劉 皦

（1.晉中市生態(tài)環(huán)境局，山西 榆次 030600；2.晉中市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合行政執(zhí)法隊(duì)，山西 榆次 030600；3.晉中市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和應(yīng)急保障中心，山西 榆次 030600；4.祁縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和應(yīng)急保障中心，山西 祁縣 030900）

0 引言

我國(guó)總體水資源相對(duì)不足，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展，城市生活用水和工業(yè)用水不斷占用灌溉用水，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水不足日趨嚴(yán)重，尤其是我國(guó)北方地區(qū)，開(kāi)發(fā)利用水資源幾乎達(dá)到了臨界值，農(nóng)業(yè)灌溉用水的不足只能通過(guò)使用污水和節(jié)水等方式緩解。但是，未經(jīng)任何處理的污水用于灌溉，其中含有的有毒有害物質(zhì)，將會(huì)造成污水灌溉地區(qū)地下水、土壤和作物的嚴(yán)重污染，重金屬積累已達(dá)到相當(dāng)程度。尤其是污水灌溉造成的土壤重金屬污染在我國(guó)北方地區(qū)相當(dāng)普遍而且嚴(yán)重，污水灌溉使城市污水中大量重金屬元素進(jìn)入土壤。土壤重金屬污染物主要有汞、鎘、鉛、銅、鉻、砷、鋅等，砷雖不屬于重金屬，但因其行為與來(lái)源以及危害程度都類似于重金屬，通常被列入重金屬類進(jìn)行分析討論。重金屬具有在土壤中移動(dòng)性差、滯留時(shí)間長(zhǎng)、不能被微生物所降解等特點(diǎn)，并經(jīng)水和植物等介質(zhì)最終影響人類的健康。因此，治理和恢復(fù)的難度較大，特別對(duì)大面積污染土壤如礦區(qū)土壤、大型冶煉廠周邊地區(qū)土壤，污染極其嚴(yán)重，同時(shí)極易形成污染循環(huán)鏈。土壤中的重金屬可以通過(guò)揚(yáng)塵或者直接接觸方式危害人體健康、影響城市土壤的生態(tài)功能[1]。隨著城市發(fā)展速度的加劇，通過(guò)工業(yè)排放、大氣沉降、交通運(yùn)輸和市政建設(shè)等方式，造成城市土壤重金屬的污染越來(lái)越嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外知名學(xué)者已經(jīng)研究提出了“化學(xué)定時(shí)炸彈”（chemical time bomb，CTB）的概念，土壤重金屬污染，積累達(dá)到一定程度，就可以成為土壤中的CTB 而爆發(fā)。因此，研究污灌區(qū)土壤重金屬的污染特征，對(duì)其進(jìn)行危害評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。

土壤污染與修復(fù)已成為亟需解決的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，對(duì)污灌區(qū)土壤重金屬含量的分析是進(jìn)行土壤污染修復(fù)和生態(tài)安全研究的基礎(chǔ)，了解和掌握污灌區(qū)土壤重金屬現(xiàn)狀動(dòng)態(tài)以及識(shí)別土壤污染主要成分，有助于更加有針對(duì)性進(jìn)行治理和修復(fù)污染的土壤[2]。因此，通過(guò)研究不同灌溉水質(zhì)對(duì)污灌區(qū)土壤重金屬含量的影響，對(duì)污水的灌溉和土壤污染的修復(fù)提供科學(xué)的依據(jù)，具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

實(shí)驗(yàn)所用土壤樣品均采自某市三大污灌區(qū)（根據(jù)某市灌溉水源的不同劃分），分為北部、中部、東部。各樣區(qū)根據(jù)灌渠流向采用對(duì)角線法取樣[3]，每區(qū)域選取5 個(gè)采樣點(diǎn)，樣點(diǎn)間隔最近端約為96 m，最遠(yuǎn)端約為380 m。每個(gè)采樣點(diǎn)由5 個(gè)分樣點(diǎn)組成，按四分法混合成每個(gè)樣品，共取分樣75 個(gè)，得到混合樣品15 個(gè)。根據(jù)重金屬主要分布在土壤表層，土壤采樣深度為0～20 cm，送實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干進(jìn)行分析。

1.2 分析方法（見(jiàn)表1）

表1 樣品分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 灌溉水質(zhì)及污水灌溉現(xiàn)狀分析

某城市有豐富的煤、鋁資源，在促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，嚴(yán)重影響水資源的可持續(xù)利用。采煤漏水、地面塌陷、地表剝離、地下水補(bǔ)給通道阻隔，使本來(lái)緊缺的水資源形勢(shì)更加嚴(yán)峻。污灌區(qū)污水來(lái)源主要是工業(yè)廢水和生活污水。根據(jù)該城市的具體情況將污灌區(qū)的灌溉水源分為3 類：一是污灌區(qū)的北部用的灌溉水，主要是城市污水；二是污灌區(qū)的中部的灌溉水，主要是城市污水和工業(yè)廢水的混合水；三是污灌區(qū)東部的灌溉水，主要來(lái)源是有污水排入的文峪河。灌溉水中重金屬含量見(jiàn)表2。

表2 灌溉區(qū)灌溉水重金屬含量 單位：mg/L

由表2 可知，三大灌溉區(qū)的灌溉水中重金屬含量符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 5084—2021），均可以用來(lái)對(duì)污灌區(qū)進(jìn)行灌溉。

2.2 污灌全區(qū)域重金屬含量及結(jié)果分析（見(jiàn)表3）

表3 污灌全區(qū)域土壤重金屬含量的計(jì)算分析數(shù)據(jù) 單位：mg/kg

由表3 可知，整個(gè)灌區(qū)土壤樣品表層土壤重金屬的平均含量多數(shù)高于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境質(zhì)量背景值，其中鎘、砷的含量略低于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值。從表3 可以看出重金屬鎘、砷的變異系數(shù)分別達(dá)到0.541 3、0.306。說(shuō)明鎘、砷這兩種元素受到外源性污染物影響較大。但土壤本身這兩種元素含量比較低。

2.3 污灌區(qū)北部、中部、東部土壤重金屬含量及結(jié)果分析（見(jiàn)表4）

表4 污灌區(qū)北部、中部、東部土壤重金屬含量的計(jì)算分析數(shù)據(jù) 單位：mg/kg

由表4 可知，污灌區(qū)北部土壤重金屬中鎘、砷的平均含量低于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值，鉻、鉛、銅、鋅、鎳的平均含量均高于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值，說(shuō)明該區(qū)土壤受到鉻、鉛、銅、鋅、鎳元素污染較重，與此同時(shí)，該區(qū)土壤重金屬元素的變異系數(shù)都比較小，說(shuō)明當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘俸渴芡庠葱晕廴疚镉绊戄^小。

污灌區(qū)中部土壤重金屬中鎘、砷、銅的平均含量低于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值。鉻、鉛、鋅、鎳的平均含量都高于土壤環(huán)境背景值，說(shuō)明該區(qū)土壤受鉻、鉛、鋅、鎳元素污染比較嚴(yán)重。與此同時(shí)，該區(qū)土壤重金屬元素的變異系數(shù)較小，說(shuō)明當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘俸渴芡庠葱晕廴疚镉绊戄^小。

污灌區(qū)東部土壤重金屬中鎘、砷的平均含量低于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值。鉻、鉛、銅、鋅、鎳的平均含量高于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值，說(shuō)明該區(qū)土壤受鉻、鉛、銅、鋅、鎳元素污染比較嚴(yán)重。與此同時(shí)，鎘的變異系數(shù)較高，達(dá)到0.612，說(shuō)明鎘元素含量比較容易受到外源性污染物的影響。

3 結(jié)論

從上述分析可知，與當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值比較整個(gè)污灌區(qū)受土壤重金屬中鉻、鉛、銅、鋅、鎳元素污染較為嚴(yán)重。不同區(qū)域由于灌溉水質(zhì)及土壤環(huán)境的不同所受污染程度可能有所差異。各元素在不同地區(qū)所受外源性污染物的影響程度可能有所不同。

北部、中部與整個(gè)灌區(qū)重金屬污染狀況較為相似，各研究元素變異系數(shù)也較小，說(shuō)明其受灌溉水質(zhì)影響程度較低。東部區(qū)域鎘的變異系數(shù)較大，說(shuō)明該元素受外源性污染物的影響較大，其含量會(huì)受到該區(qū)域灌溉水質(zhì)的影響。

元素變異系數(shù)反映樣本間的變異程度，對(duì)于長(zhǎng)期耕作的土壤，在沒(méi)有明顯外源性因素的影響下，其微量元素含量在很小范圍分布是相對(duì)均一的，元素含量變異系數(shù)有著微小變化。但是在污灌條件下，由于微量元素的生物富積作用導(dǎo)致微量元素局部含量有所增高，增大了含量分布的空間差異。

不同的灌溉水質(zhì)可能會(huì)對(duì)土壤的重金屬含量有著不同程度的影響，在研究土壤重金屬污染的同時(shí)需要考慮灌溉水質(zhì)的影響。與此同時(shí)，不同污灌區(qū)的土壤可能具有不同的理化性質(zhì)，需要分區(qū)域進(jìn)行研究。

4 討論

對(duì)土壤重金屬污染大量研究及評(píng)價(jià)表明，毒性較大的重金屬是鉛、銅、鉻、砷，對(duì)人類健康環(huán)境影響較大。Adriano[4]和Alloway[5]指出，鉛、銅、鋅是評(píng)價(jià)土壤污染程度的理想指標(biāo)。因此，本文選擇鉻、鎘、鉛、砷、銅、鋅、鎳等元素對(duì)某市污灌區(qū)灌溉水質(zhì)對(duì)土壤重金屬含量的影響具有可利用評(píng)價(jià)的實(shí)際意義。

重金屬在土壤中不能隨意被水淋濾和被微生物所分解。但是，生物具有富集作用，使得重金屬常在土壤環(huán)境中不斷積累，而且某些重金屬在土壤中遷移轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物。土壤中重金屬元素的遷移轉(zhuǎn)化及其對(duì)植物的毒害和環(huán)境的影響程度，不僅與土壤重金屬的含量具有相關(guān)性，而且還與重金屬在土壤中的存在形態(tài)、狀態(tài)具有相關(guān)性。重金屬在土壤中存在的形態(tài)、狀態(tài)不同，其生物毒性、活性及遷移特征也會(huì)不同。當(dāng)土壤中所含化合物的類型不同時(shí)，化合物本身之間的差異和土壤與生物之間交互作用的不同，生物效應(yīng)也可能不同。同時(shí)，灌溉水中也不同程度地含有一定的重金屬元素，用超標(biāo)污水灌溉可能會(huì)加重土壤重金屬污染。所以灌溉水的選取極其重要。

5 建議

作為城市郊區(qū)農(nóng)田灌溉補(bǔ)給的城市生活污水和工業(yè)廢水，為了有效緩解農(nóng)業(yè)水資源存在相對(duì)壓力，需要做好以下幾個(gè)方面：

1）污水治理及其有效應(yīng)用作為節(jié)水的重要內(nèi)容，提高污水灌溉在水資源配置中的作用。污水灌溉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)灌溉方面起著舉足輕重的作用，建立明確事權(quán)和水權(quán)等長(zhǎng)效機(jī)制，形成制度化，污水的治理按照誰(shuí)污染誰(shuí)治理的原則，將處理后水進(jìn)行循環(huán)利用。對(duì)于生活污水的處理，考慮其公益性方面應(yīng)由政府資助為主導(dǎo)，通過(guò)市場(chǎng)鼓勵(lì)、引導(dǎo)和吸引外資，積極參與此項(xiàng)工作。通過(guò)國(guó)家立法和相關(guān)法律法規(guī)以及政策來(lái)明確水事事權(quán)和水權(quán)的認(rèn)定。

2）行之有效地做好污水灌溉規(guī)范化管理。當(dāng)前，在權(quán)責(zé)相對(duì)不明確的前提下，由于污水灌溉涉及政府多個(gè)部門(mén)，處于“九龍治水”狀態(tài)，加之不屬于單位的重點(diǎn)工作，使得污水灌溉多數(shù)處于放任自流的狀態(tài)。生態(tài)環(huán)境具有自凈和承載能力，行之有效地管控水污染，需由水利部門(mén)牽頭抓總，生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)等政府部門(mén)相互協(xié)調(diào)配合，建立健全聯(lián)席會(huì)議協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，行之有效地做好污水灌溉的管理工作，盡可能做到污染最小化、治理最大化。

3）科學(xué)合理做好理論與技術(shù)相結(jié)合的研究工作。污水灌溉作為污水資源化利用的重要途徑。污水中氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素是作物生長(zhǎng)必需元素，對(duì)于生態(tài)環(huán)境而言，不合理的污水灌溉會(huì)造成當(dāng)?shù)貒?yán)重的土壤和地下水重金屬污染和有機(jī)物污染；對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，適當(dāng)?shù)奈鬯喔葘?duì)作物增產(chǎn)起到一定作用，但是污水灌溉的不合理利用將會(huì)造成作物體存留重金屬等有害元素造成糧食污染，對(duì)人民群眾身體健康造成極大影響。因此，污水灌溉的科學(xué)合理運(yùn)用是科研工作的一項(xiàng)重要課題，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)高等院校和科研院所的融合合作，進(jìn)行系統(tǒng)的、科學(xué)的、有效的研發(fā)工作。