1、為了深入了解開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田土壤重金屬的污染狀況及垂向分布特征，探析重金屬元素在垂直方向上的遷移規(guī)律，從而為阻斷土壤重金屬的垂直遷移行為以及保護地下水質(zhì)量安全提供參考。本文以開封東郊產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)為研究區(qū)，在田間調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取了 P1（化肥河附近）、P2（化肥河與化肥廠交互污染區(qū)）和 P3（對照區(qū)）三個樣區(qū)，共采集了13個土壤剖面280個土壤剖面樣品。采用ICP-MS測定了土壤重金屬Cd、Cr、Pb、Ni、Cu和Zn6種重金屬的含

2、量，基于Tessier形態(tài)提取法分析了各重金屬元素的化學(xué)形態(tài)，同時也對剖面土壤的理化性質(zhì)進行了分析。在此基礎(chǔ)上，探討研究區(qū)農(nóng)田剖面土壤中重金屬元素全量與形態(tài)的垂直分布特征及其影響因素，并基于改進的Hakanson潛在生態(tài)風險指數(shù)法評價分析了開封市東郊農(nóng)田土壤重金屬污染的潛在生態(tài)風險及其垂直變化特征。
　　全文共包含五部分：
　　第一部分：國內(nèi)外城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染研究現(xiàn)狀。此部分主要介紹了本文的研究背景與意義、重金屬

3、的污染現(xiàn)狀、來源、土壤剖面重金屬垂直遷移規(guī)律的研究進展以及土壤污染的評價方法。最后，指出本研究與之前的研究相比之創(chuàng)新與特色。
　　第二部分：研究區(qū)概況及樣品的采集與分析測試。這部分先簡要介紹了研究區(qū)的自然概況和水土環(huán)境污染現(xiàn)狀；然后著重闡述了本研究的樣品采集方案和測試分析方法。
　　第三部分：結(jié)果與討論。首先對研究區(qū)表層土壤中各重金屬的污染特征進行了分析，然后著重分析了重金屬全量與其化學(xué)形態(tài)在土壤剖面中的垂直分布特征，接下來

4、結(jié)合剖面土壤的理化性質(zhì)和對比分析法探討了研究區(qū)重金屬垂直分布的影響因素，最后基于改進的Hakanson潛在生態(tài)風險指數(shù)法對典型樣點土壤污染現(xiàn)狀開展?jié)撛谏鷳B(tài)風險評價。
　　第四部分：結(jié)論在第三部分的結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，得出研究區(qū)不同樣區(qū)剖面土壤重金屬全量及其形態(tài)的垂直分布特征，明晰重金屬垂直遷移的影響因素，揭示研究區(qū)各樣區(qū)垂向上重金屬的潛在生態(tài)風險程度。
　　第五部分：最后，指出本文存在的不足及需要繼續(xù)研究的內(nèi)容并致謝。

5、　　通過以上的分析研究，得出以下主要結(jié)論：
　?。?）通過對開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田表層土壤中重金屬污染特征的研究分析，表層土壤中Cu、Cd、Pb和Zn四種重金屬均發(fā)生了積累現(xiàn)象，且其含量均超過了潮土背景值，而Cr、Ni兩種元素在土壤表層中的含量均低于潮土背景值。其中，化肥河污灌區(qū)表層土壤中重金屬污染指數(shù)由高到低依次為：Cd（13.86）>Pb（2.76）> Zn（2.49）>Cu（1.67）>Cr（0.73）>Ni（0.61），C

6、d元素污染程度達到重度污染，Pb、Zn元素污染程度達到中度污染，Cu元素污染程度達到輕度污染，Cr、Ni兩種元素污染程度為無污染；化肥河與工礦企業(yè)交互污染區(qū)表層土壤中重金屬污染指數(shù)由高到低依次為：Cd（38.93）>Zn（10.83）>Pb（3.39）>Cu（2.17）>Cr（0.80）>Ni（0.69），Cd、Pb、Zn元素污染程度達到重度污染，Cu元素污染程度達到中度污染，Cr、Ni兩種元素污染程度為無污染；對照區(qū)表層土壤中重金屬污

7、染指數(shù)由高到低依次為：Cd（2.48）> Zn（1.40）>Pb（1.21）>Cu（1.19）>Cr（0.73）>Ni（0.67），Cd元素污染程度達到中度污染，Pb、Zn、Cu元素污染程度達到輕度污染，Cr、Ni兩種元素污染程度為無污染?；屎游酃鄥^(qū)周邊農(nóng)業(yè)土壤受到Cd、Pb、Zn、Cu四種重金屬的污染，交互污染區(qū)與化肥河污灌區(qū)相比，除受到污灌重金屬的影響，還受到工礦企業(yè)排放的Cd、Pb、Zn、Cu四種重金屬的污染。
　?。?）

8、通過對開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田剖面土壤中重金屬總量垂直分布特征的研究分析，剖面土壤中重金屬Zn、Cu、Cd和Pb四種重金屬在受到外源污染影響較大時，具有明顯的表聚現(xiàn)象，下層土壤中重金屬含量會出現(xiàn)先下降然后趨向穩(wěn)定，往往在表層0~10cm土壤中重金屬含量處于剖面最大值，在10~45cm土壤中會急劇下降，之后再45~110cm土壤中重金屬含量變化趨于穩(wěn)定且小于背景值。區(qū)域Cr、Ni受到的外源污染影響較小或者未受外源污染的影響，Cr、Ni兩種重

9、金屬在土壤中的分布沒有明顯的規(guī)律。
　　其中Cd元素是開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田土壤中最主要的污染因子，污灌區(qū)0~15cm土壤中Cd含量均值達到1.62mg·kg-1，超過土壤環(huán)境二級質(zhì)量標準，在16~40cm土壤中Cd元素含量隨土壤深度增加大幅減少，40~110cm土壤中 Cd元素含量值在平均值0.13mg·kg-1附近浮動?；屎优c工礦企業(yè)交互污染區(qū)0~25cm土壤中Cd元素含量超過土壤環(huán)境二級質(zhì)量標準，其中0~15cm壤中Cd含

10、量均值達到4.47mg·kg-1，16~30cm土壤中 Cd含量均值達到1.40mg·kg-1,31~45cm土壤中 Cd含量平均值為0.34mg·kg-1,10~45cm土壤中Cd元素平均含量隨深度增加大幅下降，在45~110cm土壤中Cd元素含量均一，在平均值0.17mg·kg-1附近浮動。對照區(qū)0~110cm土壤所有土層中Cd元素平均含量均未超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，0~10cm土壤中Cd平均含量達到0.33mg·kg-1，11~

11、25cm土壤中Cd元素平均含量為0.18mg·kg-1，31~35cm土壤中Cd元素含量出現(xiàn)峰值0.23mg·kg-1,，這可能是由于土壤中Cd元素向下遷移或者土壤翻耕造成的，其余土層中Cd元素含量均一，在平均值0.13mg·kg-1附近浮動。
　?。?）通過對東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田剖面土壤中重金屬形態(tài)分布特征的研究分析，污灌區(qū)中Cd元素主要以殘余態(tài)（11.10％~69.97%）、鐵錳氧化態(tài)（1.51%~16.14%）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（

12、8.88%~46.49%）、離子交換態(tài)（5.79%~53.72%）的形式存在，Zn元素主要以殘余態(tài)（38.78%~94.84%）、有機結(jié)合態(tài)（3.78%~20.01%）、鐵錳氧化態(tài)（0.03%~24.81%）的形式存在，Cu、Pb、Ni元素主要以殘余態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)的形式存在，Cr元素主要以殘余態(tài)（62.03%~88.63%）、有機結(jié)合態(tài)（2.58%~13.56%）、離子交換態(tài)（3.34%~20.85%）的形式存

13、在。
　　化肥河與工礦企業(yè)交互污染區(qū)中Cd元素主要以殘余態(tài)（28.10%~71.44%）、鐵錳氧化態(tài)（2.74%~13.40%）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（14.16%~27.71%）、離子交換態(tài)（5.52%~42.70%）的形式存在，Zn、Pb、Ni元素主要以殘余態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)的形式存在，Cu元素主要以殘余態(tài)（58.62%~91.18%）、有機結(jié)合態(tài)（1.25%~29.32%）、鐵錳氧化態(tài)（3.19%~12.97%

14、）的形式存在，Cr元素主要以殘余態(tài)（50.22%~84.40%）、離子交換態(tài)（6.76%~30.81%）的形式存在。
　　對照區(qū)中Cd元素主要以殘余態(tài)（44.01%~74.19%）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（12.51%~21.79%）、離子交換態(tài)（5.04%~18.67%）的形式存在，Cu、Zn元素主要以殘余態(tài)、有機結(jié)合態(tài)的形式存在，Pb、Ni元素主要以殘余態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)的形式存在，Cr元素主要以殘余態(tài)（76.12

15、%~86.52%）、離子交換態(tài)（7.63%~18.54%）的形式存在。
　　除殘余態(tài)外，Zn、Pb、Cu、Cd四種重金屬元素的主要形態(tài)的百分比含量均表現(xiàn)在土壤表層中最高，然后隨土壤深度的增加而逐漸減少，之后會趨于穩(wěn)定，其變化趨勢與各自重金屬在土壤剖面中總量的變化趨勢相似，Cr、Ni兩種元素的所有形態(tài)的百分比含量在土壤剖面中沒有明顯的變化趨勢。
　?。?）通過對開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田剖面土壤中重金屬含量垂直分布的影響因素的研究

16、分析，土壤pH與Cd、Pb、Cu、Zn、Cr五種重金屬的全量呈顯著負相關(guān)，有機質(zhì)與Cu、Zn、Cd、Pb、Cr五種重金屬的全量均呈現(xiàn)一定程度正相關(guān)，CaCO3與Cu、Zn、Cd、Pb四種重金屬的全量呈顯著負相關(guān)，土壤沙粒與 Ni的全量呈顯著負相關(guān)，F(xiàn)e、Mn與Cr的全量呈顯著正相關(guān)，與Ni的全量呈顯著正相關(guān)。
　　土壤理化性質(zhì)對重金屬形態(tài)的含量分布影響因素包括：Cd的離子交換態(tài)與CaCO3呈負相關(guān)，與有機質(zhì)呈正相關(guān)；Cd的碳酸鹽結(jié)

17、合態(tài)與土壤粉粒呈正相關(guān)，與土壤沙粒呈負相關(guān)；Cd的鐵錳氧化態(tài)與pH、CaCO3呈負相關(guān)，與有機質(zhì)呈正相關(guān)。Zn的離子交換態(tài)與pH呈負相關(guān)，與Fe元素呈正相關(guān)；Zn的碳酸鹽結(jié)合態(tài)與pH、Mn元素呈負相關(guān)；Zn的所有形態(tài)與CaCO3呈負相關(guān)，與有機質(zhì)呈正相關(guān)。Cu的有機結(jié)合態(tài)與pH、CaCO3呈負相關(guān)，與有機質(zhì)、Fe元素呈正相關(guān)。Ni的碳酸鹽結(jié)合態(tài)與pH、有機質(zhì)、Fe元素呈負相關(guān)，與CaCO3呈正相關(guān)；Ni的有機結(jié)合態(tài)與有機質(zhì)、土壤沙粒呈正

18、相關(guān)，與CaCO3、土壤黏粒呈負相關(guān)。Pb的有機結(jié)合態(tài)與pH呈負相關(guān)，與有機質(zhì)、Fe元素、Mn元素呈正相關(guān)；Pb的碳酸鹽結(jié)合態(tài)與有機質(zhì)呈正相關(guān)，與CaCO3、土壤黏粒呈負相關(guān)；Pb的鐵錳氧化態(tài)與CaCO3呈負相關(guān)，與有機質(zhì)呈正相關(guān)。Cr的有機結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)與pH、CaCO3呈負相關(guān)，與有機質(zhì)呈正相關(guān)；Cr的碳酸鹽結(jié)合態(tài)與沙粒、Mn元素呈負相關(guān)。Ni的碳酸鹽結(jié)合態(tài)與pH、有機質(zhì)、Fe元素呈負相關(guān)，與CaCO3呈正相關(guān)；Ni的有機結(jié)合態(tài)

19、與有機質(zhì)、土壤沙粒呈正相關(guān)，與CaCO3、土壤黏粒呈負相關(guān)。
　?。?）通過對開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田剖面土壤中重金屬潛在生態(tài)的風險評價，研究區(qū)中Zn、Cr、Pb、Cu、Ni五種重金屬在剖面土壤中風險指數(shù)全部低于17.091，屬于輕微風險程度。Cd元素是開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田土壤中最主要的潛在生態(tài)風險因子，其在表層土壤中的生態(tài)風險指數(shù)處于極強風險程度，Cd的生態(tài)風險指數(shù)在開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田表層土壤中處于409.819~1021.

20、741之間，在化肥河污灌區(qū)土壤表層中處于208.745~558.418之間，在交互污染區(qū)土壤表層中處于650.901~1613.031之間，均屬于極強風險程度；而在對照區(qū)土壤表層中處于48.369~105.386之間，屬于中等風險程度和強風險程度。六種重金屬的綜合生態(tài)風險指數(shù)在開封東郊城鄉(xiāng)交錯區(qū)農(nóng)田表層土壤中處于434.438~1063.973之間，在化肥河污灌區(qū)土壤表層中處于228.654~590.739之間，在交互污染區(qū)土壤表層中處