城市表層土壤重金屬空間分布特性及影響因素-論文.pdf

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1、第31卷第3期晉中學(xué)院學(xué)報(bào)Vo1I31No．32014年6月JournalofJinzhongUniversityJun．2014城市表層土壤重金屬空間分布特性及影響因素李春明(晉中學(xué)院信息技術(shù)與工程學(xué)院，山西晉中030600)摘要：本研究以土壤中八種重金屬含量為依據(jù)，通過相關(guān)分析、聚類分析、主成分分析和地統(tǒng)計(jì)分析等方法，分析了重金屬空間分布特性及影響因素．研究結(jié)果表明：該城市Hg污染嚴(yán)重，平均含量為299．7(ng／．重金屬As、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn呈現(xiàn)出強(qiáng)空間相關(guān)性，cr、Hg為中等空間相關(guān)性．Pb—zn—cd、cr—Ni．c

2、u之間都有顯著的相關(guān)性；As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn變異以人為因素影響為主，而t-Ig的變異與土壤母質(zhì)、地形的關(guān)系較大．關(guān)鍵詞：主成分分析；聚類分析；重金屬污染中圖分類號：0212．2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-1808(2014)03-0024-04隨著工業(yè)化、現(xiàn)代化、城市化的發(fā)展，環(huán)境污染尤其土壤的重金屬污染問題愈來愈受到人們的廣泛關(guān)注．重金屬污染范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、容易富集、緩慢致病、污染隱蔽、危害人體健康且不易被微生物降解等特點(diǎn)，決定了其在污染和危害環(huán)境中的特殊性．因此，土壤重金屬污染研究便成為環(huán)境污染防治的一項(xiàng)

3、最基礎(chǔ)性的工作．近年來，我國對于城市污水排放的環(huán)境影響評價(jià)、潮灘沉積物重金屬元素的空間分布特征等研究有了相當(dāng)進(jìn)展，研究結(jié)果表明：造成重金屬含量較高的主要因素包括：人類活動(dòng)、城市工業(yè)廢水及生活污水排放、城市生活垃圾、采礦及汽車尾氣和工業(yè)粉塵干濕沉降等]．人類活動(dòng)尤其是燃煤、工業(yè)鍋爐、石油冶煉等排放的氣體，導(dǎo)致大氣中Hg含量增加，含Hg氣體通過大氣沉降等進(jìn)入土壤，使土壤中Hg大量富集[4]．長期用生活污水和工業(yè)污水灌溉農(nóng)田必然導(dǎo)致土壤中重金屬富集[5-63．城市生活垃圾(電池、油漆、塑料、電子產(chǎn)品等)也是土壤中重金屬的主要來源．本文以某城市城

4、區(qū)土壤重金屬為例，采用相關(guān)分析、聚類分析、主成分分析和地統(tǒng)計(jì)分析等方法，研究土壤中重金屬的污染空間變異規(guī)律，分析重金屬空間分布特性及影響因素，從而為該地區(qū)土壤重金屬污染防治和土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)提供科學(xué)依據(jù)．1材料與方法1．1城區(qū)的劃分按照功能劃分，城區(qū)一般可分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)及公園綠地區(qū)等，分別記為功能區(qū)1、功能區(qū)2??功能區(qū)5，不同區(qū)域的環(huán)境受人類活動(dòng)影響的程度不同．1．2采樣與分析根據(jù)城區(qū)分布情況采集土壤樣點(diǎn)．土壤采樣方案為規(guī)則分層抽樣法，共采集土壤樣品319個(gè)．將該城區(qū)戈U分為間距1km左右的網(wǎng)格子區(qū)域，每1km設(shè)為

5、1個(gè)采樣點(diǎn)，并用GPS記錄采樣點(diǎn)的位置．根據(jù)采樣點(diǎn)的位置、海拔高度及其所屬功能區(qū)，先對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，把單位由m化為km并把坐標(biāo)值取整近似處理，然后用MATLAB對數(shù)據(jù)插值擬合并繪制出城區(qū)的平面分布圖(圖1)．在每個(gè)采樣點(diǎn)對表層土010cm深度進(jìn)行取樣編號．為防止樣品污染，在采樣、樣品保存和樣品處理過程中，避免與金屬器皿直接接觸．土樣在室內(nèi)風(fēng)干、磨碎，過100目尼龍網(wǎng)篩．應(yīng)用專門儀器測試分析，獲得了每個(gè)樣本所含的8種重金屬cr、Ni、cu、zn、As、cd、Pb和Hg化學(xué)元素的濃度數(shù)據(jù)．同時(shí)按照2km的間距在那些遠(yuǎn)離人群及工業(yè)活動(dòng)的自然區(qū)

6、[收稿日期]2014—03-27[作者簡介]李春明(1955-)，男，山西武鄉(xiāng)人，晉中學(xué)院信息技術(shù)與工程學(xué)院，實(shí)驗(yàn)員·24·李春明城市表層土壤重金屬空間分布特性及影響因素(弓№表2城區(qū)中重金屬的相關(guān)系數(shù)NiPb10．2547010．289900．660330．3828340．520070．298120．30678910．246890．431170．4242920．387330．195830．4363690．493651由表2中的相關(guān)系數(shù)，再結(jié)合聚類分析方法對各種重金屬元素進(jìn)行分類(圖2)，結(jié)果表明，可將金屬元素分為四類：Cr、Cu、Ni聚

7、為一類，Ph、cd、zn聚為一類，As、Hg各為一類．其中Hg、As元素污染最為嚴(yán)重．Hg常溫下為液態(tài)、具有揮發(fā)性的特性決定了其主要由大氣傳播；根據(jù)高斯擴(kuò)散模型，Hg在土壤中的濃度距污染源的位置大致成正態(tài)分布；工廠廢氣與汽車尾氣中都含有Hg，所以其污染最嚴(yán)重．As污染主要來源于煤炭燃燒排放含砷氣體以及工業(yè)生產(chǎn)中含砷的廢水、廢渣和廢氣．區(qū)土壤元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高與地球化學(xué)成因影響有關(guān)．其次，第二類元素污染最為嚴(yán)重，可初步判定為是由工礦企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中排放的金屬廢棄物所引起，另外機(jī)動(dòng)車排放的尾氣、輪胎與地面磨擦也是zn污染的一個(gè)重要途徑．第一

8、類元素的污染則主要是由于生活垃圾的堆積、機(jī)械制造業(yè)和金屬加工業(yè)等廢料、汽車尾氣夾雜的重金屬所引起．通過對主成分分析，可以進(jìn)一步確定污染源以及自然和人為因素對土壤重金屬含量的影響．特征值的大小反