邢臺地區農田土壤重金屬污染測評模型研究

國 慧，李 猛，吳 迪，田 亞

（1.邢臺學院，河北 邢臺 054001；2.河北機電職業技術學院，河北 邢臺 054000）

土壤是人類賴以生存的自然資源之一。近年來，隨著工農業的迅猛發展，化肥、農藥的大量使用，工業廢水的排放以及污水灌溉等問題，使得土壤重金屬含量逐年增長，污染問題日趨嚴重。土壤重金屬污染呈現遷移難、危害大、周期長、不易自解等特點，而引起國內外專家學者的高度重視，使之成為世界各國面臨的主要環境問題之一。對邢臺地區農田土壤重金屬污染源進行分析，通過熵值法計算模型的權重并利用綜合指數評價法建立農田土壤重金屬污染測評模型；針對重點區域采取有效且有針對性的對策治理農田土壤重金屬污染。

1 邢臺地區農田土壤重金屬污染源分析

邢臺地區農田土壤重金屬元素主要污染來源，見表1。

表1 重金屬元素主要污染來源Tab.1 Themain pollution sources of heavy metals

1.1 污水灌溉

污水灌溉是水資源緊缺地區采取的主要灌溉方法，污水灌溉采用城市污水、工業廢水等對農作物進行灌溉，污水中的的重金屬進入農田，污染農田的同時，嚴重影響農作物的質量和產量，并通過食物鏈對人體造成危害。

1.2 大氣沉降

對農田土壤造成重金屬污染主要包括自然因素和人為因素，人為因素是造成農田土壤重金屬污染的主要原因。研究表明，大氣中鎘的沉降是土壤鎘污染的重要來源。通過能源燃燒、金屬冶煉、交通運輸等生產生活活動進入大氣中的重金屬，通過大氣沉降進入土壤中，使得土壤中的銅和鉛含量逐漸增長；鉛和鋅是交通污染源的重要標識，含鉛汽油的長期使用對土壤中鉛的增長也有一定的影響。

1.3 濫用化肥

隨著化學肥料的廣泛施用，其增產效果較為顯著。然而大量化學肥料的施用，也給農田土壤帶來了重金屬污染；同時部分農藥中含有大量的汞、鉛、鎘等重金屬，抑制了土壤中微生物的活性，致使土壤中的養分比例嚴重失調，對土壤環境造成一定程度的破壞。

1.4 生活垃圾污染

城市生產生活活動產生的固體廢物，通過傾倒、掩埋、焚燒等方式，向著周邊的土壤、河流進行擴散，最終導致農田土壤中重金屬超標，嚴重影響農田土壤質量。目前，我國尚未出臺完善的電子固廢垃圾傾倒的相關法律法規，電子垃圾按普通生活垃圾的處理方式進行焚燒和填埋，勢必會對農田土壤環境帶來一定程度的破壞。

邢臺地區不同區域的農田土壤受污染源和污染類型的影響，重金屬含量有很大差別，以單一重金屬元素含量的高低對不同區域土壤污染程度進行評價顯然不夠全面，因此對土壤重金屬污染程度的評價一定要體現綜合性。

2 邢臺地區農田土壤重金屬污染測評模型的建立

2.1 綜合指數評價法建立土壤重金屬污染測評模型

受環境影響，同一地區的農田土壤質量狀況和重金屬污染程度存在很大差異，對邢臺地區不同區域的農田土壤進行采樣，檢測區域分別為冶金廠周邊農田、大型交通干線兩側農田、化工廠周邊農田、污灌區農田、畜禽養殖場周邊農田、垃圾處理場周邊農田。土壤樣品化學分析指標主要包括8種重金屬元素，分別為鉻、鉛、鎳、鎘、銅、汞、砷、鋅，對同一區域的多個樣本的8種重金屬含量進行檢測并得出平均值，則得到6行8列的原始數據評價矩陣：

其中:xij表示第i個區域（i=1，2，3，4，5，6）的第j種重金屬指標元素（j=1，2，…，8）的數值，W=（w1，w2，…，w8）T為權重矩陣，則本地區農田土壤重金屬污染綜合測評模型為Y=XW=（y1，y2，…，y6）T，其中yi（i=1，2，…，6）為第i個區域農田土壤重金屬污染的綜合評價值。

綜合評價值越高，該區域的農田土壤重金屬污染程度越高，依照污染程度綜合評價值的高低可以將農田土壤分為重污染區、中污染區、低污染區，針對土壤重金屬污染程度的高低，對重污染區域優先進行治理，最大限度地降低本地區農田土壤重金屬污染對土壤環境和人體健康造成的危害。

2.2 熵值法確定土壤重金屬污染測評模型的權重

（1）數據處理。由于熵值法計算采用的是各個方案某一指標占同一指標值總和的比值，因此，不存在量綱的影響，不需要進行無量綱化處理，若數據中有負數，就需要對數據進行非負化處理。為了方便起見，仍記非負化處理后的數據為xij，即評價數據矩陣仍記為：

（2）計算第j種重金屬指標下第i個區域的貢獻度。

（3）計算第j種重金屬指標的熵值即所有區域對第j種重金屬指標的貢獻總量。

計算得出：0≤ej≤1，由此可以看出，當某個重金屬指標下各區域的貢獻度趨于一致時，即ej趨于1時，該重金屬指標在優先治理污染區域的決策中起到的作用微乎其微，可以忽略該重金屬指標對決策的影響。

（4）計算第j種重金屬指標的權重

其中dj=1-ej，j=1，2，…，8.

（5）計算各區域的綜合評價值

3 結果分析

通過熵值法確定土壤重金屬污染測評模型的權重后，通過綜合指數評定法確定本地區農田土壤重金屬污染綜合測評模型為:

綜合評價值yi越大，表示該區域農田土壤重金屬污染程度越高，應采取措施優先治理，以最大程度降低土壤重金屬污染對土壤環境和人體健康造成的危害。隨著邢臺地區農田土壤重金屬污染測評模型的初步建立，可為本地區農田土壤重金屬污染程度測評提供評價依據。測評結果顯示，農田土壤重金屬污染綜合評價值由高到底依次為化工廠周邊農田、污灌區農田、冶金廠周邊農田、禽畜養殖場周邊農田、垃圾處理廠周邊農田、大型交通干線兩側農田。

首先，邢臺地區的工業結構主要由冶金、鋼鐵、煤化工、機械、電力等組成，工業結構以重工業為主。因此，污染物排放比較嚴重，應加強對重工業污染物排放的管理和處置，從源頭上防治重金屬進入農田土壤；其次，農作物種植過程中應減少化學肥料的使用，而施用有機肥，在提高土壤肥力、保持土壤營養物質平衡的同時，降低重金屬污染對農田土壤的危害；最后，隨著城市不斷發展，居民生活水平逐年提高，機動車輛增長迅速，隨機動車的尾氣排放進入大氣的重金屬通過大氣沉降會對農田土壤造成重金屬污染，因此，應加大力度宣傳綠色出行，節能減排，提高公眾對土壤污染防治的自覺性，讓公眾切身感受到土壤重金屬污染的治理同空氣污染一樣與每位公民的切身利益息息相關。