天津市西北部土壤砷含量空間變異性

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:在探討地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用于土壤污染物空間變異性分析研究基礎(chǔ)上，研究了天津西北部地區(qū)農(nóng)田土壤砷污染空間變異性及空間分布情況。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤砷存在明顯空間變異性且有異常值存在，在南北方向表現(xiàn)為北低南高的弱線(xiàn)性趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)半變異函數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，研究區(qū)土壤砷在大尺度上存在各向異性。

采用帶塊金值的套合球形模型擬合實(shí)驗(yàn)半變異函數(shù)并采用交叉驗(yàn)證方法確定模型參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算研究區(qū)土壤砷的空間分布情況。說(shuō)明北京排污河以北地區(qū)土壤砷含量低于以南地區(qū)，永定河天津段周邊農(nóng)田砷含量最高，但均在安全限值內(nèi)。砷含量的這種空間分布態(tài)勢(shì)與區(qū)域內(nèi)排砷企業(yè)分布及農(nóng)田灌溉方式有直接關(guān)系。

關(guān)鍵詞：天津，砷，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)，污灌

天津地處北京市及河北省下游，兩區(qū)域有多條排污河流經(jīng)天津市入海，給天津市生態(tài)環(huán)境造成了一定影響。天津市西北部的北京排污河、北運(yùn)河及永定河都承擔(dān)一定的排污任務(wù)，尤其是北京排污河已有40余年的污水排放歷史，是北京市重要的污水排放通道。而永定河天津段也有多家企業(yè)向該河排放污水，致使此河污染嚴(yán)重。

天津市是一個(gè)嚴(yán)重缺水地區(qū)，干旱季節(jié)采用地表污水灌溉已成為緩解農(nóng)業(yè)干旱的重要舉措。但由于污水中含有重金屬、難降解有機(jī)污染物等多種對(duì)人體、環(huán)境有負(fù)面影響的污染物質(zhì)。因此，采用超量污水灌溉會(huì)引起嚴(yán)重的土壤污染問(wèn)題。

砷為類(lèi)金屬劇毒元素，其化合物都屬于對(duì)人體有蓄積作用的高毒物質(zhì)，亦是致癌物質(zhì)，對(duì)人本的神經(jīng)、腎都有危害，其三價(jià)化合物比五價(jià)化合物毒性更強(qiáng)，且通常隨著土壤pH的增加而活性增強(qiáng)，易被作物吸收[1]。而通過(guò)食物鏈途徑進(jìn)入人體內(nèi)的水溶態(tài)無(wú)機(jī)砷，人體對(duì)其吸收能力非常強(qiáng)，通常達(dá)到96.5%。

因此，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署規(guī)定在長(zhǎng)期暴露條件下人體每公斤體重對(duì)砷的入口參考劑量為0.0003mg/d[2]。而污灌又是土壤砷累積的重要來(lái)源之一。因此，評(píng)價(jià)長(zhǎng)期污灌條件下土壤砷含量的空間變異性，了解污染區(qū)域分布情況，對(duì)于指導(dǎo)科學(xué)灌溉，保障農(nóng)產(chǎn)品安全及人體健康至關(guān)重要。

而地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是評(píng)價(jià)污灌引起土壤砷空間變異性的重要工具，它融合了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，采用獨(dú)有的空間分析及變異函數(shù)工具揭示污染物的空間分布規(guī)律，是近年來(lái)評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量最常用的方法。其實(shí)際應(yīng)用的例子也較多見(jiàn)[3-5]。

但相關(guān)應(yīng)用中對(duì)于數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)分析、原始數(shù)據(jù)異常值處理及全局趨勢(shì)分析等易導(dǎo)致分析結(jié)果不確定性增加的相關(guān)過(guò)程的研究不足，導(dǎo)致分析結(jié)果不確定性較高。本文采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中的普通克里格方法，研究了天津西北部北京排污河及其周邊河流對(duì)天津段灌區(qū)土壤重金屬砷含量的影響，重點(diǎn)分析了影響評(píng)估結(jié)果不確定性的5個(gè)關(guān)鍵因素，以期增加插值結(jié)果的精度及可靠性。研究結(jié)果可為提高地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)估污染物空間分布的精度及產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天津市西北部，東經(jīng)116047’～117019’,北緯39014’～39042’，大部分區(qū)域隸屬于天津市武清區(qū)，南部為天津市北辰區(qū)管轄。土壤類(lèi)型以潮土為主，部分區(qū)域有鹽化濕潮土分布，土壤pH偏堿，有機(jī)質(zhì)含量介于1%～2%。研究區(qū)作物以小麥和玉米為主，南部區(qū)域有少量設(shè)施蔬菜。全區(qū)大部區(qū)域以地表水為灌溉主，西北部地區(qū)則以地下水灌溉為主。

1.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置及樣點(diǎn)采集

為了摸清天津西北部排污河對(duì)本段灌區(qū)耕地土壤砷含量的影響，研究者對(duì)此區(qū)域農(nóng)田表層土壤（0～20cm）采用格網(wǎng)布點(diǎn)法進(jìn)行了布點(diǎn)采樣。布點(diǎn)密度為約100hm2一個(gè)采樣點(diǎn)，具體采樣點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況有所調(diào)整，共采集土壤樣品601個(gè)，樣點(diǎn)分布詳見(jiàn)圖1所示。

采集的樣品為混合樣。樣品采集、記錄、保存、運(yùn)輸按照《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（NY/T395－2000）的要求進(jìn)行。

圖1研究區(qū)土壤采樣點(diǎn)分布

1.3樣品實(shí)驗(yàn)室分析

將采集的樣品混勻后用四分法縮分至約100g，自然風(fēng)干后除去土樣中石子和動(dòng)植物殘?bào)w，用木棒研壓，通過(guò)2mm尼龍篩，混勻，用球磨機(jī)將通過(guò)2mm尼龍篩的土樣研磨至全部通過(guò)孔徑0.149mm尼龍篩，混勻后備用。采用硝酸-鹽酸（王水）消解[6]，原子熒光分光光度法測(cè)定,樣品分析及質(zhì)量控制按照文獻(xiàn)[7]的要求進(jìn)行。

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