酒泉地区地处“丝绸之路经济带”的关键部位,是中国西北粮仓河西走廊的重要组成部分。作为中国西北重要的粮、油生产基地,其食品安全对于生态与社会的持续稳定发展至关重要。随着工农业的快速、粗放型发展,土壤环境不可避免地受到重金属污染,会对生态环境和人体健康产生不利影响。同时,野外采样与实验室相结合分析土壤重金属的传统方法,不仅费时、昂贵,而且仅能获取有限信息,不能大面积分析土壤重金属的时空分布特征。因此,开展酒泉地区土壤重金属污染现状和预测其分布趋势的研究无论对食品安全、人类健康还是经济发展、生态环境的保护都尤为重要。为了探究酒泉地区土壤重金属的空间分布、污染现状、生态风险和其对当地居民产生的健康风险,本文采集了394个(戈壁和农田)土壤样品并使用X射线荧光光谱仪(XRF)和Mastersizer 2000激光粒度仪分析了其元素含量和粒级。同时以这些实测浓度为标准,验证利用光谱数据预测重金属含量的精度和准确性。本文利用三元相图、描述性统计、普通克里金插值和Pearson相关系数矩阵来探究戈壁和农田样品的颗粒特征、重金属的空间分布和来源。结果表明,酒泉地区戈壁和农田样品颗粒主要由粉砂和砂粒组成(两者之和高于90%),粘土含量极低,且戈壁样品颗粒比农田颗粒粗;戈壁和农田中各重金属浓度均值(Cu、Cr、Mn、Ni、V和Zn)高于它们的背景浓度(尤其农田样品),且农田中各重金属浓度高于戈壁;在空间分布上,这些重金属有相似的空间分布模式(研究区南部、东部和西北部城镇和工业活动频繁区为浓度相对高值区而北部、中部为浓度低值区)且相互之间显示显著正相关关系(r>0.55,p<0.01),指示它们有相同的来源,附近的交通、工业和采矿业以及农业活动是其主要来源。本文运用多个质量指标(污染指数(PI)、污染负荷指数(PLI)、潜在生态风险指数(RI))对重金属的污染水平和潜在生态风险进行了调查,同时使用美国环境保护局提出的健康风险模型量化重金属对人群的健康风险。结果显示戈壁和农田土壤均处于未污染到中等污染水平,且相较于戈壁而言农田污染较为严重(戈壁和农田的PLI均值分别为1.28和1.76);研究区由重金属引起的潜在生态风险低(RI<50);此外,重金属的PI、PLI和RI具有一致的空间分布格局且与浓度分布趋势一致,污染水平和风险较高的区域主要分布在研究区南部、东部和西北部地区,而北部、中部为低污染、低生态危害区;整体而言,两类土样中重金属对人群的非致癌风险低(HI<1)且致癌风险处于可接受水平(1E-06-1E-04),其中,儿童是健康风险的弱势人群,更易受到重金属的影响;研究区Zn、Cu污染相对严重一些且Cr和V是健康风险的主要贡献者,应降低土壤中这些元素的含量。掌握土壤重金属污染现状的首要任务在于快速无误地获得其浓度及分布状况。鉴于此,我们采用快速、环保的遥感技术(多光谱数据)并结合逐步多元线性回归(SMLR)和偏最小二乘回归模型(PLS)预测酒泉地区土壤重金属的含量及其分布趋势,并利用实验室分析值验证预测效果。结果显示SMLR和PLS模型能够较好的预测研究区的重金属含量(两种回归模型的系数大于0.5且p<0.05;6种重金属预测值与实测值之间的相关系数均在0.55以上),其中Cr、Ni、V、Zn用两种回归模型均能够较好的预测其含量,尤其是Cu、Mn则用SMLR模型预测更为准确;此外,两种重金属预测值的空间格局与实测值大体一致,总体上浓度由北向南递增。不同的是,实测浓度的最高值主要集中在城镇周边,而两种预测浓度的最高值分布在南部祁连山区。SMLR和PLS预测值的空间分布特征基本一致,但不同浓度区域占研究区总面积的比例存在一定的差异。