武陟农田土壤重金属污染特征及相关性分析

温思寒

（河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作 454000）

农田土壤重金属污染会对农作物的生长造成不利影响。近年来，影响农田土壤重金属含量的因素越来越多，如污水灌溉、底泥还田、劣质农药和化肥的使用等[1]。单因子污染指数法及潜在生态危害指数法是农田土壤重金属污染评价的主要方法[2]。单因子污染指数法一般是对单个污染物进行分析评价，目前最常用的是瑞典学者Hakanson提出的潜在生态危害指数法[3]，我国许多学者使用该方法进行了土壤重金属潜在生态风险评价[4]。

焦作市工业集聚区的建设、工业污水处理厂废水排放对河道水质以及底泥的影响，均有可能对农田土壤造成影响，众多学者对焦作土壤进行了评价[5]。本研究对武陟农田地块中的As、Cd、Cu、Ni进行了农田土壤重金属污染特征分析，并探究了重金属之间的相关性，为农田管理提供一定的参考经验。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

武陟县位于焦作市东南部（东经112°11'～113°39'，北纬33°56'～35°10'），属于暖温带大陆性季风气候。全县土壤主要为潮土类，占全县面积的85.1%。武陟县年平均降水量为585.1 mm，年平均气温为15.4 ℃。研究区概况如图1所示。

图1 研究区概况

1.2 样品采集和处理

基于支流1和支流2的不同距离，分别取农田土壤采样点，如图2所示。采集农田表层土壤，采样点取土深度及质量应均匀一致。每个样品一般在1 kg左右，采用四分法去除多余土壤并做好采样记录。

图2 采样点布设

1.3 测定及方法

将土壤样品放在干燥通风的地方风干、研磨，过60和100目尼龙筛去除杂物，经消解和定容后，用ICP-MS测定[6]。

1.4 数据处理

数据的统计分析使用SPSS19.0和Excel完成。

2 结果与分析

2.1 武陟农田土壤重金属质量分数特征

Cd、As、Cu和Ni的测定结果见表1，平均质量分数大小：Ni＞Cu＞As＞Cd；Cd和As超过筛选值，Cd超标率为89%，As为18%；Cd有68%超过风险管控值。Cd的平均质量分数是背景值的41.47倍；As、Cu分别有71%和32%点位超过背景值，平均质量分数是背景值的1.26倍和1.11倍，Ni有43%点位超过土壤背景值，平均质量分数是土壤背景值的1.22倍。变异系数显示，Cd和Ni的变异系数分别为0.71和0.72，属于分异型，元素分布不均匀，可能是污水灌溉或化肥使用不合理造成的。其余元素变异系数在0.30～0.60，离散程度较弱，污染主要源于成土母质方面的影响。Cd、As、Cu和Ni的变异系数大于40%，根据前期调查，河流上游皮革厂排放的污水中含有这些元素，所以可能存在工业点源污染[7]。

表1 武陟农田土壤重金属质量分数

2.2 农田土壤重金属污染评价

2.2.1 单因子污染指数法

武陟重点地块农田土壤重金属单因子污染指数如表2所示。Cd的单因子污染指数均值为10.70，程度为重污染，污染级别为Ⅳ；其余重金属均为清洁级别，污染级别为I。单因子污染指数均值大小为Cd＞As＞Cu＞Ni。

表2 武陟重点地块农田土壤重金属单因子污染指数

2.2.2 潜在生态危害指数法和单个重金属元素潜在生态危害贡献率

武陟重点地块农田土壤重金属生态危害系数及指数如表3所示。风险指数的最大值为776.70，最小值为18.14，均值为278.25，为中等风险级别。潜在生态风险系数大小为Cd＞As＞Cu＞Ni，Cd的潜在生态风险系数均值大于40.00，其余元素小于40.00；Cd的贡献率为94%，其余元素的贡献率为6%，Cd是主要污染因子。这与牛晓音等[8]对农田土壤重金属污染的评价方法一致。

表3 武陟重点地块农田土壤重金属生态危害系数及指数

2.3 武陟重点地块农田土壤重金属质量分数之间的相关性

武陟重点地块农田土壤重金属质量分数之间的相关性结果如表4所示，Cd与As的相关系数为0.891，两者之间表现为显著相关，Cd与As之间存在同源污染，污染来源和周边支流的灌溉有关。

表4 武陟重点地块农田土壤重金属质量分数的相关性

3 结语

在武陟农田土壤中，Cd和As存在超标现象。从4种重金属的变异系数来看，Cd和Ni的变异系数在0.60～1.00，属于分异型，元素分布不均匀，可能是因为污水灌溉或化肥不合理施用。其余元素变异系数在0.30～0.60，离散程度较弱，污染可能源于自然环境和成土母质。Cd的单因子污染指数均值为10.70，污染级别为Ⅳ，为重污染，其余重金属污染级别为I，均为清洁级别。Cd的潜在生态风险指数的贡献率为94%。农田中的Cd与As之间存在同源污染。

农田中的Cd超过了土壤的背景值、筛选值、管控值，Cd生态风险程度较高，需要重点关注，As元素也有部分样本超过了土壤筛选值，生态风险程度相对较低，但同样也应引起重视。Cu和Ni均未超过土壤筛选值，但在日常生产活动中，也要注意它们的来源，Cd和As具有同源性，主要源于周边河流的灌溉以及磷肥的施用。