董宇虹

（1衡水学院生命科学系 河北 衡水 053000）

1 绪论

1.1 石津灌区农田灌溉现状。随着社会的发展，衡水地区的水资源短缺问题已经非常严重，严重制约着国民经济的发展。衡水地区国民经济重要来源之一就是农业，约有85%的水是被农业生产活动所消耗的。衡水地区年平均降雨量为522.5 mm，降雨量稀少，农民常年采用地下水或上游辛集排来的污水作为灌溉水的主要来源。衡水地区一度成为全国最大地下漏斗区之一。2014年初，衡水市在 《河北省地下水超采综合治理试点方案(2014年度)》中成为国家地下水超采综合治理试点城市[1]，通过“节、引、蓄、调、管”综合治理实现地下水位的回升。南水北调工程是缓解我国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程[2]。南水北调工程的供水，可以直接减少地下水的过量开采，有效缓解衡水地区水资源供需矛盾[3]。南水北调供水经黄壁庄水库，流经石津灌渠，为石津灌区内农田灌溉提供地上水源，同时封闭灌区内井口，大大缓解了地下水超采的压力。

1.2 研究目的和意义。采用地上水作为灌溉水源，配合相应的节水措施，能够很好的达到节水灌溉的效果。但是由于地上水的运行与维护成本较高，导致灌溉费用比原来直接用井水灌溉的费用高。当地农民对地下水位下降的严重程度认识不够，并结合自己的成本利益核算，仍有部分农民采用上游小渠流来的污水进行灌溉。小渠上游污水来源主要为辛集皮革企业产出的废水，其废水中含有大量的重金属。杨朝晖[4]的研究发现，30年的污水灌溉后土壤受到了一定铅污染，土壤中铅含量略高于清灌区。可以推测，灌溉水与灌溉土壤之间可能存在一定的相关性。本研究进一步探究渠水与污水同灌溉土壤之间的相关关系。

2 研究区域概况与研究方法

2.1 研究地区概况。石津灌区位于河北省中南部，水源工程为建于滹沱河中下游的岗南、黄壁庄2座联合运行的大型水库，为典型水库灌区，骨干工程控制土地面积4 144 km2，耕地面积29万hm2，受益范围包括石家庄、邢台、衡水3个地级市的14个县、114个乡镇、968个村，涉及灌溉面积16.3万hm2。灌区的水源来自黄壁庄水库和岗南水库。灌区农作物主要有小麦、棉花和玉米等，其春灌时间为每年的3～5月。本次研究范围选取石津灌区贾辛庄段范围，采样时间为2018年3月14日。

2.2 采样点布设。以石津灌区下的贾辛庄分干渠为研究区域。具体采样点的布设见图1和表1。

图1 石津灌区贾辛庄段灌溉水及灌溉土壤布点图

表1 采样点布设表

2.3 样品采集

2.3.1 土壤样品的采集。在渠水灌溉以及污水灌溉的土壤中随机采集农田土壤样本，按照图1石津灌区贾辛庄段灌溉水及灌溉土壤布点图进行采样。1 m2范围内5～20 cm深处梅花5点采样法等量采样，四分法缩分至1 kg，经过风干、剔除杂物、恒重、粉碎、过100目尼龙筛备用，即为待测土样。

2.3.2 灌溉水样品采集。在采集水样前，事先准备好用于采集水样的取样瓶，因为待测元素为水中的重金属，所以不宜采用玻璃瓶，防止其吸附金属离子，故采用聚乙烯塑料瓶进行取样。先用水样洗涤塑料瓶2～3次，在渠边向渠中心采集，污水的渠道要涉水采样，每个采样点取样3次。

表2 灌溉水质量评价标准限值(mg/L)

表3 灌溉土壤质量评价标准限值(mg/kg)

2.4 重金属污染评价及环境质量评价。采用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法对灌溉水、土壤样品中重金属的污染状况进行评价，灌溉水评价标准选用农田灌溉水质标准(GB5084-2005)，该标准见表2；灌溉土壤评价标准选用土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)，具体标准见表3，并利用SPSS软件进行相关性分析。

2.4.1 单因子指数法。单因子污染指数计算公式：Pi=Ci/Si。其中，i为重金属的种类序号；Ci为污染物实测值(mg/kg)；Si为污染物评价标准(mg/kg)；Pi为单项污染指数。其等级划分标准见表4。

表4 单因子污染指数等级划分

2.4.2 内梅罗综合指数法。内梅罗综合污染指数计算公式：Pn=(Pmax2+Pave2)1/2，其中，Pn为综合污染指数；Pmax为各单因子环境质量指数中最大者；Pave为各单因子环境质量指数的平均值，其等级划分标准见表5。

表5 内梅罗综合污染指数等级划分

3 结果与分析

3.1 重金属含量分析比较

3.1.1 不同农田灌溉水中重金属含量分析比较。分别测定渠水和污水中的6种重金属含量。将所测值的平均值与其标准值的比值进行对比，可以发现污水中的重金属元素含量普遍比渠水中的高，这6种重金属含量总体反映了污水与渠水之间的差别，如图2。

3.1.2 不同农田灌溉土壤中重金属含量分析。分别测定渠水灌溉和污水灌溉下农田土壤中的6种重金属含量，将所测值的平均值与其标准值的比值进行比较，发现污水灌溉的土壤中的重金属元素含量普遍比渠水灌溉的土壤中的重金属高，这6种重金属含量总体反映了用污水和渠水灌溉的土壤之间的差别，结果见图3。

图2 渠水与工业废水中重金属含量的平均值/标准值对比图

图3 渠水与工业废水灌溉土壤中重金属含量的平均值/标准值对比图

3.2 灌溉水与灌溉土壤相关性分析。将测得、计算后的灌溉水、灌溉土壤中的6种重金属数据导入到SPSS软件中，设置相应参数后做相关分析。在做相关分析前需要对灌溉水以及灌溉土壤之间的重金属进行一个简单的判断，即绘制散点图。发现散点分布有线性趋势，说明可以对灌溉水与其土壤间关系进行相关分析。使用双变量相关分析法对上述数据进行分析，渠水与其灌溉的土壤分析结果见表6，污水与其灌溉的土壤分析结果见表7。

3.2.1 渠水与其灌溉的土壤间相关性分析。表6可以看出，渠水与渠水灌溉的土壤在铜、镉、铅、锌、镍、铬这6个重金属元素上都有着一定的相关性。二者在铜、铅、锌、镍、铬这5个元素上的相关系数均大于0.8，认为渠水与土壤中的铜、镉、铅、锌、镍元素间高度相关。而渠水与渠水灌溉的土壤在镉元素上的相关系数为0.604，可以认为渠水与渠水灌溉的土壤间镉元素中等强度相关。就铜、铅、锌、镍、铬这5种重金属而言，渠水与渠水灌溉的土壤呈极显著正相关关系(p＜0.01)，相关系数分别为 0.977、0.969、0.973、0.951、0.965，就镉这种重金属而言，渠水与渠水灌溉的土壤呈显著正相关关系(p＜0.05)。总体上，渠水与土壤间的相关性比较显著。

表6 渠水与渠水灌溉的土壤间的相关系数

表7 污水与污水灌溉的土壤间的相关系数

3.2.2 污水与污水灌溉的土壤间的相关性分析。表7可以看出，污水与污水灌溉的土壤在铜、镉、铅、锌、镍、铬这6个重金属元素上都有着较强的相关性。二者在铜、镉、铅、锌、镍、铬这6个元素上的相关系数均大于0.8，可以认为污水与其土壤中的铜、镉、铅、锌、镍、铬元素间高度相关。其中，就铅、锌、镍这3种重金属而言，污水与污水灌溉的土壤间呈极显著正相关关系(p＜0.01)，相关系数分别为0.979、0.947、0.988，就铜、镉、铬这3种重金属而言，污水与污水灌溉的土壤在0.05水平上显著相关(p＜0.05)，相关系数分别为 0.859、0.911、0.932。总体来说，污水与污水灌溉的土壤中重金属相关性较强。

4 结论与讨论

由上述分析可知，渠水和渠水灌溉的土壤中铜、镉、铅、锌、镍、铬这6种重金属均不存在超标污染状况，水环境质量和土壤环境质量均达标，可以放心用此水源和该处土壤进行合理的灌溉及耕作。经过工厂处理排放的工业废水中的镉元素含量严重超标，镉污染程度达到重度污染，此处水源并不适宜用来灌溉，应该尽快停止使用。否则不仅水体本身污染严重，而且同时也使该处水源灌溉的土壤受到了一定程度的镉污染，虽然土壤存在一定的缓冲能力和自身修复能力，自身能够消化一部分污染物。但是一旦使用重金属含量过高的水进行灌溉，超过了土壤有限的容纳能力，这种污染会进入到土壤中，继而富集到作物，一旦受到污染，很难修复，最终对人类健康构成威胁。此次采样时间为刚刚开始春灌之时，废水灌溉的土壤就已经达到了轻度污染，说明其影响比较大，应当立即停止使用，避免对农田土壤造成更深的污染。