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期晉中學院學報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(晉中學院信息技術與工程學院，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)，通過相關分析、聚類分析、主成分分析和地統(tǒng)計分析等方法，分析了重金屬空間分布特性及影響因素．研究結果表明：該城市Hg污染嚴重，平均含量為299．7(ng／．重金屬As、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn呈現(xiàn)出強空間相關性，cr、Hg為中等空間相關性．Pb—zn—cd、cr—Ni．c

2、u之間都有顯著的相關性；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、地形的關系較大．關鍵詞：主成分分析；聚類分析；重金屬污染中圖分類號：0212．2文獻標志碼：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注．重金屬污染范圍廣、持續(xù)時間長、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，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

3、最基礎性的工作．近年來，我國對于城市污水排放的環(huán)境影響評價、潮灘沉積物重金屬元素的空間分布特征等研究有了相當進展，研究結果表明：造成重金屬含量較高的主要因素包括：人類活動、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]．人類活動尤其是燃煤、工業(yè)鍋爐、石油冶煉等排放的氣體，導致大氣中Hg含量增加，含Hg氣體通過大氣沉降等進入土壤，使土壤中Hg大量富集[4]．長期用生活污水和工業(yè)污水灌溉農田必然導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，采用相關分析、聚類分析、主成分分析和地統(tǒng)計分析等方法，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)境質量評價提供科學依據(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．土壤采樣方案為規(guī)則分層抽樣法，共采集土壤樣品319個．將該城區(qū)戈U分為間距1km左右的網格子區(qū)域，每1km設為

5、1個采樣點，并用GPS記錄采樣點的位置．根據(jù)采樣點的位置、海拔高度及其所屬功能區(qū)，先對數(shù)據(jù)進行預處理，把單位由m化為km并把坐標值取整近似處理，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)．在每個采樣點對表層土010cm深度進行取樣編號．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．土樣在室內風干、磨碎，過100目尼龍網篩．應用專門儀器測試分析，獲得了每個樣本所含的8種重金屬cr、Ni、cu、zn、As、cd、Pb和Hg化學元素的濃度數(shù)據(jù)．同時按照2km的間距在那些遠離人群及工業(yè)活動的自然區(qū)

6、[收稿日期]2014—03-27[作者簡介]李春明(1955-)，男，山西武鄉(xiāng)人，晉中學院信息技術與工程學院，實驗員·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中的相關系數(shù)，再結合聚類分析方法對各種重金屬元素進行分類(圖2)，結果表明，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)生產中含砷的廢水、廢渣和廢氣．區(qū)土壤元素質量分數(shù)較高與地球化學成因影響有關．其次，第二類元素污染最為嚴重，可初步判定為是由工礦企業(yè)在產品生產過程中排放的金屬廢棄物所引起，另外機動車排放的尾氣、輪胎與地面磨擦也是zn污染的一個重要途徑．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