关键词中原油田;土地污染;现状;成因;存在问题;治理对策
中原油田地处于黄河冲积平原,横跨河南、山东省3个市(濮阳、聊城、菏泽),全局共征用土地6881hm2,占用土地以耕地为主。自投入开发到目前为止已钻油、水井5500余口。油区面积约为5300km2。在油区,由于油田开发对周围的生态环境造成了较为突出的破坏,油田区井场、计量站、注水站、联合站、管道周围,大片农田区域内已无完好的生态植被覆盖,因落地原油、井喷和集输油管线的泄露及因油田盗抢等造成农田污染,有的长满青草,有的一片盐碱,与周围庄稼繁茂的农田形成了强烈的反差[1]。2009年对中原油田采油区土地污染进行调查,现将其结果总结如下。
1中原油田土地污染的现状
1.1地表水
以《地表水环境质量标准》为评价标准,通过样品测试分析,结果如下:采油井场附近的废水、污水样品的石油类超标项目是v类水的23.69倍;采油井场雨水堆积后的积水样品,石油类超标项目是v类水的1.91倍;采油井场附近排污渠的污水样品,超标项目是v类水的7.19倍;开发前的钻井废水到采油废水、洗井废水等污水样品,超标项目是v类水的15.72倍。
1.2土壤
落地原油对土壤的破坏性最大,其原油多属轻质油,地面原油低比重(一般为0.820~0.859g/cm2),高凝固点(25~30℃),低含硫(0.1%~1.5%),高含蜡(15%~30%),高烷烃(50%~75%),奇偶优势比较近,多属于成熟度较高的环烷烃一烷烃族石油。落地原油在重力、表面张力和毛细现象的作用下,向地下渗透和沿地表扩散,侵蚀土层,使土地盐碱化、沥青化、板结化,改变了土壤的正常结构和成分,严重影响植物的生长。
1.3地下水
根据已有的资料文献,在中原油田采油区采取的地下水样品中,石油类含量为0.05~0.15mg/l,在调查的25个数据中,检测出18个挥发性有机物,其中以甲苯的检出量最高[2]。初步统计,目前中原油田因石油开采污染的土地高达2666.67hm2以上,而油田因污染给农民支付的青苗赔偿款每年高达5000万元以上。而且每年因污染新增加的污染土地约133.33hm2,每年新增加给农民的青苗赔偿费高达260多万元。因此,治理油田土地污染迫在眉睫。
2成因
2.1废水
油田开发建设中,井场的废水为主要的废水污染源,在开发前期以钻井废水为主要废水类型,以后逐步过渡到以采油废水、洗井废水为主要废水类型。前期的钻井废水排放在泥浆池中,在实际生产中土油池内往往同时包含大量未回收的泥浆及落地油成分,这可能会因入渗而导致对地下水污染,因地表径流带入水体形成对地表水及下游水质污染,对土壤、植被特别是农业生态造成污染影响,其泥浆的有毒成分可能形成长期潜在污染。后期的采油废水、洗井废水一般经处理达标回注,但若不能完全实现含油污水处理及回注措施而外排,会渗透污染土壤,危及地下水,或形成漫流,从而污染土壤、植被(或农作物)、地表水等[3]。
2.2落地原油和固体废弃物
在油田勘探和打井采油过程中,有可能会出现油井溅泄、管道溢漏以及井喷事故等造成原油喷洒到地面。回收后剩余的将会造成土壤、植被(或农作物)、地下水、地表水的污染。固体废弃物主要为钻井废弃泥浆,钻井废弃泥浆是油田钻井过程产生的副产物,其中含重晶石粉、各种有机或无机类化学助剂,使得其中的重金属、cod、石油类、表面活性剂等有害物质浓度较高[4]。
现在油田是在废泥浆中添加固化料使其有害成分固化,避免其向周围水中的渗透与溶解,以达到无害化处理的目的。但是,土壤中的有害成分一直存在于固化的泥浆中,其含量远远高于地区本底值,虽然泥浆坑中铺有防渗层,但在实际中却不一定能达到理想防渗效果,一旦破损就会出现渗漏。由于其含有大量的水聚合物、有机化合物和金属化合物,会造成堆放场地土壤盐碱化、板结,其渗漏会危及地下水及周边土壤,尤其是重金属和石油烃类的有害毒理作用不容忽视,许多研究表明,重金属和石油烃类进入动物体内后,对哺乳类动物及人类有致癌、致畸、致突变的作用。土壤的严重污染会导致某些成分在粮食中积累,影响粮食的品质,并通过食物链危害人类健康[5]。
2.3其他方面
油田的土地污染严重原因不单单只有废水与落地原油的破坏,还有许多其他方面的原因导致土地污染严重。一是随着采油工艺的广泛实施,输油注水管线不断老化、腐蚀,致使注水管线穿孔频繁,甚至突然破裂造成的土地污染;二是各油气生产单位放空火把污染土地;三是违法分子在输油管线打孔窃油等不可抗拒因素,使管线中的油、水泄漏,造成了污染土地的现象发生;四是油田钻井泥浆池、作业施工污染,联合站、计量站排油水污染等都对土地造成了极大的破坏。
3治理中存在的问题
3.1油田部分领导干部不重视,存在旧观念
作为能源支柱性企业,部分领导干部“油老大”思想依然严重,保护耕地、节约用地的意识淡薄,没有从社会效益、经济效益和环境效益的高度出发来开展工作,乱占滥压耕地的现象时有发生;仍然存在“为完成生产任务,污染了土地就赔偿”的旧思想观念,大大加重了企业的经济负担,激化了油地矛盾。
3.2油区管理松散,缺乏土地污染管理制度
由于油田部分单位的管理松懈,某些干部职工在生产流程中遇到的一些隐患不能及时发现和改正,致使导致大量的土地受到污染而缺乏管理,给油田的土地和农民造成巨大的伤害和经济损失,造成土地的盐碱化、荒漠化。在土地污染的管理工作中,奖罚不分明,没有形成一套可行性、有效的制度。任何一项工作的成功都离不开一套有效的、可操作性强的管理制度,油田污染的管理制度更加不例外。多年来油田土地污染问题无人问津,致使大量土地污染严重,相关部门应该在研究调查的基础上,出台一套奖罚严明、可操作性强的管理制度。
3.3油地欠缺沟通,宣传力度不够
油田污染土地主要是油田的废水、废液、污油、泥浆等污染井、站、管网周围的农民的耕地,因此油田污染土地的治理没有当地政府和农民的大力支持和配合只能是纸上谈兵。但是长期以来,地方政府有关部门制定的污染土地赔偿价格过高,农民不用耕作、施肥、浇水等任何劳作投入,就可以获得比劳动1年还要高2倍以上的收入,其地方政府还可以得到数量可观的管理费,这是造成地方政府对污染土地复垦治理不重视和农民复垦的积极性不高甚至抛荒的主要的和直接的原因[6]。因此,目前的首要课题之一,便是加强与地方政府的沟通,加强对农民宣传土地保护和改造的政策形势法规的力度和深度。
4治理对策
4.1提高认识,加强宣传,营造良好的污染土壤治理氛围
污染土地治理不单纯是复垦多少土地的问题,它事关新政策新形势下能否处理好保护土地和油地可持续性发展的关系问题[7]。因此,必须把这项工作抓紧抓好。要利用报纸、电视、广播等各类媒体和形式,在油地内外深入广泛地宣传污染土地治理工作,加大宣传力度;创新宣传形式,力争新颖,为职工群众所喜闻乐见,以提高群众和职工对土地复垦和土地保护的认识,力争使土地国策家喻户晓,妇孺皆知。
4.2调查污染土地现状,掌握其位置、数量、污染程度和赔偿情况
据调查,中原局土地管理办公室下发专门文件和统一统计格式,要求各下属单位对本管辖油区内的污染土地进行勘查、登记,搞清污染土地的位置、数量、污染原因和程度以及赔偿情况,并以已征井、站、路作参照物,结合地方行政区划图,绘制出污染土地位置图。真实全面地掌握油田污染土地的情况,为下一步制订污染土地治理方案提供可靠的第一手资料。
4.3通过油田与地方的深入沟通,取得地方政府的支持与配合
油地双方的关系密切,取得地方政府的大力支持和积极配合是油田治理土壤污染的关键。一是通过油田和地方上层领导广泛而深入的沟通达成共识,由地方有关部门出台扶持型的配套文件。二是通过油田对外关系及土地管理人员与地方基层油区办和土地所结合,由其抽出专人配合土地污染的治理。三是油田每年井、站、路油气田工程项目征地66.67~133.33hm2,都要拿出相当可观的补充耕地资金,委托地方土地管理部门进行耕地占补平衡。要努力促成通过建议油田上级部门与国土资源管理部门协商和沟通,把油田污染土地的治理纳入征地补充耕地范畴,或争取造地费优惠资金用于油田污染土地治理工作。
4.4妥善处理各方面的关系,在油田发展经济效益的同时兼顾地方经济的发展与群众利益
随着油田污染土地治理工作的开展和不断深入,工作难度会不断加大,面临的矛盾和问题将会更多,这对治理的工作方法和工作能力就提出了更高的要求。一定要本着实事求是、好事办好的原则,精心组织、周密安排、加强沟通、因地制宜、稳定推进,力戒“一刀切”和华而不实的形象工程,要深入基层,深入群众,了解农民意愿,倾听群众心声,耐心细致地做好当地政府和群众的工作,充分考虑政府利益、群众利益和他们的承受能力,不能让群众的利益受损,更不能增加群众的负担,要让群众尝到土地复垦的甜头得到实惠;努力把矛盾化解在萌芽状态,以促进地方经济的发展。
5结语
随着我国经济飞速发展,土壤污染正在不断扩大,中原油田是国家特大型企业,随着油田开发的深入,还会出现更多新的问题、新的思路,有待土地污染处理工作者的探索研究。总之,油田污染土地治理工作事关油地双方可持续发展大局,是一项长期的系统工程,要将其办好,需要油地双方进一步解放思想,开拓创新,需要油田上下坚定信心,集思广益,常抓不懈,狠抓落实,只有这样才能把事情办好,才能把压在企业肩上多年的包袱卸下轻装前进,才能在日益激烈的市场竞争中立于不败之地,也才能为油地持续协调、快速发展做出更大的贡献。
6参考文献
[1]任磊,黄廷林.石油污染土壤的生物修复技术[j].安全与环境学报,2001,1(2):50-54.
[2]付新建,张修田,苗长军.中原油田石油污染地下水现状分析[j].地下水,2008,30(3):48-49.
[3]刘强鸿,程先智,李健,等.中原油田采出污水处理技术总结[j].内蒙古石油化工,2008(10):109-112.
[4]郑喜?,鲁安怀,高翔,等.土壤中重金属污染现状与防治方法[j].土壤与环境,2002(1):79-84.
[5]武正华,张宇峰,王晓蓉,等.土壤重金属污染植物修复及基因技术的应用[j].农业环境保护,2002(1):84-86.
关键词：煤矿区;土壤重金属;调查与分析
收稿日期：20120309
作者简介：盛芹（1972—），女，山东微山人,工程师，主要从事环境管理与监测工作。中图分类号：X82文献标识码：A文章编号：16749944(2012)05019803
1引言
通过对相关资料的收集、调研和总结,选择欢城镇和付村镇具有代表性的可疑污染区周边农田土壤及农作物作为研究对象。主要污染源以煤矿区排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等废气为主,重点开展如下研究内容:系统开展区域环境背景调查,制定监测方案,划定2个监测单元,并布设监测点,采集具有代表性的20个土壤样品。对土样的铅、镉、汞、砷、铜、铬、锌、pH值等指标进行检测;以国家土壤环境质量标准二级标准为基准,通过单因子指数评价法和内梅罗综合污染指数法对调查区的土壤中重金属含量现状进行评价分析。
2研究方法
微山县位于山东省南部,东经117°13′,北纬34°82′,全县总面积1780km2,人口约66.56万人,辖5镇10乡。地处湖区,以湖为界,湖东接泰沂山区,湖西为鲁西平原东端。地势北高南低,东西相间,中间为湖泊,平均海拔36.5m。境内地貌以湖泊、平原、山地丘陵3种类型为主。地下矿藏资源以煤、稀土为主。本县属暖温带季风型大陆性气候。年均气温13.70C,极端最高气温40.50C,最低气温-22.30C,年均降水量797mm,无霜期年均205d。
2010年,微山县经济总量继续攀升,三大产业全面发展。2010年全县地区生产总值达到243.7亿元,增长14.1%,三大产业结构比例由2009年11.7∶51.4∶37.0调整为11.4∶50.5∶38.1,第三产业占比较2009年提高11%。三大产业对GDP增长的贡献率分别为11%、50.9%、48.0%;分别拉动GDP增长0.2%、7.2%、6.7%。经济发展方式逐步转变,产业结构进一步优化。微山县主要种植作物为小麦、玉米、水稻、大豆、地瓜。
2.1样品采集与预处理
2.1.1监测点位布设
根据实地调查情况,监测点位主要设在煤矿企业较多的欢城镇和付村镇,布设原则一般为6.7hm2左右布设1个监测点。受煤矿企业区影响大的应多布设监测点,影响小的可少量布,布设监测点位20个。
污水灌溉的农田土壤,采用对角线法;面积较小、地势平坦、土壤物质和受污染程度均匀的地块,采用梅花点法;中等面积、地势平坦、土壤不够均匀的地块,采用棋盘式法;面积较大、土壤不够均匀且地势不平坦的地块,采用蛇形法。种植一般农作物每个分点处采0~20cm耕作层土壤,种植果林类农作物每个分点处采0~60cm耕作层土壤,取1kg,多余部分用四分法弃去。采样同时填写土壤标签、采样记录、样品登记表,并汇总存档。
2.1.2样品的制备与保存
在晾干室将湿样放置晾样盘,摊成2cm后的薄层,不间断地压碎、翻拌、拣出杂质并用四分法分取压碎样,全部过20目尼龙筛。过筛后的样品全部置于无色聚乙烯薄膜上,充分混合直至均匀。经粗磨后的样品用四分法分成两份,一份交样品库存放,另一份做样品的细磨用。用于细磨的样品用四分法进行第二次缩分成两份,一份留备用,一份研磨至100目尼龙筛,过100目用于土壤元素全量分析。经研磨混匀后的样品,分装于样品袋。填写土壤标签一式两份,袋内放一份,外贴一份。
2.2实验分析方法
2.2.1样品检测指标
土壤样品的检测指标为铅、镉、汞、砷、铜、铬、锌、pH值。
2.2.2实验分析方法
土壤样品检测方法及使用仪器见表1。
表1各监测项目的分析方法及使用仪器
监测
项目分析方法、依据方法检出限
/(mg/kg)仪器名称、型号铅石墨炉原子吸收法,GB/T17141-1997《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》0.1ICE3500原子吸收分光光度计镉石墨炉原子吸收法,GB/T17141-1997《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》0.01汞氢化物发生原子荧光法,GBT22105.1-2008《土壤质量土壤中总汞的测定》0.005AFS-9230原子荧光光度计砷氢化物发生原子荧光法,GBT22105.2-2008《土壤质量土壤中总砷的测定》0.2铜火焰原子吸收法,GB/T17138-1997《土壤质量铜、锌的测定火焰原子吸收分光光度法》1.0WFX-120原子吸收分光光度计铬火焰原子吸收法,GB/T17137-1997《土壤质量总铬的测定火焰原子吸收分光光度法》5.0锌火焰原子吸收法,GB/T17138-1997《土壤质量铜、锌的测定火焰原子吸收分光光度法》0.5pH值玻璃电极法,NY/T1121.2-2006《土壤检测第2部分:土壤pH的测定》pHS-3C型酸度计
2.3实验质量控制
2.3.1采样及样品制备质量控制
土壤样品需测定重金属,用竹铲直接采取样品,所采土样装入塑料袋内,外套布袋。填写土壤标签一式两份,一份放入袋内,一份扎在袋口。采样结束在现场逐项逐个检查,如采样记录表、样品登记表、样袋标签、土壤样品、采样点位图标记等,如有缺项、漏项和错误处,应及时补齐和修正后撤离现场。
样品制备设风干室、磨样室,房间通风、整洁、无扬尘、无易挥发化学物质,避免阳光直射土样。土壤晾干用白色搪瓷盘,磨样用木棒、木棰、无色聚乙烯薄膜,过筛用尼龙筛,规格为20~100目,用特制牛皮纸袋分装。
2.3.2实验室内部质量控制
分析土壤样品时做10%平行样品,由分析者自行编入明码平行样,平行双样测定结果的误差在允许范围之内者为合格,每批带测质控平行双样,在测定精密度合格的前提下,质控样测定值必须落在质控样保证值范围之内,否则本批结果无效,重新分析测定。
用去离子水代替试样,采用相同的步骤和试剂,制备全程序空白溶液。
3结果与分析
3.1重金属在研究区土壤中的含量
经测定,农田土壤重金属含量见表2。
表2各监测点土壤重金属含量mg/kg
编号CuCrZnPbCdAsHgpH值119.1551.0153.2317.690.09698.220.03387.24234.0264.1373.1220.490.08629.760.03997.18333.0360.1371.9921.680.07598.950.02987.21432.4260.3971.0822.060.076611.870.02107.16532.9955.4578.2032.890.084410.530.03997.14631.5754.8975.5932.080.078511.580.04476.99731.8052.8473.6233.350.076611.200.02697.05830.5154.7595.1579.230.22039.470.05937.13927.8352.1464.1879.080.20087.120.05246.621026.6652.0965.5682.270.206710.650.07606.991122.6155.5470.1326.500.133710.660.03226.981222.0851.7568.0526.430.09326.420.06907.081324.4356.5474.9432.250.131210.430.04277.031423.4557.2474.4431.360.119711.690.04257.091522.4656.1771.6530.600.124210.600.04447.241635.6860.31108.4153.660.101311.650.02366.981735.6861.66107.4553.530.10947.440.03337.311835.5762.58107.1356.970.113810.410.02447.221925.3962.0571.2626.090.09808.550.02687.782025.0357.1570.5426.680.07888.180.05397.45
3.2重金属在研究区土壤中的分布特征及分析
根据中华人民共和国国家土壤环境质量标准(GB15618－1995)规定,按照土壤应用功能和保护目标,将土壤划分为3级,其中第Ⅱ级主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤,土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。因此采用土壤环境质量标准Ⅱ级标准进行评价。第Ⅱ级土壤环境质量执行二级标准,土壤环境质量标准见表3。利用Excel2003统计计算,监测单元的农田土壤重金属含量统计见表4。表3土壤环境质量标准mg/kg
重金属元素Ⅰ级
自然背景pH值
pH值6.5~7.5pH值>7.5Ⅲ级
pH值>6.5Cd≤0.200.300.300.601.0Hg≤0.150.300.501.01.5As水田≤1530252030As旱地≤1540302540Cu农田等≤3550100100400Cu果园≤-150200200400Pb≤35250300350500Cr水田≤90250300350400Cr旱地≤90150200250300Zn≤100200250300500Ni≤40405060200
表4各监测点土壤重金属含量统计表
监测指标CuCrZnPbCdAsHgpH值标准差5.153.9037.3920.190.04351.610.01480.22变异系数0.180.070.440.510.380.160.360.03标准值1002002503000.30300.50-超标数0000000-超标率%0000000-
由表4分析发现,20个监测点中,各监测点重金属含量均未超出《土壤环境质量标准》二级标准。各重金属的变异系数在7%~51%之间。其中变异系数最高的Pb为51%,其次是Zn为44%,Cd为38%,Hg为36%,较低的是Cr为7%。这说明在监测区域,污染源对环境中的Pb含量贡献最大。
4土壤重金属污染评价
4.1评价方法和标准
4.1.1单项污染指数法
单因子指数法是国内通用的一种重金属污染评价的方法,是国内评价土壤、水、大气和河流沉积物重金属污染的常用方法［2］,其计算公式为:
Pip=Ci/Sip。
式中,Pip为土壤中污染物i的单项污染指数;Ci为调查点位土壤中污染物i的实测浓度;Sip为污染物i的评价标准值或参考值。根据Pip的大小,可将土壤污染程度划分为五级,见表5。
表5土壤环境质量分级评价标准
等级Pip值大小污染评价ⅠPip≤1无污染Ⅱ1
4.1.2综合污染指数法
各类土壤一般为多种重金属所污染,因而土壤污染评价多应用综合指数法进行污染综合评价。综合指数的算法有多种,根据本研究的实际情况,采用内梅罗指数法计算综合指数。内梅罗指数反映了各污染物对土壤的作用,同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响,可按内梅罗污染指数划定污染等级。内梅罗指数评价标准见表6。
表6土壤内梅罗污染指数评价标准
等级内梅罗污染指数污染等级ⅠPN≤0.7清洁(安全)Ⅱ0.7
其计算公式为:
PN={［(PI2均)+(PI2最大)］/2}1/2。
式中:PN为内梅罗污染指数;PI2最大为土壤中各污染因子污染指数的最大值;PI2均为土壤中各单因子污染指数的平均值［3］。
4.2评价结果与分析
4.2.1统计结果
各监测点耕地土壤重金属污染指数统计见表7。
表7各监测点土壤重金属污染指数的基本统计结果
编号单项污染指数PipCuCrZnPbCdAsHg[9]综合指数10.190.260.210.060.320.270.070.5520.340.320.290.070.290.330.080.6530.330.300.290.070.250.300.060.6340.320.300.280.070.260.400.040.6450.330.280.310.110.280.350.080.6360.320.270.300.110.260.390.090.6370.320.260.290.110.260.370.050.6280.310.270.380.260.730.320.120.7890.280.260.260.260.670.240.100.74100.270.260.260.270.690.350.150.77110.230.280.280.090.450.360.060.59120.220.260.270.090.310.210.140.51130.240.280.300.110.440.350.090.60140.230.290.300.100.400.390.090.61150.220.280.290.100.410.350.090.59160.360.300.430.180.340.390.050.71170.360.310.430.180.360.250.070.67180.360.310.430.190.380.350.050.72190.250.310.290.090.330.290.050.60200.250.290.280.090.260.270.110.59平均值0.290.280.310.130.380.330.080.65
4.2.2重金属污染评价
由表7分析可以看出,监测区域内耕地土壤中重金属元素的单项污染指数均未超过1,未出现污染。重金属污染单项平均污染指数由高到低依次排序为Cd>As>Zn>Cu>Cr>Pb>Hg。该地区综合污染指数小于0.7的占75%。
2012年5月绿色科技第5期5结语
(1)采用《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)进行系统评价,重金属污染由高到低排序结果为Cd>As>Zn>Cu>Cr>Pb>Hg,微山县煤矿企业周边地区的耕地土壤综合污染指数总平均为0.61,土壤污染等级总体为清洁。
(2)据污染源调查和背景值多元分析土壤重金属来源,得出农业生产活动中长期使用含镉磷肥、含铜农药造成镉、铜元素在耕地土壤中的积累,是耕地土壤中镉、铜浓度较高的主要因素。
参考文献：
［1］王学锋,朱桂芬.重金属污染研究新进展［J］.环境科学与技术,2003,26(1):54~56.
关键词：大厂矿区；农田土壤；镉污染
中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：16749944（2016）18003103
1引言
镉在地壳中的丰度为0.2×10-6，是一个极为分散的、具有致癌作用的强毒性化学元素。金属矿区通常是重金属污染的重要地区。镉矿的开采运输，冶炼过程的烟尘沉降，含镉废水排放均能导致镉元素在土壤或者水体中累积，并通过食物链等途径危害人体健康[2]。含镉矿石的开采、选冶以及含镉的工业“三废”排放是土壤镉污染的主要来源。
许超等研究表明[3]，大宝山20世纪60年代开始兴建的采矿场和金属冶炼厂排出酸性采矿废水已造成下游农田的大面积污染，农田土壤污染是以Cd和Cu为主的多金属复合污染。近年催力拓等研究提出[4]，广西某矿区生产的稻米中镉浓度严重超标，当地居民因长期食用这种“镉米”已经出现“骨痛病”症状。
目前大众对镉矿的区域分布特征、采矿活动造成的镉元素污染以及存在的风险仍缺乏系统的认识。林炳营研究表明，广西某铅锌矿场地开发，引起了河流水质、土壤和农作物的镉污染问题[5]。基于此，对广西河池大厂矿区农田土壤进行了镉含量测试，目的在于探究目前农田土壤的镉污染来源和状况，并评估其污染等级。
2材料与方法
2.1样品采集与分析
在南丹县大厂村的12个屯，包括新菜园、荒田、朝阳、大坪屯、铜坑屯、大树脚、铁板哨、更庄、老菜园、岩山脚、高峰和沙坪。采用蛇形布点，采集5个点混合为一个样品。共采集土壤样品156个（图1）。
土壤样品pH值（水比土2.5∶1）用pH计测定；测含水率将样品放于烘箱中烘至恒重，减少的质量即为水分的质量；有机质水合热重铬酸钾氧化C比色法测定；样品的消解采用加反王水（浓盐酸与浓硝酸比例1∶3和2mL氢氟酸），放入WARS微波消解仪中消解，赶酸，定容待测。
用ICP―MS测定Cd含量，测试有标准样。随机抽取1个样品做5次重复测定，各元素相对标准偏差均小于10%。用SPSS19.0对数据进行统计分析，用Excel进行图形的绘制和矩阵的计算。
3结果与分析
3.1土壤镉含量分析
土壤中Cd的平均含量大小顺序依次为铜坑>大树脚>沙坪>铁板哨>朝阳>新菜园>高峰>更庄>老菜园>大坪>岩山脚>荒田，所有的采样点Cd的含量高于广西土壤元素背景值0.0617mg/kg[6]。
铜坑土壤中Cd的含量最大，为42.75mg/kg；荒田最小，为1.54mg/kg，但是也超过广西土壤背景值25倍。同时，12个屯的采样点Cd含量均超过国家土壤中国土壤元素背景值0.097mg/kg[7]；总体来看，大厂镇12个屯农田土壤中Cd的含量都很高（表1），土壤Cd污染的现象已经比较严重。
以广西土壤环境背景值和国家土壤环境质量标准[8]作为比较依据。大厂镇农地土壤中Cd存在普遍的累积，超出广西土壤背景值274倍；变异系数为1.52，依据变异系数大小分级规律，变异系数大于0.3为强变异。
结果表明土壤中Cd的污染程度比较严重，且土壤镉区域含量变化比较大，说明受外界活动影响的强弱差异大。实地调查得知，大厂镇是一个典型的矿业镇，土壤中Cd的分布主要受采矿活动的影响。
2.3土壤镉累积评价
地积累指数[11]Igeo广泛应用于定量研究沉积物中重金属污染程度，也适用于当代土壤中重金属污染的评价。它综合考虑了人为污染因素、环境地球化学背景值以及因造岩运动可能引起的背景值的变动的因素。其计算公式如下：
Igeo=log2＼[Cn/（K×Bn）＼]。
式中：Cn为元素n的实测含量；Bn为元素n的背景值；K是考虑各地岩石差异可能会引起的背景值的变动而取的系数（这里取值为1.5）。在这里地累积指数的计算我们采取以广西土壤背景值为评价标准。结果表明，Cd元素地累积指数范围为Igeo（Cd）3.81～8.61，污染等级为极强。存在一定的生态风险，由此需要加强Cd元素污染的研究和污染源的控制。
3结果与讨论
（1）大厂镇农地土壤中Cd存在普遍的累积，均超出广西土壤背景值。根据实地调查发现，早期一些缺乏严密规划和环保意识的矿业活动，存在着严重的滥采乱挖现象，导致了矿石的利用率低，任意的排放采矿和冶炼的废水，随意堆放尾矿和矿渣。部分选矿厂的沉淀池、尾矿库，由于没有按照生产能力来设计容量，造成了废渣、废水的坍塌和溢出或直接排入江河，导致了河流的水体污染；选矿厂和冶炼厂排放的废渣、废液和废气对周围的环境造成污染。而引用污水灌溉，直接导致农田土壤镉污染。乡间公路的车辆通行导致沿线土壤重金属污染，并且产生重金属污染生态风险累积，主要有Pb、Cu、Cd的污染和累积。本研究表明，镉元素在采矿厂附近和公路沿线的土壤中含量较高，说明这种元素主要受采矿和交通两方面影响，其含量超过正常水平，对矿区附近和道路两侧的土壤造成较大污染。
（2）通过污染分级，荒田已属于强度污染；大坪、岩山脚属于强―极严重污染；其他9个自然屯属于极严重污染，土壤镉污染的形势非常严峻。任继凯等研究发现[12]，植物吸收土壤中的镉并向地上部茎叶和果实中转移，进行再分配，镉以不同的形态出现，同时在镉含量高的土壤中铅、锌、铜的含量往往也高。Cd元素在植物体滞留和累积，超过一定量就会危及农产品的食用安全，农作物的重金属污染，最终危害人体的健康。
（3）大厂矿区农田土壤受到不同程度的污染，控制污染源是直接措施，施加磷肥是有效措施。磷肥对作物吸收累积镉的影响已后大量报道，刘昭兵等研究表明[13]，土壤中磷与镉存在密切联系，磷酸盐可通过诱导吸附和沉淀作用影响镉的有效性。施磷肥可以显著提高植株对重金属的总吸收量，这一点对提高植物修复重金属污染土壤效率具有借鉴意义。
2016年9月绿色科技第18期
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关键词：水质；水源地；外源污染；铁矿；于桥水库
中图分类号X52文献标识码A文章编号1007-7731（2014）01-02-101-06
我国饮用水源主要以河流、湖泊等地表水为主。饮用水的清洁安全是人类健康生活的基本条件，关系到社会稳定与经济发展。近年来，我国排污总量与环境容量间的矛盾日益突出，水源安全面临着巨大挑战，据报道，我国3亿人饮水不安全，其中1.9亿人喝有害物质含量超标的水[1]。识别地表水水源地外源污染风险，对有效管理与控制水源地水质、确保饮用水安全具有重要的现实意义。
于桥水库位于天津市蓟县城东，属引滦入津工程大型调蓄水库，是一座山谷与平原过渡型盆地水库，以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、养殖等综合利用，是天津市重要的供水水源地。近年来，由于水库上游河段及水库周边地区经济社会的发展，污染物排放强度增大，污染物通过入库河流和库区进入水库，造成水库水质恶化。与20世纪80年代相比，水库水体中营养盐含量明显增加，浮游植物增长1.25倍，水体富营养化加剧，对天津市饮用水源地的安全构成了威胁[2]。
水库汇水河流包括沙河、黎河、淋河3大支流。沙河、淋河、黎河的汇水面积主要集中在河北省遵化市境内，接纳了其汇水面积内所有农田、果园的氮磷等营养盐的面源污染；同时由于遵化市采矿业的不断发展，3条支流范围内分布着大量铁选矿厂，其选矿污水和选矿废渣直接或间接进入3条支流，铁锰等重金属污染开始显现[3]。于桥水库的水环境问题是整个海河流域水体水质问题的一个缩影，因此对其外源污染开展调查研究有重要意义。
1于桥水库流域污染现状
于桥水库控制流域面积2060km2，占整个州河流域面积的96%[4]，流域境内雨量充沛，多年平均降雨750mm，平均径流量3.5亿m3。水库总库容15.59亿m3，最大回水长东西约30km，南北宽8km；正常蓄水位时淹没面积86.8km2，最大淹没面积250km2。为了解于桥水库入库支流污染现状，2012年4月和11月分别对淋河、沙河和黎河3条主要支流进行了布点采样，进行水质检测。根据于桥水库流域的河流水系分布状况，结合流域的土地利用类型和产业布局、地形地貌等因素，选择入库河流典型断面进行布点。共选择了河流断面11个样点，其中淋河4个样点，沙河4个样点，黎河3个样点。水库内确定了2个采样点作为对照，样点的分布如图1所示，对测定结果进行统计（表1）。监测结果显示，于桥水库流域的外源污染物以总磷、总氮和铁为主。
2外源主要污染物氮磷污染源分析
据天津市水务局2010年4月的《于桥水库周边水污染源近期治理工程实施方案》调查结果显示，在于桥水库的总氮负荷中，3条入库河流占55.5%，引滦来水占30.6%，水库周边径流占13.9%；总磷负荷中3条入库河流占41.0%，引滦来水占20.5%，水库周边占38.6%。农田径流、畜禽养殖、农村生活、鱼塘和库周餐馆是于桥水库周边面源氮磷污染的主要来源。根据现有调查数据资料和相关研究结果[5-6]，不同污染源占库区周边污染负荷的比例如表2所示，农田径流和畜禽养殖是水库周边面源污染负荷的主要来源。
根据以上数据统计，得到径流和侵蚀面源总氮的污染负荷分别为126.28t和135.95t，两者合计262.24t；径流和侵蚀面源总磷的污染负荷分别为7.947t和14.301t，两者合计22.247t。
作为典型的农业耕作区，于桥水库流域种植有小麦、玉米、棉花，以及蔬菜和果树等多种作物，仅水库周边有耕地0.53万hm2，果园0.2万hm2，林地1.3万hm2。在农业生产中，农药和化肥大量使用，其利用率仅有30%左右。化肥的过量使用，粗放的农田管理方式，不但造成土壤中氮磷养分比例失调，而且过量的氮磷未被作物吸收，会随农田径流流失，污染水体，造成库区水体富营养化。农田径流污染是于桥水库水体氮磷超标，富营养化的主要原因之一。
2.2畜禽养殖污染据不完全统计，仅于桥水库周边临近的68个自然村，流域内共饲养牛3.35万头，猪27.96万头，羊5.96万只，鸡171.7万只，畜禽粪便年均产生量9万t[10]。根据各类畜禽的饲养周期选取不同的基础数据，在牛的计算中，由于当地主要养殖作为肉牛，占养牛量的85%以上。一般6月龄肉牛的出栏周期为10～12个月，年末存栏数可以代表当年的饲养数量；在猪的计算中，猪的平均饲养周期为180d，因此猪的饲养数量就是当年的出栏数；在羊的计算中，羊的生长周期一般是1a，因此采用年未存栏数作为当年的饲养数量；家禽的饲养以肉鸡为主，饲养周期一般为60d，因此以当年的出栏数作为饲养数量。
畜禽的粪便排泄系数是指单个动物每天排出粪便的数量，它与动物的种类、品种、性别、生长期、喂养饲料甚至天气条件等诸多因素有关。因目前我国尚没有相应的国家标准，故牛、猪、羊、鸡的排泄系数均参考相关文献获得，如表4、表5[11]。
由沙河流域畜禽的饲养量、粪便排放量及其中污染物的含量，可以得到流域内畜禽粪便面源污染的年污染负荷，COD、TN、TP的年污染负荷分别为22613.0t、5018.03t和1418.65t。畜禽粪便露天堆放，在降雨的冲刷下产生会污水径流，而冲洗圈舍也会产生大量含氮污水，这些污水通过径流或渗流的方式汇入河道中，并最终汇入于桥水库，为于桥水库输入大量的氮负荷。
2.5流域内农村面源污染负荷由以上分析可以得到流域生活污水、生活垃圾、人粪尿、畜禽粪便的年污染负荷，TN、TP年污染负荷为356.3t、125.2t。在氮磷污染方面，各部分在氮、磷年污染负荷中所占的比例如图8、图9所示。由图8、图9可以看出，在TN年污染负荷中，畜禽粪便和人粪尿所占的比重较大；在TP年污染负荷中，畜禽粪便所占的比例也远远超过其余3个部分。由此可知，畜禽粪便是面源污染的重大源头，直接进入到环境中危害严重，为大幅削减面源污染负荷必须加强对其控制与管理。同时应规范人粪尿的处理途径，加强公厕的建设与管理，建立起其产生、转移、最终处置的导则。生活污水、生活垃圾在氮磷污染负荷中所占的比例较少，但其临河、临沟、临路随意倾倒的方式仍值得关注，尤其在实现畜禽粪便与人粪尿规范性管理措施之后，将是村落面源污染的主要源头。
3外源主要污染物重金属污染源分析
于桥水库汇流面积近80%在河北省遵化市境内，该区域有丰富的矿产资源，包括铁、金、锰、铬、铝、锌等金属矿物和白云岩建筑材料等[13]。近年来，黎河、沙河、淋河中上游铁矿开采业急速发展，沿河开采加工铁矿石的场点星罗棋布。据不完全调查统计，仅黎河上游主河道两侧200m范围内就有铁矿石开采及铁选加工厂多达70余家，其中黎河主河道隧洞出口至河北省遵化市黎河桥20km的区域内就有35家铁选加工厂。沙河从北岭河的堡子店至塔头村的一条支流上就有15家铁选矿厂；淋河主河道兴隆县境内从头拨子村到七拨子村有11家大型铁选矿厂；蓟县境内共有13家选矿厂[14]。铁矿石的大量开采不仅威胁河堤安全，由于部分铁选矿厂生产方式粗放，生产工艺简单，大量选矿废水未经处理即排放入河，使河道中铁锰含量大量增加，对于桥水库水源造成污染。同时，选矿厂的尾矿大量堆积在河道两岸，在雨季随着径流的增加，大量重金属污染物将会随径流一同进入于桥水库，污染水库水体。2004年调查统计结果显示，遵化市排污企业有207家，主要排污单位有遵化化肥厂、建明化肥厂、平安城造纸厂等，工业污水年排放量1857万t，生活污水年排放量1308万t[15]。
4污染控制与环境保护对策
4.1加强农村生活污染治理加大对该区域内村镇，尤其是邻近河道的村庄的环境治理力度。建立农村生产、生活垃圾处理设施和场所。在人口集中的村镇建立小型污水处理站，力求将农村生活污水和生产废水处理达标后排放。对农村人畜粪便和生活垃圾尽量做无害化处理，将生活垃圾采用分散收集、统一处置的方法，清运至垃圾处置场，避免垃圾围村造成的污染。
对于畜禽养殖中产生的畜禽粪便，雨季应避免露天堆放，尽量集中处置。通过有机肥还田的方式降低因堆置产生的污染，同时改善土壤结构，增加土壤肥力。推广新型的畜禽粪便堆肥技术，将畜禽粪便制成有机肥料，变废物为资源，提高粪便中养分的利用效率，即避免了环境污染，又可以增加经济收入。
4.2控制农业面源污染大力发展生态农业，对农业生产进行无公害化扶持和补贴。推广测土配方施肥，引导农民采用合理的施肥和灌溉方式，根据实际需要选择肥料和施用量，减少农药、化肥的施用量和流失量，最大限度的减少因过量施肥导致的农业面源污染，同时还能有效的避免资源浪费。采取工程措施，增加河岸绿化林带，形成防护隔离带，既防止沟岸侵蚀，减轻于桥水库上游河道两岸的水土流失，又能拦截阻挡沿岸农田径流和村落的污水、垃圾。
4.3加强中上游铁矿加工业管理加强对于桥水库汇水区内铁矿开采和选矿加工场点的监管和治理力度，取缔非法建设的小型选矿厂，严格控制铁矿石的开采点数量，对乱采乱挖及随意倾倒等现象给予严厉处罚；限定河道两侧200m范围内不得堆放尾矿矿渣，露天堆放场应使用覆盖材料遮盖，避免扬尘以及降雨冲刷。对于选矿厂尾水中重金属浓度较高等问题，通过提高尾水处理工艺，严格执行排放标准，降低尾水排放对入库河流造成的污染。尽快寻找矿渣再利用途径，消除潜在污染。
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关键词:农村;水环境污染;现状;原因
农村水环境是指分布在农村的河流、湖泊、沟渠、池塘、水库等地表土壤水和地下水体的总称。水环境既是农村大地的脉管系统,对雨涝起着调节作用,同时又是农业生产的生命之源。因此,保护好农村水环境是保障农业生产发展的基础。
1我国农村水环境污染现状
近10年来,我国农村水资源污染越来越严重,水环境状况越来越恶化,大部分水源中重金属、氨氮、总磷、化学耗氧量、大肠杆菌、阳离子表面活性剂等指标均存在不同程度的超标。农村面源污染的特点是污染物种类多、数量大、分布广,面源的监测、管理及污染控制比较复杂。在农村大部分集镇周边河流均存在被污染的现象,不仅造成粮食减产[1],而且使我国广大农村地区居民的基本饮用水安全得不到保障。据调查,我国患病人群的88%、死亡人数的33%都与生活用水不洁直接相关。农村水环境的恶化,不但直接影响到工农业生产的经济效益,同时也不利于社会的经济发展和稳定。
2我国农村水环境污染的原因
2.1化学肥料、农药的大量使用
我国农村有机肥料施用的大幅度减少和氮、磷、钾肥的不合理使用以及化学肥料使用的快速增长,其结果导致氮磷钾使用不平衡、土壤板结、耕作质量差,肥料利用率低,土壤和水分易流失,造成对地表水、地下水的污染,湖泊富营养化[2]。我国农药总量由1989年的20.62万t增加至1997年的39.45万t。农药对水体的污染主要来自于:直接向水体施药;农药通过雨水或灌溉水由农田向水体迁移;农药生产、加工企业废水的排放;大气中残留农药随降雨进入水体;农药使用过程中,雾滴或粉尘微粒随风漂移沉降进入水体;施药工具和器械的清洗等。一般来讲,只有10%~20%的农药附着在农作物上,而80%则流失在土壤、水体和空气中,并在灌水或降水等淋溶作用下污染地下水。
2.2乡镇企业污染物的排放
改革开放带来了乡镇企业的蓬勃发展,带动了农村小城镇的复苏和兴起。由于乡镇企业具有布局分散、规模小和经营粗放等特征,使得周边环境严重污染,乡镇企业每年有大量污染物未经处理直接排放。其中,废水排放达30亿t,化学需氧量排放300万t,固体废物排放量达3000万t,严重污染了农村的水环境。许多乡镇企业(主要集中在造纸、印染、电镀、化工、冶炼、矿产、机械加工、建材等行业)生产过程中产生的废水未经处理直接排向河沟、水库和农田,大量杂乱堆放的工业固体废物、生活垃圾又对地表水和地下水产生了二次污染。特别是近年来,城市实行对环境污染的严厉制裁后,许多污染严重的企业转移到郊区或小城镇,一些电子、机械废旧垃圾性物品也转移到农村。目前,农村工业污染已使全国20万km2的耕地遭到严重破坏,进一步加剧了农村水环境的污染。
2.3污水灌溉
由于大量未经处理污水直接用于灌溉,水质超标、灌溉面积盲目发展,已经造成土壤、作物及地下水的严重污染。污水灌溉已经成为我国农村环境恶化的主要原因之一,直接危害着污灌区的饮水安全。污灌存在问题主要表现在:一是污水处理跟不上,污灌水质超标,城市及工业废水排放量低,缺少必要的污水处理措施。二是污水灌溉面积盲目发展,监控管理体系不健全。污水灌溉大都是农民自发的,农民在缺乏正常灌溉水的情况下,自发引用污水作为农业用水的水源。虽然颁布了《农田灌溉水质标准》,但由于污灌水质无人监管,灌溉部门没有按标准把关,导致污水灌溉面积的发展存在严重的盲目性。三是河道灌溉功能退化,在城市郊区大都变成污水排放的河道。随着城市工业的发展,河道的管理未纳入城市的规划,致使有些污灌用水的河道变成城市污染工业废水排放的河道,久而久之变成了名副其实的污水河。HTtP//:
2.4集约化养殖场的污染
随着城乡人民生活水平的提高,人们对肉类消费需求增大,消费种类也从猪向牛、羊、禽等向多元化方向发展。我国畜禽养殖业得到迅速发展,各地在城镇郊区附近建立了一大批养殖场,由原来农村的分散养殖变为集中养殖,由此带来了畜禽粪便废弃物的排放处理和污染问题。
2.5居民生活污水和废弃物的污染
我国生活垃圾数量巨大,同工业垃圾一样,生活垃圾利用率极低,大部分都露天在城郊和乡村存放,不仅占用了大片的可耕地,还可能传播病毒细菌,其渗漏液污染地表水和地下水,导致生态环境恶化。大量生活垃圾的产生和累积,加剧了农村生态环境的恶化[3-4]。
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污染可能还要持续30年
“目前，我国土壤污染呈日趋加剧的态势，防治形势十分严峻。”中国土壤学会副理事长、中国农业科学院研究员张维理教授一直关注我国土壤污染呈现一种十分复杂的特点，呈现新老污染物并存、无机有机污染混合的局面。
“现在我国土壤污染比各国都要严重，日益加剧的污染趋势可能还要持续30年。”中国土壤学专家、南京农业大学教授潘根兴告诉记者，这些污染包括随经济发展日益普遍的重金属污染、以点状为主的化工污染、塑料电子废弃物污染及农业污染等。
国土资源部统计表明，目前全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染。环保部南京环科所研究员单艳红说，华南部分城市约有一半的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油类有机物污染；长三角有的城市连片的农田受多种重金属污染，致使10%的土壤基本丧失生产力，成为“毒土”。
农药化肥致土壤污染同样严重。张维理说，我国农药使用量达130万吨，是世界平均水平的2.5倍。黑龙江农业监测站杜桂德站长说：“目前，农药和化肥的实际利用率不到30%，其余70%以上都污染环境了。”云南农业大学测算，每年大量使用的农药仅有0.1%左右可以作用于目标病虫，99.9%的农药则进入生态系统，造成大量土壤重金属、激素的有机污染。
“不仅污染加重，而且还在转移扩散。”潘根兴说，当前，我国土壤污染还出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发。
2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故，包括砷、镉、铅等重金属污染事故达30多起。其中浏阳镉污染事件不仅污染了厂区周边的农田和林地，还造成2人死亡，500余人镉超标。
频繁爆发的污染事故损失惨重，不仅增加了环境保护治理成本，也使社会稳定成本大增，而土壤污染修复所需的费用更是天价。常州农药厂土壤修复需2亿元，无锡胡埭电镀厂重金属铬污染修复费用890万元，苏州化工厂需数亿至数十亿元。
土壤污染致粮食减产
污染的加剧导致土壤中的有益菌大量减少，土壤质量下降，自净能力减弱，影响农作物的产量与品质，危害人体健康，甚至出现环境报复风险。
潘根兴说：“许多土壤污染地区已超过土壤的自净能力，没有外来的治理干预，千百年后土壤也无法自净，有的地块永远都无法自净，甚至出现环境报复。”
生态关系失衡，引起生态环境恶化。中国科学院地理科学与资源研究所在长江三角洲等地调查的主要农产品，农药残留超标率高达16%以上，致使稻田生物多样性不断减少，系统稳定性不断降低。
“吃土吐土，净化土壤，作为土壤的义工，蚯蚓的存在是土壤重要的环境指标，对土壤具有重大意义。”令潘根兴教授忧心的是，现在，土壤中的蚯蚓、土鳖及各种有益菌等大量消失，农作物害虫的天敌青蛙的数量大减，自然生态面临危机。
云南农业大学副教授周江鸿在湖北、安徽等地的农田里发现，杀虫剂的使用对稻田节肢动物物种有损害作用，使得稻田天敌和害虫的平衡关系被打破。
土壤质量下降，使农作物减产降质。重金属污染的增加，农药、化肥的大量使用，造成土壤有机质含量下降，土壤板结，导致农产品产量与品质下降。农业部全国农技推广中心高级农艺师陈志群认为，由于农药、化肥和工业导致的土壤污染，我国粮食每年因此减产100亿公斤。环保部门估算，全国每年因重金属污染的粮食高达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。
重金属病开始出现，人们身体健康和农业可持续发展构成严重威胁。汞、镉、铅、铬、砷五种重金属被称为重金属的“五毒”，对人有致命的危害。苏州环境科学研究所所长杨积德说“这些污染严重影响儿童发育，使人致病、致癌，危及人体生命健康。”20世纪70年代，日本曾出现“痛痛病”，是镉对人类生活环境的污染而引起的，影响面很广，受害者众多，所以被公认为是“公害病”。
潘根兴在全国各地市场上进行的调查得知，约有10%的大米存在重金属镉超标。他说：“这些镉米对自产自食的农民来说无疑是致命的风险。”令人担忧的是，一些“痛痛病”初期症状已开始在我国南方部分地区出现“土壤污染导致的疾病将严重威胁人类健康和农业可持续发展，最终危害中华民族的子孙未来。”
产业模式亟待反思
土壤污染如隐形“杀手”，难以察觉却可能直接危害人体健康，特别是重金属在蔬菜、粮食中的累积，将处于食物链顶端的人类置于危险境地，甚至产生环境报复。土壤污染的加剧原因有天灾，但更多是人祸，不科学的发展是环境恶化的主要原因。授潘根兴认为，土壤污染主要一来自矿山采冶、工业“三废”、污灌、固废堆放等，基本上都属于人为因素，表明近年来的产业发展模式亟待反思。
当前，令人忧心的是各地以追求GDP为核心的政绩观，不科学的产业发展模式和大量违法排污、超量排污。记者在调研中发现，一些地方发展心切，抱着“宁愿毒死也要GDP”的心态，有意无意地忽视环境保护，导致“引进企业就是引进污染，发展经济就是破坏环境”的恶果。
但是，经过检测，这种大米中镉成分严重超标。当地人将这种大米简称为“镉米”。
镉，一种重金属，化学元素周期表中排序第48位。在自然界，它作为化合物存在于矿物质中，进入人体后危害极大。
李文骧老人怀疑自己得的怪病与这种大米有关。老人身体还算硬朗，但已经20余年没法好好走路了。只要走上不超过100米，脚和小腿就会酸疼难忍。
医生无法确切诊断，老人干脆自己命名――软脚病。他告诉本刊记者，在其生活的广西阳朔县兴坪镇思的村，另外十几位老人也有类似症状。
从1982年退休回村算起，李文骧吃本村产大米已有28年。多位学者的研究论文证实，该村耕地土壤早在上世纪60年代以前就已被重金属镉所污染；相应的，所产稻米中镉含量亦严重超标。
医学文献已经证明，镉进入人体，多年后可引起骨痛等症，严重时导致可怕的“痛痛病”。所谓“痛痛病”，又称骨痛病，命名于上世纪60年代的日本。该国由于开矿致使镉严重污染农田，农民长期食用污染土壤上的稻米等食物，导致镉中毒，患者骨头有针扎般剧痛，口中常喊“痛啊痛啊”，故得此名。这种病的症状与李文骧老人所说的软脚病非常相似。多位学者也直指，思的村不少村民已具有疑似“痛痛病”初期症状。
类似案例不只出现在广西思的村。实际上，多个地方均有人群尿镉等严重超标和相应症状。
尤其值得一提的是，无论农业部门近年的抽查，还是学者的研究均表明，中国约10％的稻米存在镉超标问题。对于全球稻米消费量最大的国家来说，这无疑是一个沉重的现实。
在镉之外，大米中还存在其他重金属超标的问题。中国科学院地球化学所研究人员即称，中国内陆居民摄入甲基汞的主要渠道是稻米，而非鱼类。众所周知，甲基汞是著名公害病之一水俣病的致病元凶。
一个完整的食物污染链条已经持续多年。中国快速工业化过程中遍地开花的开矿等行为，使原本以化合物形式存在的镉、砷、汞等有害重金属释放到自然界。这些有害重金属通过水流和空气，污染了中国相当大一部分土地，进而污染了稻米，再随之进入人体。
数以千万计的污染区稻农是最大的受害者。稻米是他们一日三餐的绝对主食，部分农民明知有污染，但困于卖污米买净米之间的差价损失，而被迫食用污染大米。更多农民则并不知道自己食用的大米是有毒的，他们甚至不清楚重金属是什么。
更为严重的是，中国几乎没有关于重金属污染土地的种植规范，大量被污染土地仍在正常生产稻米。
而且，污染土地上产出的污染稻米，绝大部分可以畅通无阻地自由上市流通。这导致污染稻米产区以外的城乡居民也有暴露危险，而危险程度究竟有多大，目前尚缺乏研究。
思的村怪病
多位土壤学者在其论文和讲义中不具名地提到桂林思的村，直称不少村民具有疑似“痛痛病”初期症状，且“鸡下软蛋，初生小牛软骨”
71岁的秦桂秀是思的村又一位“软脚病”老人。最近四五年间，她总是双腿发软，没有力量，一走路就痛。此外，她的腰也经常痛。她曾到桂林市一家大医院求治，被诊断为“骨质钙化”。具体病因，医生表示不清楚。
她说，本村有此类症状的不止十几人，或许50人都有。但本村一位村干部并不赞同她的说法，认为农村人腰酸背痛是常有的，这样的统计没有意义。这位干部同样无法解释如此多人有相同症状的原因。
事实上，国内多位土壤学者在其论文和公开讲义中不具名地提到思的村，直称该村不少村民已具有“痛痛病”初期症状；村中曾出现“鸡下软蛋，初生小牛患软骨病”的现象。
本刊记者向部分当事学者求证此事，学者们修正了上述说法。他们认为，更准确的说法是，部分村民有疑似“痛痛病”初期症状。学者的尴尬在于，迄今没有官方或医疗单位确认上述症状究竟为何病。
2010年12月，本刊记者在思的村走访时，多位村民私下证实，村中确有不少人浑身疼痛。一位上世纪80年代初从外村嫁来的村民说，当时外村女孩都不愿意嫁到本村，说是生的小孩会是“软骨头”。她嫁来后发现，这个说法有点夸张，但人们的担心至今没有消除。
村民证实，粮食未全面放开前，国营粮库曾经免收本村公粮。收粮的官方工作人员说：“你们村大米有毒。”该村村民与别村最大不同是，他们只能吃这种“有毒”、国家都不要的大米。
严冬中，村庄外的耕地里满是水稻收割后留下的稻茬，旁边一些蔬菜则长得翠绿可人。但这片被称做大垌田的近千亩耕地确实“生病”了：1986年的实测数字显示，上述土地有效态镉含量高达7.79毫克/千克，是国家允许值的26倍。
广西桂林工学院教授林炳营在该村的研究表明，1986年，该村所产水稻中，早稻含镉量是国家允许值0.2毫克/千克的3倍，晚稻则是规定值的5倍以上，达1.005毫克/千克。
阳朔县农业局农业环保站一位负责人告诉本刊记者，该片土地重金属情况至今未有多大改善。一位资深农业专家说，镉污染具有相当大的不可逆性，土壤一旦被污染，即便经过多年，所产农作物中的镉含量也仅会有细微变化。
稻田的水源是流经本村的思的河，污染源是村庄上游15公里以外的一家铅锌矿。这家规模并不算大的矿，上世纪50年代起作为本县国营矿被开采，其时几乎没有环保设施，含镉的废水作为灌溉用水流进了村民的耕地。
据统计，共有5000余亩土地被该矿污染，大垌田是其中最严重的1000亩。后有研究表明，矿山早期废水含镉量超过农灌水质标准194倍。
这家铅锌矿效益并不好，几十年间时开时关，目前已转至私人手中。与此同时，没有村民明确地知道，这些来自大米中的“毒”，是否进入了他们的身体，进入后到底发生了什么。多数人无法证实身上的痛是一种病，更无法证实其与稻米的相关性。
10％大米镉超标
南京农大潘根兴团队在全国多个县级以上市场随机采购样品，结果表明10％左右的市售大米镉超标
受到镉污染的，绝不仅仅是思的村的大米。
2002年，农业部稻米及制品质量监督检验测试中心曾对全国市场稻米进行安全性抽检。结果显示，稻米中超标最严重的重金属是铅，超标率28.4％，其次就是镉，超标率10.3％。
五年之后的2007年，南京农业大学农业资源与生态环境研究所（下称南京农大农研所）教授潘根兴和他的研究团队，在全国六个地区（华东、东北、华中、西南、华南和华北）县级以上市场随机采购大米样品91个，结果同样表明：10％左右的市售大米镉超标。
他们的研究后来发表于《安全与环境》杂志。但遗憾的是，如此重要的研究并未引起太多人的注意。
多位学者对本刊记者表示，基于被污染稻田绝大多数不受限制地种植水稻的现实，10％的镉超标稻米，基本反映当下中国的现实。
中国年产稻米近2亿吨，10％即达2000万吨。如此庞大的数字足以说明问题之严重。潘根兴团队的研究还表明，中国稻米重金属污染以南方籼米为主，尤以湖南、江西等省份为烈。2008年4月，潘又带领他的研究小组从江西、湖南、广东等省农贸市场随机取样63份，实验结果证实60％以上大米镉含量超过国家限值。数值如此之高的重要原因之一是，南方酸性土壤种植超级杂交稻比常规稻更易吸收镉，但此因之外，南方诸省大米的镉污染问题仍然异常严峻。
潘根兴告诉本刊记者，中国稻米污染的严峻形势在短期内不可能根本改观。
中国科学院地理科学与资源研究所环境修复研究中心主任陈同斌研究员，多年致力于土壤污染与修复研究。他对本刊记者说，中国的重金属污染在北方只是零星的分布，而在南方则显得较密集，在湖南、江西、云南、广西等省区的部分地方，则出现一些连片的分布。
陈同斌对广为流传的中国五分之一耕地受到重金属污染的说法持有异议。他根据多年在部分省市的大面积调查估算，重金属污染占10％左右的可能性较大。其中，受镉污染和砷污染的比例最大，约分别占受污染耕地的40％左右。
如果陈同斌的估计属实，以中国18亿亩耕地推算，被镉、砷等污染的土地近1.8亿亩，仅镉污染的土地也许就达到8000万亩左右。
让人心情沉重的是，这些污染区多数仍在种植稻米，而农民也主要是吃自家的稻米。不仅如此，被重金属污染的稻米还流向了市场。中国百姓的健康，在被重金属污染的稻米之前几不设防。
追踪镉污染
湖南株洲新马村、广东大宝山等多个地区，稻米均被严重污染
距广西思的村2000余公里的湖南株洲市新马村，2006年1月发生震动全国的镉污染事件，有2人死亡，150名村民经过体检被判定为慢性轻度镉中毒。当年9月11日，湖南省政府公布调查结果，认为该村饮用水和地下水未受镉污染，但耕地土壤受到镉污染，稻谷中重金属严重超标。
2011年1月，本刊记者再次来到位于株洲市天元区马家河镇的这个村子。该村及相邻两村共计千余亩土地已被当地宣布弃耕。村民至今认为，原先村中开办的摩托车配件厂向地下排放含镉废水是村民镉中毒的最直接原因，不过，政府力主的稻米镉污染也被村民认为是一个重要原因。
当地政府至今没有正式公布该村稻米中的镉含量。南京农大农研所潘根兴教授一行，曾于2008年4月间向该村村民索要过两份原产米作实验室化验，结果显示，其镉含量分别为0.52毫克/千克和0.53毫克/千克，是国家标准的2.5倍。
株洲新马村耕地中的镉污染，主要来自1公里外的湘江。湘江是中国受重金属污染最严重的河流，新马村上游数公里的霞湾工业区即是湘江重金属污染的主要源头之一。
在株洲市数个工业区周边，数十平方公里的农田被重金属成片污染。位于霞湾工业区边缘的新桥村村民向本刊记者证实，新桥、霞湾和建设等村数千亩土地早在上世纪80年代前就被霞湾工业区排放的重金属废水污染。当地政府每年向每亩稻田发放800斤稻米的补贴，这样的补贴已有20多年。
而在湘江株洲、湘潭段，两岸有数量庞大的土地直接用湘江水灌溉。在理论上，它们受污染的可能性极大，但这方面的研究和数字较为缺乏。湘潭市环保协会副理事长王国祥曾出资检测湘潭县易俗河镇烟塘村的土壤和稻米污染情况，结果土壤含镉量和稻米含镉量均严重超标。
2008年新马村那次取样前后，潘根兴一行还专赴其余数个被媒体广为报道的镉污染地区进行稻米取样。这些地方有广东大宝山地区、湖南郴州白露塘地区、江西大余漂塘地区等。经实验，这些地方的稻米均被严重污染，镉含量至少0.4毫克/千克，高的可达1.0毫克/千克，总体是国家限值的2倍至5倍。
48号魔鬼
工业革命释放了镉这个魔鬼，而水稻是对镉吸收最强的大宗谷类作物
近几十年间，类似思的村和新马村镉米“有毒”的故事，在中国为数众多的村庄上演。对于65％以上人口以水稻为主食的中国来说，这样的故事无法让人感到轻松。
镉是一种银白色有光泽的重金属，化学符号Cd，原子序数48。它原本以化合物形式存在，与人类生活并不交会。工业革命释放了这个魔鬼。国外有研究推算，全球每年有2.2万吨镉进入土壤。
镉主要与锌矿、铅锌矿、铜铅锌矿等共生。在焙烧上述矿石及湿法取矿时，镉被释放到废水废渣中。如开矿过程及尾矿管理不当，镉就会主要通过水源进入土壤和农田。美国农业部专家研究表明，水稻是对镉吸收最强的大宗谷类作物，其籽粒镉水平仅次于生菜。
已有研究表明，镉主要在肝、肾部积累，并不会自然消失，经过数年甚至数十年慢性积累后，人体将会出现显著的镉中毒症状。镉使人中毒的最通常路径是，损坏肾功能，导致人体骨骼生长代谢受阻，从而引发骨骼的各种病变。上世纪60年代日本富山县神通川流域的骨痛病患者，影响人群达数百人。
中国辐射防护研究院太原环境医学研究所刘占旗等研究人员，曾在2000年前后调查国内某铅锌矿污染区260名有20年以上镉接触者。其中84名接触者骨质密度低于正常，他们多数诉称身体有莫名疼痛，而最严重的22名接触者中有19名出现不同程度的骨质疏松和软化。
更有学者的初步研究表明，中国南方某些铅锌矿区域中，人群癌症高发率与死亡率与土壤镉含量及镉超标大米有着不可分割的关系。
除了镉，其他重金属也在侵蚀着中国的稻田和大米。
例如，中国科学院地球化学所冯新斌团队以贵州多个汞污染地区为例，在2010年9月美国《环境健康展望》杂志说，中国内陆居民摄入水俣病元凶甲基汞的主要渠道是稻米，而非鱼类；浙江大学张俊会在2009年的博士论文中分析，浙江台州9个有电子废物拆解历史的自然村中，其中7个的稻田土壤受到不同程度的镉、铜、锌复合污染；中国科学院地理科学与资源研究所李永华团队2008年的研究则表明，湖南湘西铅锌矿区稻米铅、砷污染严重。
体制放大镜
村民均明知大米“有毒”却仍然长年食用。一位村民说：“有钱的用钱扛，没钱的有命扛”
面对被重金属污染的大米，人们往往束手无策。本刊记者在株洲新马村附近的新桥村采访时发现，村民均明知大米“有毒”却仍然长年食用。一位村民对此表示无奈，她说：“有钱的用钱扛，没钱的有命扛。”
这位村民道出的一个南方农村现实是：每人只有几分田，土地仅够产出口粮。假如卖污染米再买净米，其间较大的差价也会推高他们的生活成本。
多位学者指出，中国现行的土地承包到户制度，以及农民口粮基本自给等现实国情，成倍放大了稻米的重金属污染问题。
潘根兴认为，西方国家土地私有，农地主要由农场主和大公司种植，一旦部分土地被重金属污染，出于维护整体利益考虑，农场主或大公司很快会选择弃耕或调整作物。而中国的农民出现污染后个人无力应对，只能选择被动承受。
学者表示，西方国家比中国更重视企业经济行为的环境负外部性，一般要求企业向政府缴纳环境维保基金，这笔资金在多数情况下可以应对包括土壤污染在内的环境问题。而中国政府缺少这样的制度安排，客观上鼓励了环境负外部性的产生。
此外，政府对土壤污染信息的习惯性封锁，导致官民之间严重地信息不对称，更多的自耕农在茫然不知或知之甚少的情况下食用了重金属超标大米。
独特的饮食习惯也导致大米重金属污染在中国更为突出。稻米并非多数西方国家绝对主食，但65％的中国人以稻米为绝对主食。有学者计算，即便稻米达到国家限定的镉含量0.2毫克/千克，中国南方人每日摄入镉的总量也大大超出世界卫生组织推荐的限定额。
镉米不设防
数量众多的重金属超标大米只要被允许种植，必然会有人受害
在几乎没有监管或者没有有效监管的现实下，重金属超标大米享受着让人感到恐怖的“自由”。
除在少数地方因为极端污染事件被叫停，大多数被污染土壤的主人即自耕农，均可以自由选择种植作物种类，包括稻米。广西思的村和湖南新桥村的农民，就没有收到任何来自政府方面的种植禁令。
此外，除了少量重金属超标大米在市场上流通时被检出，政府部门通常没有对村民和市民如何避免吃到被污染大米给出意见。
实际上，重金属超标大米在现实中是完全可以自由流通的。思的村和新马村的大米并未被政府方面禁止对外销售，因此，虽然多数稻米被村民自食，但仍有相当数量污染米自由流向市场。
近几年，由于国家在食品安全制度方面加大了力度，重金属超标大米大概很难出现在大中城市的大型超市中。但在各县市以及乡镇的农贸市场中，污染大米仍然令人防不胜防。
2008年2月，四川成都市质量技术监督局在食品安全抽检中，检出邛崃市瑞泰米业有限公司和四川文君米业有限公司生产的大米镉超标，要求两企业整改。按照中国现行的食品质量管理法规，两家企业因生产销售镉超标大米是违法的，接受处罚天经地义。
但两家企业表达了委屈：第一，企业在购进大米时，本着就近原则收购，由于中间商的收购渠道复杂，无法判断哪个区域含镉，无法从进货原材料上控制；第二，镉超标与企业生产工艺没有关系，应与土壤含镉有关。
学者更普遍的看法是：政府一方面未在源头上禁止重金属超标大米，即允许在污染土壤上种植稻米，另一方面又在流通中禁止重金属超标大米，这是自相矛盾的，在现实中也是难以执行的。
一个不容乐观的事实是，数量众多的重金属超标大米只要被允许种植，必然会有人食用，也必然有人受害。
一般认为，流通到城市的重金属超标大米毕竟只是少数，由于不断更换所消费大米品种等原因，市民即使吃到重金属超标大米，危害也较小。
但陈同斌及其同事多年观察发现，随着土壤污染区农村居民生活日渐富裕和健康意识的增强，他们更趋向于将重金属超标大米卖到城市，再换回干净大米，所以城市居民遭受重金属毒害的风险也在日益增加。
关键词：BP神经网络；土壤重金属污染
中图分类号：TP183文献标识码：ADOI：10.11974/nyyjs.20170533219
1材料与方法
1.1研究区概况
以宜宾市翠屏区宋家乡洋坪村万宜粮油专业合作社粮食生产功能区252.07hm2农用地为研究区，该区地处中纬度北亚热带季风气候区，在地质构造上位于川东褶皱带永川帚状褶皱带的帚部；全区基岩广布，地层结构、岩石特性形迹明显，其中紫色岩层更是遍布于丘谷地区，多为侏罗系各组紫色岩层，岩层倾角10～30°，切割浅，田多土少。本区为川南丘陵区地貌形状，海拔340～400m，由于受四川盆地地质构造的影响，形成红色泥岩、沙质泥岩和沙岩互层沉积，主要土壤类型有：红棕石骨土、灰棕紫沙土、棕紫泥田、黄紫沙田、红紫沙田等，土壤质地沙壤-壤土，砾石含量较低，土壤耕性较好，经检测：土壤pH值5.94～8.40，微酸性-微碱性；有机质含量10.09～32.6g/kg、全氮0.71～1.86g/kg、有效磷0.4～17mg/kg、碱解氮74～151mg/kg、速效钾93～214mg/kg，耕地土壤养分含量中等丰富，水田地力多为2～3级，旱地多为3～4级。
1.2土样采集与处理
土样采集按照《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T395-2000）的要求，于2015年9月在作物收获后秋耕前，根据研究区土地利用现状划分取样单元，每13.3～20hm2取一个样点，共采集耕层土壤样品10个，耕层按0～20cm，亚耕层按20～40cm用不锈钢土钻采集土样，每个土样均采用“S”法随机采集15～20个点，经充分混合后，用四分法留取1kg，重点点位留取1.5kg，装入土袋标明，样品取回在实验室荫干、碾碎备用。
1.3测定项目及方法
土铀退拇ㄊ∨圃和寥婪柿涎芯克化验室进行，对农产品质量安全有重要影响的Pb、As、Cr、Hg和Cd共5个重金属元素的化验分析，分析方法根据《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T395-2000）要求确定：As、Hg采用原子荧光光谱法测试，Cd、Cr、Pb采用等离子体质谱法测试。
1.4评价方法
1.4.1传统指数评价法
污染指数法是检测评价土壤重金属污染中最常用的一种方法，主要包括2种，分别为单因子和多因子污染指数法，多因子指数法是内梅罗指数法使用最多的一种方法。内梅罗指数法可以计算污染指数的平均值以及最高值，通常在实际的应用过程中，重金属污染因子个数减少的情况比较适合应用该方法，加权有效地规避了权系数确定过程中的各种主观因素，当前该方法的应用比较广泛。但是，这种方法同时也存在不足之处，因为将土壤重金属污染评价化由复杂变得过于简单，过分强调了环境质量影响中最高值的作用。一般情况下，对土壤进行环境质量评价时，会按照中国土壤环境质量标准（GB15618-1995）中二级标准来确定研究的评价标准（表1）。
1.4.2BP神经网络
1.4.2.1BP神经网络原理
BP算法训练的神经网络，称之为BP神经网络，这种神经网络是目前应用最多的一种，按照误差逆传播算法进行训练，属于多层前馈网络。BP神经网络的学习功能比较强，输入―输出模式映射关系的存贮量也比较大，不必对描述该映射关系的数学方程进行揭示。梯度下降法是主要的学习规则，网络的阈值和权值可以通过反向传播得到适当的调整，最终得出的最小的误差平方和。BP神经网络模型拓扑共包括3层，分别是输入层、隐层和输出层。
1.4.2.2BP神经网络算法
BP算法是目前最广泛用的神经网络学习算法之一，其反向传播包括2个步骤，分别是正向传播以及反向传播。
正向传播就是样本从输入层开始经过隐单元进行层层处理，之后传到输出层中；经过这个过程的层层处理，每层中神经单元的状态都只会影响到下一层神经元的状态。比较输出层中的现行输出以及期望输出，当现行输出跟期望输出不同时，则进行反向传播过程。
反向传播就是将误差信号按照原路返回，从输出层开始经过隐含层对神经元的权系数进行逐步修改，以最大化的减少误差信号。
采用非线性S型对数传递函数logsig函数应用到模型的输入层到隐含层的过程中，可以有效保证BP神经网络模型的非线性，线性函数purlin函数应用到隐含层到输出层中，trainlm函数为网络采用的训练函数。通过反复迭代运算，达到误差允许范围为止，最后固定权值系数及阀值，学习训练过程结束，模型建立。
2基于BP神经网络的土壤重金属评价模型
2.1学习样本的选取
选取BP神经网络训练样本可以确定模型，如果采用累加样本数量或者反复训练网络的方法，会耗费大量的时间，不利于提高网络的预测精度。因此只有在充分考虑样本的整体内在特征以及规律的基础上才能选定样本。
本文学习样本选用《成都耕地》中耕地重金属评价土壤样点数据100个，检验样本20个。样本中土壤等级采用传统内梅罗指数评价法得出（表3）。
2.2神经网络预测模型的建立
3层前向BP神经网络能够实现随意精度接近任何一个非线性函数，而且过程中不需要建立数学模型，只要存在输入以及目标输出即可。赋予一个输入模式给网络，经过输入层―隐蔽层―输出层层层处理之后，产生一个输出模式。当实际输出跟期望输出不同时，则进行反向传播，误差值会沿着原路返回进行逐层修改。只有每个训练模式都满足特定要求，学习过程才能结束。
图1为本研究中的土壤重金属污染评价的BP神经网络预测模型，该模型共分为3层，7-6-1为该模型的神经网络结构，输入层共包括7个神经单元。分别是对土壤耕地有重要影响的Pb、As、Cr、Hg和Cd共5个元素，2个限制条件：土壤类型（水田或旱地）和土壤pH值，对土壤类型（水田、旱地）字符作对应性数字映射为水田-0，旱地-1；线性传递函数（purelin）为传递函数；隐蔽层共包括6个神经元，传递函数为s型传递函数（1ogsig）；输入层包含一个神经元，和土壤重金属污染评价等级对应，传递函数也是线性传递函数（purelin）。
网络学习过程中或者网络预测的过程中要实现更好的训练，就要进行输入矢量分量预处理以及输出适量分量预处理，使用permnmx函数对网络进行归一化处理，以使样本输出和输入范围维持在[-1，1]之间。仿真后的数据通过postmnmx函数进行反归一化处理。
本研究中有100个已知的土样点参数数据可以当做学习样本的输出节点值，在神经网络学习模型中带入5个影响参数和2个限制参数的输入节点值，可以自动生成样本群知识库以及项目区土壤重金属污染评价等级与7个特征⑹的非线性计算关系，结果为：R?=0.99998；RMSE=0.01。
在神经网络推理机中带入学习样本以及验证土样点的7个参数标准值，利用知识库将各单元的评价等级求出，然后与已知结果进行比较，如果误差≤10%，再将其与传统内梅罗指数评价结果进行比较，2个结果非常贴合。（表4）。
2.3基于BP网络的翠屏区土壤重金属污染评价
在BP神经网络预测模型被验证可用后，本文运用该模型，对宜宾市翠屏区宋家乡洋坪村万宜粮油专业合作社粮食生产功能区10个耕地土壤样点进行评价，将其作为仿真部分输入值代入网络程序，即可评价出本区域耕地土壤重金属污染等级，对该区域现代农业规划中土壤适宜性和农产品质量安全溯源提供科学依据。
3结论
本文主要对研究区域中的5种重金属内梅罗指数综合评价以及神经网络综合评价的结果进行对比分析，对于该地区的污染水平和趋势，两者反映的基本一致，神经网络综合法评价结果对细小区域的评价更加适合，如土样1根据内梅罗指数法的结果显示，该区域评价等级为2级、尚清洁，但应用BP神经网络评价为1级、清洁，这个评价结果比较符合当地的污染状况。
借助BP神经网络方法建立起土壤重金属污染等级与区域种植业适宜性和农产品质量安全溯源之间构建起直接的联系，管理决策部门可以从这个方向出发制定现代农业规划的应对措施，从而更好的协调社会经济活动跟土壤环境之间的关系，从而有效的预防土壤重金属污染，进而保障农产品的质量安全。
参考文献
[1]李向.基于BP神经网络的土壤重金属污染评价方法――以包头土壤环境质量评价为例[J].中国农学通报，2012，28（02）：250-256.
[关键词]农田耕地建议
[中图分类号]F301.21[文献标识码]A[文章编号]1003-1650（2014）03-0009-02
前言
随着人类经济活动的加剧，土壤资源的演变加速，与过去自然状态下的演变过程已不能同日而论，特别是近几年以环境为代价的土壤快速逆向演变和土地资源的减少与耕地质量退化引起的党和国家的高度重视，为了确保用占世界7%的耕地面积养活占世界22%的人口数量，党中央国务院提出严格落实保护耕地制度的通知。建国以来，我区经历了1959年的第一次土壤普查和1981年的第二次土壤普查。第一次土壤普查主要检查内容是耕地资源、面积数量、亩产水平、灌溉情况等，历时三年；第二次土壤普查内容是耕地土壤类型及其分布状况和各类型土壤物理化学性状及肥力水平，历时5年时间，摸清了当时的农田地力、土壤分类、中底产田类型等土地利用情况。现在距第二次土壤普查已经32年，32年来我区农村经营体制、耕作制度、作物品种、种植结构、产量水平等都有了很大变化，肥料、农药、农膜的大量使用，工业污染、城市建筑居民生活垃圾等有机无机废弃物的点源面源污染，使土地的吸附降解排毒承载能力和农产品的产量、品质及安全性等都发生了巨大变化。因此除了保证基本农田数量面积，更重要的是调查研究农业可持续发展的土壤资源退化防治对策，和土壤资源复垦进化及培育熟化措施，用有限的耕地养活不断增长的人口。据此，我们对全区现有的基本农田耕地质量及其环境进行一次较全面的检查和评价，基本摸清了我区土壤类型分布规律及利用建设现状，查明了基本农田环境质量和污染情况以及非农占补变化情况。调查情况如下：
一、土地利用概况
雨花台区位于南京市南郊，东南与江宁县接壤，西濒长江与浦口区接壤，北与建邺、秦淮毗邻。地势东南高，西北低，为丘陵平原地区。境内有山、水、圩，南部山峦起伏，蜿延逶迤，境内最高山峰为牛首山，高程242米，其次为韩府山，高程150米，还有岱山、罐子山等。西部与东部分别为长江和秦淮河两大圩区。属北亚热带季风温湿气候区，高温和雨季一致，春秋两季多过程性变化天气。2013年未全区土地总面积13458.83公顷中农用地1469.6公顷（其中耕地2899.8公顷，占全区土地总面积21.5%；园地234.1公顷，占1.74%；林地1429.8公顷，占10.6%；牧草地9.39公顷，占0.07%；其它农用地1469.6公顷，占10.9%；）。基本农田保护区2263.698公顷中农用地1900.63公顷，其中耕地1316.89公顷，园地85.55公顷；林地138.67公顷；其它农用地429.56公顷.
二、农业生产情况
我区地处南京市南大门，地理位置特殊，两次区划调整加上近几年城市化、工业化进程的加快，农业生产出现资源下降、地位下降、农村经济比重下降的被动局面。全区农业生产主要以蔬菜生产为主，菜地复种指数达280%次，为南京市老蔬菜生产基地，农民生产水平较高，主要以叶菜生产为主，叶菜品种小而全，品种有叶、豌豆叶、茼蒿、蕹菜、韭菜、芹菜等叶菜及茄果类、瓜豆类蔬菜。为充分发挥我区蔬菜生产技术、品种优势，突出精品意识，提高名特优新品种质量，增加花色品种数量，保持和发扬我区小品种生产优势。粮食生产以水稻为主，水稻种植1.0万亩，油菜0.8万亩。旱谷种植较少，主要为薯类、玉米、大豆。
三、基本农田土壤质量状况
全区土壤分成五大类、九个亚类、十七个土属、四十二个土种，全区地形特点：由西北向东南逐渐上升，区内有平原圩区、黄土岗地和低山丘陵三大地貌类型。从全区总的来看，我区的土壤分布受地形、母质、水文条件和人为活动的影响，呈现一定的规律性。
“民以食为天，食以土为本”。土地是农业生产的基础，近几年来耕地锐减，工业三废、城镇垃圾与生活污水、农药、化肥对农业土壤环境的污染日趋严重，保护耕地与农业环境质量已到刻不容缓的地步，通过本次基本农田保护耕地质量状况的调查，对本区农田肥力水平调查评价如下：
1.本次基本农田调查土壤类型主要以水稻土、黄棕壤土为主，代表面积2897公顷。涉及18个村，58个保护地块。
2.基本农田质量等级评价按照《中华人民共和国农业行业标准NY/T309-1996》（全国耕地类型区、耕地地力等级划分），土壤资源肥力水平的评价除了土壤养份评价外，还必须根据土壤的生态环境条件、气候、地形、成土母质、农田基础设施、土壤培肥水平、产量水平等综合因素进行评价。产量的评价是根据当地耕作制度下典型的粮食作物近期正常年份全年粮食产量水平进行评价，结果为：全区基本农田中低产田面积较大。基本农田耕地总面积1316.89公顷，其中高产田（1-2级）面积380.63公顷，占总面积的28.9%；中产田（3-4级）面积486.81公顷，占总面积的36.97%；低产田（5级）449.454公顷，占总面积的34.13%，其主要原因一是丘陵岗地冲田面积大，二是低湿受渍漏水漏肥，三是土层耕层浅薄养分贫乏，四是障碍土层板结，透气性差，五是低产田改造经费用于水利设施方面的多，用于农田环境质量保护、环境监测与培肥改土提高地力以及解决测土配方平衡施肥补充耕地营养降解农田污染等土体保护净化方面的工作经费很少。
3.基本农田污染情况：由于乡镇企业的迅速发展，“三废”治理不及时，部分耕层遭受污染，土壤虽有分解污染物质减缓污染的自净能力，但当污染物质的数量速度超过了土壤的自身净化能力时，便会使土壤理化性状产生一系列不良反应变化，影响农作物生长发育，导致病害增加，产量降低，品质下降，甚至有毒，影响人畜健康。在土壤采样及污染源典型样点调查中我们发现，农业集约化程度较高的高产区和工业化快速发展的工业区，普遍存在农药、化肥、重金属的残留和硝酸盐的积累问题。一是农药污染，据调查水稻全生育期用药6-8次，油菜2-3次，蔬菜每季用药5-6次，平均每亩耕地一年用药量达0.8-1公斤左右。超量农药年复一年的用于农田，致使大量农药残留于土壤中，造成农产品质量下降，危害人畜安全；二是重金属污染，我区土壤重金属污染主要分布于城市郊区，工矿区附近以及公路沿线，三是化肥面源污染问题，大量的化肥使用是造成水体污染的主要原因。据统计调查，每亩地年均施化肥（折纯）35-40公斤，而利用率平均只为30-35%，大量化肥随水土流失到江河和沉降到地下水中，形成水体富营养化。我区基本农田耕地因工矿、道路、灌溉而造成的污染达33.3公顷，占基本农田耕地面积的2.53%，潜在污染面积达66.7公顷，占基本农田耕地面积的5.07%，可见，耕地土壤的污染问题，已近在眉睫。
4.基本农田占用与补划质量情况：根据目前全区基本农田占用与补划面积资料调查结果分析，全区经济开发工业项目和预留的非农建设占用基本农田面积59.0734公顷，其中非农占用二级基本农田面积19.021公顷，三级基本农田面积13.86公顷，四级基本农田19.695公顷，五级基本农田面积6.49公顷；补划基本农田面积为335.089公顷，其中二级基本农田面积107.894公顷，三级基本农田78.66公顷，四级基本农田111.718公顷，五级基本农田36.8136公顷。补划的基本农田数量远远大于占用的基本农田，质量存在着明显差异。
5.农田质量监测点建设
基本农田是最基本的生产资料，认真贯彻《基本农田保护条例》就是既要抓耕地数量的保护，又要抓耕地质量的保护。我区目前尚有中低产田面积2115.17公顷，占总耕地面积的73%，耕层变浅板结，土壤成为污染物的载体和贮藏库，不仅使农作物产量和品质下降，而且还通过食物链直接或间接危害人畜健康。这已是非常现实的社会问题，通过本次基本农田保护调查，我们建立了2个基本农田质量保护监测常规施肥点，通过对土壤调查、采样化验、植株分析检测、田间作业及产量记载等以及不同土壤类型的田间试验，对土壤的理化性状，生产能力和农田生态环境进行长期定位动态监测，从中了解掌握本地农田施肥水平、产量情况、地力演变状况、农田环境状况，及时研究解决监测中发现的耕地质量问题，提出耕地修复意见和培肥改良对策。
四、存在的问题
农田土壤的生产力是由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外界条件所决定的。外界条件指的是土壤所处的环境状况，它包括气候、地形、地貌、排灌条件、化肥农药农膜的大量施用、工业三废、城镇生活垃圾的排放、有毒物质的污染等。通过本次调查发现，我区农田生态环境质量正受到来自多方面污染的威胁，主要表现一是高产出低投入的生产模式，造成地力衰竭与退化。由于农民长期重施化肥轻施有机肥，造成土壤中微量元素和微生物库源断缺，无机肥氮磷钾化肥施用中主体结构普遍呈氮高磷少钾缺乏状态，加之我区中低产田土壤中本身养分含量不足，长期高产出低投入致使土壤养分严重透支，而回归于土壤的养分种类及数量远远不足，使土壤养分元素的有效含量日趋减少，地力下降，土壤耕层板结，土壤团粒结构及容重结构变差，形成种养失衡则供养必然失衡，从而导致产出的农产品品质、品味、口感变差。二是化肥农药农膜大量投放下的面源污染和工业三废及重金属的点源污染使土壤中有毒物质的残留积聚问题日趋严重，土壤正成为污染物的载体和贮藏库。三是农民对土地尚未形成健康意识，更谈不上治理。农民只对地面上看得见摸得着的作物生长状况感兴趣，而作物生长所依赖的农田土地在生病，更加需要治理和修复。这一道理农民目前尚无意识更无治理能力。
五、对策与建议
1.实现耕地资源由数量管理向质量与数量管理并重的战略转变。因为耕地质量的安全是生态系统安全，农业生产安全，农产品质量安全，人民健康安全的基础，也是社会经济可持续发展的保证。加强耕地质量管理，在保证耕地数量的同时，更要注重耕地质量的管理，使耕地质量建设走上法制化轨道。国土管理部门的工作重点是土地的数量保护，农业部门的工作重点是对土地质量的保护，特别是当土地作为商品买卖时，不仅仅以数量面积，更要以土壤质量按质论价，以保证有限耕地的深度复垦与地力保护建设基金的来源。按规定收取的造地复垦费要真正做到“国土收，财政管，政府批，农业用”，确保这笔专项资金用于新的基本农田开垦建设和中低产田改造、地力监测与地力提高等质量建设上，从而解决耕地质量监测点长期无经费现状。
2.迅速建立长期定位的土壤质量监控检测网点
应用土壤质量监控网点的动态变化信息，对污染土壤进行及时有交效的检测控制和修复，对地力衰竭退化的耕地土壤及时查明原因，实施营养平衡，对障碍性低产土壤通过监测网点的动态变化记载及临床试验研究，因地制宜对症治理。
3.增加土肥科技含量的投入
利用耕地质量监控网点的预警预报综合信息的评价结果，科学制定土地质量修复和保护规划，应用高新技术组装配套实施修复工程，主要内容包括生物技术、降解技术、植物吸附技术、平衡施肥技术、有机肥无害化处理技术等，通过培育筛选和使用农药降解菌，清洁降解土壤中农药的残留；通过生物降解生物吸食转化土壤重金属污染；通过平衡施肥提高肥料利用率，控制氮素化肥用量，抑制水体富营养化；通过高效生物有机肥的应用和有机无机元素的合理配制与平衡，保证产量的生产需求；通过种植绿肥，秸秆综合还田技术和有机物无害化处理技术，逐步提高耕地有机质含量，改善土壤理化性状。
从污染面积分析，我国土壤污染主要以重金属和无机污染为主，受污染的土壤多为农田土壤。随着工业化、城市化、农业集约化的快速发展，人们对农业资源高强度的开发利用，使大量未经处理的固体废弃物向农田转移，过量的化肥与农药在土壤中残留，含重金属超标的污水灌溉等，造成我国大面积农田土壤发生显性或潜性的污染。目前，我国土壤污染正在呈现由工业向农业、城区向农村、地表向地下、上游向下游、水土污染向食物链转移的趋势。
农田土壤环境质量的不断恶化，将严重影响到食品安全、人体健康和经济的可持续发展，同时给我们生存环境带来危害。对于农产品的质量安全而言，“净土”是“洁食”的前提和基本保障。唯有“净土”，方能“洁食”，才能保证人体的健康，最终保障整个社会的稳定与发展。
与大气及水环境不同，土壤污染具有隐蔽性、不可逆性和修复的长期性。因此，在土壤污染防治中，源头控制是关键，须以“防”为先，做到“防”、“治”结合，同时加强环保科学技术的研发，对我国土壤污染快速发展的趋势和环境危害进行有效遏制，具体包括：
一是加快我国土壤环境保护相关法规、标准的制定与完善。目前，我国在土壤环境保护方面，缺乏系统的法律法规和完善的标准体系，导致土壤污染的源头难以得到有效控制。针对目前我国土壤污染的现状、特点，应积极吸取相关国际经验，尽早启动《土壤环境质量标准》的修订与地方标准的制定，以及基于不同农产品卫生限量标准的污染物标准制定等。
二是进一步加强土壤污染重点行业和重点污染源的排放控制标准研究与监控。在土壤重金属污染控制中，需加强我国农产品产地土壤中不同重金属污染源控制指标体系研究，包括畜禽粪便等有机肥重金属控制指标体系，磷肥及复合无机肥中重金属限量标准及无害化技术与应用，农田灌溉水质安全控制指标的验证和完善，污泥农用的重金属基准值等。从源头上遏制土壤污染的进一步恶化。
关键词：污水灌溉环境保护研究
中图分类号：U664.9+2文献标识码：A文章编号：
前言
随着工农业的快速发展和人民生活水平的提高，工业及城市生活污水排放量逐年增加，如何将污水资源化一直是人们关注的问题。工业及城市污水具有量大、集中、水质较稳定等特点，是一种潜在资源。将处理过的污水一定程度回用于农田灌溉是污水资源化的有效途径，既减少了污水对环境的污染，又促进了农业生产，是实施可持续发展战略，促进水资源和生态环境、社会经济协调发展的重要举措。
一、我国污水灌溉的现状
我国是一个水资源十分短缺的国家，被联合国列为世界13个贫水国之一。尽管水资源总量居世界第六位，但人均年占有水资源量仅2154m3，为世界人均水平的1／4，居世界第109位。在此背景下，作为用水大户的农业生产的缺水问题就更显得突出、紧迫。我国总体水资源不足且污染日益严重，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，农业灌溉用水又不断被工业和城市生活用水所挤占，农业缺水日趋严重，特别是北方地区，由于水资源开发几乎达到了临界状态，农业灌溉用水的不足只能通过节水灌溉、污水灌溉甚至超采地下水来弥补。
农民、农村、农业问题是关于国家长治久安、和谐发展的根本问题，而解决农业问题，保证粮食安全，没有水，一切都无从谈起。目前水资源短缺和水环境恶化是我国经济社会发展的重要制约因素，在节水的同时，开发利用非传统水资源，是解决缺水的重要途径，其中污水是水量稳定、供给可靠的水源，将其用于农田灌溉，既可以在一定程度上缓解农业水资源紧缺的局面，又可以利用土壤微生物和农作物的净化能力，消除污水中的污染物，因此，污水资源利用具有双重作用，同时污水含有丰富的作物生长必需的养分，合理用于灌溉，可以节省大量化肥，增加作物产量。还可以改善土壤物理化学性质，提高土壤肥力，有利于农作物的生长。
一、污水灌溉对地下水环境的影响
1化学污染
长期的污水灌溉既造成地下水硝氮浓度增加，又导致污灌区地下水硬度升高。污水中高浓度的含氮有机物及铵离子发生硝化作用时产生的硝氮和亚硝氮会
进入地下，随着污灌的不断进行逐层向下层渗透，造成地下水的污染；城市生活污水和工业废水中高浓度的钠离子、铵离子在迁移过程中，与土壤胶体表面的钙、镁离子发生离子交换反应，造成地下水硬度的升高；地下水水化学类型已从原有的重碳酸硫酸钙(钙镁)型水演变成了重碳酸氯化钙(钙镁)型水，电导率和矿化度也较高。这可能是由于城市污水的来源是连续的，而农作物需水是季节性的，在作物的非生长期，污水很容易进入地下水，从而造成长期污灌区地下水化学性质的改变。
2微生物污染
污染地下水的微生物类污染物包括细菌、病毒和寄生虫等，以前两种为主。由于病毒比细菌、原生动物包囊小的多，在通过多孔土壤时不易被过滤净化，而随水分迁移进入土壤深层和地下水系统的可能性较大。因此，地下水资源的病毒污染已引起各国科学家的高度关注。田间试验发现，一些肠道病毒能通过迁移穿过非饱和及饱和带到达深层土壤，进而影响地下水。
3淋溶、迁移污染
污水因其盐分含量高，流经土壤渗入地下水可影响区域地下水环境，直接危及饮水安全。
二、污水灌溉对农田土壤环境的影响
1对土壤环境的影响
（1）对土壤理化性质的影响
污水灌溉在解决了城市污水排放和农业生产用水来源的同时，也造成了不同程度的污灌区土壤重金属超标和盐渍化，是影响生态环境安全和制约农业可持续发展的重要因素之一。污灌区土壤重金属问具有很强的相关关系，多种重金属之间会产生复合污染效应，土壤对重金属的吸附和解析量明显受共存元素及其交互作用的影响。
（2）污染物在土壤中的运移特性
研究表明，污水浓度、灌溉定额及土壤容重对污水入渗过程中土壤水、氮、磷、氯的运移特性均产生重要影响。灌水定额越大、土壤容重越小，则提供的入渗水量越大，动力弥散作用越强，从而加速了污染物的运移。
2对作物的影响污染物通过不合理的灌溉进入农田，进而沉积在土壤中被作物吸收，富集在作物的茎、叶、果实和种子内。一方面可使作物的各种器官发生明显变化，如叶子枯萎、根系发育受阻、果实变味、腐烂，变质快、生长期发病率高，作物的品质和产量受到明显影响；另一方面通过食物链及流通渠道危及人体健康，潜在危害很大。
三、污水灌溉对人类健康的影响
1重金属污染污灌区重金属污染直接或问接影响人体健康。研究表明，污染污灌区砷的健康危害以慢性砷中毒为主，主要表现为皮肤、头发、指(趾)甲和神经系统的异常变化，如皮肤癌和肺癌。
2病原体及有机污染物含有病毒、病菌、寄生虫等病原体的污水一旦污染水体，并与人体接触后，即有可能引起水媒型传染病、细菌性肠道炎等传染病。污水中的有机污染物对人体健康也产生严重影响。
四、污水灌溉主要问题的对策
1严格控制污水灌溉的水质标准
要在实际应用中根据《农田灌溉水质标准》和《污水排放标准》，严格控制进入田间的污水能达到的一定的水质。同时，还要根据具体作物种植隋况、污水灌溉水源及水质进行科学的规划，保持水土环境的总体平衡。
2加强污水灌溉的理论与技术的科学研究
污水灌溉对环境的影响是长期的、积累型的，其污染物的迁移、转化和积累的机理十分复杂。应该组织有关的科研力量，对此进行深入、系统的研究与开发工作。包括：不同污水类型的典型成分分析、污水灌溉水质标准、污水中的有毒有害成分在“土壤—水一植物”系统中的转移、转化与积累规律；不同污水类型灌溉对作物生长、土壤物理化学性质和微生物活动的影响；在现有的研究成果基础上进一步加强污水灌溉对土壤肥力、农作物生理变化和产量的影响研究。
3采用灌溉污水预处理技术
目前，我国污水处理水平和发达国家还有比较大的差距，应该借鉴—些发达国家和地区的引污灌溉的成功经验和技术。大力推行污水灌溉预处理技术。在正确选择污水灌溉水源，大力提高废污水达标处理率的基础上，污水灌溉区应根据污水灌溉水质状况，大力推行一些简便易行、经济可靠的污水预处理技术。在我国，氧化塘或氧化沟处理法、污水土地处理技术、污水生态处理系统等污水预处理技术已经比较成熟。其推广应用可有效地减轻原生污水或只经过一级处理的污水对土壤及农作物的危害。
4污水灌溉管理工作规范化
建立健全污水灌溉管理体系。在污水灌溉区建立水土环境监测体系和水环境信息网，完善污水灌溉水质标准及其实施方案的落实；实现对污水灌溉区的规范化管理，从组织管理上保证污水灌溉农业的可持续发展。由于污水灌溉涉及农业、水利和环保等各部门的工作，而且又是上述各部门的边缘性工作，基于这种多方管理的局面，使得污水灌溉大部分都处于放任自流的状态，这显然是不行的。应严格根据环境的承载能力，严格限制水的污染。
结束语
要实现经济效益又不以破坏环境为代价，就应当采取科学、系统的政策和技术措施，趋利避害，为污水灌溉的安全使用提供依据。这样就能在保护环境的前提下加快我国的经济建设。
参考文献
[1]王贵玲，蔺文静．污水灌溉对土壤的污染及其整治[J]．农业环境科学学报，2003(2)．
[2]刘润堂，许建中．我国污水灌溉现状、问题及其对策闭冲国水利[J]，2002(10)．
（1．四川大学环境科学与工程系，成都610065；2．中国科学院地球化学研究所，贵阳550002）
摘要：对成都市双流县白家镇两块种植年限不同的（种植年限分别为10年以上和10年以下）菜地土壤的重金属富集状况进行调查研究，分析Mn、Cu、Zn、Cr和Pb5种重金属元素含量，利用Surfer8．0和GS9．0软件对得到的数据进行空间分析。结果表明，两块菜地的重金属含量均有一定程度的积累，但未超过国家标准。种植年限为10年以上的田块的等值线明显比种植年限为10年以下的田块的等值线稀疏；两块菜地中除去种植年限在10年以上菜地的Mn的块金值与基台值的比值为42．7％，其他重金属均远小于25．0％，表明非随机因素（如母质）对重金属的空间分布规律起主要作用，但是通过长时间高强度耕作，菜园土重金属空间分布的空间差异性减弱。
关键词：菜园土；重金属；空间分布；成都平原
中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：0439－8114（2015）02－0304-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.02.013
土壤是人类赖以生存的环境资源之一，也是各种废弃物最终的容纳场所，各种污染物通过多种渠道进入土壤，导致土壤污染，引起土壤质量下降，威胁人类健康。在众多的土壤污染物中，重金属以其不可降解性、生物蓄积性等特性对环境和人类健康产生重大影响，值得高度重视。菜园土具有高强度利用（复种指数为4左右）［1］、化肥和农药的大量使用及污水灌溉等特点，均会导致土壤中重金属的富集甚至污染［2－5］。目前关于菜园土重金属污染的研究主要包括重金属污染现状调查与分布，重金属含量与污染因素分析［6－10］，重金属污染的控制措施［11，12］，以及大尺度（至少以千米为步长）土壤重金属元素空间分布及控制因素等方面［13－15］。较大空间尺度的研究表明，土壤重金属的空间分布特征主要受到随机因素（如灌溉、施肥等）的影响［16－18］。目前缺乏小尺度（步长在米或以下）空间分布的研究。本研究的试验地选择在蔬菜种植历史较长的成都市双流县白家镇，拟研究在高强度和高密度的种植条件下菜园土重金属的含量及小尺度的空间分布特征，分析菜园土重金属的含量与空间分布的控制因素，为成都市开展防治与治理菜园土重金属污染提供理论支撑。
1材料与方法
在成都平原东郊双流县白家镇选择两块种植蔬菜年限不同的田块作为采样点，对表层土壤采用网格布点法均匀采样，开展土壤重金属含量测定。数据采集使用thermo公司生产的便携式X荧光分析仪（ThermoScientificNitonXL3tXLpportableanalyzer）直接对土壤中Mn、Cu、Zn、Cr、Pb5种重金属含量进行现场测定。田块1：种植年限10年以下，田块长2．2m，宽2．2m，采样间距0．2m；田块2：种植年限10年以上，田块长3．0m，宽3．0m，采样间距0．3m。
数据处理利用统计学软件surfer8．0和GS9．0对得到的数据进行统计分析。由于Pb和Cu的数据缺失较多，为确保分析的准确度，故未对Pb和Cu两种元素做等值分析和空间分析。
2结果与分析
2．1重金属的含量分析
与国家土壤质量标准（二级）相比（表1），两个田块的5种重金属元素的含量均未超过国家标准。与背景值相比，Zn元素方面，种植年限为10年以下的菜地中Zn元素含量的均值高于其背景值，种植年限为10年以上的菜地中Zn元素含量的均值未超过背景值，但最大值却超过其背景值；Mn、Cr和Pb元素方面，种植年限为10年以下和10年以上的菜地中3种元素含量的均值均低于其背景值，但最大值却超过其背景值；Cu元素方面，种植年限为10年以下和10年以上的菜地中Cu元素含量的均值都高于其背景值［19，20］。根据变异系数的划分，CV＜0．1，表现为弱变异性；CV＝0．1～1．0，表现为中等变异；CV＞1．0，表现为强变异性［15］，两个采样点的重金属元素均属于中等变异。
对两组数据进行显著性分析（图1），结果表明，两田块间重金属的含量具有显著性差异（P＜0．05）。对比发现种植年限为10年以下的田块中重金属含量的均值较种植年限为10年以上的田块中重金属含量的均值高。菜园土重金属的来源除母质外主要有污水灌溉和施肥等来源。考虑到研究的两田块均存在污水灌溉的情况，对两田块灌渠旁的土壤进行了现场测量，结果（表2）表明，田块1灌渠旁土壤中重金属的含量比田块2灌渠旁土壤中重金属的含量高，由此可推断田块1的灌溉水中重金属的含量比田块2的灌溉水中重金属的含量高，这是造成种植年限为10年以下的菜地中每种重金属的含量均略高于种植年限为10年以上的菜地中重金属元素的含量的重要原因。
除污水灌溉会促使土壤重金属累积外，当地施用的主要化肥中也有不同含量的重金属元素，在大量使用化肥时不可避免导致土壤重金属的积累（表3）。另外，大气颗粒物中也含有不同浓度的重金属，这些重金属颗粒物会随大气沉降进入土壤（表4）。
2．2菜园土重金属的空间分布规律
利用surfer8．0和GS9．0软件对各重金属元素进行空间分析，得到以下空间分布图（图2、图3、图4）。在相同等值间距的条件下，种植年限为10年以上的田块的等值线明显较种植年限为10年以下的田块的等值线稀疏，这是长时间的耕作措施（人为施肥、灌溉等）使种植年限为10年以上的田块中各点重金属含量之间的差异减小所致。
2．3菜园土重金属的空间变异性
变程指变异函数达到基台值所对应的距离，表明土壤要素的空间相关范围，变程反映引起土壤要素变异主要过程的变化［17］。利用GS9．0软件对得到的数据进行半方差分析。结果（表5）表明，与种植年限为10年以下的田块相比，种植年限为10年以上的菜地中重金属的变程均有所增加，其中Mn的变化最为明显，说明通过长时间的耕作，重金属分布的均一性增强，空间差异性减弱。
块金值（C0）与基台值（C0＋C）的比值是反映区域化变量空间变异性程度的重要指标，该比值反映空间变异的影响因素中随机因素和非随机因素的比例。比值＜25．0％，说明系统具有强烈的空间相关性；比值为25．0％～75．0％，表明系统具有中等的空间相关性；比值＞75．0％，说明系统空间相关性很弱［18］。种植年限为10年以上菜地的Mn元素的块金值与基台值的比值为42．7％，属于中等相关关系，表明Mn的空间分布规律受随机因素（灌溉、施肥等）和非随机因素的共同影响；Cr、Zn、Pb、Cu4种元素的块金值与基台值的比值均为25．0％以下，表现出较强的空间相关性，表明其空间分布规律受到非随机因素（母质和大气沉降等）的影响较大，与种植年限为10年以下的田块相比，种植年限为10年以上的菜地的块金值与基台值的比值均有所增加，反映出人为活动对土壤中重金属的分布规律影响程度加大。
3结论
两田块中重金属元素的含量均未超过国家土壤质量（二级）标准，但是受到污水灌溉的影响，本研究中种植年限为10年以下的田块中重金属含量的均值较种植年限为10年以上的田块中重金属的含量均值高。
在小尺度范围内，两田块中重金属的空间分布规律主要受到非随机因素（母质、大气沉降等）的影响，但是长时间的耕作使菜园土受到施肥、灌溉等人为因素的影响，导致重金属分布的空间差异性减弱。
工业的迅速发展使重金属在城郊菜园土中富集，为确保蔬菜安全，应开展城郊环境综合整治，尤其应严格控制灌溉水的质量。
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