德州市庆云县的土壤重金属污染区域研究概况及主要研究方法

(成都理工大学 四川 成都 610059)

德州市庆云县的土壤重金属污染区域研究概况及主要研究方法

宋岳庭周思琪

(成都理工大学四川成都610059)

土壤的重金属污染危害到了我们的粮食饮水及生活环境。德州市庆云县的矿山开采、冶炼、橡胶生产、染料、印刷、陶瓷十分发达，这些行业会更加造成土壤的重金属富集，所以此次研究的主要目的为研究庆云县土壤重金属锌镉铅的特异性分布，分析全县范围内的重金属分布富集情况，以及探讨适合此区域的主要研究方法。

一、研究意义

土壤重金属空间格局的研究有利于指导农业生产的合理布局，降低土壤重金属通过食物链进入动物圈和人类的危害。分析土壤重金属的污染现状及其空间变异规律，对土壤重金属污染所产生的风险评价和预测预警，对于德州市庆云县的农业可持续发展提，具有重要的理论和实践意义。

(一)自然地理状况。庆云县位于鲁西北平原北部，地处两省(山东、河北)三市(滨州、沧州、德州)交汇处，北以漳卫新河为界，与河北省的盐山县、海兴县隔河相望，东与无棣县毗邻，南与阳信县接壤，西与乐陵市交界，位于华北、胜利、大港三大油田中心，是连接华南华北、东北、北京、天津的重要交通枢纽，全县总面积502平方公里耕地面积44.7万亩，人口31万人。庆云属于暖温带半湿润季风性气候，气候温润，光照充足，无霜期年均207天。受季风型大陆性气候影响，冬季多偏北风，夏季多偏南风，沿海气温以1月最低，平均1～4℃，7～8月气温最高，平均24～26.3℃，平均气温12.4℃。

(二)降雨蒸发状况。庆云县地处季风气候区冬夏受季风环流影响，气候特征显著，表现在降水集中，雨水明显。根据1951-2000年的50年降雨资料统计，全市多年平均降雨量527.2mm，仅相当于全市平均蒸发量在1900-2200mm的31.5-27.2%。而四季降雨分配极不均衡，其特点是：夏季雨水集中，冬季雨水稀少，春秋雨水不多，其中春季(3-5月)降雨占全年降雨量的11.1%，夏季(6-8月)降雨占全年降雨量的68.5%，秋季(9-11月)降雨占全年降雨量的17.9%，冬季降雨量占全年降雨量2.5%，所以春季干旱少雨多风沙，夏季炎热雨多湿度大，秋季旱涝不均，冬季严寒干燥雨雪少，形成春旱夏涝，晚秋又旱、旱涝交替的气候特点。

(三)水文状况。庆云县属于暖温带，半湿润季风气候区域，温度适宜，热量丰富，光照充足，四季分明。春季大风多，气温回升快，蒸发量大，降水量少，常有春旱和干热风发生。

根据1951-2000年的50年气象资料统计，全市平均气温在12.3-13.4℃，南部比北部高1℃多，极端最高气温，全市在40.5-43.4℃，极端最低气温，全市在-21.0至-27.0℃。全市无霜期在195-225天。

(四)灌溉情况。全县流域面积在30平方公里以上的骨干沟渠10条，支流沟渠141条，沟渠、河流总长600多公里，配套桥、涵、闸建筑物900余座，河网化程度较高。2009年以来，先后对大淀干沟、漳马河、甄家洼干沟、马东干渠、大胡楼干沟、马颊河进行了清淤治理，全县新建“旱能浇，涝能排”高标准农田13.5万亩，近三年全县水利总投资突破5亿元，农田灌排体系不断完善，有效灌溉面积占全年耕地面积的95%，为现代农业发展奠定了基础。

(五)水源重金属污染状况。以黄河下游德州引黄灌区主要水系为研究对象，采集了灌区内36个地表水样，分析了水体中溶解态痕量金属元素Ba、Fe、Li、Mn、Sr、Zn和非金属元素B的含量及其污染状况。借助于空间分析与相关性分析,探讨了其空间分布及来源.结果表明,这几种元素含量的大小顺序为：Sr﹥B﹥Ba﹥Mn﹥Li﹥Fe﹥Zn。根据国家生活饮用水卫生标准(GB5749—2006)和美国环境保护局(EPA)饮用水标准，B、Fe、Mn的超标率分别为50%、2.78%、27.78%。变异系数结果表明各元素都具有显著的空间差异性。漳卫新河B、Fe、Li、Mn含量均最高,重金属污染较为严重。相关性分析结果表明，Li-B、Li-Fe、Li-Mn及Fe-Mn之间呈显著相关，说明这几种元素污染源可能相同。本研究为评价痕量金属污染对地表水环境及人类健康的影响提供科学依据[1]。

二、 主要研究方法

(一)实地取样。基于对庆云县气候、土壤、行政区划和重金属污染作详实了解后,于2016年4 月、11 月对德州市庆县进行了2 次实地调研，运用网格法结合当地实际条件布设6 个采样点并实地取样,取样方法为：利用管型土钻取土器取同点深度为0～20cm、20cm～40cm、40cm～60cm、60cm～80cm、80cm～100cm 的土壤样本,每层采集土壤约250g,置于标签取样袋中，采样点布设状况见表 对采集的土壤样品进行风干磨碎后,过1mm 土筛,然后以5:1 的水土比进行抽滤浸提来进行后续的土壤盐分及离子组成测定。

(二)克里格(Kriging)插值法。克里格(Kriging)插值法也称空间局部估计或空间局部插值，最早由 Krige和 Sichel 在 20 纪 50 年代提出，建立在变异函数理论及结构(亦即地统计学理论)分析基础上，实际上是利用区域化变量的原始数据和半方差函数的结构特征，对未采样点的区域化变量的取值进行线性最优无偏估计的一种方法，所谓线性是指估计值是样本值的线性组合，即加权线性平均，无偏是指理论上估计值的平均值等于实际样本值的平均值，即估计的平均误差为 0，最优是指估计的误差方差最小。具体的讲，它是根据待估样点(或待估块段)有限邻域内若干已测定的样点数据，在认真考虑了样点的形状、大小和相互间空间位置关系，以及它们与待估点间相互空间位置关系和变异函数提供的结构信息之后，对待估样点值进行的一种线性最优无偏估计[2]。

(三)区域化变量。具有空间连续性的研究区域被认为是空间统计方法中的自变量的随机场[3]。以空间点的三个直角坐标为自变量的随机场称为一个区域化变量或区域化随机变量，亦即是在区域内不同位置取不同值的随机变量[4]。与普通随机变量不同的是，区域化变量是普通随机变量在区域内确定位置上的特定取值，它是随机变量和位置有关的随机函数[5]。

三、具体研究内容

运用SPSS对土壤重金属含量进行水平分布及垂直纵深分布进行研究，并对土壤重金属进行变异程度的分析，研究庆云县镉、锌、铅的污染情况及与人类活动的关系。运用Surfer 8克里格法与Mapgis进行土壤重金属含量空间分析，制作重金属污染插值图分析庆云县范围内不同深度土壤的重金属分布情况。

[1]蔡文静，常春平，宋帅，等． 2013． 德州灌区地表水中溶解态痕量金属的空间分布及来源研究[J]． 环境科学学报，33( 3) : 754-761

[2]王政权．1999．地统计学在生态学中的应用[M]．北京：科学出版社．

[3]Winterhalder K. Environmental degradation and rehabilitation of the landscape around Sudbury, a major mining and smelting area[J]. Environ Rev, 1996, 4(3)：185-224.

[4]Schnoor J L. Emerging chemical contaminants[J]. Environmental Science and Technology, 2003, 37(21)：375-388.

[5]Glass D J. Economic potential of phytoremediation//Phytoremedation of Matels：Using Plants to Clean-up the Environment[M]. New York：John Willey & Sons, 2000：15-31.

宋岳庭(1993-)：男，汉族，在读研究生，成都理工大学，研究方向：地质学；周思琪：(1992-)女，汉族，在读研究生，成都理工大学，研究方向：人文地理。