武陟農(nóng)田土壤重金屬污染特征及相關(guān)性分析

溫思寒

（河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454000）

農(nóng)田土壤重金屬污染會對農(nóng)作物的生長造成不利影響。近年來，影響農(nóng)田土壤重金屬含量的因素越來越多，如污水灌溉、底泥還田、劣質(zhì)農(nóng)藥和化肥的使用等[1]。單因子污染指數(shù)法及潛在生態(tài)危害指數(shù)法是農(nóng)田土壤重金屬污染評價的主要方法[2]。單因子污染指數(shù)法一般是對單個污染物進(jìn)行分析評價，目前最常用的是瑞典學(xué)者Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法[3]，我國許多學(xué)者使用該方法進(jìn)行了土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價[4]。

焦作市工業(yè)集聚區(qū)的建設(shè)、工業(yè)污水處理廠廢水排放對河道水質(zhì)以及底泥的影響，均有可能對農(nóng)田土壤造成影響，眾多學(xué)者對焦作土壤進(jìn)行了評價[5]。本研究對武陟農(nóng)田地塊中的As、Cd、Cu、Ni進(jìn)行了農(nóng)田土壤重金屬污染特征分析，并探究了重金屬之間的相關(guān)性，為農(nóng)田管理提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

武陟縣位于焦作市東南部（東經(jīng)112°11'～113°39'，北緯33°56'～35°10'），屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。全縣土壤主要為潮土類，占全縣面積的85.1%。武陟縣年平均降水量為585.1 mm，年平均氣溫為15.4 ℃。研究區(qū)概況如圖1所示。

圖1 研究區(qū)概況

1.2 樣品采集和處理

基于支流1和支流2的不同距離，分別取農(nóng)田土壤采樣點(diǎn)，如圖2所示。采集農(nóng)田表層土壤，采樣點(diǎn)取土深度及質(zhì)量應(yīng)均勻一致。每個樣品一般在1 kg左右，采用四分法去除多余土壤并做好采樣記錄。

圖2 采樣點(diǎn)布設(shè)

1.3 測定及方法

將土壤樣品放在干燥通風(fēng)的地方風(fēng)干、研磨，過60和100目尼龍篩去除雜物，經(jīng)消解和定容后，用ICP-MS測定[6]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS19.0和Excel完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 武陟農(nóng)田土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征

Cd、As、Cu和Ni的測定結(jié)果見表1，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)大?。篘i＞Cu＞As＞Cd；Cd和As超過篩選值，Cd超標(biāo)率為89%，As為18%；Cd有68%超過風(fēng)險(xiǎn)管控值。Cd的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)是背景值的41.47倍；As、Cu分別有71%和32%點(diǎn)位超過背景值，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)是背景值的1.26倍和1.11倍，Ni有43%點(diǎn)位超過土壤背景值，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)是土壤背景值的1.22倍。變異系數(shù)顯示，Cd和Ni的變異系數(shù)分別為0.71和0.72，屬于分異型，元素分布不均勻，可能是污水灌溉或化肥使用不合理造成的。其余元素變異系數(shù)在0.30～0.60，離散程度較弱，污染主要源于成土母質(zhì)方面的影響。Cd、As、Cu和Ni的變異系數(shù)大于40%，根據(jù)前期調(diào)查，河流上游皮革廠排放的污水中含有這些元素，所以可能存在工業(yè)點(diǎn)源污染[7]。

表1 武陟農(nóng)田土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2 農(nóng)田土壤重金屬污染評價

2.2.1 單因子污染指數(shù)法

武陟重點(diǎn)地塊農(nóng)田土壤重金屬單因子污染指數(shù)如表2所示。Cd的單因子污染指數(shù)均值為10.70，程度為重污染，污染級別為Ⅳ；其余重金屬均為清潔級別，污染級別為I。單因子污染指數(shù)均值大小為Cd＞As＞Cu＞Ni。

表2 武陟重點(diǎn)地塊農(nóng)田土壤重金屬單因子污染指數(shù)

2.2.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法和單個重金屬元素潛在生態(tài)危害貢獻(xiàn)率

武陟重點(diǎn)地塊農(nóng)田土壤重金屬生態(tài)危害系數(shù)及指數(shù)如表3所示。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的最大值為776.70，最小值為18.14，均值為278.25，為中等風(fēng)險(xiǎn)級別。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)大小為Cd＞As＞Cu＞Ni，Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均值大于40.00，其余元素小于40.00；Cd的貢獻(xiàn)率為94%，其余元素的貢獻(xiàn)率為6%，Cd是主要污染因子。這與牛曉音等[8]對農(nóng)田土壤重金屬污染的評價方法一致。

表3 武陟重點(diǎn)地塊農(nóng)田土壤重金屬生態(tài)危害系數(shù)及指數(shù)

2.3 武陟重點(diǎn)地塊農(nóng)田土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性

武陟重點(diǎn)地塊農(nóng)田土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性結(jié)果如表4所示，Cd與As的相關(guān)系數(shù)為0.891，兩者之間表現(xiàn)為顯著相關(guān)，Cd與As之間存在同源污染，污染來源和周邊支流的灌溉有關(guān)。

表4 武陟重點(diǎn)地塊農(nóng)田土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性

3 結(jié)語

在武陟農(nóng)田土壤中，Cd和As存在超標(biāo)現(xiàn)象。從4種重金屬的變異系數(shù)來看，Cd和Ni的變異系數(shù)在0.60～1.00，屬于分異型，元素分布不均勻，可能是因?yàn)槲鬯喔然蚧什缓侠硎┯?。其余元素變異系?shù)在0.30～0.60，離散程度較弱，污染可能源于自然環(huán)境和成土母質(zhì)。Cd的單因子污染指數(shù)均值為10.70，污染級別為Ⅳ，為重污染，其余重金屬污染級別為I，均為清潔級別。Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的貢獻(xiàn)率為94%。農(nóng)田中的Cd與As之間存在同源污染。

農(nóng)田中的Cd超過了土壤的背景值、篩選值、管控值，Cd生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度較高，需要重點(diǎn)關(guān)注，As元素也有部分樣本超過了土壤篩選值，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度相對較低，但同樣也應(yīng)引起重視。Cu和Ni均未超過土壤篩選值，但在日常生產(chǎn)活動中，也要注意它們的來源，Cd和As具有同源性，主要源于周邊河流的灌溉以及磷肥的施用。