試析耕地土壤重金屬污染特征

侯林洋　陳應(yīng)華

摘 要：土壤與人類的生存和生產(chǎn)有著密不可分的聯(lián)系，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生深刻影響。基于此，本文研究耕地土壤重金屬污染特征，討論獲得的試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果深入研究耕地土壤重金屬污染所表現(xiàn)出的特征，主要涉及到土壤污染重金屬的種類和含量相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：地累積指數(shù)法;重金屬污染;相關(guān)性

中圖分類號(hào)：S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

在最近幾年的發(fā)展中，工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)越來越頻繁，對(duì)土壤耕地產(chǎn)生重金屬污染的生產(chǎn)活動(dòng)有開采礦山、排放廢渣廢水、農(nóng)作物殘余肥料。由于受到重金屬的污染，耕地土壤的質(zhì)量日益下降，重金屬無法被微生物降解，便成為有毒污染物存在于土壤環(huán)境中，通過食物鏈的循環(huán)作用危害人類的身體健康。

1 獲得測(cè)定結(jié)果

1.1 地累積指數(shù)法獲得的測(cè)定結(jié)果

運(yùn)用地累積指數(shù)法進(jìn)行檢測(cè)得到的結(jié)果顯示，大多數(shù)點(diǎn)位處于無污染水平，在所有的點(diǎn)位中，重金屬Cr和重金屬元素Cu的指數(shù)值都處于-1～0。有個(gè)別點(diǎn)位的Cu含量處于2級(jí)水平，這說明這些點(diǎn)位的污染程度在輕度到中度之間。Pb元素處于無污染等級(jí)的有16個(gè)，Zn元素處于無污染等級(jí)的有18個(gè)。其中有1個(gè)點(diǎn)位Pb元素污染達(dá)到了4級(jí)，是這些測(cè)量點(diǎn)位中污染等級(jí)最高的，達(dá)到了重度污染的水平。測(cè)量剩余的4個(gè)點(diǎn)位都處在第2等級(jí)上，為輕度污染和中度污染。其中在D1點(diǎn)Zn的污染達(dá)到了3級(jí)，也就是處于中度污染和重度污染之間，測(cè)量的另外2個(gè)點(diǎn)位Zn的污染等級(jí)同樣處于2級(jí)。污染最為嚴(yán)重的是Cd，其中只有2個(gè)點(diǎn)位處于無污染的狀態(tài)，有13個(gè)采樣點(diǎn)的污染處于2級(jí)水平，有4個(gè)采樣點(diǎn)位Cd的污染等級(jí)達(dá)3級(jí)。另外在D1點(diǎn)Cd的污染等級(jí)達(dá)7級(jí)，也就是極重度的污染。按污染從重到輕的順序進(jìn)行排列，順序是Cd>Zn>Pb>Cu>Cr[1]。

1.2 潛在生態(tài)分析法獲得的測(cè)定結(jié)果

評(píng)價(jià)壩間重金屬潛在生態(tài)危害，會(huì)將土壤背景值作為參照。從評(píng)價(jià)結(jié)果來看，在測(cè)點(diǎn)B和測(cè)點(diǎn)E中重金屬的潛在危害達(dá)到很強(qiáng)的程度。另外在測(cè)量區(qū)域中，有3個(gè)點(diǎn)位處于強(qiáng)生態(tài)危害的范圍，為A、F、G點(diǎn)，達(dá)中等生態(tài)危害程度的有1個(gè)點(diǎn)位，為I，H點(diǎn)和J點(diǎn)的潛在生態(tài)危害屬輕微級(jí)別。在G測(cè)量區(qū)域內(nèi)，干流RI的污染程度高于下游的污染程度，表現(xiàn)較為突出的是B點(diǎn)和E點(diǎn)，這2個(gè)點(diǎn)位的RI值分別是871.59和772.45。從測(cè)量的結(jié)果來看，在各個(gè)斷面內(nèi)RI的表現(xiàn)趨勢(shì)與Cr的地質(zhì)積累分布情況是一致的。這說明RI受到Cr的深刻影響，也就是說Cr做了最大的貢獻(xiàn)，而Pb、Zn、Cu所做的貢獻(xiàn)比較小。這一推斷得到了單種重金屬潛在生態(tài)危害系統(tǒng)的證實(shí)。在不同的斷面中，Cr所做出的貢獻(xiàn)處于79.23%～98.26%。在RI值越大的情況下，說明Cd的貢獻(xiàn)值也就越大。展開相關(guān)性分析，得到的結(jié)論是在壩間耕地土壤中，Pb、Cu、Zn的含量呈現(xiàn)出較為顯著的正相關(guān)性，顯著性在0.931～0.977。由此可初步得出結(jié)論，這些污染的源頭有可能是相同的。另外，Cd與Pb、Cu、Zn之間的相關(guān)性并不顯著，這說明Cd的來源與其它3種重金屬不同。

2 討論測(cè)定結(jié)果分析耕地土壤重金屬污染特征

2.1 重金屬的含量

在調(diào)查區(qū)域內(nèi)，干流壩間有大量的耕地，空地上有樹木和綠草。在橋以上的流域中，壩間耕地的主要種植物是玉米和水稻。這些耕地有可能會(huì)受到河水沖擊的影響，主要發(fā)生在豐水期，而且壩間土壤比較肥沃也是造成河水沖擊的原因之一。種植玉米期間不會(huì)施肥，也不會(huì)噴灑農(nóng)藥。在此條件下，種植并收獲的玉米被視為綠色產(chǎn)品，因此可以忽視玉米農(nóng)藥的安全性。從研究結(jié)果來看，壩間耕地受Zn污染比較小，其中有部分河段在一定程度上受到Cu、Pb的污染，污染較普遍的是Cd。在部分河段耕地中，受Cd污染較為嚴(yán)重。污染值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了能夠保證農(nóng)作物正常生長(zhǎng)的值，同時(shí)也超過了能維護(hù)人體健康的限定值，已不適宜種植農(nóng)作物。從學(xué)者給出的研究報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，Cd污染程度在所研究的重金屬中屬污染最嚴(yán)重的1種，污染達(dá)中度和重度水平。Cd是主要的排放重金屬污染物，整個(gè)流域都受到了Cd的嚴(yán)重污染。試驗(yàn)表明土壤的總超標(biāo)率為16.1%，耕地點(diǎn)位的超標(biāo)率達(dá)19.4%，土壤Cd的超標(biāo)率為7.1%，在重度污染中，Cd的點(diǎn)位比例達(dá)0.5%。由此可見，Cd污染是目前較為嚴(yán)重的安全隱患，被Cd污染的流域已經(jīng)較為普遍，盡快對(duì)受到污染的土壤進(jìn)行修復(fù)和治理非常關(guān)鍵。

2.2 污染現(xiàn)狀

分析時(shí)從單因素的角度入手，Cd的含量是5種重金屬中最低的，但是卻有最強(qiáng)的潛在生態(tài)危害，而且在多個(gè)地區(qū)間都有一致的表現(xiàn)。假如在該污染區(qū)域中種植農(nóng)作物，有可能會(huì)出現(xiàn)生物積累和富集的問題，這一研究結(jié)果與眾多研究項(xiàng)目所得出的結(jié)論是相同的。所以應(yīng)該對(duì)Cd的污染情況引起重視，并將此作為下一步治理環(huán)境的重要方向，起到修復(fù)土壤活性的作用。出現(xiàn)這種情況，分析其中的原因，該地區(qū)在種植農(nóng)作物的過程中，經(jīng)常會(huì)用到磷肥、無機(jī)肥。這便是農(nóng)田中Cd污染的主要來源[2]。該污染特征甚至存在于全國各地的耕地土壤中。由此可見Cd這一重金屬污染來源于農(nóng)業(yè)的面污染，而非來自于點(diǎn)源。除Cd外，重金屬污染較為嚴(yán)重的是Hg，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了比較嚴(yán)重的危害，試驗(yàn)所得到的污染指數(shù)是5.4。該金屬元素屬于燃煤煙氣的產(chǎn)物，是一種特征性產(chǎn)物。另外As的重金屬污染也比較嚴(yán)重，該重金屬主要來源于化工、冶煉和燃煤的工業(yè)生產(chǎn)過程，該重金屬污染物存在于廢水、廢氣和廢渣中。有這些污染元素的地區(qū)存在一個(gè)共同的特征，就是濱江臨海，位于化工園區(qū)的主要集中地附近，受到了當(dāng)?shù)毓I(yè)排放的較大影響。

2.3 土壤重金屬的相關(guān)性

土壤重金屬的來源具有多源性特征，可具體分為2種：人為因素，成土母質(zhì)。在土壤重金屬源的解析中，經(jīng)常會(huì)用到相關(guān)性分析這一方法。主要是研究在某一區(qū)域內(nèi)重金屬總量之間的相關(guān)性，從而推斷出土壤中的重金屬相互之間是否具有共同的行為。假如重金屬相互之間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，則說明這2種元素或者是多種元素有著相似的來源途徑，也說明其中可能存在著復(fù)合污染的情況。分析土壤重金屬的相關(guān)性，能判斷出土壤重金屬的污染來源，其中Pb和Cr之間的相關(guān)系數(shù)是0.301，Cd和Cr之間的相關(guān)系數(shù)是0.146，As和Cr之間的相關(guān)系數(shù)是0.367，Hg和Cr之間的相關(guān)系數(shù)是-0.016，Cd和Pb之間的相關(guān)系數(shù)是0.291，Pb與As之間的相關(guān)系數(shù)是0.278，Pb與Hg之間的相關(guān)系數(shù)為0.200，Cd與As、Hg的相關(guān)系數(shù)分別是0.313和0.160，As與Hg的相關(guān)系數(shù)為0.103。從上述研究結(jié)果來看，元素相互之間呈現(xiàn)出極顯著正相關(guān)性的是Cd、Hg、As之間。相關(guān)性系數(shù)的變化范圍在0.103～0.313，Cr與Hg相關(guān)之間沒有相關(guān)性，而Cr與Pb、As、Cd相互之間呈現(xiàn)出了較為顯著的正相關(guān)性，也就是P>0.01，相關(guān)性系數(shù)處于0.146～0.367。通過分析土壤重金屬之間的相關(guān)性，得出結(jié)論，重金屬的來源非常相似。

2.4 金屬元素的主成分

在分析主成分的工作中，需面向土壤重金屬進(jìn)行集中提取，從而明確重金屬的污染來源。隨著土壤發(fā)生一些變化，元素相互之間也會(huì)表現(xiàn)出某種組合特征，有效分析這些元素的組合特征應(yīng)該對(duì)主成分分析加以有效利用。運(yùn)用主成分分析法，能起到消除樣品變量空間多元性的作用，此時(shí)就能順利提取與樣品變量有關(guān)的信息。以污染濃度為依據(jù)，選擇出2個(gè)特征值>1的主成分，得到了主成分的因子累積貢獻(xiàn)率，數(shù)值為81.18，分析這2個(gè)主成分，對(duì)原始數(shù)據(jù)的大部分信息給出合理解釋，并進(jìn)一步分析出重金屬的污染情況[3]。分析主成分，解釋主成分信息，會(huì)采用Kaiser標(biāo)準(zhǔn)化正交旋轉(zhuǎn)的方法，旋轉(zhuǎn)后會(huì)得到一個(gè)成分圖。得到的結(jié)果是第一主成分的貢獻(xiàn)率為64.63%，含量載荷比較高的金屬有Hg、Se、Cd、B、Cu、Zn，其中具有非常相似的地球化學(xué)性質(zhì)的2個(gè)金屬元素是B和Zn。如果耕地位于金屬礦區(qū)或者是礦周邊，就容易出現(xiàn)Cd污染。該地區(qū)歷史上曾有過大規(guī)模的金礦群采選活動(dòng)，所采用的提金工藝是混Hg法，而回收Hg則比較困難，因此土壤出現(xiàn)了Hg污染的問題。

3 總結(jié)

綜上所述，本文主要討論地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)分析法所獲得的測(cè)定結(jié)果，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果分析耕地土壤重金屬污染特征。主要總結(jié)了4方面的內(nèi)容：重金屬的含量、污染現(xiàn)狀、土壤重金屬的相關(guān)性、金屬元素的主成分。需根據(jù)耕地土壤重金屬污染特征來制定治理決策，有效控制污染源以取得良好的土壤整治效果。

參考文獻(xiàn)

[1]?李陽時(shí)佳，閔寧，許思羽.宿州耕地土壤重金屬污染特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].西昌學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，34（01）：62-66.

[2]孫德堯，薛忠財(cái)，張科.冀北山區(qū)某礦區(qū)周邊耕地土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2020，36（02）：242-249.

[3]張明意，李倩，吳云杰.鎖黃倉濕地公園土壤重金屬“Pb”“As”“Mn”的分布特征及其污染評(píng)價(jià)[J].科技資訊，2020，18（01）：73，75.

（責(zé)任編輯 賈燦）