前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的河口區重金屬分布遷移規律，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
土壤、氣候、水文、光照、地貌等都是重要的農業生態環境要素。除各種人為因素外，土壤化學成分是影響農產品品質的重要因素。土壤的主要成分約90%來自基巖風化物或成土母質，營養元素與基巖、成土母質的關系尤為密切。對農作物產區進行生態地球化學調查，可以充分利用土壤的潛在資源，改造和調整不良土壤的地球化學環境，優化種植結構，選擇并培育新的優良品種，發展現代化農業。目前，國內已對土壤中化學元素的含量與分布進行了大量研究，其成果在農作物種植的應用中取得了突出的成效［1－3］。樂陵—河口地區是山東省北部重要的糧棉產區和樂陵小棗生產基地，位于山東半島藍色經濟區和黃河三角洲高效生態經濟區。隨著工業化、城市化的快速發展，地質與地球化學環境變化對當地影響較大，導致生態環境問題不斷出現［4－5］。筆者通過開展山東省樂陵—河口地區多目標區域地球化學調查，根據“全國土壤現狀調查及污染防治”項目取得的地球化學數據，研究重金屬元素分布、分配特征，進行國土資源環境評價與基礎地質研究，為山東半島藍色經濟區和黃河三角洲高效生態經濟區等國家戰略性規劃和發展提供依據。 1研究區概況 樂陵—河口位于華北地塊南部，受斷裂活動的影響和控制，形成了眾多凹凸相間的構造格局，地表全部為第四系地層，以黃河沖積沉積物為主。區內斷裂發育，第四紀火山活動強烈，在無棣大山鎮形成一座中心噴發式火山錐，海拔63．4m，是華北平原唯一露頭的火山。 2重金屬元素分布特征 土壤是元素在地理環境中循環的一個重要介質，土壤中重金屬元素的含量直接控制著研究區的土壤質量和污染程度［6］。多目標區域地球化學調查采用雙層網格化土壤測量方法，按照代表性、均勻性與合理性原則系統采集土壤表層樣品(0～0．2m)和深層樣品(厚覆蓋區1．5m以下)。表層樣品采樣密度為1個點/km2(灘涂區1個點/4km2)，按1個點/4km2組合分析，深層樣品采樣密度為1個點/4km2，按1個點/16km2組合分析，主要測試54項元素指標［7］。所有測試嚴格按照國家行業標準進行檢驗分析，分析質量和精度均符合要求。根據1∶25萬多目標區域地球化學調查結果，研究區土壤中重金屬元素的背景值均高于基準值，說明重金屬元素在表生條件下有相對富集的趨勢，尤其是Cd、Hg、Pb的表生富集趨勢較明顯，受人類活動影響最大，是區內土壤污染的主要因子。通過全國土壤基準值和背景值對比發現，研究區內Cd、Cr、F的基準值相對富集，Cd、Cr、F、Ni、As的背景值相對較高(表1)。 3重金屬元素分布與地球化學環境的關系 3．1深層土壤中重金屬元素的相關性 利用SPSS軟件對土壤重金屬元素進行相關性分析(表2)，結果表明，Cd與As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等的相關性顯著，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的區域分布也基本一致。Hg與其他元素相關性不顯著，其空間分布特征明顯不同于其他重金屬元素。Hg的高背景區主要分布在德州城區北部的二屯、長莊、東辛店—尚堂一帶及無棣縣城、信陽、水灣等鄉鎮。 3．2土壤重金屬污染評價 3．2．1土壤元素污染等級劃分 土壤元素污染等級劃分是多目標區域地球化學調查工作的一部分，是以土壤元素基準值為基礎，對土壤含量進行等級劃分，確定外來污染物對土壤元素含量的影響程度，為土地質量等級評定、生態地球化學預警、土壤污染治理提供基礎資料。土壤重金屬污染引用原始地質地球化學背景基礎上疊加的人為污染的概念，評價標準采用區域土壤元素基準上限值(即基準值加上2倍標準差)，以基準上限值的1、2、3等整數倍進行分級，具體取值見表3。 3．2．2評價方法 通過計算污染指數來確定土壤重金屬的污染程度，其中，單因子評價通常采用分指數法，多因子評價一般采用污染綜合指數。(1)分指數法。分指數法是逐一計算土壤中各主要污染物的污染分指數，以確定污染程度，公式為Pi=Ci/C0i，式中Pi為土壤中i污染物的污染分指數;Ci為土壤中i污染物的實測含量;C0i為i污染物的評價標準。(2)內梅羅綜合污染指數。內梅羅綜合污染指數是計算土壤中各主要污染物的綜合污染指數，以確定土壤環境綜合污染程度，公式為式中，P為土壤污染綜合指數;Ii為土壤中i污染物的污染指數;n為土壤中參與評價的污染物種類。P＜1為未污染，P＞1為已污染，P值越大，土壤污染程度越嚴重。根據P值變化幅度，結合作物受害程度和污染物累積狀況，進一步劃分為輕度污染(1＜P≤2)、中度污染(2＜P≤4)和重度污染(P＞4)。 3．2．3單元素污染評價 研究區土壤中As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn分指數評價結果見表4。從表4可見，區內土壤以清潔型為主，As、Cr、Cu、Ni的土壤清潔率在90%以上，只有稍微的輕度污染;Zn的土壤清潔率在88%以上，有少量的輕度污染;Pb的土壤清潔率接近80%，除少量輕度污染外，在河口城區東部的采油區有點狀中度污染區和嚴重污染區;Cd、Hg是區內污染較重的兩個指標，土壤清潔率大于55%，接近60%，在德州市德城區、樂陵市、無棣縣、河口區的城區及近郊有輕度污染區，在河口城區、孤島油田、樂陵市城區、無棣縣城、信陽縣城區等有中度污染區，嚴重污染區主要在德州城區、無棣縣城、信陽縣城等地。 3．2．4綜合指數評價 研究區內土壤重金屬綜合污染評價見圖1。土壤重金屬綜合污染區分布特征表明，輕污染區分布廣泛，面積達4476．3km2(表5)，主要分布在德州市德城區、寧津縣、樂陵市、慶云縣、無棣縣等地，在河口區、孤島油田也有少量分布;中度污染區主要分布在德州市德城區、樂陵市、無棣縣、信陽、河口區等城區，面積達53．8km2;嚴重污染區在河口區有零星分布，面積僅3．0km2;其余均為清潔區土壤，面積達5441．4km2，主要分布在無棣縣、沾化縣、河口區的濱海區，位于山東半島藍色經濟區和黃河三角洲高效生態經濟區之中。#p#分頁標題#e# 4土壤重金屬元素來源 土壤中的重金屬污染主要有Hg、Cd、Pb、Cr及類金屬As等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的Zn、Cu、Ni等。農田中過量的重金屬是作物生長和人類健康的嚴重威脅。土壤中的重金屬含量除受成土母質影響外，主要受人類活動的影響，如化肥、農藥的施用，工業、交通和礦業污染等，造成土壤重金屬元素的表層富集。為追蹤樂陵—河口地區污染土壤中Cd、Hg、Pb等的來源，采集分析了土壤剖面、植物根系土和水等介質，其中水樣部分分析結果見表6。參照灌溉水質量標準值(GB5084-2005)［8］和地表水環境質量標準(GB3838-2002)［9］的基本項目標準限值，可以看出，污染區地表水體污濁、腥臭，富營養化嚴重，有毒有害元素F等嚴重超標，為劣Ⅴ類水質。F含量最大為52．47mg/L，是灌溉水限量標準(2mg/L)的26倍多，最小為Ⅲ類水標準(1mg/L)的1．34倍，平均值為灌溉水標準的10倍。總N含量除2個水樣中低于灌溉水標準外，其余水樣均超標，最小值為灌溉水標準的1．4倍，最大為4．6倍。同時，總N含量全部超過Ⅴ類水標準限值(2mg/L)，最大值為Ⅴ類水標準限值的68．4倍，最小值為7．8倍，平均值為36．5倍。由此可見，異常區內地表水體污染嚴重，尤其是有毒有害元素污染程度嚴重，是區內元素異常的主要來源。橫跨土壤重金屬污染區進行土壤橫剖面采樣，可以看出，土壤橫剖面中Cd、Hg、Se、Pb的異常峰值處與污染嚴重的污灌區吻合度高(圖2)，驗證了地表污染水體是土壤污染的主要供源體。 5農產品重金屬元素富集特征 研究區污染土壤中Cd、Hg、Pb等在根系土、小麥秸桿和籽實中的含量分布見表7。小麥桔桿、小麥籽實與土壤根系土中重金屬含量呈正相關關系，且有部分小麥桔桿中Cd、Hg含量相對接近根系土中的含量，D8、D20、D54樣品秸桿中Hg含量接近甚至超過了其根系土中的含量，D8樣品秸桿中Cd含量超過了其根系土中的含量。Cd、Hg在秸桿中具有明顯的生物富集作用和生物放大作用。Zn表現出與其他重金屬元素不同的特征，在小麥籽實中Zn含量明顯大于秸桿，相對接近其在根系土中的含量。水體和土壤中有毒、有害的重金屬，通過遷移、轉化、富集或食物鏈循環，危及生物及人體健康。在自然界中，一種污染物質的毒性能夠被另一種物質所抑制，稱為拮抗作用。例如，Se能夠抑制Hg的毒性，Zn能夠抑制Cd的毒性。從污染區小麥體中元素富集特征可見，Se、Zn在小麥籽實中的含量普遍較高，人們食用這些小麥及其加工的食品時，因拮抗作用可以降低Cd、Hg等的毒性，進而緩解這些物質對生物及人體健康的危害。 6土壤根系土重金屬元素相態分布特征 重金屬污染物相態分布特征決定了它的活性程度和毒性大小。為研究樂陵—河口地區污染土壤中Cd、Hg、Pb等在根系土中的相態分布特征，對土壤污染區的根系土重金屬元素進行相態分析，結果見圖3。從圖中可以看出，Pb主要以鐵錳結合態和殘渣態等穩定態形式存在，占其總量的96%，水溶態、離子交換態和碳酸結合態占4%。As、Cr多以穩定態為主，活動態平均含量小于3%。Pb、As、Cr相對穩定，對環境危害程度相對較小。Cd、Hg相態分布相似，其活動態含量分別達到8%和10%。Cd、Hg進入土壤溶液后通常以可溶態或懸浮態存在，它們在溶液中的遷移轉化及生物可利用性均直接與污染物的存在形態相關。例如，水俁病就是食用了含有甲基汞的魚所致。重金屬對魚類和其他水生生物的毒性，不是與溶液中重金屬總濃度相關，而主要取決于游離(水合)的金屬離子，對于Cd則主要取決于游離的Cd2+濃度，對于Cu則取決于游離的Cu2+及其氫氧化物濃度，大部分穩定配合物及其與膠體顆粒結合的形態都是低毒的。有益元素Se的水溶態、離子交換態和碳酸結合態最高達16%，平均達9%，可見在表生環境中Se的活化遷移能力較強，不僅對富硒農產品生產的貢獻巨大，也通過拮抗作用有效抑制了Hg的毒性。 7結論 研究區Cd、Hg、Pb污染嚴重，工業廢水是土壤污染的主要來源。城鎮及近郊由于工業廢水的排放造成地表水體污染嚴重，全部為劣Ⅴ類水質，為區內土壤環境污染的主要污染源。大宗農作物小麥的不同部位對重金屬元素具有選擇性吸收，小麥秸桿中Cd、Hg含量明顯富集，接近或超過其土壤中的含量。小麥籽實中Se、Zn含量明顯富集。從元素相態分析結果看，Cd、Hg等重金屬元素主要以穩定態形式為主，活動態含量很低，活化遷移量少，這與區內堿性環境密切相關。