試析耕地土壤重金屬污染特征

侯林洋　陳應華

摘 要：土壤與人類的生存和生產有著密不可分的聯系，會對生態環境產生深刻影響。基于此，本文研究耕地土壤重金屬污染特征，討論獲得的試驗測定結果，并根據測定結果深入研究耕地土壤重金屬污染所表現出的特征，主要涉及到土壤污染重金屬的種類和含量相關內容。

關鍵詞：地累積指數法;重金屬污染;相關性

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A

引言

在最近幾年的發展中，工業生產活動越來越頻繁，對土壤耕地產生重金屬污染的生產活動有開采礦山、排放廢渣廢水、農作物殘余肥料。由于受到重金屬的污染，耕地土壤的質量日益下降，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境中，通過食物鏈的循環作用危害人類的身體健康。

1 獲得測定結果

1.1 地累積指數法獲得的測定結果

運用地累積指數法進行檢測得到的結果顯示，大多數點位處于無污染水平，在所有的點位中，重金屬Cr和重金屬元素Cu的指數值都處于-1～0。有個別點位的Cu含量處于2級水平，這說明這些點位的污染程度在輕度到中度之間。Pb元素處于無污染等級的有16個，Zn元素處于無污染等級的有18個。其中有1個點位Pb元素污染達到了4級，是這些測量點位中污染等級最高的，達到了重度污染的水平。測量剩余的4個點位都處在第2等級上，為輕度污染和中度污染。其中在D1點Zn的污染達到了3級，也就是處于中度污染和重度污染之間，測量的另外2個點位Zn的污染等級同樣處于2級。污染最為嚴重的是Cd，其中只有2個點位處于無污染的狀態，有13個采樣點的污染處于2級水平，有4個采樣點位Cd的污染等級達3級。另外在D1點Cd的污染等級達7級，也就是極重度的污染。按污染從重到輕的順序進行排列，順序是Cd>Zn>Pb>Cu>Cr[1]。

1.2 潛在生態分析法獲得的測定結果

評價壩間重金屬潛在生態危害，會將土壤背景值作為參照。從評價結果來看，在測點B和測點E中重金屬的潛在危害達到很強的程度。另外在測量區域中，有3個點位處于強生態危害的范圍，為A、F、G點，達中等生態危害程度的有1個點位，為I，H點和J點的潛在生態危害屬輕微級別。在G測量區域內，干流RI的污染程度高于下游的污染程度，表現較為突出的是B點和E點，這2個點位的RI值分別是871.59和772.45。從測量的結果來看，在各個斷面內RI的表現趨勢與Cr的地質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，而Pb、Zn、Cu所做的貢獻比較小。這一推斷得到了單種重金屬潛在生態危害系統的證實。在不同的斷面中，Cr所做出的貢獻處于79.23%～98.26%。在RI值越大的情況下，說明Cd的貢獻值也就越大。展開相關性分析，得到的結論是在壩間耕地土壤中，Pb、Cu、Zn的含量呈現出較為顯著的正相關性，顯著性在0.931～0.977。由此可初步得出結論，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 討論測定結果分析耕地土壤重金屬污染特征

2.1 重金屬的含量

在調查區域內，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。這些耕地有可能會受到河水沖擊的影響，主要發生在豐水期，而且壩間土壤比較肥沃也是造成河水沖擊的原因之一。種植玉米期間不會施肥，也不會噴灑農藥。在此條件下，種植并收獲的玉米被視為綠色產品，因此可以忽視玉米農藥的安全性。從研究結果來看，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污染較為嚴重。污染值已經遠遠超過了能夠保證農作物正常生長的值，同時也超過了能維護人體健康的限定值，已不適宜種植農作物。從學者給出的研究報告中發現，Cd污染程度在所研究的重金屬中屬污染最嚴重的1種，污染達中度和重度水平。Cd是主要的排放重金屬污染物，整個流域都受到了Cd的嚴重污染。試驗表明土壤的總超標率為16.1%，耕地點位的超標率達19.4%，土壤Cd的超標率為7.1%，在重度污染中，Cd的點位比例達0.5%。由此可見，Cd污染是目前較為嚴重的安全隱患，被Cd污染的流域已經較為普遍，盡快對受到污染的土壤進行修復和治理非常關鍵。

2.2 污染現狀

分析時從單因素的角度入手，Cd的含量是5種重金屬中最低的，但是卻有最強的潛在生態危害，而且在多個地區間都有一致的表現。假如在該污染區域中種植農作物，有可能會出現生物積累和富集的問題，這一研究結果與眾多研究項目所得出的結論是相同的。所以應該對Cd的污染情況引起重視，并將此作為下一步治理環境的重要方向，起到修復土壤活性的作用。出現這種情況，分析其中的原因，該地區在種植農作物的過程中，經常會用到磷肥、無機肥。這便是農田中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業的面污染，而非來自于點源。除Cd外，重金屬污染較為嚴重的是Hg，對生態環境造成了比較嚴重的危害，試驗所得到的污染指數是5.4。該金屬元素屬于燃煤煙氣的產物，是一種特征性產物。另外As的重金屬污染也比較嚴重，該重金屬主要來源于化工、冶煉和燃煤的工業生產過程，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存在一個共同的特征，就是濱江臨海，位于化工園區的主要集中地附近，受到了當地工業排放的較大影響。

2.3 土壤重金屬的相關性

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。在土壤重金屬源的解析中，經常會用到相關性分析這一方法。主要是研究在某一區域內重金屬總量之間的相關性，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關系，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合污染的情況。分析土壤重金屬的相關性，能判斷出土壤重金屬的污染來源，其中Pb和Cr之間的相關系數是0.301，Cd和Cr之間的相關系數是0.146，As和Cr之間的相關系數是0.367，Hg和Cr之間的相關系數是-0.016，Cd和Pb之間的相關系數是0.291，Pb與As之間的相關系數是0.278，Pb與Hg之間的相關系數為0.200，Cd與As、Hg的相關系數分別是0.313和0.160，As與Hg的相關系數為0.103。從上述研究結果來看，元素相互之間呈現出極顯著正相關性的是Cd、Hg、As之間。相關性系數的變化范圍在0.103～0.313，Cr與Hg相關之間沒有相關性，而Cr與Pb、As、Cd相互之間呈現出了較為顯著的正相關性，也就是P>0.01，相關性系數處于0.146～0.367。通過分析土壤重金屬之間的相關性，得出結論，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行集中提取，從而明確重金屬的污染來源。隨著土壤發生一些變化，元素相互之間也會表現出某種組合特征，有效分析這些元素的組合特征應該對主成分分析加以有效利用。運用主成分分析法，能起到消除樣品變量空間多元性的作用，此時就能順利提取與樣品變量有關的信息。以污染濃度為依據，選擇出2個特征值>1的主成分，得到了主成分的因子累積貢獻率，數值為81.18，分析這2個主成分，對原始數據的大部分信息給出合理解釋，并進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，會采用Kaiser標準化正交旋轉的方法，旋轉后會得到一個成分圖。得到的結果是第一主成分的貢獻率為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性質的2個金屬元素是B和Zn。如果耕地位于金屬礦區或者是礦周邊，就容易出現Cd污染。該地區歷史上曾有過大規模的金礦群采選活動，所采用的提金工藝是混Hg法，而回收Hg則比較困難，因此土壤出現了Hg污染的問題。

3 總結

綜上所述，本文主要討論地累積指數法、潛在生態分析法所獲得的測定結果，并根據測定結果分析耕地土壤重金屬污染特征。主要總結了4方面的內容：重金屬的含量、污染現狀、土壤重金屬的相關性、金屬元素的主成分。需根據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

[1]?李陽時佳，閔寧，許思羽.宿州耕地土壤重金屬污染特征及其風險評價[J].西昌學院學報（自然科學版），2020，34（01）：62-66.

[2]孫德堯，薛忠財，張科.冀北山區某礦區周邊耕地土壤重金屬污染特征及生態風險評價[J].生態與農村環境學報，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價[J].科技資訊，2020，18（01）：73，75.

（責任編輯 賈燦）