邢台地区农田土壤重金属污染测评模型研究

国 慧，李 猛，吴 迪，田 亚

（1.邢台学院，河北 邢台 054001；2.河北机电职业技术学院，河北 邢台 054000）

土壤是人类赖以生存的自然资源之一。近年来，随着工农业的迅猛发展，化肥、农药的大量使用，工业废水的排放以及污水灌溉等问题，使得土壤重金属含量逐年增长，污染问题日趋严重。土壤重金属污染呈现迁移难、危害大、周期长、不易自解等特点，而引起国内外专家学者的高度重视，使之成为世界各国面临的主要环境问题之一。对邢台地区农田土壤重金属污染源进行分析，通过熵值法计算模型的权重并利用综合指数评价法建立农田土壤重金属污染测评模型；针对重点区域采取有效且有针对性的对策治理农田土壤重金属污染。

1 邢台地区农田土壤重金属污染源分析

邢台地区农田土壤重金属元素主要污染来源，见表1。

表1 重金属元素主要污染来源Tab.1 Themain pollution sources of heavy metals

1.1 污水灌溉

污水灌溉是水资源紧缺地区采取的主要灌溉方法，污水灌溉采用城市污水、工业废水等对农作物进行灌溉，污水中的的重金属进入农田，污染农田的同时，严重影响农作物的质量和产量，并通过食物链对人体造成危害。

1.2 大气沉降

对农田土壤造成重金属污染主要包括自然因素和人为因素，人为因素是造成农田土壤重金属污染的主要原因。研究表明，大气中镉的沉降是土壤镉污染的重要来源。通过能源燃烧、金属冶炼、交通运输等生产生活活动进入大气中的重金属，通过大气沉降进入土壤中，使得土壤中的铜和铅含量逐渐增长；铅和锌是交通污染源的重要标识，含铅汽油的长期使用对土壤中铅的增长也有一定的影响。

1.3 滥用化肥

随着化学肥料的广泛施用，其增产效果较为显著。然而大量化学肥料的施用，也给农田土壤带来了重金属污染；同时部分农药中含有大量的汞、铅、镉等重金属，抑制了土壤中微生物的活性，致使土壤中的养分比例严重失调，对土壤环境造成一定程度的破坏。

1.4 生活垃圾污染

城市生产生活活动产生的固体废物，通过倾倒、掩埋、焚烧等方式，向着周边的土壤、河流进行扩散，最终导致农田土壤中重金属超标，严重影响农田土壤质量。目前，我国尚未出台完善的电子固废垃圾倾倒的相关法律法规，电子垃圾按普通生活垃圾的处理方式进行焚烧和填埋，势必会对农田土壤环境带来一定程度的破坏。

邢台地区不同区域的农田土壤受污染源和污染类型的影响，重金属含量有很大差别，以单一重金属元素含量的高低对不同区域土壤污染程度进行评价显然不够全面，因此对土壤重金属污染程度的评价一定要体现综合性。

2 邢台地区农田土壤重金属污染测评模型的建立

2.1 综合指数评价法建立土壤重金属污染测评模型

受环境影响，同一地区的农田土壤质量状况和重金属污染程度存在很大差异，对邢台地区不同区域的农田土壤进行采样，检测区域分别为冶金厂周边农田、大型交通干线两侧农田、化工厂周边农田、污灌区农田、畜禽养殖场周边农田、垃圾处理场周边农田。土壤样品化学分析指标主要包括8种重金属元素，分别为铬、铅、镍、镉、铜、汞、砷、锌，对同一区域的多个样本的8种重金属含量进行检测并得出平均值，则得到6行8列的原始数据评价矩阵：

其中:xij表示第i个区域（i=1，2，3，4，5，6）的第j种重金属指标元素（j=1，2，…，8）的数值，W=（w1，w2，…，w8）T为权重矩阵，则本地区农田土壤重金属污染综合测评模型为Y=XW=（y1，y2，…，y6）T，其中yi（i=1，2，…，6）为第i个区域农田土壤重金属污染的综合评价值。

综合评价值越高，该区域的农田土壤重金属污染程度越高，依照污染程度综合评价值的高低可以将农田土壤分为重污染区、中污染区、低污染区，针对土壤重金属污染程度的高低，对重污染区域优先进行治理，最大限度地降低本地区农田土壤重金属污染对土壤环境和人体健康造成的危害。

2.2 熵值法确定土壤重金属污染测评模型的权重

（1）数据处理。由于熵值法计算采用的是各个方案某一指标占同一指标值总和的比值，因此，不存在量纲的影响，不需要进行无量纲化处理，若数据中有负数，就需要对数据进行非负化处理。为了方便起见，仍记非负化处理后的数据为xij，即评价数据矩阵仍记为：

（2）计算第j种重金属指标下第i个区域的贡献度。

（3）计算第j种重金属指标的熵值即所有区域对第j种重金属指标的贡献总量。

计算得出：0≤ej≤1，由此可以看出，当某个重金属指标下各区域的贡献度趋于一致时，即ej趋于1时，该重金属指标在优先治理污染区域的决策中起到的作用微乎其微，可以忽略该重金属指标对决策的影响。

（4）计算第j种重金属指标的权重

其中dj=1-ej，j=1，2，…，8.

（5）计算各区域的综合评价值

3 结果分析

通过熵值法确定土壤重金属污染测评模型的权重后，通过综合指数评定法确定本地区农田土壤重金属污染综合测评模型为:

综合评价值yi越大，表示该区域农田土壤重金属污染程度越高，应采取措施优先治理，以最大程度降低土壤重金属污染对土壤环境和人体健康造成的危害。随着邢台地区农田土壤重金属污染测评模型的初步建立，可为本地区农田土壤重金属污染程度测评提供评价依据。测评结果显示，农田土壤重金属污染综合评价值由高到底依次为化工厂周边农田、污灌区农田、冶金厂周边农田、禽畜养殖场周边农田、垃圾处理厂周边农田、大型交通干线两侧农田。

首先，邢台地区的工业结构主要由冶金、钢铁、煤化工、机械、电力等组成，工业结构以重工业为主。因此，污染物排放比较严重，应加强对重工业污染物排放的管理和处置，从源头上防治重金属进入农田土壤；其次，农作物种植过程中应减少化学肥料的使用，而施用有机肥，在提高土壤肥力、保持土壤营养物质平衡的同时，降低重金属污染对农田土壤的危害；最后，随着城市不断发展，居民生活水平逐年提高，机动车辆增长迅速，随机动车的尾气排放进入大气的重金属通过大气沉降会对农田土壤造成重金属污染，因此，应加大力度宣传绿色出行，节能减排，提高公众对土壤污染防治的自觉性，让公众切身感受到土壤重金属污染的治理同空气污染一样与每位公民的切身利益息息相关。