（环境科学专业论文）天津市污灌区土壤—小麦系统重金属污染评价及相关分析.pdf

a b s t r a c t w i m 血er a p i dd e v e l o p r n e n to fi n d u 曲f yi no l l rc o u n n y ，e n v i r o n m e n t a lp 0 1 l u t i o n h a sb e e n 也em o s ti m p o r t a mp r o b l e m 也a tr e s t r i c t se c o n o m yd e v e l o p m e n ta l l da f f e c t s h 吼a 1 1h c a 】血a i l ds u i v a l t h ep o i s o n o l l sb e a v ym e t a li so n eo fp o l l u t a n t s n es o i l c o n t 眦i i l a t 甜b yh c a v ym e t a l sn o to n l ya 虢c t sy i e l da i l dq u a l 时o ff 妇c r o p s ， p o l l u t e st h ee 砷ss l l r f a c ew a t e r 趾dg r o u n d w 砒e r ，b u ta l s oh u r t sh l m a nb e 协g sb y f o o dc h a i n a sac o m p r c h e n s i v e 砌u g 虹yc i t y ，t i 删i np r o d l l c e sah u g e 眦o u mo f s e w a g ee v e r yy e a r t h e r ei sl e s sw a t e rb e c a u s ep e o p l es e t su pd a m s ，血ec l i m a t e b e c o m e s “e r ，i n d u s t r ya n da f i c u l t l l r eu s em o r ew a t e r t h ed u a lm r e a t e n m g i n c l u d i n gs h o n a g ea n dp o l l u t i o no fw a t e rr e s o i l r c e sr e s 廿i c t st l l ed e v e l o p m e n to f e c o n o m y ，a 鲥c l l l t u r ea i l de c o s y s t e m i no r d e rt of m do u tc o m p l e t e l ym es o i l w h e a tc o m a i m i n a t e db yh e a v ym e t a l si n t i a 面i i ls e w a g ef 缸n ，、ec o l l e c ts 眦p l e so n 也ed r yl a n da n de x 锄i n a t ec o n t e n t so f h e a 、可m e t a l s ( c d ，c l l ，p b ，z n ，c ra l l dn i ) i ns o i l w h e 砒s y s t e m f i r s y ，t l l ea n n l o r e v a l u a t e st l l a ts o i li t t i g a 删b y w a g et h a th a 鲁b e e nc o n t a m i n a l t e ds l i g h t l y ，t h em a i n p o l l u t i n gf a c t o r sa r ec da n dz 轧a l l dt h e nt h ea n m o re v a l u a t e ss o i la c c o r d i n gt o d i 圩b r e n tr e g i o s ，s o i lt y p e s 龃di 耐鲥n gw a t e r s e c o n m y ，廿l e 锄m o r 锄_ a l y z e s c o n t e n ta n de 耐c l l i n e ma b i l i t yo fh e a 、，) rm c t a l si nd i 行e r e n tp a no f 、v h e a t ，e v a l u a t e s w h e a ti sc o n t a i m i i l a t e db yc d 谢d e s p r e a d l y ，o m yf e ws a m p l e sp o l l u t e d b yz n f i n a l l y t l l ea n t h o rp u tu pc o n _ e l a t i v e 觚a l y s i sa b o mh e a 、叮m e t a lc o n t e n t si nt 把s o i l w h e a t s y g t e m ，a sw e u a sp l 趾te 血c l l r n e mc o e m c i e m 趾ds o m ep h y s i c o c h e m i c a lp f o p e r t i e s o fs o i l ，a n de s t a b l i s h e sap r o 昏l o s t i cm o d e la b o u th c a v ym e t a lc o m e m 锄o n gw h e a t s p i k c ，s o i l ，s o i lt ) ，p e s ，p h ，o r g a n i cm a t t e ra n d 船l i n i t y 埘t l l l eq u a n t i 母i n gt h e o r y t h e p r o g n o s t i ca c c u r a c yo f 埘m a r i l yc o t a i i l i 删v e 凸i c t o r s ( c d 趾dz n ) i st h eb e s t 埘m c o m p o u n dc o r r e l a t i v ec o e m c i 锄te x a m i i l i n g ，m em o d e lc a i lb ef b 蚰d e d w i t l li i n p 州e m c n to fl i v 证gl e v c l ，p e o p l en e e dc l e 趾e rf o o d 1 1 1 e r e f o r e ，s t u d y i n g e 埘c h m e n ta n dp o l l u t i o no fh e a v ym e t a l si ns o i l w h e 啦s y s t e mp r o v i d e ss c i e n t i f i c f o u n 蜊o nn o to i l l yf o ro l l ru n d e r s 锄i n go fe r l v i m m e m a lq u a l i t yb u ta l s of o rt h e d e c i s i o n - m a “n gb yg o v e m m e n td 印a 胁e n t ，w h i c hi sm e a 芏1 i 1 1 9 f t oi m p r o v e 也e q u a l 时o ff h n nc r o p s ，g i l 鲫哑e e ds a 蠡qf o rr e s i d c n t ，e n h a n c ep e 叩l e sl i v i n gl e v e l a n dk e e p i n ga g r i c u n 删s u s t a i na _ b l ed e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：s o i l w h e a ts y s t e m ，e v a l u a t i o no fh e a v ym e t a l sp o l l l n i o n ，t i 肌j i n s a w e g e 髓m ，c o r i l 撕v ea i l a l y s i s ， 天津市污灌区土壤一小麦系统重金属污染评价及相关分析 刚舌 农业部调查表明：我国污灌区面积约1 4 0 万h m 2 ，遭受重金属污染的土地 面积占污染总面积的6 4 8 ，其中轻度污染占4 6 7 ，中度污染占9 7 ，严重 污染面积占8 4 ，以h g 和c d 的污染面积最大。农产品中积累的重金属可以 通过食物链进入人体而给人类健康带来潜在的危害。我国每年因重金属污染导 致的粮食减产超过1 0 0 0 万吨，被重金属污染的粮食多达1 2 0 0 万吨，合计经济 损失至少2 0 0 亿元。由于土壤重金属污染具有多源性、隐蔽性和一定程度上的 长距离传输性以及污染后果的严重性，且土壤环境污染一旦爆发，其后果远比 大气污染或水环境污染严峻，对人类的影响可能是灾难性的，故有人形象地将 土壤污染称之为“化学定时炸弹”。 近些年来，随着我国北方地区的干旱缺水，其地下水过度开采严重，城市 污水的农田灌溉已相当普遍，致使污灌区土壤重金属污染问题也越来越重。天 津地处华北平原的东北部，海河流域的最下游，北依燕山，东邻渤海。由于华 北地区多年来干早少雨，而海河流域上游各地为经济发展修水坝建水库，使得 进入到天津的客水量明显减少，工农业用水短缺。同时，京津两地大量未经处 理的工业和生活污水通过永定新河、北京排污河等排入渤海。这些过境污水， 已经成为天津弥补农业用水不足的重要措施，形成了长达几十年的污灌区。但 是，污水灌溉在解决农业用水不足的同时，污水中含有大量的有毒重金属元素 随之进入土壤中，污染土壤环境，进而通过食物链，危害人的生命。因此，开 展天津污灌区土壤一小麦系统重金属污染的环境质量现状调查和评价具有重要 的意义。 本文针对天津污灌区，利用旱地土壤和作物小麦，进行了土壤一小麦系统 重金属污染的环境质量评价，为了解天津市污灌区农田作物小麦穗实中重金属 含量与土壤中重金属全量以及土壤部分理化性质之间的关系，本文进行了更为 深入的研究，最终运用数量化理论预测法建立了小麦穗实中重金属含量与土壤 中重金属全量、土壤p h 值、有机质、全盐量和土壤类型间的预测模型。这对 提高土壤的环境质量，保障人体健康具有重要意义。、 本论文得到天津高校科技发展基金项目( 2 0 0 3 1 6 0 5 ) ：天津市土壤环境质 量与现代农业发展的经费资助。 墨垄里耍壅垦圭墨：i ：杰墨垫重垒墨重鎏塑坌垄塑差坌堑 1 土壤一植物系统重金属污染综述 土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。世界面临的粮 食、资源和环境问题与土壤密切相关。自2 0 世纪2 0 年代以来，由于工业的发 展，金属的产量明显增加，因而由此产生的重金属环境污染问题也随之出现。 土壤重金属污染是一个最突出的环境问题】。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中重 金属含量明显高于原有含量、并造成生态环境质量恶化的现象【2 】。重金属是指 比重等于或大于5 o 的金属闭，从生物化学特征上可分为两类，类是对作物和 人畜都是有害的，如c d 、p b 、h g 等，另一类是在正常下对作物和人体均为营 养元素，而过量时出现危害，如；c u 、z n 、m n 、c r 等【3 1 。土壤一旦遭受重金 属的污染，由于其具有不可逆性及长期性，又不易在生物物质循环和能量交换 中分解【4 】，往往很难恢复，而且经过食物链的富集和放大，最终将影响人类健 康。因此国内外都比较关注重金属污染引起的问题，对农作物及土壤重金属污 染进行了多方面的研究。 1 1 土壤一植物系统重金属污染来源 造成土壤植物系统重金属污染的原因很多，归纳起来，主要有以下几个 方面。 1 ) 污水灌溉和污泥施用 造成土壤污染危害最大、作用最直接的是污水灌溉【”。长期施用污水、污 泥的土壤，土壤中铜、锌、铅含量高于背景值3 4 倍，铬、镍、砷高于背景值 的1 2 l 倍多，镉元素高于背景值l o 倍，而汞竟高达背景值的1 2 5 矧5 1 。据 p o w d y 和l a r s o n ( 1 9 7 5 ) 试验嘲，在施用大量( 4 5 0 t ，h m 2 ) 污水污泥的土壤上栽种的 所有蔬菜作物中重金属的含量几乎提高了l 2 倍。天津市北排污河灌区的蔬 菜，由于近年来一些地区直接引用污水灌溉，造成这些地区的蔬菜污染加重， 较为突出的元素为h g 【7 】。 2 ) 城市垃圾农用 目前大多数城市的工业废弃物和生活垃圾没有完全分开堆放，近郊的菜农 又多有就近施用垃圾肥的习惯，丽垃圾本身就含有较多的重金属，如福州市检 测的1 6 个垃圾样品中，除镉外，铬、铅、汞、砷的含量均明显高于菜园土对应 2 丕苎立重垩垦圭墨：尘耋墨丝重垒星望鲞堡丛墨塑羞坌堑 下迁移，多集中分布在表层。张民等例的研究结果也表明，土壤表层中的重金 属元素( c u 、p b 、z n ) 含量最高，向下递减。重金属在农作物体内分布的一般规 律为，根 茎叶 颖壳 籽实。自瑛等人研究了汞在土壤一农作物系统中的残留和 吸收，结果表明小麦各部位中汞的吸收呈现根汞 茎叶汞 麦粒汞的规律，其比 例为3 0 ：3 ：l 【2 4 】。 由于土壤组成的复杂性和土壤物理化学性状( p h ，e h 等) 的可变性，造成了 重金属在土壤环境的赋存形态的复杂和多样性【2 卯。重金属的存在形态才是决定 其危害的关键因素。研究表明，重金属在土壤环境中的存在形态分为水溶念、 交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、沉淀态，有机结合态和残渣态7 种 形态【2 6 1 ：以上不同赋存形态的重金属，其生理活性和毒性均有差异。其中以水 溶态、交换态的活性、毒性最大，残留态的活性、毒性最小。其它态的活性、 毒性居中【2 5 】。随着土壤环境因子的改变，土壤中重金属的各种形态处于一种动 态平衡的变化中。影响土壤重金属形态变化的环境因子有土壤p h 值、有机质的 含量、氧化还原电位、土壤胶体的种类、数量等。如镉在p h 值较高的碱性土壤 中活性低，不易移动，而在酸性条件下则易迁移、毒性增强。另外有机质对镉 有一定的吸附作用，有机质含量高的土壤可减轻镉危害1 2 。刘云惠等人对铬的 研究表明三价铬的吸附和沉淀随p h 升高而增大口日。而对于汞来说，它的有效形 态主要与土壤的硫、氯化物及有机肥料含量有关圆。故我们可以通过调节土壤 的某些理化性质来改变重金属的存在状态，从而减轻重金属污染的毒害作用。 1 3 影响重金属生物有效- 陛的因素 植物根系从土壤中吸收重金属，并在体内积累，受多种因素的影响，主要 有： 1 1 重金属在土壤环境中的总量和赋存形态。 土壤中重金属总含量被认为是控制植物中重金属含量的基本因素，也是唯 一恒定的因素 2 9 1 。但是重金属在土壤环境中的赋存形态才是决定其危害的关键 因素。一般水溶态简单离子、简单络离子最容易为植物所吸收，而吸附交换念 络合态次之，难溶态则暂时不被植物吸收。 2 ) 土壤特性的影响 在土壤中只有溶解性的和可交换态形式的离子可直接被作物吸收f 3 们。而土 壤条件的改变控制着有效金属离子的浓度。这些土壤参数包括p h 值、可交换 4 天津市污灌区土壤一小麦系统重金属遁壹皇哥价及相关分析 阳离子容量( c a t i o ne x c h a n g ec 印a c 耐) 、有机物含量、碳酸盐含量、水和f e ，m n 氧化物、氧化还原能力、d o c 和温度等川，而对生长在一定土壤中的植物来 说，其种类和栽培技术也是影响植物组织中各污染因子浓度的因素。金属的生 物有效性最终随土壤种类而变。 3 1 有机质对土壤中重金属的活化作用 有机质对土壤中重金属的吸附作用有着深刻的影响，它可改变溶液重金属 的存在状态，或改变吸附体的表面性质而影响重金属的吸附。有机质能增加或 抑制重会属的吸附，或对吸附不产生明显作用1 3 2 】。张敬锁等研究了在土壤中施 入有机肥可减缓c d 污染对作物的危害，指出有机质有很大的比表面积，对 c d 2 + 有强烈的吸附作用，更主要是有机质分解产生的腐殖酸可与土壤中的c d 2 + 形成螯合物沉淀。有机质也可与c d 2 + 形成高稳定性的可溶性物质，能大大提高 土壤中c d 2 + 浓度，但不增加植物的吸收，而形成小分子的可溶性络合物时，却 能提高植物对c d 的吸收。利用有机质作为c d + 污染土壤的改良剂时，应值得注 意 3 3 】。 4 ) 根际环境对重金属的影响 根际微区由于根系分泌物( 植物生长过程峭直过根系向生长基质中释放出的 一组种类繁多的物质) i 蚓的存在，在物理、化学、生物特性方面产生有异于土体 现象。重金属发生酸碱反应、氧化还原反应、络合、离解反应，以及吸附解吸行 为，导致重金属形态变化，从而改变其生物有效性和生物毒性口5 1 。由于根分泌物 的分子量低，可以在土壤中移动，导致根区微生物活性增强。可溶性根分泌物通 过络合阳离子，可能会成为金属载体，促进根附近金属的可溶性。 5 ) 重金属复合污染时的交互作用 c h e nh 【，a i m a n 等【3 6 】研究c d 、p b 、c u 、z n 和a s 5 元素交互作用时，证 明交互作用促进了c d 、p b 、z n 的活化，而增加植物的吸收，对a s 反而有所抑 制。交互作用与p h 值密切相关，当p h 较低时，土壤中重金属可溶态含量增加 植物对污染物的吸收量增加，元素问交互作尉就强。除以上提到的影响因素 外，土壤的营养成份含量、氧化还原作用、温度及时间等因素也会不同程度地 影响金属的有效性。只是在不同条件下所起作用不同。我们可以利用这些因素， 适当控制植物对重金属的吸收，从而减少重金属对食物链的危害。 天津市污灌区土壤一小麦系统重金属污染评价及相关分析 河灌区和北京排污灌区( 又称武、宝、宁灌区) ，见表2 1 。天津市的农田土壤及 粮食作物和蔬菜质量主要受三大排污河污水灌溉及施用污泥的影响。 1 ) 北( 塘) 排污河灌区 天津北排污河灌区包括东丽区，除小东庄乡、李庄子乡外，其它七个乡均 利用污水灌溉，目前灌溉面积达1 2 1 0 4 h m 2 ，占全区总耕地面积的7 6 7 ；其 中常年污灌约o 3 7 1 0 4 h m 2 ，占总耕地面积的2 3 ，主要分布在荒草坨乡、军 粮城乡、万新庄乡、新立村乡及部队农场。清污混灌和间歇污灌约 o _ 8 5 1 0 4 h m 2 ，占总耕地面积的5 3 ，主要分布大毕庄乡、军粮城乡、万新庄 乡、新立村乡和幺六桥乡等。 该区污灌历史，一般在2 5 3 4 年之间。污灌作物主要是水稻、旱作粮食及 蔬菜，近年来菜田污灌面积有所减少。在污灌区上游的菜田，除污灌外，从2 0 世纪6 0 年代开始同时还施用污泥，施用面积约o 1 1 l o 2 ，亩施用量在 5 0 0 0 k g 以上。 2 ) 南排污河灌区 南排污河灌区包括西青区和津南区，在该灌区，西青区和滓南区的污灌范 围包括1 6 个乡和4 个国营农场的2 r 3 3 1 0 4 h m 2 农田，污灌面积占两区总耕地面 积( 4 0 8 1 0 4 h m 2 ) 的5 7 1 。其中，大田作物污灌面积1 7 7 1 0 4 h m 2 ，占大田作物 总面积的6 1 1 ；菜园污灌面积为o 2 4 1 0 4 h m 2 ，占菜田总面积的2 9 7 ；水田 污灌面积为0 3 3 1 0 4 h m 2 ，约占水田总面积的8 1 1 。 南排污河灌区除主要纳污河道上游水田和部分莱田及八里台乡水田以纯 污灌为主外，其它农田均为清污混灌和间歇污灌。纯污灌面积占污灌总面积 的3 ，清污混灌占6 4 间歇污灌占3 3 。该灌区污灌历史最长4 3 年，最短 1 5 1 6 年，一般2 7 3 2 年。 西青区各乡除污灌外，还兼施河道底泥或纪庄子污水厂污泥，主要有南 河镇、张窝乡、李七庄乡、西营门乡和大寺乡。旱田施用污泥面积占全区旱 田的6 1 ，园田占7 5 ，污泥剧施用面积占总耕地面积的5 1 ，1 9 8 2 年 以前施用污泥面积达到o 2 9 x 1 0 4 h n l 2 。 3 ) 北京排污河灌区 北京排污河全长9 3 k m ，从武清县里老闸进入天津后，至华北闸进入永定 新河，由北塘口人海，主要承泄北京市工业废水和生活污水。近年来由于北 l o 天津市污灌区土壤一小麦系统重金属污染评价及相关分析 京来水量减少，污灌面积较2 0 世纪8 0 年代有所减少，其中武清县和北辰区减 少了2 4 3 1 0 4 h i n 2 。北京排污河污水主要用于灌溉大田作物，也有少部分灌溉 菜阳，如南蔡村。武清县目前有2 5 个乡进行污灌，占总乡数的7 6 ，纯污灌 面积达3 8 7 1 0 4 h m 2 ，清污混灌面积1 6 7 1 0 4 h m 2 ，间歇污灌面积1 8 7 1 0 4 h m 2 ； 总污灌面积7 4 1 0 4 h m 2 ，占总耕地面积的7 7 - 3 。北辰区有5 个乡进行污灌 占总乡数的4 2 ；主要是间歇污灌，计0 9 5 1 0 4 h m 2 ，占耕地面积的3 6 。 表2 1 天津市污灌区概况 郊县 基本情况污灌范围污灌类型( 1 0 4 h m 2 )污灌面积 水源 耕地占总乡清污间歇占耕地 名称 区乡区乡纯污灌总面积 ( 1 0 4 h m 2 )( ) 混灌污灌( ) 北京 武消区 3 39 5 72 57 63 8 71 6 71 8 77 4 07 7 - 3 排污北辰区 1 22 6 454 2o 9 50 9 53 6 河 合计 4 51 2 2 13 06 73 8 71 6 7 2 8 28 | 3 56 8 4 北排 东丽区 91 677 8o 3 7o 8 51 2 3 7 6 7 污河 南排 殴青区 92 2 891 0 01 8 3 8 0 | 3 o 22 1 3 津南区 1 1 1 7 665 50 5 02 8 5 污河 合计 2 04 0 31 57 5o 2 2 ，1 32 3 35 7 7 2 1 ，4 天津市污灌区土壤污染物来源 1 ) 污水灌溉 污水中含有大量的h g 、c d 、a s 等重金属元素，仅1 9 8 9 年天津市排放的污 水中就含有o 5 1 吨汞，0 9 4 吨镉，8 6 6 吨砷。1 9 9 7 年对来自天津市咸阳路污水 处理厂的原污水、纪庄子污水处理厂的二级出水和清水( 自来水) 中z n 、p b 、c d 的含量的分析可知( 表2 2 ) ，与处理污水和清水相比，原污水中z n 、p b 、c d 的 含量明显高于清水，也高于处理污水。处理污水的z n 、p b 、c d 的含量也较清 水高。 大量未经处理的污水用于农业灌溉，虽然解决了一部分农业水源，但污水 灌溉过程中许多元素随之进入土壤中，对土壤环境中重金属元素的含量有明显 的影响。 奏叠更望壅望圭基：尘杰墨垫重垒墨重鲞堡堡墨塑差坌堑 2 2 土壤和小麦的评价方法、评价标准 2 2 1 评价方法 在本论文中，小麦评价方法采用单因子污染指数法( 如公式2 _ 4 ) ；土壤评 价方法则采用基于改进a h p ( a m l y t i c a lh i e r a r c h yp m c e s s ) 法确定权重的加权平 均综合指数法，具体过程如下： 1 ) 改进a h p 法原理 层次分析法( a n a l y t i c a lh i e r 盯c h yp m c e s s ) 简称a h p 法，是美国运筹学家萨 得a l s a a t y 在2 0 世纪7 0 年代初提出的，2 0 世纪8 0 年代初开始引入我国。层 次分析法的基本出发点是：在一般决策问题中，针对某一目标，较难同时对若 干元素做出精确的判断，将它们相对于目标的重要性以数量来表示，从而排出 大小次序，为决策者提供依据。但它却较容易对任意两元素做出精确判断，并 给出相对重要性之比的数量关系。假设有n 个因素，对任意因素i 和j 进行比 较，c 表示相对重要性之比，则由c u ( i 、j t l ，2 n ) 构成一个判断矩阵 c = ( c i i ) 。h ，此矩阵实际上是对定性思维过程的定量化。 在构造判断矩阵时，当因素个数较多时，采用1 9 标度法，由于判断过程 中存在的复杂性和模糊性，较难一次得到满意利判断矩阵。为此人们对层次分 析法进行了改进，设计了一种三标度法，较易被专家和决策者接受。三标度法 是先构造一个比较矩阵b = ( b i i ) n 。其中b u 定义为： r 2 当元素i 比j 重要时 b u = 1 当元素j 与j 一样重要时 l0 当元素i 比i 重要时 然后计算f i - b ( i _ l ，2 n ) ，即按行求和，再利用公式( 2 - 1 ) 求出判断矩阵 c 盅( c i j ) 。 r 【( r i l ：i ) ( r m “一r m i n ) 】( b l l l 一l 汁ln 巧 c fl 。 l “( q r i ) 。r m 。一r m i 。) 】。( b + 一1 ) + 1 ) 1r 。 r j 其中r m a x - m a ) 【 n ，r m i n _ m i n r i ，b m = r m “硒i n 。 骤还如原层次分析法。其过程为： ( 2 一1 ) 判断矩阵求得后，其他步 图2 1 改进a h p 法求解过程 2 ) 重金属污染物权重的确定 本文讨论的重金属污染物主要是c d 、c u 、p b 、z n 、c r 和n i 六种重金属元 素。在利用三标度法构造比较矩阵b 时，b 。大小的定义依据天津市土壤环境质 量分级中的二级标准，即熏金属污染物对土壤的危害程度大小。 由于不同重金属元素对土壤危害的程度是不同的、客观的，可以直接确 定，这就排除了利用层次分析法确定污染元素相对重要程度中由于人为因素和 主观判断可能出现的偏差。根据天津市土壤环境质量分级中的二级标准值，即 对土壤危害程度的大小，构造的比较矩阵b o 如式( 2 2 ) 。 ；：i c ul 。 。zzz i 盱肋l o2122 2 i 半：蚓 q 乏 c r i oooolo l il n il 0 oo222 利用构造的比较矩阵，根据公式( 2 - 1 ) 的计算方法，可以求出判断矩阵c l i 如式f 2 3 ) ： 1 4 天津市污灌区土壤一小麦系统重金属污染评价及相关分析 p bz n c u 539 11 35 317 1 5 1 7 l l 7l 91 3 c r n i 1 17 、 73l 95 31 3 ( 2 - 3 ) l1 ，5i l 5 1 由判断矩阵c i ，求出六种重金属元素的最大特征值、特征向量，并进行一致 性检验，检验通过后，将特征向量标准化后即为六种重金属元素的权重。 计算结果表明，根据天津市土壤环境质量的二级标准，利用重金属对土壤 危害程度的大小构造的矩阵通过了层次分析法的要求，通过一致性检验( 其中 。吒4 1 4 ，c i = o 0 8 2 8 ，：r 王= 1 2 6 ，c r = 0 0 6 5 7 o 1 ) ，由此获得的土壤环境中六 种重金属污染元素的枳重分别是w = ( 0 4 6 0 0 ，0 1 4 2 1 ，o 2 5 4 2 ，o 0 4 2 1 ， 0 0 2 3 2 ，o 0 7 8 4 ) ，i 从1 至6 分别为c d ，c u ，p b ，z n ，c r ，n i 。 3 ) 加权平均综合指数法 基于重金属污染既可能是单一因素作用的结果，也可能是多元素共同作用 的结果，采用综合污染指数法进行环境质量评价。首先获得单因子污染指数， 其计算公式为： p ，= c s if 2 4 1 上式中，p i 为第i 种污染物的单因子污染指数，c i 为第i 种污染物实测值， s 为第i 种污染物的评价标准。 获得综合污染指数，计算公式为： 卜w i p i( 2 5 ) 上式中，w 。为权重，依据天津市土壤环境质量标准中重金属污染物对 土壤的危害程度大小。利用改进的朋积法确定，w i = ( o 4 6 0 0 ，o 1 4 2 1 ， 0 2 5 4 2 ，o 0 4 2 l ，o 0 2 3 2 o 0 7 8 4 ) ，i 从1 至06 分别为c d 、c u 、p b 、z n 、c r 和 n i 。 2 2 2 评价标准 1 ) 土壤质量标准 天津市土壤环境质量分级标准是对污灌区土壤和植物重金属污染状况进行 评价的基础。根据国家土壤环境标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) 和天津市土壤背景值吲， 1 5 ，m ，。，l 吼n c 写m l i c 天津市污灌区土壤一小麦系统重金属污染评价及相关分析 表2 5 系统分级法划分天津市土壤质量等级 评价 分级标准和处理值( 分级标准权熏评价标准) 项目 标准 权重 分级标准 处理 分级标准 处理 分级标准 处理 分级标准 处理 分级标准 处理 ( m l 唱) 1 级 值 2 级 值 3 级 值 4 级 值 5 级 值 ( m l 啦)( m g m g )( m 州k g )( m g m 量)( m k g ) c d0 1 60 4 6 0 0o 0 90 2 601 60 4 60 3 8 0 1 0o 6 01 7 41 0 02 8 9 c u4 3 7 l0 1 4 2 i2 8 3 50 0 94 3 7 lo 1 47 0 0 00 2 31 0 0 0 00 - 3 24 0 0 0 0 1 3 0 p b 3 2 8 30 2 5 4 22 0 _ 3 20 1 63 2 8 30 2 61 9 0 0 0l4 73 5 0 0 02 7 15 0 00 03 8 7 z n1 1 53 00 0 4 2 l7 6 2 7o 0 31 1 5 3 00 0 41 9 0 0 000 7 3 0 0 0 0o 1 15 0 00 00 1 8 水1 0 70 00 0 2 3 28 9 3 80 0 21 0 7 0 00 0 22 2 8 0 0o 0 53 5 0 0 000 8 4 0 0 0 0o 0 9 c r 里 1 2 4 80 0 2 3 28 2 5 30 0 21 2 480 0 21 8 70 0 32 5 0o 0 53 0 00 0 6 n i4 6 3 5o0 7 9 43 2 _ 3 9 0 0 54 6 3 50 0 85 30 0 96 00 1 02 0 00 3 4 水田o 6 il2 0 1 50 68 6 7 合汁 旱【l0 6 lll9 9 50 38 “ 2 。6 天津市土壤质量综合评价分级标准 笠塑型佥堡盒丞量指数 置銎摆廑 水田旱田 1 级0 6 lo 6 1 清洁 2 级o 6 l p i 1 o oo 6 1 p i 1 0 0 尚清洁 3 级1 o o p l 2 0 11 o o p i 1 9 9 轻度污染 4 级2 o l p i 5 0 61 9 9 p i 5 0 3 中度污染 5 级5 0 6 p i 8 6 75 0 3 = x q b d w q b c ，平均含量都超过了天津市土壤环境质 量的二级标准，分别是二级标准值的4 8 5 、3 6 8 、3 6 8 、3 6 7 、3 5 5 和2 1 倍； 墨堡里堕壅垦圭堕二尘塞墨丝重垒墨曼鎏堡笪壁塑苤坌堑 是天津市土壤环境背景值的8 5 7 、7 3 6 、6 5 、6 5 、6 4 9 、4 和3 7 倍。从超标个 数和超标率看，d l 、n h 、j n 、x q 和b d 的土壤样点全部超出二级标准，土壤 全部污染，b c 和w q 的大部分样点超标，超标率分别为8 3 3 和8 5 4 6 ； x o 、d l 、j n 和n h 的全部样点超过三级标准，b c 、b d 和w q 的部分样点超 过三级标准，分别占各区县受污样点的百分数为4 0 、8 3 3 3 和5 0 8 8 ；除 b c 外，其它区县都有部分样点超过四级标准，x q 、d l 、j n 、n h 、b d 和w q 分别占受污样点的4 0 、8 8 8 9 、5 0 、7 5 、5 8 3 3 和1 4 8 9 ；各区县农 田中，x q 的1 个样点超出五级标准。分析各个区县的标准差和变异系数，标准 差( 0 0 2 5 o 1 8 ) 都比较小，除w q ( 4 9 8 5 ) 和b c ( 4 7 3 ) 的变异系数较大，其余 ( 4 2 7 3 4 2 ) 较小。 各区县土壤中c u 的平均含量顺序为j n d l x q n h b c b d w 0 ，只有 n h 超过了二级标准、而优于三级标准，其余六个区县中x o 、d l 和n h 超过背 景值，b c 、b d 和w q 在背景值内。各区县土壤中c u 的超标点数较少，x q 、 d l 、j n 和w q 的超标样点数分别为1 、3 、1 和1 个，超标率分别为1 0 、 3 3 3 3 、5 0 和1 8 2 ，b c 、n h 和b d 的所有样点均在二级标准内。各区县 土壤中c u 的标准差( 1 5 9 1 1 8 8 ) 和变异系数( 4 8 7 2 9 9 5 ) 都很小。 各区县土壤中p b 的平均含量顺序为j n d l b c x q b d n h w q ，平均 含量均在二级标准内，且只有j n 和d l 的p b 平均含量超出背景值，其余区县 均在背景值内。从超标点数来看，只有j n 和d l 分别有1 和2 个点超过二级标 准、而优于三级标准，超标率分别为5 0 和2 2 2 2 ，其余区县没有超标样 点。d l 的土壤中p b 的变异系数较大，为6 0 6 7 ，其它元 x 天津市污灌区土壤一小麦系统重金属污染评价及相关分析 ，所有样点均未超出五级标准。x q 、d l 和w q 的标准差较大，x q 和w q 的变异系数亦较大，说明这三个区农田土壤中z n 的污染程度差异性较大。 各区县农f 日土壤中重金属元素c r 的平均含量顺序为j n d l x q b d n h b c w 0 ，平均含量均在二级标准内，而且只有j n 的平均含量超过了背景值， 其余6 个区县均在背景值内。七个区县的监测样点中，c r 含量全部在二级标准 内，没有污染。标准差和变异系数都比较小。 各区县农田土壤中重金属元素n i 的平均含量顺序为n h b d x q d l j n b c w q ，平均含量亦均在二级标准内，而且w q 的平均含量在背景值以内。 从超标个数和超标率来看，只有b d 有两个样点超过了二级标准，超标率较 低，仅为1 6 6 7 。标准差和变异系数也较小。 4 2 2 不同区县土壤重金属污染评价 表4 6 各区县农田土壤重金属污染质量评价 兀 随善薹喜 彝鼙荤 誊廿 j = 磐察 兰孽釜尊；i ；i ! 囊ii 辩；d i i ；簪；i 哮i g ；i 圣l ! 妻墓尊囊 i ji ：；li 彝l 蕈；i ! 一 誉薯耋差j ；芎攀量噩i ?；i i 争塞誊耋墓耋臻；三i i !l l ll ；i：! 群! 妻蕈螽鐾矗壅筝妻善耍釜蓦妻重小麦植株不同部位重金属元素富集能力的影响。 6 2 1 小麦穗实富集系数与土壤p h 值的相关关系分析 壤p h 值是土壤重要的理化性质之一。几乎所有的研究报告都将土壤p h 值列为影响植物对重金属吸收的最主要的土壤因素。小麦穗实中六种重金属元 素的富集系数与土壤p h 值的相关关系见图6 4 。 o 4 5 o4 赫o 3 5 “o3 凿0 2 5 善o2 景o 1 5 稚o1 。o5 o y = 一0 0 0 6 4 x + o 2 2 4 l r= 一o 0 1 5 4 一1 7 47 67888 2b 4 p h x 图4 3 天津市污灌区不同土壤类型及土壤质地中重金属的平均含量单位：m 非g 注：亚类1 、亚类2 、亚类3 和亚类4 分别表示普通潮土弧类、盐花潮土亚类、湿潮土 皿类和盐化湿潮土亚类。 4 3 2 不同土种重金属污染评价 利用单因子污染指数对四个潮土亚类的农田土壤质量进行评价( 见表4 8 、。 对普通潮土亚类的各污染因子的单因子污染指数进行排序，c d ( 2 3 7 ) z n ( 1 ，0 9 ) n i ( 0 6 5 ) c u ( o 5 9 ) c r ( o 4 7 ) p b ( o 4 2 ) ，普通潮土亚类的主要污染因子是c d 和 z n ，其中c d 为中度污染水平，z i l 为轻度污染水平，其它因子未污染，为清洁 和尚清洁水平。对盐化潮土亚类的各污染因子的单因子污染指数进行排序， c d ( 2 5 9 ) z n ( 1 0 4 ) c u ( o 5 8 ) = n i ( o 5 8 ) c “0 5 0 ) p b ( 0 4 5 ) ，盐化潮土的主要污染 因子是c d 和z n ，其中c d 为中度污染水平，z n 为轻度污染水平，其它因子未 污染，为清洁水平。对湿潮土亚类的各污染因子的单因子污染指数进行排序， c d ( 3 3 9 ) z n ( 1 3 7 ) c u ( o 7 1 ) = n i ( o 7 1 ) c “o 5 6 ) p b ( 0 5 3 ) ，湿潮土的主要污染因 子是c d 和z n ，其中c d 为中度污染水平，z n 为轻度污染水平，其它因子未污 染，为清洁和尚清洁水平。对盐化湿潮土亚类的各污染因子的单因子污染指数 进行排序，c d ( 4 0 8 ) z n ( 1 0 7 ) n i ( o 7 7 ) = c u ( o 7 7 ) c “o 5 9 ) p b ( o 5 8 ) ，赫化湿潮 土的主要污染因子是c d 和z n ，其中c d 为中度污染水平，z n 为轻度污染水 平，其它因子未污染，为清洁和尚清洁水平。对普通潮土亚类中的三种潮土类 型进行单因子污染评价，对砂质潮土的单因子污染指数进行排序，c d f 2 0 6 p z n ( i 2 9 ) n i ( o 5 6 ) c u ( o 。5 1 ) c o 。4 5 ) p b ( o 3 9 ) ，砂质潮土的主要污染因子是c d 和z n ，其中c d 为中度污染水平，z i l 为轻度污染水平，其它因子均未污染，为 丕星主亟望垦圭基：尘塞墨丝里垒垦至窭堡堕丞塑差坌堑 清洁水平。对壤质潮土的单因子污染指数进行排序，c d ( 2 2 9 ) z n ( 0 9 9 ) n i ( 0 6 1 ) c u ( o 5 6 ) c “o 4 5 ) p b ( o 4 1 ) ，影响壤质潮土的主要污染因子是c d ，为 中度污染水平，z n 接近轻度污染水平，其它因子未污染，为清洁水平。对粘质 潮土的单因子污染指数进行排序，c d ( 2 7 7 ) z n ( 1 0 7 ) n i ( 0 7 9 ) c u ( o 7 1 ) c “0 ，5 2 ) p b ( 0 4 7 ) ，影响粘质潮土的主要污染因子是c d 和z n ，其中c d 为中度 污染水平，z n 为轻度污染水平，其它因子未污染，为清洁和尚清