为了深入了解开封东郊城乡交错区农田土壤重金属的污染状况及垂向分布特征，探析重金属元素在垂直方向上的迁移规律，从而为阻断土壤重金属的垂直迁移行为以及保护地下水质量安全提供参考。本文以开封东郊产业集聚区为研究区，在田间调查的基础上，选取了 P1（化肥河附近）、P2（化肥河与化肥厂交互污染区）和 P3（对照区）三个样区，共采集了13个土壤剖面280个土壤剖面样品。采用ICP-MS测定了土壤重金属Cd、Cr、Pb、Ni、Cu和Zn6种重金属的含量，基于Tessier形态提取法分析了各重金属元素的化学形态，同时也对剖面土壤的理化性质进行了分析。在此基础上，探讨研究区农田剖面土壤中重金属元素全量与形态的垂直分布特征及其影响因素，并基于改进的Hakanson潜在生态风险指数法评价分析了开封市东郊农田土壤重金属污染的潜在生态风险及其垂直变化特征。　　全文共包含五部分：　　第一部分：国内外城乡交错区农业土壤重金属污染研究现状。此部分主要介绍了本文的研究背景与意义、重金属的污染现状、来源、土壤剖面重金属垂直迁移规律的研究进展以及土壤污染的评价方法。最后，指出本研究与之前的研究相比之创新与特色。　　第二部分：研究区概况及样品的采集与分析测试。这部分先简要介绍了研究区的自然概况和水土环境污染现状；然后着重阐述了本研究的样品采集方案和测试分析方法。　　第三部分：结果与讨论。首先对研究区表层土壤中各重金属的污染特征进行了分析，然后着重分析了重金属全量与其化学形态在土壤剖面中的垂直分布特征，接下来结合剖面土壤的理化性质和对比分析法探讨了研究区重金属垂直分布的影响因素，最后基于改进的Hakanson潜在生态风险指数法对典型样点土壤污染现状开展潜在生态风险评价。　　第四部分：结论在第三部分的结果分析的基础上，得出研究区不同样区剖面土壤重金属全量及其形态的垂直分布特征，明晰重金属垂直迁移的影响因素，揭示研究区各样区垂向上重金属的潜在生态风险程度。　　第五部分：最后，指出本文存在的不足及需要继续研究的内容并致谢。　　通过以上的分析研究，得出以下主要结论：　　（1）通过对开封东郊城乡交错区农田表层土壤中重金属污染特征的研究分析，表层土壤中Cu、Cd、Pb和Zn四种重金属均发生了积累现象，且其含量均超过了潮土背景值，而Cr、Ni两种元素在土壤表层中的含量均低于潮土背景值。其中，化肥河污灌区表层土壤中重金属污染指数由高到低依次为：Cd（13.86）>Pb（2.76）> Zn（2.49）>Cu（1.67）>Cr（0.73）>Ni（0.61），Cd元素污染程度达到重度污染，Pb、Zn元素污染程度达到中度污染，Cu元素污染程度达到轻度污染，Cr、Ni两种元素污染程度为无污染；化肥河与工矿企业交互污染区表层土壤中重金属污染指数由高到低依次为：Cd（38.93）>Zn（10.83）>Pb（3.39）>Cu（2.17）>Cr（0.80）>Ni（0.69），Cd、Pb、Zn元素污染程度达到重度污染，Cu元素污染程度达到中度污染，Cr、Ni两种元素污染程度为无污染；对照区表层土壤中重金属污染指数由高到低依次为：Cd（2.48）> Zn（1.40）>Pb（1.21）>Cu（1.19）>Cr（0.73）>Ni（0.67），Cd元素污染程度达到中度污染，Pb、Zn、Cu元素污染程度达到轻度污染，Cr、Ni两种元素污染程度为无污染。化肥河污灌区周边农业土壤受到Cd、Pb、Zn、Cu四种重金属的污染，交互污染区与化肥河污灌区相比，除受到污灌重金属的影响，还受到工矿企业排放的Cd、Pb、Zn、Cu四种重金属的污染。　　（2）通过对开封东郊城乡交错区农田剖面土壤中重金属总量垂直分布特征的研究分析，剖面土壤中重金属Zn、Cu、Cd和Pb四种重金属在受到外源污染影响较大时，具有明显的表聚现象，下层土壤中重金属含量会出现先下降然后趋向稳定，往往在表层0~10cm土壤中重金属含量处于剖面最大值，在10~45cm土壤中会急剧下降，之后再45~110cm土壤中重金属含量变化趋于稳定且小于背景值。区域Cr、Ni受到的外源污染影响较小或者未受外源污染的影响，Cr、Ni两种重金属在土壤中的分布没有明显的规律。　　其中Cd元素是开封东郊城乡交错区农田土壤中最主要的污染因子，污灌区0~15cm土壤中Cd含量均值达到1.62mg·kg-1，超过土壤环境二级质量标准，在16~40cm土壤中Cd元素含量随土壤深度增加大幅减少，40~110cm土壤中 Cd元素含量值在平均值0.13mg·kg-1附近浮动。化肥河与工矿企业交互污染区0~25cm土壤中Cd元素含量超过土壤环境二级质量标准，其中0~15cm壤中Cd含量均值达到4.47mg·kg-1，16~30cm土壤中 Cd含量均值达到1.40mg·kg-1,31~45cm土壤中 Cd含量平均值为0.34mg·kg-1,10~45cm土壤中Cd元素平均含量随深度增加大幅下降，在45~110cm土壤中Cd元素含量均一，在平均值0.17mg·kg-1附近浮动。对照区0~110cm土壤所有土层中Cd元素平均含量均未超过土壤环境质量二级标准，0~10cm土壤中Cd平均含量达到0.33mg·kg-1，11~25cm土壤中Cd元素平均含量为0.18mg·kg-1，31~35cm土壤中Cd元素含量出现峰值0.23mg·kg-1,，这可能是由于土壤中Cd元素向下迁移或者土壤翻耕造成的，其余土层中Cd元素含量均一，在平均值0.13mg·kg-1附近浮动。　　（3）通过对东郊城乡交错区农田剖面土壤中重金属形态分布特征的研究分析，污灌区中Cd元素主要以残余态（11.10％~69.97%）、铁锰氧化态（1.51%~16.14%）、碳酸盐结合态（8.88%~46.49%）、离子交换态（5.79%~53.72%）的形式存在，Zn元素主要以残余态（38.78%~94.84%）、有机结合态（3.78%~20.01%）、铁锰氧化态（0.03%~24.81%）的形式存在，Cu、Pb、Ni元素主要以残余态、有机结合态、铁锰氧化态、碳酸盐结合态的形式存在，Cr元素主要以残余态（62.03%~88.63%）、有机结合态（2.58%~13.56%）、离子交换态（3.34%~20.85%）的形式存在。　　化肥河与工矿企业交互污染区中Cd元素主要以残余态（28.10%~71.44%）、铁锰氧化态（2.74%~13.40%）、碳酸盐结合态（14.16%~27.71%）、离子交换态（5.52%~42.70%）的形式存在，Zn、Pb、Ni元素主要以残余态、有机结合态、铁锰氧化态、碳酸盐结合态的形式存在，Cu元素主要以残余态（58.62%~91.18%）、有机结合态（1.25%~29.32%）、铁锰氧化态（3.19%~12.97%）的形式存在，Cr元素主要以残余态（50.22%~84.40%）、离子交换态（6.76%~30.81%）的形式存在。　　对照区中Cd元素主要以残余态（44.01%~74.19%）、碳酸盐结合态（12.51%~21.79%）、离子交换态（5.04%~18.67%）的形式存在，Cu、Zn元素主要以残余态、有机结合态的形式存在，Pb、Ni元素主要以残余态、有机结合态、铁锰氧化态、碳酸盐结合态的形式存在，Cr元素主要以残余态（76.12%~86.52%）、离子交换态（7.63%~18.54%）的形式存在。　　除残余态外，Zn、Pb、Cu、Cd四种重金属元素的主要形态的百分比含量均表现在土壤表层中最高，然后随土壤深度的增加而逐渐减少，之后会趋于稳定，其变化趋势与各自重金属在土壤剖面中总量的变化趋势相似，Cr、Ni两种元素的所有形态的百分比含量在土壤剖面中没有明显的变化趋势。　　（4）通过对开封东郊城乡交错区农田剖面土壤中重金属含量垂直分布的影响因素的研究分析，土壤pH与Cd、Pb、Cu、Zn、Cr五种重金属的全量呈显著负相关，有机质与Cu、Zn、Cd、Pb、Cr五种重金属的全量均呈现一定程度正相关，CaCO3与Cu、Zn、Cd、Pb四种重金属的全量呈显著负相关，土壤沙粒与 Ni的全量呈显著负相关，Fe、Mn与Cr的全量呈显著正相关，与Ni的全量呈显著正相关。　　土壤理化性质对重金属形态的含量分布影响因素包括：Cd的离子交换态与CaCO3呈负相关，与有机质呈正相关；Cd的碳酸盐结合态与土壤粉粒呈正相关，与土壤沙粒呈负相关；Cd的铁锰氧化态与pH、CaCO3呈负相关，与有机质呈正相关。Zn的离子交换态与pH呈负相关，与Fe元素呈正相关；Zn的碳酸盐结合态与pH、Mn元素呈负相关；Zn的所有形态与CaCO3呈负相关，与有机质呈正相关。Cu的有机结合态与pH、CaCO3呈负相关，与有机质、Fe元素呈正相关。Ni的碳酸盐结合态与pH、有机质、Fe元素呈负相关，与CaCO3呈正相关；Ni的有机结合态与有机质、土壤沙粒呈正相关，与CaCO3、土壤黏粒呈负相关。Pb的有机结合态与pH呈负相关，与有机质、Fe元素、Mn元素呈正相关；Pb的碳酸盐结合态与有机质呈正相关，与CaCO3、土壤黏粒呈负相关；Pb的铁锰氧化态与CaCO3呈负相关，与有机质呈正相关。Cr的有机结合态、铁锰氧化态与pH、CaCO3呈负相关，与有机质呈正相关；Cr的碳酸盐结合态与沙粒、Mn元素呈负相关。Ni的碳酸盐结合态与pH、有机质、Fe元素呈负相关，与CaCO3呈正相关；Ni的有机结合态与有机质、土壤沙粒呈正相关，与CaCO3、土壤黏粒呈负相关。　　（5）通过对开封东郊城乡交错区农田剖面土壤中重金属潜在生态的风险评价，研究区中Zn、Cr、Pb、Cu、Ni五种重金属在剖面土壤中风险指数全部低于17.091，属于轻微风险程度。Cd元素是开封东郊城乡交错区农田土壤中最主要的潜在生态风险因子，其在表层土壤中的生态风险指数处于极强风险程度，Cd的生态风险指数在开封东郊城乡交错区农田表层土壤中处于409.819~1021.741之间，在化肥河污灌区土壤表层中处于208.745~558.418之间，在交互污染区土壤表层中处于650.901~1613.031之间，均属于极强风险程度；而在对照区土壤表层中处于48.369~105.386之间，属于中等风险程度和强风险程度。六种重金属的综合生态风险指数在开封东郊城乡交错区农田表层土壤中处于434.438~1063.973之间，在化肥河污灌区土壤表层中处于228.654~590.739之间，在交互污染区土壤表层中处于681.110~1668.971之间，均属于极强风险程度；而在对照区土壤表层中处于65.131~125.545之间，属于中等风险程度和强风险程度。　　研究区和各样区内土壤中Cd的生态风险指数（E）以及Zn、Cr、Pb、Cu、Ni、Cd六种重金属综合生态风险指数（RI）在垂向上均表现为在0~45cm土壤中随土壤深度增加不断减少，在46~110cm土壤中保持稳定值，其变化趋势与Cd的含量在土壤剖面中的变化趋势相似。