土壤是不可再生的自然资源,是人类生存和发展的物质基础,对保障我国粮食安全具有不可替代的作用。土壤重金属进入土壤后,不易被微生物降解,会对土壤和农作物造成严重的损害。2019年9月,习近平总书记强调要重视黄河流域的发展,同时作为河南省重要的后备耕地资源储备,土壤质量事关河南省的粮食产量和安全,对黄河下游背河洼地区耕地土壤质量进行研究具有重要的现实意义。本研究以黄河下游开封段背河洼地区为研究区进行格网划分,确定土样采集数量,进行采样、实验,测定8种重金属三个不同土层(0-20 cm,20-40 cm,40-60 cm)的重金属含量,并利用SPSS 22.0、GS+Win9.0等软件对数据进行处理;利用Arc GIS 10.3中的地统计分析、空间插值方法对研究区内8种土壤重金属进行空间分析(离群值、变异函数),利用內梅罗指数法等多种污染评价方法分析土壤重金属污染情况,根据潜在生态风险评价指数模型对重金属污染程度进行评价分级,并根据主成分分析和富集因子分析法,对污染来源进行判定。结合土壤重金属垂直剖面迁移特征和淋滤迁移分析,对重污染程度的土壤重金属元素进行垂直剖面分析,包含重金属元素在不同土层中的含量、空间分布趋势、污染评价及淋失比率等,最终得出结论。本研究的结论如下:(1)研究区内Cd(镉)与Hg(汞)元素存在较大的污染,其他元素污染较为轻微。在对表层土壤重金属含量的研究中,Hg的变异系数最大,超过了1。将8种土壤重金属的平均含量与河南省潮土背景值进行对比,除Cd以外,其他7种重金属平均含量均未超标,研究区内土壤中Cd含量严重超标,污染较为严重,其他重金属元素含量均在潮土背景值内,污染较轻,研究区内整体土壤质量较好。依据内梅罗指数法,研究区域内,土壤较为清洁的区域较少,大部分土壤处于污染状态,且以轻度污染为主,中度、重度污染较少。依据污染负荷指数法,研究区域内土壤整体污染程度较低,仅少部分区域土壤受到一定污染,产生污染负荷。依据地累积污染指数法,研究区内土壤中Cr(铬)元素未出现累积状况,Cd、Hg元素累积较为严重,其他元素出现较轻的累积状况,研究区内土壤整体累积程度较轻,污染程度不高。(2)研究区内污染整体趋势是西部高于东部。8种重金属在空间上均呈现有一定的空间分布趋势,西部污染程度较高。Cu(铜)含量总体上东、西、南、北部值均要高于中部;Cr的含量东西方向上呈现自东向西递减的趋势,南北方向上变化不大;Ni(镍)的含量在空间上自东向西,由北向南递减;Zn(锌)与Ni含量趋势相同,在空间上自东向西,由北向南递减;Pb(铅)的含量在空间上自东向西递减,南北方向含量相当,在中部出现峰值;Cd的含量在东西方向上变化不大,西边稍小于东边,南、北部含量要高于中部;As(砷)含量总体上东、西值要高于中部,南北方向上呈现由北向南递减;Hg的含量在空间上自东向西,由北向南递减。(3)研究区内表层土壤重金属污染重于内层,随着深度增加污染减轻。垂直剖面上Cd元素污染严重,Hg元素整体上污染较小。3层土壤Cd元素含量均值均超过河南省潮土背景值,Cd元素严重超标。Hg元素3层土壤含量极大值均高于背景值,均值小于背景值,Hg元素含量存在超标现象,但污染较小。土壤中Cd和Hg元素含量随剖面深度增加呈递减趋势,表层土壤(0-20 cm)含量要远高于其余两层土壤含量。Cd元素在20-40 cm、40-60 cm处,大部分区域元素含量均在0.1 mg/kg之上,Cd元素在土壤深处污染依然严重,这也与Cd在表层土壤存在较重污染有关。Cd元素在0-60 cm土壤整体处于污染态势,污染情况随着土壤深度增加有一定的改善。Hg元素在20-40 cm的土壤内,西部元素含量多高于背景值,呈现Hg元素污染状态,东部除东南部小部分区域外,整体低于背景值。40-60 cm元素整体含量均低于0.047 mg/kg,还未形成污染状况。(4)研究区内垂直剖面污染来源与表层基本一致。垂直剖面上Cd和Hg元素的淋失比率都很低。可能是因为研究区内农田灌溉水源较少,又因处于温带大陆性气候带,降水较少,且季节分布不均匀,富集在土壤表层的重金属随水资源向下迁移机会较少,下渗水流较弱,受地表腐殖质层或其他物质影响,大量滞留在耕作层。Cd元素犁底层淋失比率要高于耕作层,可能是因为研究区农田灌溉较少,但存在灌溉现象,土壤表层的Cd元素随水流下渗、侧渗至犁底层,又因背河洼地区多沙土,土壤锁水性较差,进而出现犁底层淋失比率要高于耕作层的现象。