大荔县农田土壤重金属分布特征与污染评价_胡明

1、Vol 28 No.1Jan 2014第28卷第1期2014年1月干旱区资源与环境Journal of Arid Land R esourcesand Environment文章编号：003 7578 2014 ）01 -079 -06人荔县农田土壤重金属分布特征与污染评价胡明（渭南师范学院化学与生命科学学院，渭南714000 ）提 要：为研究大荔县农田土壤重金属的累积与分布特征，评价土壤污染现状，运用了单因子污染指数及综合污染指数法，分析表层土壤5种重金属的污染现状，并利用AR CGIS9.3获取重金属污染空间分布图。结果表明：Cr、Cu的污染情况较严重，Pb、Zn、Mn的污染程度较低。从综

2、合污染指数来看，研究区内农业土壤重金 属综合污染指数处于中度污染水平。当地应采取适当措施，加强对该地区污染的防治工作，避免对人体健康造 成危害。关键词：污染评价；土壤重金属；空间分布特征；大荔中图分类号：X53文献标识码：A农田土壤重金属污染状况、污染机理及其修复是当今土壤科学和环境科学所面临的主要研究课题，直接关系到人们的身体健康与社会稳定发展，倍受各级政府的关注。农田土壤污染因素很多，在自然条件下土壤中重金属含量高低受到成土母质以及生物残落物的影响。除此以外。在现代社会背景下，土壤处在自然环境的中心位置，承纳着来自工业、农业以及与生活污水、固体废弃物、农药化肥、大气降尘及其酸雨 等多方面的

3、约90%的污染物。农田土壤中重金属含量的高低直接会影响到农产品质量安全。有专家估计，全国大约有20%的粮食、34%的农畜产品和56%的蔬菜存在质量安全问题，危及着人们的身体健康。关中灌区由于受到工业的发展，河流的重金属污染也相对比较严重。根据汪新生匚3等的研究结果，陕西省工业重金属排放中2007年六价铬、铅、镉主要排放到渭河流域。而所研究区域的农业灌溉方式主要是以河流的大水漫灌方式进行。对关中灌区土壤污染状况已有学者们进行过卓有成效地研究，郑国璋“以背景值为指标，对于关中地区宝鸡峡灌区、交口灌区、洛惠东灌区农业土壤中Cd、As、Cr、Pb等重金属元素的污染程度进行过研究，得出关中灌区土重金属综

4、合累积程度依次为交口灌区、宝鸡峡灌区、洛惠东灌区，灌区农田土壤重金属Pb的累积程度普遍较高，分析其原因主要是由于长期污水灌溉所致。易51秀 等人对泾惠灌区土壤中 Hg、Cd、Cr、Pb、As、Cu、Zn等7种重金属含量做了研究，发现部分点属于轻度污染、部分点位属于中度污染。文中以关中大荔县农田土壤为研究对象，对重金属污染现状进行评价，并绘制出农田土壤重金属空间分布图。目前在农业土壤重金属的研究中，陕西关中东部涉及较少，作为我国西部连接中部地区的过渡带，又是”关天经济一体化”的东大门，改善土地质量，提高人民生活水平，注重农产品安全就显得尤为重 要，通过农业土壤重金属的污染现状了解，对改善当地环境

5、，治理土壤污染具有重要的理论和实际意义。1材料与研究方法12研究区概况在大荔全县选取 57个采样点，区域地理坐标34 ° 37一 35 ° 01'，09 ° 44110 ° 17'E平均海拔高度为 400 T00m。土壤主要为黄棕壤，属暖温带大陆性半干旱季风气候。年平均气温14.4C，年平均降水量514mm，四季多风。1.2样品采集与分析收稿日期：2012 10 23;修回日期 ：013 1 -5。基金项目：国家自然科学基金41171061 ）；渭南市科技计划项目2011KYJ -7 ）资助。作者简介：胡明1978 ）,男，讲师，从事土地

6、资源方面研究与教学。Email: hm5109163 .com© 1 爭94-2。国 China AcadvtHie Journal Elvcrronic Publishing House. All rights reserved. htTp:'.net第1期胡明 大荔县农田土壤重金属分布特征与污染评价-83 式中：P综2 2 X + X/丫)Y1 +X/Y为内梅罗污染指数 1槡XY =(n 刀 Pi) Pimax；Pi为单因子污染指数；Pimax为最大单项污染指数3)；n为污染项目数。在研究区域内共选取 57个采样点，采样点布局图1 ),每个点设置15个重复，采集耕层020

7、cm的土壤样并充分混 合，用四分法取500g样品放入聚乙烯塑料袋，将样品带回室内风干去杂后用木棒碾碎过2mm筛，待测。土壤重金属测定方法为：土壤样品经过浓硝酸 、氢氟酸、 浓盐酸、高氯酸消解后，利用原子吸收光谱法进行测定：6。1.3研究方法农业土壤重金属污染和食品安全息息相关，对一个地区重金属污染评价是判断此地区农业土壤的质量安全的最直接 方法。目前，评价土壤污染程度的方法多样，其主要方法有单因子法、综合指数法、地累积指数法等等匚7。鉴于单因子法和 综合污染指数法使用简单，评价结果直观，精确度较高，能较 为完整的反映出土壤污染程度，故采用单因子法与综合污染 指数法相结合的方法，评价研究区土壤重

8、金属的污染程度。在完成土壤污染现状评价的基础上，利用AR CGIS93统计分析模块获取土壤重金属各单项指标以及综合污染指数的图1采样点分布示意图空间分布情况，结合当地和周边地区矿石开采、城市化建设、Fig 1 Sketch map showing固体废弃物污染、化肥施用、污水灌溉等污染因素，判断大荔the ggtion of soH smmpHng县农业土壤重金属的污染与各污染因素间的关系，找到影响当地土壤重金属污染的主要因素 ，为当地改善农业土壤环境，提高农产品质量做出一定贡献。1.4评价模型单因子法用来评价单污染元素对土壤质量污染程度，单项污染指数愈小，说明环境介质中受这种元素的污染程度愈

9、轻 冈，其计算用公式1):P = C/Si1)式中:Pi为i污染物的污染指数；Ci为i污染物的实测值；S为i污染物的评价标准，即土壤背景值，文 中以中国环境出版社 1990年出版的中国土壤元素背景值 黄土重金属含量作为评价标准 ，当Pi< 1，表 示未受污染；P >1表示已受污染，其值越大受污染程度越严重 。综合污染指数采用内梅罗污染指数，计算公式如下：(Piave )+Pimax ),、槡 2式中:Piave和Pimax分别是平均单项污染指数和最大单项污染指数。由于内梅罗污染指数较多的强调了最大污染指数对环境的影响，易造成计算结果的失真，为克服上述原因，采用姚志麒 冈对平均值赋予

10、较大权系数 X /Y )的方法，X代表最大单项污染指数，丫代表平均单项污染指数，则公式2 )可写成公式3):2结果与分析2.1 土壤重金属统计与对比从表1可以看出，Zn、Pb、Cr、Cu、Mn 5种元素的变异系数分别是 0.26、0.27、0.26、0.45、0.20。变异系 数反映一个数据集的离散程度 ，其值越大表示数据离散度越高 ，其值越小离散度越小。Cu的离散程度相 对于其它四种重金属元素高 ，Zn、Pb、Cr、Mn变异系数较小。从5种重金属的平均值来看，Pb为27.8mg /kg ,与背景值29.4mg /kg非常接近，Cu、Cr的平均值为 48.2mg/kg、148.0mg/kg，分

11、别是各自背景值的 2 . 14倍、2.67倍，Mn、Zn的平均值都低于背景值低 ，特别 Zn低于背景值28.53%。表1大荔农业土壤重金属含量基本统计对比Tab.1 Comparisonof concentrationsheavymetals in the agricultural soils of Dali序号ZnPbCrCuMn序号ZnPbCrCuMn序号ZnPbCrCuMn1471811239443203349123393413963493041673762493212737445214535127374274043442501034193542913636401224215117344

12、454132351885031845532132364472335171343843642362617661296561311223548924672813237493434133208714476582212562337255419136375064424241645423175627124364182643291233443645353413846229839251303739727602211439510464817146395099423113038410286426130374564747312298042910473013048396295336130364804834331705

13、732911402612338462306641143474144957231744538712552513740398313320115483855032271927328813402415772353323431115374175148211485046614461912737462336527133464485222201384235115652213736503345817120374175330252005433116502611335447356127130365005432291956732317543913640388365928123364995519171253821318

14、4926119344823751251303561456434022480384195025129404203834301966028257262415146251指标ZnPbCrCuMn均值(mg/kg)46.127 .8148.048 .2406.7标准差12.27.638.421 .680.5变异系数C. V0.260.270.260.450.20背景值*(mg/kg)64.529 .455.522 .5446.0注：背景值资料源于中国土壤元素背景值由于背景值是不受或者很少受人为因素影响下土壤固有元素的含量，所以从以上数据显示，大荔农业土壤重金属中Cu、Cr累积情况较为严重，Pb、Mn、

15、Zn在土壤中的累积较少。2.2 土壤污染评价结果参照我国农田土壤环境质量检测技术规范NY /T395 2000中的土壤污染分级标准，当Pi< 0.7的土壤样点为安全，0.7 <Pi< 1.0 土壤样点为尚清洁，1.0 <Pi< 2.0为土壤样点为土壤轻度污染 ，2.0 VRW 3. 0 土壤样点为土壤受中度污染 ，Pi >3.0 土壤受重度污染。综合评价标准与以上标准相同 。表2大荔农业土壤重金属污染评价结果Tab.2 Assessmentof heavy metals pollution in the agricultural soil of Dali重金

16、属污染指数平均值安全样品污染点个数重污染最大值最小值尚清洁; 轻污染中污染Zn1.040.290.712627400Pb1.670.510.8410272000Cr5.482.022.360004413Cu7.421.511.770035157Mn1.380.480.857311900P 厂综4.931.542.010040143通过表2中的土壤重金属单因子评价指标可以看出 ，研究区内污染程度由高到低的顺序为 ：Cr、Cu、 Mn、Pb、Zn。Cr的单项污染指数平均值为2.36，达到了中度污染水平 。Cu的平均值为1.77,达到了轻度污染的水平。上面数据说明Cr、Cu在本地的污染程度较高 ，在

17、以后的农业耕作中应该重视 Cr、Cu的污 染。Pb、Mn单因子污染指数平均值为0.84和0.85，都处于尚清洁水平上。Zn除4个点处于轻度污染范围内外，其它所有的点都处于较为安全的范围，而平均值为0.71,处于尚清洁水平。研究区综合污染指数的范围1.54 4.93,平均值为2.01，达到了中度污染水平。大荔县农业土壤重金属污染应当受到当地政府的重视，加强污染的治理与防治。土壤重金属污染分布情况© 194-2014 China Acadtinie Journal Ekcitonic Publishiti HousCj All rights rvstrved. htTp:knet-# 干

18、旱区资源与环境第28卷吧 194-2014 Chirw Acadeinic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http'/A¥W-85 干旱区资源与环境第28卷图2 Zn污染空间分布图图3 Pb污染空间分布图Fig 3 Spatial analysis diagram of Pb pollutionFig 2 Spatial analysis diagram of Zn pollution图4 Cr污染空间分布图图5 Cu污染空间分布图Fig 5 Spatial analysis diagram

19、 of Cu pollutionFig 4 Spatial analysis diagram of Cr pollution图6 Mn污染空间分布图Fig 6 Spatial analysis diagram of Mn pollution图7综合污染指数空间分布图Fig 7 Comprehensivepollution index of spatial analysis diagram吧 194-2014 Chirw Acadeinic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http'/A¥W第1

20、期胡明 大荔县农田土壤重金属分布特征与污染评价-87 大荔县Zn在西南部以及北部地区含量较高图2），结合表2大荔县农业土壤重金属污染评价发现当地农业土壤中Zn的含量较低。从图3可以发现，Pb含量较高地区分布在一条自东北到西南的条带上，而东南部农业土壤中Pb含量较低。结合表2全县Pb的污染程度低，分布在上述的污染较严重带上的点也仅为轻度污染，此区域农业土壤主要依靠洛惠干渠以及渭河水灌溉，在黄河流域劣于 川类水质河长3276km,占总河长的84 .3%胞，渭河是黄河最大支流，所以污灌对土壤Pb的累积有一定影响，而农药化肥的施用、城市化的加快以及公路 铁路都有可能造成当地 Pb的累积。大荔县Cr、C

21、u的污染程度最为严重图4,5）,而两元素的污染分布情况较为一致，主要在大荔县北部地区，西南和东南地区也有较少范围分布。当地农业土壤中 Mn的污染程度低 图6）,大部分采样点都处于清洁及尚清洁水平，含量较高的地区主要分布在大荔县的东部、西南以及东北部地区。从图7的综合污染指数空间分布图可以看出，研究区的农业土壤综合污染指数分布与Cr、Cu分布情况相似，说明Cr、Cu对综合污染指数空间分布影响较大。3讨论1）县域农业土壤重金属的污染现状及空间变异特征对农业规划和土壤环境污染的治理具有重要意义。土壤重金属污染的评价方法多样，不同的分析方法势必会有不足之处，并且本次研究受到采样点密度ZnPbCrCuM

22、nZn10.4620.2630.6720. 000Pb0.09910.0000.0000. 357Cr-0.151头头0.48210.0000. 018Cu-0.0570.483 *0.901 I10. 027Mn0.6801-0.124-0.313*-0.293*1左下方为相关系数，右上方为显著性水平。在0. 01水平双侧）上显著相关*在0.05水平双侧）表3 土壤重金属含量的皮尔逊相关系数矩阵Tab.3 Pearsons correlations matrix for soil heavy metal concentrations上显著相关小,重金属指标较少等因素的影响，会对研究区域内农田

23、土壤重金属的空间变异特征及影响因子判断产生影响。在后续的研究中将进一步完善评价方法和评测指标体 系。尽管如此，文中研究基本反映了大荔县农业土壤重 金属的空间变化情况。2）重金属之间的相关系数可以表明其来源途径的 相似性程度，一般相关系数较高的重金属之间具有依存 关系，可能有相似的来源途径；相关系数较低的重金属之 间则依存关系弱，来源途径不尽相同"。通过SPSS19对大荔县农业土壤中的 Zn、Pb、Cr、Cu、Mn等五种重金属 进行皮尔逊相关性分析，其相关性矩阵表3）。，并且Mn与Cr、Cu在0.05置信水平。Mn般情况下又被认为是自然来 取，研究区Mn的平均值低于背景从表3可以看出，

24、重金属Mn与Pb、Cr、Cu三元素呈负相关关系 上呈现出显著负相关，说明Mn与以上三种元素来源不同可能性较大 源的特征元素，也被用于测定人类活动对重金属累积影响的参照元素值，可以判断重金属 Mn主要受到黄土母质的影响 。Zn Mn在0.01置信水平上呈现了显著的正相关，Zn与Cr、Cu、Pb没有呈现显著相关性，那么大荔县土壤中 Zn与Mn来源相似的可能性较大，即受到黄土母质的影响。大荔县农业土壤中Pb的含量不高，低于土壤的背景值，但是Pb、Cr、Cu之间在0.01置信水平上相互 呈现显著性正相关关系，来源相同的可能性较大。从重金属的空间分布图及污染评价结果来看，Cr、Cu的污染情况最为严重，P

25、b污染程度较轻，并且Cr、Cu的分布情况与综合污染指数的分布图基本一致。有研究表明土壤中的重金属污染的原因主要有：矿石开采、城市化建设、固体废弃物堆积、施用化肥、污水灌溉等原因"刀，大荔县北部Cr、Cu含量较高地区有西禹高速公路、108国道从此处经过，同时农业土壤的灌溉依靠洛惠灌渠，而西南地区的灌溉主要依赖渭河，这些因素对 Cr、Cu的累积都有较大的影响。在东南地区,Cr、Cu的污染也较大，此区域不仅依赖渭河水灌溉，而且其东邻是陕西省贵重金属生产地潼关县，矿产企业多，矿业活动往往造成严重的生态破坏和环境污染问题，同时它也是土壤重金属污染物的重要来源之13一，这对东南部地区的重金属累积

26、产生较大影响。西南污染较严重地区与华阴市罗敷镇接壤，当地建有火力发电厂 -罗敷电厂，其对大荔县西南地区 Cr、Cu累积影响较大。从而可以推断大荔县农业土壤重 金属的污染与污水灌溉、城市化建设、矿石开采等综合因素有关。3）随着经济的不断发展以及城市化进程的加快，县域发展速度也增速明显，这也造成了农业土壤重金属污染在整体上呈现出了污染程度高，污染多样化的情况。在今后的发展中，应不断使用新技术改良并降低土壤污染物的累积,将土壤重金属污染的风险降到最低。4结论1) 研究区内农业土壤重金属中Cr、Cu污染情况最为严重；Pb、Zn、Mn基本处于安全的范围。2) 从综合污染指数来看，所有的监测点都受到了重金

27、属污染，主要以轻度污染为主 ，当地政府应该 重视农业土壤环境，避免进一步恶化。3) 研究区的重金属累积主要受到污水灌溉、城市化建设与矿石开采等综合因素的影响。参考文献1 邢光熹，朱建国 土壤微量元素和稀土元素化学皿.北京，科学出版社,2002 ：2 -13.2 夏家淇.土壤环境质量详解皿.北京：中国环境科学出版社,1996 :222 226 .巨汪新生，郭琦.陕西省重金属污染特征分析口 .中国环境监测,2011, 27 4 )：22 -27 .4 郑国璋.关中灌区农业土壤重金属污染调查与评价J . 土壤通报，2010,41 2):473 -478 .5 易秀，谷晓静，侯燕卿，等.陕西省泾惠渠灌

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