天津市西北部土壤砷含量空间变异性

北极星环保网讯:在探讨地质统计学应用于土壤污染物空间变异性分析研究基础上，研究了天津西北部地区农田土壤砷污染空间变异性及空间分布情况。结果表明，研究区土壤砷存在明显空间变异性且有异常值存在，在南北方向表现为北低南高的弱线性趋势。实验半变异函数计算结果表明，研究区土壤砷在大尺度上存在各向异性。

采用带块金值的套合球形模型拟合实验半变异函数并采用交叉验证方法确定模型参数，进而计算研究区土壤砷的空间分布情况。说明北京排污河以北地区土壤砷含量低于以南地区，永定河天津段周边农田砷含量最高，但均在安全限值内。砷含量的这种空间分布态势与区域内排砷企业分布及农田灌溉方式有直接关系。

关键词：天津，砷，地质统计学，污灌

天津地处北京市及河北省下游，两区域有多条排污河流经天津市入海，给天津市生态环境造成了一定影响。天津市西北部的北京排污河、北运河及永定河都承担一定的排污任务，尤其是北京排污河已有40余年的污水排放历史，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业向该河排放污水，致使此河污染严重。

天津市是一个严重缺水地区，干旱季节采用地表污水灌溉已成为缓解农业干旱的重要举措。但由于污水中含有重金属、难降解有机污染物等多种对人体、环境有负面影响的污染物质。因此，采用超量污水灌溉会引起严重的土壤污染问题。

砷为类金属剧毒元素，其化合物都属于对人体有蓄积作用的高毒物质，亦是致癌物质，对人本的神经、肾都有危害，其三价化合物比五价化合物毒性更强，且通常随着土壤pH的增加而活性增强，易被作物吸收[1]。而通过食物链途径进入人体内的水溶态无机砷，人体对其吸收能力非常强，通常达到96.5%。

因此，美国环境保护署规定在长期暴露条件下人体每公斤体重对砷的入口参考剂量为0.0003mg/d[2]。而污灌又是土壤砷累积的重要来源之一。因此，评价长期污灌条件下土壤砷含量的空间变异性，了解污染区域分布情况，对于指导科学灌溉，保障农产品安全及人体健康至关重要。

而地质统计学是评价污灌引起土壤砷空间变异性的重要工具，它融合了传统统计方法的优点，采用独有的空间分析及变异函数工具揭示污染物的空间分布规律，是近年来评价土壤环境质量最常用的方法。其实际应用的例子也较多见[3-5]。

但相关应用中对于数据描述性统计分析、原始数据异常值处理及全局趋势分析等易导致分析结果不确定性增加的相关过程的研究不足，导致分析结果不确定性较高。本文采用地质统计学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边河流对天津段灌区土壤重金属砷含量的影响，重点分析了影响评估结果不确定性的5个关键因素，以期增加插值结果的精度及可靠性。研究结果可为提高地质统计学评估污染物空间分布的精度及产地环境质量评价提供一定的科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于天津市西北部，东经116047’～117019’,北纬39014’～39042’，大部分区域隶属于天津市武清区，南部为天津市北辰区管辖。土壤类型以潮土为主，部分区域有盐化湿潮土分布，土壤pH偏碱，有机质含量介于1%～2%。研究区作物以小麦和玉米为主，南部区域有少量设施蔬菜。全区大部区域以地表水为灌溉主，西北部地区则以地下水灌溉为主。

1.2监测点位布置及样点采集

为了摸清天津西北部排污河对本段灌区耕地土壤砷含量的影响，研究者对此区域农田表层土壤（0～20cm）采用格网布点法进行了布点采样。布点密度为约100hm2一个采样点，具体采样点根据实际情况有所调整，共采集土壤样品601个，样点分布详见图1所示。

采集的样品为混合样。样品采集、记录、保存、运输按照《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T395－2000）的要求进行。

图1研究区土壤采样点分布

1.3样品实验室分析

将采集的样品混匀后用四分法缩分至约100g，自然风干后除去土样中石子和动植物残体，用木棒研压，通过2mm尼龙筛，混匀，用球磨机将通过2mm尼龙筛的土样研磨至全部通过孔径0.149mm尼龙筛，混匀后备用。采用硝酸-盐酸（王水）消解[6]，原子荧光分光光度法测定,样品分析及质量控制按照文献[7]的要求进行。

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