主题：【第六届原创】便携式测量仪在污灌类污染场地调查中的应用

　　一、引言

　　众所周知，现在农业用水安全存在较大的隐患，污水灌溉农田事件多有发生。我的这次工作为了对某处污灌类场地进行重金属污染状况进行调查，工作中采用便携式测量仪器进行测量，得到了较好的应用效果，对工作的快速、顺利地进行提供了可靠的保障。

　　二、污水渠概况

　　本污灌类场地区内有两条污水渠，其中一条为生活污水渠(甲渠)，另一条水渠为工业污水渠(乙渠)，污水渠两侧分布大量农田，其灌溉水源主要以生活污水渠(甲渠)为主，少量以地下水灌溉。灌溉始于上世纪70年代，已有30多年的污灌史。灌溉制度：小麦整个生长期灌水两次，玉米灌水一次。灌溉方式为大水漫灌。灌区的主要作物为大田作物与经济作物，种植比例为1:1。

　　横穿灌区的两条污水渠并列而行，其中甲渠是原来为防洪河道，在上世纪50年代就已经存在，进入60年代开始接纳生活污水，到了70年代中后期河道内就主要是以生活污水为主了。现在甲渠接纳了两处市政污水排放，两处生活污水排放，一处养殖污水排放。沟内水流量具有很强的季节性，雨季流量大，枯季流量小。

　　乙渠形成于上世纪70年代，那时就是工厂的废水排放渠。由于废水悬浮物的常年沉积，目前该渠道底已经高出堤外的农田。通常情况下，渠水表现为棕红色，pH值变动较大，变动范围约在2.8-7.5之间，整体偏酸性。渠水来自于几个化工造纸企业，流量与工厂废水排放密切相关。

　　图 重金属筛查仪

　　三、仪器介绍及使用

　　由于重金属元素具有表层土壤富集的特性，因此重金属元素的调查一般为浅部土壤调查。为了快速筛查场地浅部土重金属元素污染特征，本次工作使用了美国NITON公司生产的XL3t XRF手持便携式X射线荧光元素分析仪(图1)。该仪器以前主要应用于矿业分析，能测定28种元素的含量，已形成较为成熟的使用规范。本次工作在使用过程中，发现了一些新问题，并经过实践和摸索，较好地解决这些问题，使该仪器在场地土层重金属元素污染调查中发挥了重要的作用。

　　(一)仪器在野外调查中的问题

　　(1)仪器检出限问题

　　由于样品差别、仪器发射X射线能力不同等原因，仪器每次测定的某一重金属的检出限都存在差别，且仪器显示的结果为多次测量的均值。理论上来说，测量时间越长，其均值越接近真实值，仪器的检出限也随之发生变化。仪器使用说明书，未给出确定检测限的方法。经过本项目多次野外实践与验证，将仪器发射X射线测量时间定为至少150秒，相同测点至少测量3次，每批次数据的检出限，应根据统计分析结果，按照最严格要求给出。

　　(2)野外测试数据的定量化修正

　　该仪器测定单位质量土壤中金属元素含量的原理是：前端测试窗口发射一定距离的X射线，测定整个感应区内一定体积土壤的元素总量，在仪器模式和量程中，给定了固定的容重参数，仪器自动将感应区内被测土壤由体积转变为重量。可见，在这个过程中，被测土壤总重与容重参数取值存在很大关系。为了保证其容重参数正确，该仪器厂家要求测定土壤样品时，必须对样品做研磨严实处理，以尽量保证野外测试样品与实验室测定样品大大接近。虽然这种方法测定的数据，能基本接近实验室测定样品的要求，然而，野外样品研磨压实过程大大降低且限制了便携式仪器获得数据快捷、方便的特点。

　　(二)仪器在野外污染调查中的应用

　　现将便携式重金属仪器在浅部土壤的调查过程中应用情况介绍如下：

　　(1)仪器准备

　　仪器使用前须经厂家标样校准、探头校正、触摸屏校正。

　　(2)仪器量程、模式设定

　　利用不同测量范围、测量模式对调查区土壤进行随机抽测至少5个不同点，确定仪器量程和测定模式，如某元素测定值超过1M ppm则用%号量程测量，小于1M ppm则用ppm模式测量。模式设定一般情况下设定为土壤模式，但当为砂性较强样品时，可选矿石模式进行对照。

　　(3)测样点选择及其测前处理

　　不同深度浅部土壤，测样点选择不同。表面土：清除土壤表面明显灰尘、杂质的土壤即可作为表面土测样点;表层土：一般用洛阳铲取样，测样点须是未与洛阳铲接触的新鲜面。同时，适量选择高、中、低含量点取样，进行室内测试验证。

　　(4)现场测定记录

　　便携式重金属仪器能够自动记录每个数据，但野外需同时记录重要数据、测定时间、样品及周边环境，且务必对测样点号与仪器测量编号作对应记录。

　　(5)量程、模式、测样点调整

　　调查人员须实时观测数据，灵活进行量程、模式切换和测样点位置、数量调整。

　　(6)现场布点调查方案调整

　　在调查现场，需实时观察数据，进行布点调查方案的调整，注意两点：一是含量梯度变化较大区域，需要加密布点;二是异常点(如突变的极大、极小值点)，需多测几点进行验证。

　　(7)数据处理

　　野外和实验室数据获得后，利用Excel、SPSS等统计软件，进行分析，进行数据定量化修正。

　　3.6.1 灌区土壤与样品分析

　　通过对区内数据进行分析，污灌区的重金属元素数据统计特征见表1。可见，Hg和Zn两种元素的含量变化范围较大，变异系数都超过了100%。其中Hg的均值与中值相差5倍。其他重金属元素含量变化较小，变异系数均在50%以下。说明Hg和Zn两种元素受到了外界的影响。



　　3.6.2.2 统计分析方法

　　统计分析方法采用相对累计频率曲线法。

　　污灌区的土壤中元素Cd、Pb、Ni、Cu、Cr、As、Hg、Zn的相对累计频率散点图如图2所示。可见，Cr和As这两个元素的相对累计频率曲线均呈近似的直线，表明这两个元素在该区域土层中的分布可能均在基线范围之内。其他元素的相对累计频率可以分为三部分：值较低的点代表了元素浓度的基线范围，值较高的点代表了异常的下限，代表的是受到人为影响的元素浓度。中间是既可能受到污染也可能没受到污染的部分。



　　四、结论

　　这一污灌类场地的选择，反映了我国北方平原城市工业、生活污水排放特征，及其对环境影响的特征，通过对污灌场地土壤重金属污染评价，认为重金属污染主要发生在表层，总体为中度污染程度。其中Hg属于强污染，Zn属于中度污染，Cd属于无污染至中度污染之间。深层土壤为无污染状态。