城市中工业活动不断加剧重金属在陆地环境中的累积,而这些重金属可以通过吸入灰尘、皮肤接触等方式直接进入人体,也可通过摄入污染环境中的动植物而间接进入人体。重金属污染对土壤环境质量造成的严重影响,已成为我国农产品安全和农业健康可持续发展所面临的重要问题。目的:本研究通过对玛纳斯河流域(以下简称玛河流域)城市及农田表层土壤中As,Cd,Cr,Cu,Mn,Ni,Pb,Zn等8种重金属含量进行了取样和检测,分析研究区域土壤各类重金属的空间分布特征,并对土壤重金属环境质量及潜在生态风险进行评价,旨在为研究区城市工业布局规划和环境质量监测及治理提供基础数据及科学依据。以玛纳斯县、石河子市、沙湾县东部地区为研究区,采用网格法采集城市及农田土壤样品129个,采用微波消解-等离子体原子发射光谱法(ICP)测定土壤As,Cd,Cr,Cu,Mn,Ni,Pb,Zn共8种重金属元素含量。应用地统计学方法分析研究区农田土壤重金属的空间分布特征,采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法分析评价了土壤重金属环境质量和潜在生态风险,采用层次聚类分析探讨土壤重金属的空间分异特征,采用自组织映射神经网络(Self-Organization Map,SOM)对8种重金属空间分异性进行分析,在此基础上进行监测点位的评价及优化调整。得到结果如下:(1)玛河流域城市及农田表层土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn的均值分别为4.342,0.115,96.882,44.710,750.235,24.058,8.427,97.007 mg·kg-1,均低于国家土壤二级标准值,但Cd,Cr,Cu,Zn的平均值超过了新疆土壤背景值,其中Cd和Zn的积累比较严重。8种重金属含量的变异系数的范围在16%~164%,属于中等变异,其中As、Cd的离散系数大于1,说明这两种金属离子区域分异性较大。(2)As与Cd、Cu、Pb、有机质含量之间具有极显著相关性,同源性较强;Cr与As、Cd显示出负相关,表现出明显的异源特征;土壤pH与金属有相关性,但没有呈显著相关关系,但与土壤有机质呈负相关,说明土壤有机质含量随着pH的增高而降低。(3)玛河流域城市及农田表层土壤中8种重金属含量累积程度较高的区域主要分布在石河子市城区、工业区,玛纳斯县西北部及沙湾县东部地区。As最高值出现在石河子市北工业区,Cd、Cu、Mn、Zn最高值出现在石河子市周边团场;Cr和Pb最高值出现在石河子市区,Ni最高值出现在玛纳斯。(4)玛河流域城市及农田表层土壤中8种重金属单因子污染指数大小顺序为PCr>PCu>PZn>PMn>PCd>PNi>PPb>PAs,As、Pb、Cd处于清洁状态,Cr处于轻度污染与中度污染之间;Cu、Mn、Ni、Zn属于轻度污染;内梅罗综合污染指数评价结果显示81%的地区处于轻污染,11%的地区中度污染,8%的地区重污染。(5)多元层次聚类分析结果直观地区分了重污染区和安全区,污染程度大小依次为工业区>城区>农田>山地,自组织映射神经网络结果显示石河子市北工业区的样点污染特征最为明显,根据空间分异性代表性的强弱及空间分布的均匀性,建议删减43个采样点作为优化结果。(6)棉花与玉米植株中8种金属的累积趋势比较明显,除玉米籽外,Cr、Cu、Mn、Zn在两种植物的各部分中都有较高的含量,但对金属的转运系数和累积能力上,玉米和棉花表现出一些差异性,棉花植株对金属表现出很大的富集潜力,尤其对Pb的富集能力强,玉米除对Mn表现出强的富集能力之外,对其余7种金属的富集能力都较弱。