德州市慶云縣的土壤重金屬污染區(qū)域研究概況及主要研究方法

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

德州市慶云縣的土壤重金屬污染區(qū)域研究概況及主要研究方法

宋岳庭周思琪

(成都理工大學(xué)四川成都610059)

土壤的重金屬污染危害到了我們的糧食飲水及生活環(huán)境。德州市慶云縣的礦山開采、冶煉、橡膠生產(chǎn)、染料、印刷、陶瓷十分發(fā)達(dá)，這些行業(yè)會(huì)更加造成土壤的重金屬富集，所以此次研究的主要目的為研究慶云縣土壤重金屬鋅鎘鉛的特異性分布，分析全縣范圍內(nèi)的重金屬分布富集情況，以及探討適合此區(qū)域的主要研究方法。

一、研究意義

土壤重金屬空間格局的研究有利于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理布局，降低土壤重金屬通過食物鏈進(jìn)入動(dòng)物圈和人類的危害。分析土壤重金屬的污染現(xiàn)狀及其空間變異規(guī)律，對(duì)土壤重金屬污染所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)預(yù)警，對(duì)于德州市慶云縣的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

(一)自然地理狀況。慶云縣位于魯西北平原北部，地處兩省(山東、河北)三市(濱州、滄州、德州)交匯處，北以漳衛(wèi)新河為界，與河北省的鹽山縣、海興縣隔河相望，東與無棣縣毗鄰，南與陽信縣接壤，西與樂陵市交界，位于華北、勝利、大港三大油田中心，是連接華南華北、東北、北京、天津的重要交通樞紐，全縣總面積502平方公里耕地面積44.7萬畝，人口31萬人。慶云屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)性氣候，氣候溫潤，光照充足，無霜期年均207天。受季風(fēng)型大陸性氣候影響，冬季多偏北風(fēng)，夏季多偏南風(fēng)，沿海氣溫以1月最低，平均1～4℃，7～8月氣溫最高，平均24～26.3℃，平均氣溫12.4℃。

(二)降雨蒸發(fā)狀況。慶云縣地處季風(fēng)氣候區(qū)冬夏受季風(fēng)環(huán)流影響，氣候特征顯著，表現(xiàn)在降水集中，雨水明顯。根據(jù)1951-2000年的50年降雨資料統(tǒng)計(jì)，全市多年平均降雨量527.2mm，僅相當(dāng)于全市平均蒸發(fā)量在1900-2200mm的31.5-27.2%。而四季降雨分配極不均衡，其特點(diǎn)是：夏季雨水集中，冬季雨水稀少，春秋雨水不多，其中春季(3-5月)降雨占全年降雨量的11.1%，夏季(6-8月)降雨占全年降雨量的68.5%，秋季(9-11月)降雨占全年降雨量的17.9%，冬季降雨量占全年降雨量2.5%，所以春季干旱少雨多風(fēng)沙，夏季炎熱雨多濕度大，秋季旱澇不均，冬季嚴(yán)寒干燥雨雪少，形成春旱夏澇，晚秋又旱、旱澇交替的氣候特點(diǎn)。

(三)水文狀況。慶云縣屬于暖溫帶，半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)域，溫度適宜，熱量豐富，光照充足，四季分明。春季大風(fēng)多，氣溫回升快，蒸發(fā)量大，降水量少，常有春旱和干熱風(fēng)發(fā)生。

根據(jù)1951-2000年的50年氣象資料統(tǒng)計(jì)，全市平均氣溫在12.3-13.4℃，南部比北部高1℃多，極端最高氣溫，全市在40.5-43.4℃，極端最低氣溫，全市在-21.0至-27.0℃。全市無霜期在195-225天。

(四)灌溉情況。全縣流域面積在30平方公里以上的骨干溝渠10條，支流溝渠141條，溝渠、河流總長600多公里，配套橋、涵、閘建筑物900余座，河網(wǎng)化程度較高。2009年以來，先后對(duì)大淀干溝、漳馬河、甄家洼干溝、馬東干渠、大胡樓干溝、馬頰河進(jìn)行了清淤治理，全縣新建“旱能澆，澇能排”高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田13.5萬畝，近三年全縣水利總投資突破5億元，農(nóng)田灌排體系不斷完善，有效灌溉面積占全年耕地面積的95%，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

(五)水源重金屬污染狀況。以黃河下游德州引黃灌區(qū)主要水系為研究對(duì)象，采集了灌區(qū)內(nèi)36個(gè)地表水樣，分析了水體中溶解態(tài)痕量金屬元素Ba、Fe、Li、Mn、Sr、Zn和非金屬元素B的含量及其污染狀況。借助于空間分析與相關(guān)性分析,探討了其空間分布及來源.結(jié)果表明,這幾種元素含量的大小順序?yàn)椋篠r﹥B﹥Ba﹥Mn﹥Li﹥Fe﹥Zn。根據(jù)國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749—2006)和美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)飲用水標(biāo)準(zhǔn)，B、Fe、Mn的超標(biāo)率分別為50%、2.78%、27.78%。變異系數(shù)結(jié)果表明各元素都具有顯著的空間差異性。漳衛(wèi)新河B、Fe、Li、Mn含量均最高,重金屬污染較為嚴(yán)重。相關(guān)性分析結(jié)果表明，Li-B、Li-Fe、Li-Mn及Fe-Mn之間呈顯著相關(guān)，說明這幾種元素污染源可能相同。本研究為評(píng)價(jià)痕量金屬污染對(duì)地表水環(huán)境及人類健康的影響提供科學(xué)依據(jù)[1]。

二、 主要研究方法

(一)實(shí)地取樣?；趯?duì)慶云縣氣候、土壤、行政區(qū)劃和重金屬污染作詳實(shí)了解后,于2016年4 月、11 月對(duì)德州市慶縣進(jìn)行了2 次實(shí)地調(diào)研，運(yùn)用網(wǎng)格法結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際條件布設(shè)6 個(gè)采樣點(diǎn)并實(shí)地取樣,取樣方法為：利用管型土鉆取土器取同點(diǎn)深度為0～20cm、20cm～40cm、40cm～60cm、60cm～80cm、80cm～100cm 的土壤樣本,每層采集土壤約250g,置于標(biāo)簽取樣袋中，采樣點(diǎn)布設(shè)狀況見表 對(duì)采集的土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干磨碎后,過1mm 土篩,然后以5:1 的水土比進(jìn)行抽濾浸提來進(jìn)行后續(xù)的土壤鹽分及離子組成測(cè)定。

(二)克里格(Kriging)插值法。克里格(Kriging)插值法也稱空間局部估計(jì)或空間局部插值，最早由 Krige和 Sichel 在 20 紀(jì) 50 年代提出，建立在變異函數(shù)理論及結(jié)構(gòu)(亦即地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論)分析基礎(chǔ)上，實(shí)際上是利用區(qū)域化變量的原始數(shù)據(jù)和半方差函數(shù)的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)未采樣點(diǎn)的區(qū)域化變量的取值進(jìn)行線性最優(yōu)無偏估計(jì)的一種方法，所謂線性是指估計(jì)值是樣本值的線性組合，即加權(quán)線性平均，無偏是指理論上估計(jì)值的平均值等于實(shí)際樣本值的平均值，即估計(jì)的平均誤差為 0，最優(yōu)是指估計(jì)的誤差方差最小。具體的講，它是根據(jù)待估樣點(diǎn)(或待估塊段)有限鄰域內(nèi)若干已測(cè)定的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，在認(rèn)真考慮了樣點(diǎn)的形狀、大小和相互間空間位置關(guān)系，以及它們與待估點(diǎn)間相互空間位置關(guān)系和變異函數(shù)提供的結(jié)構(gòu)信息之后，對(duì)待估樣點(diǎn)值進(jìn)行的一種線性最優(yōu)無偏估計(jì)[2]。

(三)區(qū)域化變量。具有空間連續(xù)性的研究區(qū)域被認(rèn)為是空間統(tǒng)計(jì)方法中的自變量的隨機(jī)場(chǎng)[3]。以空間點(diǎn)的三個(gè)直角坐標(biāo)為自變量的隨機(jī)場(chǎng)稱為一個(gè)區(qū)域化變量或區(qū)域化隨機(jī)變量，亦即是在區(qū)域內(nèi)不同位置取不同值的隨機(jī)變量[4]。與普通隨機(jī)變量不同的是，區(qū)域化變量是普通隨機(jī)變量在區(qū)域內(nèi)確定位置上的特定取值，它是隨機(jī)變量和位置有關(guān)的隨機(jī)函數(shù)[5]。

三、具體研究?jī)?nèi)容

運(yùn)用SPSS對(duì)土壤重金屬含量進(jìn)行水平分布及垂直縱深分布進(jìn)行研究，并對(duì)土壤重金屬進(jìn)行變異程度的分析，研究慶云縣鎘、鋅、鉛的污染情況及與人類活動(dòng)的關(guān)系。運(yùn)用Surfer 8克里格法與Mapgis進(jìn)行土壤重金屬含量空間分析，制作重金屬污染插值圖分析慶云縣范圍內(nèi)不同深度土壤的重金屬分布情況。

[1]蔡文靜，常春平，宋帥，等． 2013． 德州灌區(qū)地表水中溶解態(tài)痕量金屬的空間分布及來源研究[J]． 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，33( 3) : 754-761

[2]王政權(quán)．1999．地統(tǒng)計(jì)學(xué)在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社．

[3]Winterhalder K. Environmental degradation and rehabilitation of the landscape around Sudbury, a major mining and smelting area[J]. Environ Rev, 1996, 4(3)：185-224.

[4]Schnoor J L. Emerging chemical contaminants[J]. Environmental Science and Technology, 2003, 37(21)：375-388.

[5]Glass D J. Economic potential of phytoremediation//Phytoremedation of Matels：Using Plants to Clean-up the Environment[M]. New York：John Willey & Sons, 2000：15-31.

宋岳庭(1993-)：男，漢族，在讀研究生，成都理工大學(xué)，研究方向：地質(zhì)學(xué)；周思琪：(1992-)女，漢族，在讀研究生，成都理工大學(xué)，研究方向：人文地理。