探析长期污灌农田土壤重金属污染与潜在环境风险评价.docVIP

探析长期污灌农田土壤重金属污染与潜在环境风险评价 　　[摘要]中国是世界公认的13 个贫水国之一，同时也是水污染较为严重的国家。为缓解农业用水，引污水灌溉农田在我国北方缺水地区非常普遍。污灌不仅能显著提高土壤肥力、促进粮食生产，还能有效缓解农业用水紧张，解决城市污水排放等问题。但与此同时，伴随污灌，也造成各种重金属元素在土壤中富集，通过土壤-作物系统中迁移和食物链传输，对人体健康构成严重威胁。为促进区域生态环境建设和保障农产品安全，众多学者围绕污灌区土壤重金属环境容量、重金属在土壤-作物系统中赋存形态及迁移转化、土壤生物及上覆植被重金属污染响应、土壤重金属复合污染评价等方面开展了一系列研究，并取得丰硕成果。但相比较而言，针对我国西北干旱半干旱地区开展污灌农田土壤重金属潜在环境风险的研究则相对较少。为此，本文以某市典型污灌区为研究对象，系统分析长期污灌条件下土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb 和Zn 的含量及富集状况，并采用内梅罗指数法和Hakanson 潜在生态危害指数法对该区土壤重金属污染现状与潜在环境风险进行评价，旨在为西北地区污灌农田土壤重金属污染防治、区域环境保护，以及土地利用结构调整提供必要理论及决策依据。 　　[关键词]污水灌溉 土壤重金属 污染评价 潜在环境风险评价 　　[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-356-3 　　1材料与方法 　　1.1研究区概况及数据采集 　　研究区位于该市西北郊沣惠渠灌区，面积14.27 km2，介于北纬34°18′～34°20′，东经108°20′～108°50′之间，属暖温带半干旱大陆季风性气候，年均气温13.4 ℃，平均降水量580.17 mm，全年盛行东北风和西南风;该区地势平坦，海拔380～385 m，成土母质为冲积性次生黄土，土层深厚，质地匀细，以黄绵土（按中国土壤系统分类为石灰干润雏形土，CalcaricUstic Cambosols）为主，土壤养分含量较高。 　　本研究经多次实地走访、查阅相关资料，在当地农户协助下确定农田污灌年限及离灌渠距离，于2010 年5 月小麦收获前，按随机均匀布点方式采集农田土壤样品52 份。在每个样点周围5 m×5 m 正方形范围内设置6～28 个样品采集点，在每个采集点用塑料铲取表层土壤（0～20 cm）0.5 kg，均匀混合后取2 kg装袋带回，并用GPS 记录正方形中心位置为该采样点坐标，样点分布见图1。采集土样在室内阴凉处自然风干，捡出石块、根须等异物，用木棒、玛瑙研钵等工具磨碎后过100 目尼龙网筛，装瓶备用。土壤重金属含量（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）参照国家土壤环境质量标准（GB 15618―1995）进行测定，并在测试过程中加入标准土壤样品（GSS17 和GSS19）进行质量控制，分析过程所用试剂为优级纯;土壤pH 值按土水比1∶2.5 比例混合、搅拌、静置，pH 计测定。 　　1.2数据处理 　　在本研究中，对土壤重金属数据整理和描述统计用Excel 2010 完成，统计分析用SPSS 19.0 软件完成，研究区及样点分布图用ArcGIS 9.3.1 软件完成。 　　2结果与讨论 　　2.1土壤重金属含量及富集状况 　　表1 为研究区污灌农田土壤重金属描述统计结果。8 种土壤重金属平均含量分别为As 9.88 mg?kg-1、Cd 1.45 mg?kg-1、Cr 88.41 mg?kg-1、Cu 52.24 mg?kg-1、Hg 1.38 mg?kg-1、Ni 34.14 mg?kg-1、Pb 55.01 mg?kg-1 和Zn 151.16 mg?kg-1。经与当地背景值比较发现，Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb 和Zn 7 种元素的平均含量均高于自然背景水平，其中Cd、Cu、Hg 和Zn 的富集比例达到100%，Cr、Ni 和Pb 的样品富集个数也分别有43、42和51 个;在8 种土壤元素中，仅有As 的平均含量略低于背景水平;按富集比例排序为Cd=Cu=Hg=Zngt;Pbgt;Crgt;Nigt;As，前7 种元素在表层土壤中已呈现不同程度累积，仅有As 保持相对清洁。此外，通过比较各元素富集倍数还发现，土壤Hg 和Cd 的平均含量分别达到本地区背景含量的10 倍和5 倍，表明该区由于长期污水灌溉，已导致农田土壤Hg、Cd 元素的显著富集，应引起农业环境部门重视。 　　在地球环境化学中，土壤元素的累积通常伴随变异性的增强。因此，作为反映环境变量总体波动特征的参数―――变异系数，在一定程度上可用于表征各元素的累积状况。由表1 可知，8 种土壤重金属变异系数介于10%～90%之间，Cd