开封黑岗口引黄灌区稻麦轮作下农田土壤剖面重金属分布特征

引黄灌区是我国重要的农业生产基地,其土壤重金属赋存状况直接关系到农业的可持续发展。本研究以黑岗口引黄灌区开封北郊稻麦轮作下农田土壤为研究对象,采集了耕作层(0~15 cm与15~30 cm)与剖面(0~100 cm)土壤样品,对其土壤剖面主要性质与重金属Pb、Cd、Cu和Zn的积累特征进行了分析。结果表明:(1)长期引黄灌溉及稻麦轮作下,开封北郊农业土壤主要性质在剖面上表现出明显的分异特征:总有机碳(TOC)与全氮(TN)含量主要分布在耕作层土壤,而30 cm以下的土层其含量明显降低;全磷(TP)含量在各土壤层中无明显差异;在部分土壤剖面中CaCO3呈现出明显的淀积层。(2)耕作层(0~30 cm)土壤中重金属Pb、Cu、Zn的含量与研究区背景值相当,而Cd含量显著高于背景值。除少部分剖面含量超标外,Cd、Pb、Cu、Zn的平均含量均未超出WHO限值,且远低于我国农业土壤环境质量标准。因子分析源解析表明:引黄灌区土壤中Pb、Cu和Zn具有相似的来源和迁移特性,而Cd的来源和迁移特性具有特殊性,它可能与当地的化肥施用等农业活动有关。(3)土壤剖面中Cu和Zn具有明显的表聚现象,Pb的表聚作用不明显,而Cd在剖面各层土壤含量具有较大变异性,这与重金属的自身属性、土壤剖面性质和当地的耕作条件有较大相关性。(4)Cu和Zn在土壤剖面主要以有机结合态和残余态形式存在;Pb的残余态、有机态以及铁锰氧化态含量也较高,且Pb的全量与有机结合态含量百分比变化呈现出一定的相似性;而Cd具有较高的碳酸盐结合态和离子交换态,表明Cd在土壤中具有较强的移动性,预示Cd的潜在健康风险较高。