．桂林理工大学 a．广西环境污染控制理论与技术重点实验室；b．环境科学与工程学院，桂林 541004）
摘 要：运用典范对应分析（Canonical Correspondence Analysis，CCA）对广西阳朔思的村铅锌矿尾砂坝坍塌后的 污染农田土壤酶活性、土壤性质进行研究。结果表明：pH 值、全铅和全锌是影响土壤其他因子（碱解氮、有机 碳、速效磷、阳离子交换量、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶）的重要因素。该区污染土壤尽管经过当地农民长达逾 40 a 的耕种，但土壤有机质、阳离子交换量、速效磷和碱解氮质量分数仍处于较低的水平，彼此之间的相关系数 与其在 CCA 排序图中的夹角变化规律一致。土壤碱性磷酸酶活性与全锌质量分数呈正相关，因而在 CCA 排序图 中，土壤碱性磷酸酶活性与全锌质量分数的夹角较小。尽管铅-锌污染物与蔗糖酶和脲酶的相关性不显著，但铅-锌 污染物的存在造成蔗糖酶和脲酶活性的降低，因而在 CCA 排序图中，土壤中的铅-锌污染物与蔗糖酶和脲酶基本处 于相反的两端， 从而弥补相关分析结果信息量不足的弊端。 鉴于 CCA 排序图能够直观展示土壤酶对重金属污染物的 敏感强度以及土壤有机碳与养分循环物质之间的相互关系，因此可作为探索土壤因子内在联系的重要工具。 关键词：铅锌尾矿砂；土壤酶；土壤性质；典范对应分析；思的村 中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：
1 期李 强等：典范对应分析在重金属污染区土壤性质及土壤酶活性关系中的应用
表 1 土壤因子的描述性统计分析
Tab.1 土壤性质 全量锌/（ mg·kg-1） 全量铅/（ mg·kg-1） pH 值（ H2O） 有机碳/（g·kg ） 碱解氮/（ mg·kg-1） 速效磷/（ mg·kg-1） 阳离子交换量 /（ mmol·kg-1） 脲酶/（ mg·g-1） ，24 h 蔗糖酶/（ mg·g-1） ，24 h 碱性磷酸酶 /（ mg·g-1） ，2 h
表 2 土壤因子之间的相关系数
Tab.2 蔗糖酶 脲酶 蔗糖酶 碱性磷酸酶 速效磷 阳离子 碱解氮 有机碳 全锌 全铅 pH值

Correlation coefficients for soil factors in Sidi Village 速效磷 0.420
尾矿砂沿河谷泻入思的村，造成农田污染。随后当 地农民陆续将淤积的尾矿砂深翻、 平整， 种植水稻、 油菜、柑橘等作物，并挖掘了一条新河道以便上游 河谷来水泄洪。 1.2 研究方法 2 本研究将受到污染的 0.5 km 农田划分为 31 个 1 m×1 m 样方 （见图 1 样方序号） ， 样品采自 0~20 cm 的耕作层， 每个样方随机采集 3 个相邻的等量样本， 田间均匀混合为 1 个土样，用美国 Nasco 无菌塑料 袋封装。采样点的土地利用类型均为旱地，经询问 当地老百姓得知，研究样地多年来一直种植油菜、 柑橘和玉米等旱作物。将土样带回实验室，一部分 土样放入-4℃冰箱中保存用于土壤酶分析，另一部 分经风干、混匀后，用四分法留取 1 kg，再取少量 过 100 目筛，供全量铅、全量锌、土壤 pH 值、碱 解氮、有机碳、速效磷和阳离子交换量分析。 土壤全量铅、锌采用微波消解法预处理，利用 原子吸收光谱仪测定。土壤 pH 值的测定参考毕桂 [14] 英等 的方法，采用无 CO2 蒸馏水作为浸提剂，按 照土水 1﹕2.5 的比例混匀后测定； 土壤碱解氮质量 分数采用碱解扩散法测定；土壤有机碳质量分数采 用浓硫酸-重铬酸钾外加热法测定；土壤速效磷质 量分数采用碳酸氢钠法测定；土壤阳离子交换量采 [15] 用乙酸铵法 测定。 [16] 土壤酶活性的测定参考关松荫 的方法，其中
DOI：10.13284/ki.rddl.000001 网络出版时间：2014-01-20 17:17 网络出版地址：/kcms/doi/10.13284/ki.rddl.000001.html
第 34 卷 第 1 期 2014 年 1 月
热
Байду номын сангаас
带
地
基金项目：国家自然科学基金项目（41361054）；广西自然科学基金项目（2011GXNSFD018002；2011GXNSFA018006） 作者简介：李强（1978― ） ，男，山东菏泽人，副研究员，博士，主要从事岩溶生物地球化学研究， （E-mail）glqiangli@。
热 带 地 理
[10-12]
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研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况 思的村坐落在阳朔县东北方向的峰林平原区， 而老厂铅锌矿位于思的村东北部（图 1） ，自上世纪 50 年代进行开采，并于 1958 年在采矿坑口附近建 [13] 立小型浮选厂进行选矿生产 。 大约在上世纪 70 年 代，一次强降雨导致老厂铅锌矿的尾矿砂坝坍塌，
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Descriptive statistical analysis of soil factors in Sidi Village 最大值 3 119.00 4 176.00 6.57 27.60 270.43 3.35 18.00 1.15 344.00 2.18 最小值 240.70 569.50 5.14 8.10 76.65 0.05 9.13 0.54 16.65 1.05 平均值 1 061.70 1 700.50 5.75 15.76 147.12 1.31 13.65 0.91 127.96 1.69 标准差 670.90 808.30 0.39 4.11 32.82 0.74 2.56 0.15 85.25 0.28 变异系数/﹪ 63.19 47.53 6.78 26.08 22.31 56.49 18.75 16.48 66.62 16.57 中位数 906.10 1 624.80 5.69 15.20 147.12 1.12 13.65 0.94 133.15 1.69