杜麗偉，馮新偉，楊素勤，張少凱，張 寧，郭正磊，李 玲

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州450002)

土壤作為食物和其他各種農(nóng)畜產(chǎn)品最主要的生產(chǎn)載體，為人類提供生存所必須的能量物質(zhì)，土壤環(huán)境質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到人的生存狀況［1］。近年來(lái)，環(huán)境污染和生態(tài)破壞日漸加劇，尤其是從事金屬開(kāi)采、冶煉等工礦企業(yè)集中地區(qū)，由于重金屬隱蔽性、長(zhǎng)期性、不可逆轉(zhuǎn)性［2］等特點(diǎn)，導(dǎo)致其進(jìn)入土壤后因不能被生物降解而長(zhǎng)期存在于土壤中且不斷積累，并通過(guò)地上作物轉(zhuǎn)移到人體中，對(duì)人類健康產(chǎn)生潛在危害，因此監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。各國(guó)對(duì)土壤及土壤環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題一直給予了充分的重視，美國(guó)自1993年土壤質(zhì)量協(xié)會(huì)成立后，一直將土壤質(zhì)量作為美國(guó)農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局的重點(diǎn)。IOAN SUCIU依據(jù)羅馬尼亞當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘俸繕?biāo)準(zhǔn)對(duì)Transylvania中部不同重金屬冶煉區(qū)域進(jìn)行重金屬污染評(píng)價(jià)［3］。國(guó)內(nèi)關(guān)于土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法有很多，張鳳榮等［4］、陳乾坤等［5］、何騰兵等［6］分別利用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法分別對(duì)北京市、江蘇省、貴州某鉛鋅冶煉廠廢棄地等地區(qū)進(jìn)行了土壤重金屬污染評(píng)價(jià)。王芬等［7］、張開(kāi)軍等［8］、李保杰等［9］分別基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊數(shù)學(xué)法、地統(tǒng)計(jì)方法對(duì)中藥川芎主產(chǎn)區(qū)都江堰、崇州等15地、小秦嶺金礦區(qū)和徐州市進(jìn)行了重金屬污染評(píng)價(jià);張素娟［10］、楊剛等［11］對(duì)陜西藍(lán)田冶煉廠對(duì)周邊農(nóng)田土壤與小麥系統(tǒng)土壤重金屬污染、遷移及生態(tài)健康狀況以及四川省甘洛縣赤普溝鉛鋅礦區(qū)土壤、農(nóng)作物及當(dāng)?shù)鼐用裰亟饘贁z入量進(jìn)行健康評(píng)價(jià)。本研究區(qū)地處太行山南麓，礦產(chǎn)資源豐富，聚集了大量的礦產(chǎn)開(kāi)采、冶煉及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)，但其周圍仍存在大量的農(nóng)作物種植區(qū)域，常年的采礦活動(dòng)勢(shì)必對(duì)周邊農(nóng)田及農(nóng)作物產(chǎn)生一定的污染，本研究通過(guò)對(duì)研究區(qū)土壤—作物系統(tǒng)中的重金屬含量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并利用克里格插值法，得到研究區(qū)表層土壤環(huán)境質(zhì)量空間分布圖，對(duì)其污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，并依據(jù)土壤—小麥系統(tǒng)重金屬相關(guān)性，確定其最終評(píng)價(jià)結(jié)果，為合理發(fā)展和規(guī)劃農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)參考，對(duì)于已經(jīng)遭受污染的農(nóng)田土壤，采取適當(dāng)方法實(shí)施修復(fù)和治理，防止污染的進(jìn)一步擴(kuò)大和發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)處于太行山南麓，北依太行山，西鄰?fù)跷萆?，位于北?35°03'～ 35°12'和東經(jīng) 112°25'～112°38'，總面積約 272 km2，屬溫帶大陸季風(fēng)性氣候，年平均氣溫14.4℃，年平均降水量648 mm，全年無(wú)霜期230 d，年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)(風(fēng)頻11%)。研究區(qū)農(nóng)用地面積182.19 km2，占研究區(qū)總面積的66.9%，除一些林地、園地，設(shè)施農(nóng)用地外，主要為小麥、玉米種植區(qū)。研究區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，2012年就實(shí)地調(diào)查得知，已探明的各種礦藏達(dá)40余種，主要有鐵、銅、鋅、鉛及煤炭、石英石、鋁釩土、石灰石、粘土等，研究區(qū)零散分布有40家不同類型的廠礦企業(yè)，主要經(jīng)營(yíng)鉛鋅冶煉和有色金屬合金制造等，其企業(yè)分布現(xiàn)狀見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)現(xiàn)狀企業(yè)及土壤樣點(diǎn)分布圖Fig.1 The distribution of existing smelting companies and soil sampling points in the study area

2 材料與方法

2.1 樣品采集和測(cè)定

土壤樣點(diǎn)(除東—南部的城鎮(zhèn)居民點(diǎn)外)采用網(wǎng)格布點(diǎn)法，GPS定位，并在距離現(xiàn)狀企業(yè)周圍區(qū)域進(jìn)行了加密采樣，采集表層土壤(0～20 cm)327個(gè)，重量約為1 kg，由于部分農(nóng)田撂荒等原因，最終獲得小麥樣品188組，每組采集小麥樣品10株，隨后將土壤樣品和小麥樣品帶回實(shí)驗(yàn)室。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干處理后，進(jìn)行研磨和過(guò)篩，貯存?zhèn)溆谩Ｐ←溩恿悠方?jīng)風(fēng)干、去殼，研磨篩選過(guò)后，貯存?zhèn)溆谩?/p>

土壤pH值測(cè)定采用電位法，有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法，陽(yáng)離子交換量采用EDTA—銨鹽快速法進(jìn)行測(cè)定。土壤重金屬Pb、Cd的測(cè)定采用石墨爐原子吸收分光光度法(GB/T17141—1997)，As的測(cè)定采用硼氫化鉀一硝酸銀分光光度法(GB/T17135—1997)，Hg的測(cè)定采用冷原子吸收分光光度法(GB/T17136—1997)。小麥子粒中不同重金屬含量的測(cè)定依據(jù)GB/T5009—2008中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

2.2 污染程度評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法 單因子污染指數(shù)法是國(guó)內(nèi)現(xiàn)今常用的一種重金屬污染評(píng)價(jià)方法［5，6］，公式為:

式中:Pi為土壤中重金屬i的單因子污染指數(shù)，Ci為土壤中重金屬i的實(shí)測(cè)值，mg·kg-1;Si為土壤中i重金屬元素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，mg·kg-1。為了能夠全面反映土壤整體的污染狀況，本研究采用了內(nèi)梅羅綜合指數(shù)，它兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，可以突出污染較重的重金屬污染物的作用，公式為:

式中:P綜為采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)，Pimax為土壤中i重金屬元素單項(xiàng)污染指數(shù)最大值，Piave為土壤中i重金屬元素單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。此次單因子評(píng)價(jià)以文獻(xiàn)［12］二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為重金屬的標(biāo)準(zhǔn)含量(表3)，土壤污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)［4］二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及所對(duì)應(yīng)污染程度如表1所示。

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The classification standards of soil environment quality

2.2.2 地積累指數(shù)法和地積累綜合污染指數(shù)法

以上方法對(duì)研究區(qū)土壤重金屬污染程度可進(jìn)行較為全面的評(píng)價(jià)，但無(wú)法從自然異常中分離人為異常，判斷表生過(guò)程中重金屬元素的人為污染情況，地累積指數(shù)法［5，13］注意到了此因素，其表達(dá)公式如下:

式中:Igeo，i為土壤中重金屬i的地積累指數(shù)，Ci為重金屬i的實(shí)測(cè)值，mg·kg-1，Bi為重金屬i的地球化學(xué)元素背景值，以研究區(qū)當(dāng)?shù)貐^(qū)域背景值為標(biāo)準(zhǔn)，mg·kg-1。k值為考慮各地巖石差異可能會(huì)引起背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)，一般取值為1.5。

為了更直觀地了解內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和地積累綜合污染指數(shù)法對(duì)研究區(qū)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的差異，本研究基于地積累指數(shù)法與內(nèi)梅羅指數(shù)法，將兩者相結(jié)合得到研究區(qū)地積累綜合指數(shù)，公式如下，因?yàn)榇嬖谥亟饘俚胤e累指數(shù)為負(fù)值情況，當(dāng)Iiave＜0時(shí)，直接將綜合地積累指數(shù)級(jí)別劃定為Ⅰ級(jí)不再進(jìn)行綜合指數(shù)的計(jì)算，當(dāng)Iiave＞0時(shí)，依據(jù)公式(4)計(jì)算其地積累綜合污染指數(shù)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 地積累指數(shù)分級(jí)Table 2 The classification standards of geoaccumulation index

式中:I綜為采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)，Iimax為土壤中i重金屬元素單項(xiàng)污染指數(shù)最大值，Iiave為土壤中i重金屬元素單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。

地積累指數(shù)及綜合指數(shù)分為Ⅰ～Ⅶ級(jí)7個(gè)級(jí)別，表示污染程度由無(wú)至極強(qiáng)，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與污染程度之間的相互關(guān)系見(jiàn)表2。

2.3 小麥重金屬污染評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

小麥重金屬污染評(píng)價(jià)以文獻(xiàn)［16］作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表3)。

表3 土壤、小麥重金屬元素污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The standards for appraisal of soil and wheat heavy metal pollution mg·kg-1

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤—小麥重金屬含量及相關(guān)性分析

3.1.1 土壤重金屬含量分析 研究區(qū)農(nóng)田為旱地，土壤pH 值 6.48～8.43，327個(gè)土壤樣點(diǎn)中僅有18個(gè)樣點(diǎn)pH＜7，平均值為7.82，整體呈弱堿性土壤。由于土壤重金屬污染的非均勻性，故選取平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等統(tǒng)計(jì)量對(duì)研究區(qū)土壤重金屬含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4中可以看出，研究區(qū)土壤樣品重金屬的平均含量分別為:Pb 285.43 mg·kg-1，Cd 3.32 mg·kg-1，As 25.3 mg·kg-1，Hg 0.241 mg·kg-1;與區(qū)域背景值比較后發(fā)現(xiàn)，4種重金屬均值均高于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸担亟饘貱d平均含量高于區(qū)域背景值43倍之多，Pb平均含量是區(qū)域背景值的14倍，Hg平均含量是區(qū)域背景值的7倍;與土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)最大限量比較得到，Cd、Pb和As均超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)最大限量，且研究區(qū)土壤重金屬Cd和Pb污染嚴(yán)重。變異系數(shù)反映總體中土壤采樣點(diǎn)的變異程度，研究區(qū)除重金屬As以外，其它重金屬的變異系數(shù)均大于140%，變異系數(shù)由大到小依次為Cd、Pb、Hg和As，表明研究區(qū)內(nèi)4種重金屬在不同地點(diǎn)的含量差異均較大。

表4 研究區(qū)土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析Table 4 Descriptive statistics of soil heavy metals in the study area

3.1.2 小麥子粒重金屬含量分析 如表5所示，小麥子粒中Pb、Cd、As和Hg4種重金屬含量均值分別為 0.64、0.287、0.177、0.005 8 mg·kg-1，以文獻(xiàn)［14］為標(biāo)準(zhǔn)，重金屬Pb和Cd含量均值超過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)限量值，超標(biāo)率分別為93.09%和92.02%，重金屬As和 Hg均值未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限量值，僅有4.26%和5.82% 的小麥樣品超標(biāo)。由此可見(jiàn)，研究區(qū)內(nèi)小麥重金屬Pb和Cd污染較為嚴(yán)重。從小麥樣品中各重金屬含量變異系數(shù)來(lái)看，變異系數(shù)均在70%以上，說(shuō)明在不同地點(diǎn)上小麥子粒中4種重金屬含量差異較大。

3.1.3 小麥與土壤中重金屬相關(guān)分析 表6揭示了小麥子粒中重金屬含量與土壤理化性質(zhì)、土壤中重金屬含量之間的關(guān)系，但從表中發(fā)現(xiàn)其與土壤理化性質(zhì)即pH值、有機(jī)質(zhì)和陽(yáng)離子交換量之間無(wú)顯著相關(guān)，與土壤重金屬含量呈顯著相關(guān)。一般情況下，土壤pH值越小，重金屬在土壤中的溶解性越強(qiáng)，越有利于向作物中遷移，作物中重金屬含量會(huì)增加，而研究區(qū)小麥子粒重金屬與卻與土壤pH值呈一定正相關(guān)，其原因有待進(jìn)一步研究。與土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)會(huì)降低土壤重金屬的有效性，從而降低作物對(duì)土壤重金屬元素的吸收，這與祖艷群等［15］研究結(jié)論相似。除重金屬Hg外，小麥子粒中重金屬含量與土壤陽(yáng)離子交換量表現(xiàn)出一定的負(fù)相關(guān)性［16］。小麥子粒中4種重金屬與土壤相應(yīng)重金屬在0.01水平上呈不同的顯著相關(guān)，一方面說(shuō)明小麥對(duì)不同重金屬吸收存在一定的差異，吸收能力的大小依次為Cd＞As＞Pb＞Hg，另一方面說(shuō)明小麥子粒中重金屬除主要來(lái)自于土壤外，也可能來(lái)自于大氣降塵、污灌等其他途徑。因此，小麥子粒中重金屬污染水平在空間上的分布能夠一定程度上反映土壤中重金屬污染水平，可以作為土壤重金屬污染評(píng)價(jià)的依據(jù)。

表5 小麥子粒中重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析Table 5 Descriptive statistics of heavy metal contents in the grain of wheat

表6 小麥子粒重金屬含量與土壤理化性質(zhì)及重金屬含量相關(guān)分析Table 6 Correlation analysis between heavy metals contents in wheat and soil properties and total heavy metal contents

3.2 土壤環(huán)境質(zhì)量生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.2.1 單因子污染指數(shù)法及綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果分析 克里格插值是以變異函數(shù)理論和結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，在有限區(qū)域內(nèi)對(duì)區(qū)域化變量進(jìn)行無(wú)偏差最優(yōu)估值的一種方法［17］。本研究在對(duì)污染指數(shù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換使其符合正態(tài)分布的同時(shí)，利用GS+9.0軟件對(duì)研究區(qū)不同評(píng)價(jià)方法土壤重金屬污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)4種重金屬污染指數(shù)進(jìn)行最佳模型擬合，達(dá)到一種線性、無(wú)偏和最優(yōu)估計(jì)的插值方法。利用ArcGIS軟件對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行普通克里格插值，并將插值結(jié)果依據(jù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新分級(jí)，以反映研究區(qū)不同評(píng)價(jià)方法下的土壤環(huán)境質(zhì)量空間分布規(guī)律。

由表7可知，依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，重金屬Pb、Cd、As和Hg單因子污染指數(shù)平均值分別為3.57、4.58、0.99 和0.18，由大到小依次為 Cd ＞Pb ＞As＞Hg，327個(gè)土壤采樣點(diǎn)中，4種重金屬的超標(biāo)率分別為 83.79%、88.99%、26.61%和 3.06%，Cd和Pb污染嚴(yán)重。4種重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均值為3.97，超標(biāo)率為87.16%，屬重度污染級(jí)別。各重金屬單因子污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)的變異系數(shù)最小為90.09%，其余均大于140%，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)重金屬污染空間變異程度較大。

表7 單因子及綜合污染指數(shù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析Table 7 Descriptive statistics of single factor and comprehensive pollution indices

由圖2可以看出，研究區(qū)重金屬Hg整體處于安全狀態(tài)，未受到嚴(yán)重污染。其余重金屬Pb、Cd和As均呈現(xiàn)隨與采礦企業(yè)距離的增加而污染逐漸降低的趨勢(shì)，污染較嚴(yán)重區(qū)域主要集中在研究區(qū)西北部和中部現(xiàn)狀企業(yè)密集區(qū)。由于重金屬Cd和Pb的影響，研究區(qū)內(nèi)梅羅綜合污染狀況為除東北部及南部中部區(qū)域處于警戒線水平外，其余區(qū)域均處于輕度污染水平以上，西北部、中部偏西南區(qū)域以及城區(qū)北部區(qū)域污染嚴(yán)重。

3.2.2 地積累指數(shù)及地積累綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果分析 以當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸禐闃?biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)地積累指數(shù)評(píng)價(jià)及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表8所示，重金屬Pb、Cd、As和 Hg的地積累指數(shù)平均值分別為2.53、4.06、0.31 和1.47，由大到小依次為 Cd ＞Pb ＞Hg＞As。4種重金屬超標(biāo)率分別為84.40%、81.35%、15.60%和56.27%，重金屬 Pb、Cd、Hg 污染較為嚴(yán)重。各重金屬變異系數(shù)均較大，說(shuō)明研究區(qū)土壤中各重金屬含量空間差異較大，尤其重金屬As的變異系數(shù)高達(dá)241.71%。地積累綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，地積累綜合指數(shù)均值為3.25，屬于強(qiáng)污染水平，研究區(qū)綜合污染空間變異程度相對(duì)較小。

圖2 基于單因子污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)空間分布Fig.2 Spatial variation of soil environmental quality based on single factor and comprehensive pollution indices

表8 地積累指數(shù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析Table 8 Descriptive statistics of geoaccumulation index

研究區(qū)土壤重金屬地積累指數(shù)及其綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法空間分布結(jié)果如圖3所示。4種重金屬仍然遵循隨著與采礦企業(yè)距離的增加其污染逐漸降低的規(guī)律，重金屬Cd、Pb和As污染嚴(yán)重區(qū)域集中在研究區(qū)西北部和中部，污染狀況向外逐漸減輕。重金屬Hg在城區(qū)北部區(qū)域污染較為嚴(yán)重，污染程度由極嚴(yán)重污染到中等污染呈同心圓狀逐漸減輕，東北部及西南部處于Ⅱ級(jí)中等污染水平以下，其余區(qū)域處于中等污染水平。研究區(qū)地積累綜合污染水平整體表現(xiàn)為中等污染以上水平，受重金屬Pb和Cd的影響，污染較嚴(yán)重區(qū)域分布在研究區(qū)西北部和中部。

3.3 小麥子粒中重金屬污染評(píng)價(jià)

依據(jù)《食品中污染物限量》GB 2762—2012中關(guān)于小麥子粒中重金屬含量的限量標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)小麥4種重金屬含量對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行空間插值，得到其空間質(zhì)量分布狀況，如圖4所示。從插值結(jié)果可以看出，小麥子粒中重金屬Pb、Cd和As含量均呈現(xiàn)由研究區(qū)西南方向向東北方向逐漸遞減的趨勢(shì)，其中小麥?zhǔn)躊b和Cd污染較為嚴(yán)重，超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域較廣。研究區(qū)小麥子粒中重金屬Hg含量普遍低于限量標(biāo)準(zhǔn)，只有中部零星區(qū)域重金屬Hg含量超標(biāo)。

圖3 基于地積累指數(shù)研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)空間分布Fig.3 Spatial variation of soil environmental quality based on geoaccumulation index

圖4 研究區(qū)小麥重金屬評(píng)價(jià)空間分布Fig.4 Spatial variation of the wheat heavy metal in the study area

3.4 土壤-小麥重金屬污染評(píng)價(jià)分析

本研究利用單因子污染指數(shù)法和地積累指數(shù)法及相應(yīng)的綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)研究區(qū)土壤子粒中重金屬污染狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn):就單因子評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，2種方法對(duì)土壤重金屬Pb、Cd和As污染空間分布狀況評(píng)價(jià)具有相似性，由于從事鉛鋅冶煉企業(yè)集中在中部及西北部，冶煉過(guò)程中選礦廢水和降塵中大量重金屬Cd和Pb深入到表層土壤中，致使該地大面積農(nóng)田Cd和Pb污染嚴(yán)重。重金屬Hg的評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異，原因在于單因子污染指數(shù)法是以文獻(xiàn)［14］二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為重金屬的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Hg的標(biāo)準(zhǔn)含量0.25 mg·kg-1與地積累指數(shù)法依據(jù)的區(qū)域背景值0.034 mg·kg-1相差44倍之多，就土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，研究區(qū)重金屬Hg整體上未受到污染，但該區(qū)域重金屬Hg受人為擾動(dòng)較大。就綜合污染評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，受重金屬Cd和Pb的影響，2種評(píng)價(jià)結(jié)果相似，研究區(qū)受重金屬污染嚴(yán)重區(qū)域均集中在研究區(qū)中部及西北部，污染程度由中部向外圍逐漸減輕。

研究區(qū)小麥子粒中重金屬含量插值結(jié)果顯示，研究區(qū)幾乎所有區(qū)域均受到重金屬Pb和Cd的污染，污染程度由西南方向到東北方向逐漸減輕，小麥子粒受重金屬As和Hg污染相對(duì)較輕，整體呈現(xiàn)未污染狀態(tài)。由小麥、土壤重金屬之間及土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，小麥子粒中各重金屬與土壤中重金屬含量間相關(guān)性顯著，所以研究區(qū)土壤-小麥系統(tǒng)之間重金屬空間變異規(guī)律具有一定的相似性。由插值結(jié)果可知，雖然受人為開(kāi)礦等的影響，研究區(qū)重金屬Hg地積累污染嚴(yán)重，但并未進(jìn)入到小麥作物系統(tǒng)中，小麥子粒中重金屬Hg整體呈現(xiàn)未污染狀態(tài)，與單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果更為接近，故研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果以單因子指數(shù)法及其綜合污染評(píng)價(jià)結(jié)果為準(zhǔn)。

由于鉛鋅礦廠等不同采礦企業(yè)的存在，土壤重金屬含量較高區(qū)域主要集中在研究區(qū)中部和西北部;小麥系統(tǒng)中重金屬Cd、Pb和As污染由西南向東北方向逐漸遞減，污染較嚴(yán)重區(qū)域主要集中在研究區(qū)西南部，由于土壤理化性質(zhì)與小麥重金屬吸收之間關(guān)系的復(fù)雜性，這里只研究了小麥重金屬與土壤pH、有機(jī)質(zhì)及陽(yáng)離子交換量之間相互關(guān)系，與其它土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1)研究區(qū)土壤中重金屬Pb、Cd、As和Hg含量平均值分別為 285.43、3.32、25.3 和 0.24 mg·kg-1，均超過(guò)當(dāng)?shù)貐^(qū)域背景值;與土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)最大限量值相比，重金屬Cd、Pb和As超過(guò)其最大限量，且各個(gè)重金屬含量空間差異較大。

2)小麥子粒中Pb、Cd、As和Hg 4種重金屬超標(biāo)率分別為 93.09%、92.02%、4.26% 和 5.82%，研究區(qū)受重金屬Cd和Pb污染嚴(yán)重。

3)就最終評(píng)價(jià)結(jié)果而言，研究區(qū)土壤重金屬Pb、Cd、As和 Hg單因子污染指數(shù)分別為 3.57、4.58、0.99 和 0.18，由大到小依次為:Cd ＞ Pb ＞As＞Hg，研究區(qū)受重金屬Cd、Pb污染嚴(yán)重，大部分區(qū)域處于中度污染水平以上，重金屬As和Hg處于警戒線水平以下。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為3.97，重金屬Cd和Pb對(duì)其貢獻(xiàn)率極高，污染較嚴(yán)重區(qū)域主要位于研究區(qū)西北部及中部地區(qū)。

太行山南麓典型重金屬冶煉區(qū)表層土壤重金屬主要污染物為Cd和Pb，主要分布在研究區(qū)中部及西北部地區(qū)，并且地上作物小麥也受到一定程度的污染，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)重金屬污染源的控制，防止污染進(jìn)一步惡化。

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