董宇虹

（1衡水學(xué)院生命科學(xué)系 河北 衡水 053000）

1 緒論

1.1 石津灌區(qū)農(nóng)田灌溉現(xiàn)狀。隨著社會(huì)的發(fā)展，衡水地區(qū)的水資源短缺問題已經(jīng)非常嚴(yán)重，嚴(yán)重制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。衡水地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)重要來源之一就是農(nóng)業(yè)，約有85%的水是被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所消耗的。衡水地區(qū)年平均降雨量為522.5 mm，降雨量稀少，農(nóng)民常年采用地下水或上游辛集排來的污水作為灌溉水的主要來源。衡水地區(qū)一度成為全國最大地下漏斗區(qū)之一。2014年初，衡水市在 《河北省地下水超采綜合治理試點(diǎn)方案(2014年度)》中成為國家地下水超采綜合治理試點(diǎn)城市[1]，通過“節(jié)、引、蓄、調(diào)、管”綜合治理實(shí)現(xiàn)地下水位的回升。南水北調(diào)工程是緩解我國北方水資源嚴(yán)重短缺局面的重大戰(zhàn)略性工程[2]。南水北調(diào)工程的供水，可以直接減少地下水的過量開采，有效緩解衡水地區(qū)水資源供需矛盾[3]。南水北調(diào)供水經(jīng)黃壁莊水庫，流經(jīng)石津灌渠，為石津灌區(qū)內(nèi)農(nóng)田灌溉提供地上水源，同時(shí)封閉灌區(qū)內(nèi)井口，大大緩解了地下水超采的壓力。

1.2 研究目的和意義。采用地上水作為灌溉水源，配合相應(yīng)的節(jié)水措施，能夠很好的達(dá)到節(jié)水灌溉的效果。但是由于地上水的運(yùn)行與維護(hù)成本較高，導(dǎo)致灌溉費(fèi)用比原來直接用井水灌溉的費(fèi)用高。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民對(duì)地下水位下降的嚴(yán)重程度認(rèn)識(shí)不夠，并結(jié)合自己的成本利益核算，仍有部分農(nóng)民采用上游小渠流來的污水進(jìn)行灌溉。小渠上游污水來源主要為辛集皮革企業(yè)產(chǎn)出的廢水，其廢水中含有大量的重金屬。楊朝暉[4]的研究發(fā)現(xiàn)，30年的污水灌溉后土壤受到了一定鉛污染，土壤中鉛含量略高于清灌區(qū)?？梢酝茰y，灌溉水與灌溉土壤之間可能存在一定的相關(guān)性。本研究進(jìn)一步探究渠水與污水同灌溉土壤之間的相關(guān)關(guān)系。

2 研究區(qū)域概況與研究方法

2.1 研究地區(qū)概況。石津灌區(qū)位于河北省中南部，水源工程為建于滹沱河中下游的崗南、黃壁莊2座聯(lián)合運(yùn)行的大型水庫，為典型水庫灌區(qū)，骨干工程控制土地面積4 144 km2，耕地面積29萬hm2，受益范圍包括石家莊、邢臺(tái)、衡水3個(gè)地級(jí)市的14個(gè)縣、114個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、968個(gè)村，涉及灌溉面積16.3萬hm2。灌區(qū)的水源來自黃壁莊水庫和崗南水庫。灌區(qū)農(nóng)作物主要有小麥、棉花和玉米等，其春灌時(shí)間為每年的3～5月。本次研究范圍選取石津灌區(qū)賈辛莊段范圍，采樣時(shí)間為2018年3月14日。

2.2 采樣點(diǎn)布設(shè)。以石津灌區(qū)下的賈辛莊分干渠為研究區(qū)域。具體采樣點(diǎn)的布設(shè)見圖1和表1。

圖1 石津灌區(qū)賈辛莊段灌溉水及灌溉土壤布點(diǎn)圖

表1 采樣點(diǎn)布設(shè)表

2.3 樣品采集

2.3.1 土壤樣品的采集。在渠水灌溉以及污水灌溉的土壤中隨機(jī)采集農(nóng)田土壤樣本，按照?qǐng)D1石津灌區(qū)賈辛莊段灌溉水及灌溉土壤布點(diǎn)圖進(jìn)行采樣。1 m2范圍內(nèi)5～20 cm深處梅花5點(diǎn)采樣法等量采樣，四分法縮分至1 kg，經(jīng)過風(fēng)干、剔除雜物、恒重、粉碎、過100目尼龍篩備用，即為待測土樣。

2.3.2 灌溉水樣品采集。在采集水樣前，事先準(zhǔn)備好用于采集水樣的取樣瓶，因?yàn)榇郎y元素為水中的重金屬，所以不宜采用玻璃瓶，防止其吸附金屬離子，故采用聚乙烯塑料瓶進(jìn)行取樣。先用水樣洗滌塑料瓶2～3次，在渠邊向渠中心采集，污水的渠道要涉水采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)取樣3次。

表2 灌溉水質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值(mg/L)

表3 灌溉土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值(mg/kg)

2.4 重金屬污染評(píng)價(jià)及環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)灌溉水、土壤樣品中重金屬的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，灌溉水評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選用農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5084-2005)，該標(biāo)準(zhǔn)見表2；灌溉土壤評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選用土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)，具體標(biāo)準(zhǔn)見表3，并利用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2.4.1 單因子指數(shù)法。單因子污染指數(shù)計(jì)算公式：Pi=Ci/Si。其中，i為重金屬的種類序號(hào)；Ci為污染物實(shí)測值(mg/kg)；Si為污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)；Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)。其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 單因子污染指數(shù)等級(jí)劃分

2.4.2 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算公式：Pn=(Pmax2+Pave2)1/2，其中，Pn為綜合污染指數(shù)；Pmax為各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)中最大者；Pave為各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的平均值，其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)等級(jí)劃分

3 結(jié)果與分析

3.1 重金屬含量分析比較

3.1.1 不同農(nóng)田灌溉水中重金屬含量分析比較。分別測定渠水和污水中的6種重金屬含量。將所測值的平均值與其標(biāo)準(zhǔn)值的比值進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)污水中的重金屬元素含量普遍比渠水中的高，這6種重金屬含量總體反映了污水與渠水之間的差別，如圖2。

3.1.2 不同農(nóng)田灌溉土壤中重金屬含量分析。分別測定渠水灌溉和污水灌溉下農(nóng)田土壤中的6種重金屬含量，將所測值的平均值與其標(biāo)準(zhǔn)值的比值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)污水灌溉的土壤中的重金屬元素含量普遍比渠水灌溉的土壤中的重金屬高，這6種重金屬含量總體反映了用污水和渠水灌溉的土壤之間的差別，結(jié)果見圖3。

圖2 渠水與工業(yè)廢水中重金屬含量的平均值/標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比圖

圖3 渠水與工業(yè)廢水灌溉土壤中重金屬含量的平均值/標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比圖

3.2 灌溉水與灌溉土壤相關(guān)性分析。將測得、計(jì)算后的灌溉水、灌溉土壤中的6種重金屬數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SPSS軟件中，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)后做相關(guān)分析。在做相關(guān)分析前需要對(duì)灌溉水以及灌溉土壤之間的重金屬進(jìn)行一個(gè)簡單的判斷，即繪制散點(diǎn)圖。發(fā)現(xiàn)散點(diǎn)分布有線性趨勢，說明可以對(duì)灌溉水與其土壤間關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析。使用雙變量相關(guān)分析法對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，渠水與其灌溉的土壤分析結(jié)果見表6，污水與其灌溉的土壤分析結(jié)果見表7。

3.2.1 渠水與其灌溉的土壤間相關(guān)性分析。表6可以看出，渠水與渠水灌溉的土壤在銅、鎘、鉛、鋅、鎳、鉻這6個(gè)重金屬元素上都有著一定的相關(guān)性。二者在銅、鉛、鋅、鎳、鉻這5個(gè)元素上的相關(guān)系數(shù)均大于0.8，認(rèn)為渠水與土壤中的銅、鎘、鉛、鋅、鎳元素間高度相關(guān)。而渠水與渠水灌溉的土壤在鎘元素上的相關(guān)系數(shù)為0.604，可以認(rèn)為渠水與渠水灌溉的土壤間鎘元素中等強(qiáng)度相關(guān)。就銅、鉛、鋅、鎳、鉻這5種重金屬而言，渠水與渠水灌溉的土壤呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(p＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.977、0.969、0.973、0.951、0.965，就鎘這種重金屬而言，渠水與渠水灌溉的土壤呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p＜0.05)?？傮w上，渠水與土壤間的相關(guān)性比較顯著。

表6 渠水與渠水灌溉的土壤間的相關(guān)系數(shù)

表7 污水與污水灌溉的土壤間的相關(guān)系數(shù)

3.2.2 污水與污水灌溉的土壤間的相關(guān)性分析。表7可以看出，污水與污水灌溉的土壤在銅、鎘、鉛、鋅、鎳、鉻這6個(gè)重金屬元素上都有著較強(qiáng)的相關(guān)性。二者在銅、鎘、鉛、鋅、鎳、鉻這6個(gè)元素上的相關(guān)系數(shù)均大于0.8，可以認(rèn)為污水與其土壤中的銅、鎘、鉛、鋅、鎳、鉻元素間高度相關(guān)。其中，就鉛、鋅、鎳這3種重金屬而言，污水與污水灌溉的土壤間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(p＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.979、0.947、0.988，就銅、鎘、鉻這3種重金屬而言，污水與污水灌溉的土壤在0.05水平上顯著相關(guān)(p＜0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.859、0.911、0.932。總體來說，污水與污水灌溉的土壤中重金屬相關(guān)性較強(qiáng)。

4 結(jié)論與討論

由上述分析可知，渠水和渠水灌溉的土壤中銅、鎘、鉛、鋅、鎳、鉻這6種重金屬均不存在超標(biāo)污染狀況，水環(huán)境質(zhì)量和土壤環(huán)境質(zhì)量均達(dá)標(biāo)，可以放心用此水源和該處土壤進(jìn)行合理的灌溉及耕作。經(jīng)過工廠處理排放的工業(yè)廢水中的鎘元素含量嚴(yán)重超標(biāo)，鎘污染程度達(dá)到重度污染，此處水源并不適宜用來灌溉，應(yīng)該盡快停止使用。否則不僅水體本身污染嚴(yán)重，而且同時(shí)也使該處水源灌溉的土壤受到了一定程度的鎘污染，雖然土壤存在一定的緩沖能力和自身修復(fù)能力，自身能夠消化一部分污染物。但是一旦使用重金屬含量過高的水進(jìn)行灌溉，超過了土壤有限的容納能力，這種污染會(huì)進(jìn)入到土壤中，繼而富集到作物，一旦受到污染，很難修復(fù)，最終對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。此次采樣時(shí)間為剛剛開始春灌之時(shí)，廢水灌溉的土壤就已經(jīng)達(dá)到了輕度污染，說明其影響比較大，應(yīng)當(dāng)立即停止使用，避免對(duì)農(nóng)田土壤造成更深的污染。