试析耕地土壤重金属污染特征

侯林洋　陈应华

摘 要：土壤与人类的生存和生产有着密不可分的联系，会对生态环境产生深刻影响。基于此，本文研究耕地土壤重金属污染特征，讨论获得的试验测定结果，并根据测定结果深入研究耕地土壤重金属污染所表现出的特征，主要涉及到土壤污染重金属的种类和含量相关内容。

关键词：地累积指数法;重金属污染;相关性

中图分类号：S-3

文献标识码：A

引言

在最近几年的发展中，工业生产活动越来越频繁，对土壤耕地产生重金属污染的生产活动有开采矿山、排放废渣废水、农作物残余肥料。由于受到重金属的污染，耕地土壤的质量日益下降，重金属无法被微生物降解，便成为有毒污染物存在于土壤环境中，通过食物链的循环作用危害人类的身体健康。

1 获得测定结果

1.1 地累积指数法获得的测定结果

运用地累积指数法进行检测得到的结果显示，大多数点位处于无污染水平，在所有的点位中，重金属Cr和重金属元素Cu的指数值都处于-1～0。有个别点位的Cu含量处于2级水平，这说明这些点位的污染程度在轻度到中度之间。Pb元素处于无污染等级的有16个，Zn元素处于无污染等级的有18个。其中有1个点位Pb元素污染达到了4级，是这些测量点位中污染等级最高的，达到了重度污染的水平。测量剩余的4个点位都处在第2等级上，为轻度污染和中度污染。其中在D1点Zn的污染达到了3级，也就是处于中度污染和重度污染之间，测量的另外2个点位Zn的污染等级同样处于2级。污染最为严重的是Cd，其中只有2个点位处于无污染的状态，有13个采样点的污染处于2级水平，有4个采样点位Cd的污染等级达3级。另外在D1点Cd的污染等级达7级，也就是极重度的污染。按污染从重到轻的顺序进行排列，顺序是Cd>Zn>Pb>Cu>Cr[1]。

1.2 潜在生态分析法获得的测定结果

评价坝间重金属潜在生态危害，会将土壤背景值作为参照。从评价结果来看，在测点B和测点E中重金属的潜在危害达到很强的程度。另外在测量区域中，有3个点位处于强生态危害的范围，为A、F、G点，达中等生态危害程度的有1个点位，为I，H点和J点的潜在生态危害属轻微级别。在G测量区域内，干流RI的污染程度高于下游的污染程度，表现较为突出的是B点和E点，这2个点位的RI值分别是871.59和772.45。从测量的结果来看，在各个断面内RI的表现趋势与Cr的地质积累分布情况是一致的。这说明RI受到Cr的深刻影响，也就是说Cr做了最大的贡献，而Pb、Zn、Cu所做的贡献比较小。这一推断得到了单种重金属潜在生态危害系统的证实。在不同的断面中，Cr所做出的贡献处于79.23%～98.26%。在RI值越大的情况下，说明Cd的贡献值也就越大。展开相关性分析，得到的结论是在坝间耕地土壤中，Pb、Cu、Zn的含量呈现出较为显著的正相关性，显著性在0.931～0.977。由此可初步得出结论，这些污染的源头有可能是相同的。另外，Cd与Pb、Cu、Zn之间的相关性并不显著，这说明Cd的来源与其它3种重金属不同。

2 讨论测定结果分析耕地土壤重金属污染特征

2.1 重金属的含量

在调查区域内，干流坝间有大量的耕地，空地上有树木和绿草。在桥以上的流域中，坝间耕地的主要種植物是玉米和水稻。这些耕地有可能会受到河水冲击的影响，主要发生在丰水期，而且坝间土壤比较肥沃也是造成河水冲击的原因之一。种植玉米期间不会施肥，也不会喷洒农药。在此条件下，种植并收获的玉米被视为绿色产品，因此可以忽视玉米农药的安全性。从研究结果来看，坝间耕地受Zn污染比较小，其中有部分河段在一定程度上受到Cu、Pb的污染，污染较普遍的是Cd。在部分河段耕地中，受Cd污染较为严重。污染值已经远远超过了能够保证农作物正常生长的值，同时也超过了能维护人体健康的限定值，已不适宜种植农作物。从学者给出的研究报告中发现，Cd污染程度在所研究的重金属中属污染最严重的1种，污染达中度和重度水平。Cd是主要的排放重金属污染物，整个流域都受到了Cd的严重污染。试验表明土壤的总超标率为16.1%，耕地点位的超标率达19.4%，土壤Cd的超标率为7.1%，在重度污染中，Cd的点位比例达0.5%。由此可见，Cd污染是目前较为严重的安全隐患，被Cd污染的流域已经较为普遍，尽快对受到污染的土壤进行修复和治理非常关键。

2.2 污染现状

分析时从单因素的角度入手，Cd的含量是5种重金属中最低的，但是却有最强的潜在生态危害，而且在多个地区间都有一致的表现。假如在该污染区域中种植农作物，有可能会出现生物积累和富集的问题，这一研究结果与众多研究项目所得出的结论是相同的。所以应该对Cd的污染情况引起重视，并将此作为下一步治理环境的重要方向，起到修复土壤活性的作用。出现这种情况，分析其中的原因，该地区在种植农作物的过程中，经常会用到磷肥、无机肥。这便是农田中Cd污染的主要来源[2]。该污染特征甚至存在于全国各地的耕地土壤中。由此可见Cd这一重金属污染来源于农业的面污染，而非来自于点源。除Cd外，重金属污染较为严重的是Hg，对生态环境造成了比较严重的危害，试验所得到的污染指数是5.4。该金属元素属于燃煤烟气的产物，是一种特征性产物。另外As的重金属污染也比较严重，该重金属主要来源于化工、冶炼和燃煤的工业生产过程，该重金属污染物存在于废水、废气和废渣中。有这些污染元素的地区存在一个共同的特征，就是滨江临海，位于化工园区的主要集中地附近，受到了当地工业排放的较大影响。

2.3 土壤重金属的相关性

土壤重金属的来源具有多源性特征，可具体分为2种：人为因素，成土母质。在土壤重金属源的解析中，经常会用到相关性分析这一方法。主要是研究在某一区域内重金属总量之间的相关性，从而推断出土壤中的重金属相互之间是否具有共同的行为。假如重金属相互之间存在着显著的正相关关系，则说明这2种元素或者是多种元素有着相似的来源途径，也说明其中可能存在着复合污染的情况。分析土壤重金属的相关性，能判断出土壤重金属的污染来源，其中Pb和Cr之间的相关系数是0.301，Cd和Cr之间的相关系数是0.146，As和Cr之间的相关系数是0.367，Hg和Cr之间的相关系数是-0.016，Cd和Pb之间的相关系数是0.291，Pb与As之间的相关系数是0.278，Pb与Hg之间的相关系数为0.200，Cd与As、Hg的相关系数分别是0.313和0.160，As与Hg的相关系数为0.103。从上述研究结果来看，元素相互之间呈现出极显著正相关性的是Cd、Hg、As之间。相关性系数的变化范围在0.103～0.313，Cr与Hg相关之间没有相关性，而Cr与Pb、As、Cd相互之间呈现出了较为显著的正相关性，也就是P>0.01，相关性系数处于0.146～0.367。通过分析土壤重金属之间的相关性，得出结论，重金属的来源非常相似。

2.4 金属元素的主成分

在分析主成分的工作中，需面向土壤重金属进行集中提取，从而明确重金属的污染来源。随着土壤发生一些变化，元素相互之间也会表现出某种组合特征，有效分析这些元素的组合特征应该对主成分分析加以有效利用。运用主成分分析法，能起到消除样品变量空间多元性的作用，此时就能顺利提取与样品变量有关的信息。以污染浓度为依据，选择出2个特征值>1的主成分，得到了主成分的因子累积贡献率，数值为81.18，分析这2个主成分，对原始数据的大部分信息给出合理解释，并进一步分析出重金属的污染情况[3]。分析主成分，解释主成分信息，会采用Kaiser标准化正交旋转的方法，旋转后会得到一个成分图。得到的结果是第一主成分的贡献率为64.63%，含量载荷比较高的金属有Hg、Se、Cd、B、Cu、Zn，其中具有非常相似的地球化学性质的2个金属元素是B和Zn。如果耕地位于金属矿区或者是矿周边，就容易出现Cd污染。该地区历史上曾有过大规模的金矿群采选活动，所采用的提金工艺是混Hg法，而回收Hg则比较困难，因此土壤出现了Hg污染的问题。

3 总结

综上所述，本文主要讨论地累积指数法、潜在生态分析法所获得的测定结果，并根据测定结果分析耕地土壤重金属污染特征。主要总结了4方面的内容：重金属的含量、污染现状、土壤重金属的相关性、金属元素的主成分。需根据耕地土壤重金属污染特征来制定治理决策，有效控制污染源以取得良好的土壤整治效果。

参考文献

[1] 李阳时佳，闵宁，许思羽.宿州耕地土壤重金属污染特征及其风险评价[J].西昌学院学报（自然科学版），2020，34（01）：62-66.

[2]孙德尧，薛忠财，张科.冀北山区某矿区周边耕地土壤重金属污染特征及生态风险评价[J].生态与农村环境学报，2020，36（02）：242-249.

[3]张明意，李倩，吴云杰.锁黄仓湿地公园土壤重金属“Pb”“As”“Mn”的分布特征及其污染评价[J].科技资讯，2020，18（01）：73，75.

（责任编辑 贾灿）