内蒙古自治区地处中国北部边疆，横跨东北、华北、西北地区，全区土地总面积为118.3万km²，占全国国土总面积的12.3%，居全国第3位。根据《1:100万中华人民共和国土壤图》，采用“土壤发生分类”系统，内蒙古自治区划分出11个土纲，33个土类，107个亚类。地带性土壤由东至西分别为黑土、黑钙土、栗钙土、棕钙土、灰棕漠土、灰漠土、褐土、灰钙土以及山地上发育的灰白色森林土、灰色森林土、棕壤、暗棕壤；其中栗钙土类面积最大。

内蒙古自治区是中国重要的畜牧业生产基地，畜禽养殖模式逐渐由分散养殖向规模化养殖转变。2019年全区年末牲畜存栏数7 192.4万头，其中，生猪存栏429.6万头，牛存栏626.1万头，羊存栏5 975.9万头^[1]。随着规模化养殖场的发展，为提高畜禽养殖效率、防治动物疾病等，抗生素和多种重金属元素等各种添加剂常被添加到饲料中，并且绝大部分会随着畜禽粪便排出体外^[2-3]，处理不当会造成土壤重金属污染，对生态环境构成极大威胁。由于重金属元素在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，其在土壤中的含量会逐年累积。现于2015年5—8月采集内蒙古自治区东部、中部和西部地区32个畜禽养殖场周边共160个土壤样品，分析8种重金属含量。通过单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价畜禽养殖场周边土壤重金属的污染程度。

1 研究方法 1.1 采样时间

2015年5—8月。

1.2 点位布设

选取内蒙古自治区东部、中部和西部地区规模为常年存栏量500头以上的猪、3万只以上的鸡、100头以上的牛和1 000头以上的羊等畜禽养殖场，全区共选择32个采样区，其中19个采样区养殖牛，4个采样区养殖鸡，2个采样区养殖羊，7个采样区养殖猪。采用网格法在畜禽养殖场外围500 m范围内随机布点，网格大小为100 m×100 m，通过查随机数表，得到5个随机数，随机数对应的网格编号，则该网格生成中心点，作为监测点位。在32个畜禽养殖场周边共布设160个土壤监测点位，选取的畜禽养殖场个数及畜禽种类见表 1。

1.3 样品采集与制备

按照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)采集和制备样品。每个监测点位采集表层0~20 cm的土样。土样避光自然风干，粗磨前拣出碎石、沙砾及动植物残体等杂物，用木棍敲碎土样。粗磨后土样过2 mm筛，充分混合、搅拌至均匀，四分法取样。一份装瓶用于pH值分析；另一份细磨至0.15 mm用于金属元素分析。

1.4 样品消解和测定

土壤pH值、金属元素均由取得资质认定的实验室检测，具体检测方法见表 2。仪器设备通过检定或校准，按照《HJ/T 166—2004》进行准确度和精密度控制。

1.5 评价方法

研究区域土壤重金属污染状况采用《HJ/T 166—2004》中的土壤单项污染指数和内梅罗综合污染指数进行评价。

1.5.1 单项污染指数法

$ {P_i} = {C_i}/{S_i} $

(1)

式中：P_i——单项污染指数；

C_i——土壤中污染物i的实测值，mg/kg；

S_i——污染物i的评价标准值，mg/kg。

选用内蒙古土壤重金属元素的背景值作为评价标准值，以内蒙古自治区土壤重金属元素质量比的中位值作为背景值^[4]。

1.5.2 内梅罗污染指数法

$ {P_N} = {\left[ {\left( {{P_{i均}}^2 + {P_{i最大}}^2} \right)/2} \right]^{1/2}} $

(2)

式中：P_N——内梅罗污染指数；

P_i均——平均单项污染指数；

P_i最大——最大单项污染指数。

内梅罗污染指数划定污染等级见表 3。

1.6 统计分析

数据的统计分析采用Excel 2007、SPSS 17.0统计软件进行，并利用Duncan单因素方差分析对不同地区畜禽养殖场周边土壤重金属进行两两比较，利用降维处理对各重金属元素进行主成分分析^[5-6]。

2 结果与分析 2.1 研究区域土壤基本特性

内蒙古自治区畜禽养殖场周边160个采样点pH值为5.40~10.22，pH值_平均为8.20。其中东部地区畜禽养殖场周边土壤pH值_平均最低，为7.69；中部地区pH值_平均为8.51，西部地区pH_平均值为8.50，整体属于碱性土壤。

2.2 畜禽养殖场周边土壤重金属质量比

选取内蒙古自治区土壤中位值作为背景值^[4]。各监测点位土壤样品重金属质量比统计结果见表 4。由表 4可见，选取的畜禽养殖场周边土壤重金属质量比普遍超过内蒙古自治区土壤背景值。与内蒙古土壤背景值相比，监测点位土壤重金属Cd、Pb、Cr超过背景值点位数比例均>50%，其中Cd超过的比例最大，为81.88%，其次是Pb(72.5%)、Cr(55.0%)。重金属Cd平均值是背景值的2.14倍，远高于其他7种重金属。

采集的土壤中重金属除Hg和As外，其余6种重金属的平均值均>内蒙古土壤背景值。Hg和As的平均值分别是背景值的0.87和0.99倍，Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni分别是背景值的2.14，1.57，1.05，1.05，1.04和1.07倍，说明内蒙古自治区畜禽养殖场周边土壤已经受到不同程度的重金属污染。

变异系数越大，说明重金属在空间上的分布差异越大，土壤受人类活动干扰越强。研究8种重金属的变异系数大小顺序为：Hg>Cd>Pb>Zn>As>Cu>Ni>Cr。As、Cu、Ni和Cr变异系数相对较小，说明这4种元素受外界影响较小，空间分布差异小，反映As、Cu、Ni和Cr在不同地区畜禽养殖场污染程度的相似性或污染程度相对较轻；Hg、Cd和Pb变异系数较大，均>70%，说明这3种元素受外界干扰较大，在空间上的分布有较大差异。

2.3 畜禽养殖场周边土壤重金属分布

内蒙古自治区东部、中部和西部地区32个畜禽养殖场周边土壤重金属质量比不同。东部地区畜禽养殖场周边土壤中Cd、Hg、As、Pb和Ni质量比最高，分别为背景值的2.87，1.12，1.29，1.94和1.18倍；中部地区畜禽养殖场周边土壤中Cu质量比最高，为背景值的1.11倍；西部地区畜禽养殖场周边土壤中Cr和Zn质量比最高，分别为背景值的1.13和1.14倍。

通过方差分析比较东部、中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤重金属元素的质量比，分析结果表明Cd、Hg、As、Pb和Ni在不同畜禽养殖场周边土壤中的分布差异有统计学意义(P < 0.05)。内蒙古自治区东部、中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤重金属质量比见表 5。

2.4 畜禽养殖场周边土壤重金属污染评价

采用单项污染指数法评价重金属元素对内蒙古自治区畜禽养殖场周边土壤的污染程度，结果显示，不同重金属元素污染程度大小顺序为：Cd>Pb>Cr(Ni) >Zn>Cu>As>Hg。内蒙古东部、中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤重金属Cd为轻度污染(除东部地区中度污染外)；Pb为轻度污染；Cr和Zn呈轻度污染(除中部地区无污染外)；Cu和Ni呈轻度污染(除西部地区无污染外)；Hg和As无污染(除东部地区轻度污染外)。除Hg和As外，Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni的P_i均>1.0，表明内蒙古自治区畜禽养殖场周边土壤重金属已发生累积现象。内蒙古自治区畜禽养殖场周边土壤重金属污染评价见表 6。

内蒙古东部、中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤重金属P_N大小顺序为：东部地区(2.27)>西部地区(1.52)>中部地区(1.35)。东部地区畜禽养殖场周边土壤污染最严重，为中度污染，中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤均为轻度污染。说明内蒙古自治区东部、中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤已受到了不同程度的重金属污染，可能是畜禽养殖粪便或冲洗禽舍等污水排放不当造成。

2.5 土壤重金属的主成分分析

通过数据的降维处理对各种重金属进行主成分分析。内蒙古自治区畜禽养殖场周边土壤主成分分析结果见表 7。由表 7可见，主成分1贡献率为42.29%，说明该因子对土壤中重金属具有决定性作用。Hg在主成分2中具有较高的因子载荷，主要来源于自然源，即来源于成土母质。Pb、Cr、Cu、Zn和Ni在主成分1中具有较高载荷，是人为源输入影响的结果，主要来源于畜禽粪便和冲洗禽舍等污水。

3 讨论

(1) 内蒙古自治区32个畜禽养殖场周边土壤中除Hg和As外，其余6种重金属的平均含量均超过内蒙古土壤背景值(中位值)。这与金媛娟^[7]研究较为一致：莆田市畜禽养殖场周边农田土壤8种元素中，只有As未富集，其他7种重金属元素均存在不同程度的富集现象，其中Cd、Cu、Zn超背景值较高，富集较明显。且不同重金属在不同地区畜禽养殖场周边土壤中的累积程度也不同。Cd、Pb和Ni在东部地区畜禽养殖场周边土壤中具有较高的累积，Cu在中部地区畜禽养殖场周边土壤中具有较高的累积，Cr和Zn在西部地区畜禽养殖场周边土壤中具有较高的累积。说明内蒙古自治区畜禽养殖业的发展已造成了其周边土壤中重金属的累积，其中累积程度最高的是Cd，其次是Pb。可能是因为土壤中黏土矿物、有机质等组分对Cd具有吸附固定能力，且多数土壤对Cd的吸附率可达到80%~95%^[8]。虽然土壤中Cd含量较高，但Cd不进入食物链，相对安全，这是因为土壤矿物对Cd元素具有较强的固定与容纳能力^[9-10]。

(2) 内蒙古自治区东部、中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤重金属污染程度不同。东部地区畜禽养殖场周边土壤污染最严重，为中度污染，中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤均为轻度污染。可能与内蒙古东部地区以森林土壤为主，中西部以草原土壤、荒漠土壤为主有关，森林土壤中Cd、Cr、Hg、Pb和Zn含量较草原土壤和荒漠土壤高^[4]。另外东部地区土壤自然肥力较高，结构和水分条件良好，易于耕作。农田土壤中Cd含量高，与频繁的耕作、家用机械的使用和化肥的大量施用有关。农田常施用有机肥、过磷酸碱复合肥，磷肥是以磷矿为原料生产，原磷矿中所含的Cd大部分或全部残留在磷肥中^[11]。Cd随着磷肥进入土壤，由于Cd在土壤中运动小，流失少，不会被微生物分解，加上长期施用增加了土壤中Cd的积累。

内蒙古东部地区畜禽养殖场周边土壤污染较重，可能与东部地区土壤形成过程中钙积化强烈，有机质积累较多有关。土壤有机质能与重金属元素形成络合物，影响各形态重金属迁移转化^[12]。孙花等^[13]探讨了土壤有机质与土壤重金属积累及其有效性关系，分析得出我国部分沿海地区农田土壤多种重金属含量与土壤有机质呈显著正相关。

(3) 内蒙古自治区畜禽养殖场周边土壤重金属的主成分分析结果表明，不同畜禽养殖场周边土壤重金属受人为活动的影响程度不同。Hg主要来源于自然源；而受人为活动影响最强的重金属是Pb、Cr、Cu、Zn和Ni，主要来自饲料中重金属的添加和畜禽粪便、冲洗禽舍等污水的不规范排放。有研究表明，畜禽粪便及饲料中含有重金属Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb等，如果畜禽粪便等废弃物处理不当、堆放不规范，就可能造成土壤重金属污染^[14-18]。

4 结论

(1) 内蒙古畜禽养殖场周边土壤Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni 6种重金属的平均值均高于内蒙古自治区土壤背景值，其中Cd的含量是背景值的2.14倍。重金属Cd在东部地区畜禽养殖场周边土壤中呈中度污染，在中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤中呈轻度污染。不同重金属元素平均污染程度为：Cd>Pb>Cr(Ni) >Zn>Cu>As>Hg。

(2) 内蒙古东部地区畜禽养殖场周边土壤污染最严重，为中度污染，中部和西部地区畜禽养殖场周边土壤均为轻度污染。不同地区畜禽养殖场周边土壤重金属P_N大小顺序为：东部地区(2.27)>西部地区(1.52)>中部地区(1.35)。

(3) 内蒙古不同地区畜禽养殖场周边土壤不同重金属的来源存在差异，其中Pb、Cr、Cu、Zn和Ni主要来源于畜禽粪便和冲洗禽舍等污水的不当排放；Hg主要来源于自然源。