城市表层土壤重金属污染分析
城市表层土壤重金属污染分析
摘要:城市表层土壤重金属污染分析是研究人类活动对城市环境质量影响的重要环节。本文对某城区表层土壤八种主要重金属污染进行分析。基于统计方法运用surfer绘图软件和spss分析软件分别对数据进行处理，得到八种重金属元素在该地区的空间分布情况，运用地质累积指数法，结合空间分布图，分析出工业区和交通区的重金属为强度污染，生活区和公园绿地区为中度污染，山区无污染；基于比较分析法确定重金属污染的主要原因是工业生产、汽车尾气排放、汽车轮胎磨损及人类生产生活所产生的大量各种重金属直接扩散到周围环境中；运用因子分析法，建立数学模型，利用变量之间存在的相关性，用少数几个因子来描述重金属污染物许多指标或因素之间的联系，实现以较少几个因子来反映传播特征规律，确定重金属的污染源；最后对所建模型的优缺点进行客观评价，并运用指数平滑法优化城市地质环境演变模式的研究方案。
关键词:重金属污染地质累积指数污染源因子分析法指数平滑法
一、问题重述
1.1基本信息
随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，人类活动对城市环境质量的影响日显突出。对城市土壤地质环境异常的查证，以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式，日益成为人们关注的焦点。
按照功能划分，城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等，分别记为1类区、2类区、……、5类区，不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。
现对某城市城区土壤地质环境进行调查。为此，将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土（0～10 厘米深度）进行取样、编号，并用GPS记录采样点的位置（附件1）。应用专门仪器测试分析，获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据（附件2）。另一方面，按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样，将其作为该城区表层土壤中元素的背景值（附件3）。
1.2需要解决的问题
(1) 给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。
(2) 通过数据分析，说明重金属污染的主要原因。
(3) 分析重金属污染物的传播特征，由此建立模型，确定污染源的位置。
(4) 分析所建立模型的优缺点，为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应收集什么信息？有了这些信息，如何建立模型解决问题？
二、模型假设
1.假设各采样点严格属于某一类区；
2.假设附件中所给的数据真实可靠且具有一般性；
3.假设背景值采样点没有受到任何人为因素的影响，完全属于自然区；
4.假设在采样前该城区没有发生重金属泄漏事故；
5.不考虑除人类活动以外的因素对该城市重金属污染的影响。
三、符号说明
符号说明
C
s
样品元素S的浓度
B
s
样品S对应的背景值
K 系数
N 样本个数
P 每个样本含有的变量个数
l
ij
原变量在各主成分上的载荷
X 1-X
8
As等8种元素
Z 1--Z
5
主要因子变量
四、名词解释
背景值：通常以一个国家或一个地区的土壤中某元素的平均含量作为背景值，以便与污染区土壤中同一元素的平均含量进行对比，超过背景值即属土壤污染。
地质累积指数（lgeo）：通常称为Muller指数，不仅考虑了自然地质过程造成的背景值的影响，而且也充分注意了人为活动对重金属污染的影响。该指数不仅反
映了重金属分布的自然变化特征，而且可以判别人为活动对环境的影响，是
区分人为因素影响的重要参数。
因子分析（Factor analysis）：指用少数几个因子来描述许多指标或因素之间的联系，以较少几个因子来反映原资料大部分信息的统计学分析方法。
指数平滑法：指在移动平均法基础上发展起来的一种时间序列分析预测法。它是通过计算指数平滑值，配合一定的时间序列预测模型对现象的未来进行预测。其
原理是任一期的指数平滑值都是本期实际观察值与前一期指数平滑值的加权
平均。
五、问题分析
问题一，对题目及所给的数据进行分析，运用专业的地理信息绘图软件surfer 直接导入数据绘制出8种重金属元素的空间分布图。再结合地质累积指数法，分析该城区内不同区域重金属的污染程度。
问题二，应先分离各区域的数据，得到不同区域的8种重金属元素的含量，并利用分析法比较同一元素在不同功能区的地质累积指数，来得出每种重金属污染的主要原因。
问题三，影响重金属污染物传播的因素很多，其相应的处理方法也很多，在不同条件下很难用单一的理论确定其污染源的位置，而因子分析能够用少数几个因子去描述许多变量之间的关系。因此采用因子分析法建立模型，确定污染源的位置。
问题四，结合所建立的数学模型，分析其优缺点；增加相应的变量参数，建立新的模型，使新模型能更好地适应城市地质环境演变模式的研究。
六、模型建立及求解
6.1问题一的求解
6.1.1金属元素空间分布图
运用surfer软件直接通过数据导入生成8种主要重金属元素在该地区的空间分布图。
功能区重金属元素采样点分布图和重金属元素空间分布图采用surfer绘制。功能区重金属元素采样点分布图见图1。8种重金属元素空间分布图见图2-图9（图3-图9见附录）[1]。
从图中可以看出：相比较其他7种元素，As的分布没有出现明显的富集，Cu、Zn、Hg含量在工业区与交通区土壤中明显高于其他区域，Cd、Pb、Ni主要富集在工业地区，Cr主要富集在生活区跟交通区。
图1功能区重金属元素采样点分布图
图2 As 元素空间分布图
6.1.2土壤重金属污染程度评价 6.1.2.1评价方法
考虑到人为活动对重金属污染的影响，我们采用地质累积指数（lgeo ）来评价重金属污染程度。地质累积指数（lgeo ）通常称为Muller 指数，不仅考虑了自然地质过程对背景值造成的影响，而且也充分注意了人为活动对重金属污染的影响，因此，该指数不仅反映了重金属分布的自然变化特征，而且可以判别人为活动对环境的影响，是区分人为因素影响的重要参数。Muller 指数法表达式为：
2lg log [/()]
s s eo C K B =?
（1）
式中Cs 是样品元素S 的浓度；Bs 是样品S 对应的背景值；K 为样本差异可能会引起背景值的变动而取的系数(一般取值为1.5，这里取1.5)，用来表征沉积特征、岩石地质及其他影响[2]。
6.1.2.2评价和分级标准
Muller 地质累积指数分级标准见表1，城市不同功能区表层土壤重金属平均浓度见表2，土壤元素背景值见表3。
表1 Muller 地质累积指数分级标准
地质累积指数lego 分级 污染程度
5 表2 城市不同功能区表层土壤重金属平均浓度 功能区 As (μg/g) Cd (ng/g) Cr (μg/g) Cu (μg/g) Hg (ng/g) Ni (μg/g) Pb (μg/g) Zn (μg/g) 生活区 6.27 289.96 69.02 49.40 93.04 18.34 69.11 237.01 工业区 7.25 393.11 53.41 127.54 642.36 19.81 93.04 277.93 山区 4.04 152.32 38.96 17.32 40.96 15.45 36.56 73.29 交通区 5.71 360.01 58.05 62.21 446.82 17.62 63.53 242.85 公园绿地区 6.26 280.54 43.64 30.19 114.99 15.29 60.71 154.24 表3 土壤元素背景值 8种主要重金属元素的背景值 元素平均值标准偏差范围 As (μg/g) 3.6 0.9 1.8~5.4 Cd (ng/g) 130 30 70~190 Cr (μg/g)31 9 13~49 Cu (μg/g)13.2 3.6 6.0~20.4 Hg (ng/g) 35 8 19~51 Ni (μg/g)12.3 3.8 4.7~19.9 Pb (μg/g)31 6 19~43 Zn (μg/g)69 14 41~97 6.1.2.3评价结果 将不同功能区表层土壤重金属平均浓度值及土壤元素背景平均值代入Mul1er地质累积指数计算公式，得到如下结果，详见表4。 表4城市不同功能区表层土壤重金属Mul1er指数评价 功能区生活区工业区山区交通区公园绿地 As lgeo 0.22 0.43 -0.42 0.08 0.21 分级 1 1 0 1 1 Cd lgeo 0.57 1.01 -0.36 0.88 0.52 分级 1 2 0 1 1 Cr lgeo 0.57 0.20 -0.26 0.32 -0.09 分级 1 1 0 1 0 Cu lgeo 1.32 2.69 -0.19 1.65 0.61 分级 2 3 0 2 1 Hg lgeo 0.83 3.61 -0.36 3.09 1.13 分级 1 4 0 4 2 Ni lgeo -0.01 0.10 -0.26 -0.07 -0.27 分级0 1 0 0 0 Pb lgeo 0.57 1.00 -0.35 0.45 0.38 分级 1 1 0 1 1 Zn lgeo 1.20 1.43 -0.50 1.23 0.58 分级 2 2 0 2 1 分析该城区内不同区域重金属的污染程度。 由上述数据表格可知： 生活区内Ni元素属于“无污染”，As、Cd、Cr、Hg、Pb元素属于“轻度-中等污染”，Cu、Zn元素属于“中等污染”。 工业区内As、Cr、Ni、Pb元素属于“轻度-中等污染”，Cd、Zn元素属于“中等 污染”， Cu元素属于“中等-强污染”，Hg元素属于“强污染”。 山区内8种元素均属于“无污染”。 交通区内Ni元素属于“无污染”，As、Cd、Cr、Pb元素属于“轻度-中等污染”，Cu、Zn元素属于“中等污染”，Hg元素属于“强污染”。 公园绿地区内Cr、Ni元素属于“无污染”，As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn元素属于“轻度-中等污染” 6.2分析重金属污染的主要原因 As在五个功能区地质累积指数lego：工业区（0.43）＞生活区（0.22）＞公园绿地区（0.21）＞交通区（0.08）＞山区（-0.42）。As污染主要来源于工业区以及人类活动密集的生活区、公园绿地区。工业废物、人类生活的垃圾等是As污染的主要原因。 Cd在五个功能区地质累积指数lego：工业区（1.01）＞交通区（0.88）＞生活区（0.57）＞公园绿地区（0.52）＞山区（-0.36）。Cd污染主要来源于工业区和交通区。工业废物、汽车尾气等是Cd污染的主要原因。 Cr在五个功能区地质累积指数lego：生活区（0.57）＞交通区（0.32）＞工业区（0.2）＞公园绿地区（-0.09）＞山区（-0.26）。Cr污染主要来源于生活区。人类生活的垃圾等是Cr污染的主要原因。 Cu在五个功能区地质累积指数lego：工业区（2.69）＞交通区（1.65）＞生活区（1.32）＞公园绿地区（0.61）＞山区（-0.19）。Cu污染主要来源于工业区、交通区和生活区。 生活垃圾也是Cu污染的主要原因。 Hg在五个功能区地质累积指数lego：工业区（3.61）＞交通区（3.09）＞公园绿地区（1.13）＞生活区（0.83）＞山区（-0.36）。Hg污染主要来源于工业区和交通区。工业区燃料燃烧产生的气体以及汽车尾气是Hg污染的主要原因。 Ni在五个功能区地质累积指数lego：工业区（0.1）＞生活区（-0.01）＞交通区（-0.07）＞山区（-0.26）＞公园绿地区（-0.27）。Ni污染主要来源于工业区，在其他各区污染不明显。工业生产产生的废水、废渣是Ni污染的主要原因。 Pb在五个功能区地质累积指数lego：工业区（1.00）＞生活区（0.57）＞交通区（0.45）＞公园绿地区（0.38）＞山区（-0.35）。Pb污染主要来源于工业区、生活区和交通区。工业污染以及含Pb汽油燃烧产生的尾气污染是Pb污染的主要原因。 Zn在五个功能区地质累积指数lego：工业区（1.43）＞交通区（1.23）＞生活区（1.20）＞公园绿地区（0.58）＞山区（-0.5）。Zn污染主要来源于工业区、交通区和生活区。工业废物、汽车轮胎的添加剂中含有Zn ,轮胎磨损产生的粉尘是路边土壤Zn污染的主要原因。 6.3问题三模型的建立与求解 6.3.1重金属污染物的传播特征 重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著的生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态的相互转化和分散、富集过程(迁移)。重金属污染传播的特点是：(1)除被悬浮物带走外，会因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中，成为长期的次生污染源；(2)水中各种无机配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子等)和 有机配位体(腐蚀质等)会与其生成络合物或螯合物，导致重金属有更大的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来；(3)重金属的价态不同，其活性与毒性不同。其形态又随PH值和氧化还原条件而转化。 在重金属的传播过程中，需要考虑的因素很多，处理的方法也有很多，如湍流理论，大气扩散理论，梯度输送理论，扩散模拟方法等。在不同的条件下很难确定用什么理论，且单一的理论很难确定其污染源的位置，而因子分析法能够用少数几个因子去描述许多变量之间的关系。因此采用因子分析法建立模型，确定污染源的位置。 6.3.2因子分析模型 因子分析的基本目的是，用少数几个因子去描述许多变量之间的关系。被描述的变量是可以观测的随机变量，即显在变量。而这些因子是不可观测的潜在变量。 因子分析法把众多的指标综合成几个为数较少的指标，这些指标称为因子指标。因子分析的特点是： （1）因子变量的数量远少于原有的指标变量的数量，因而对因子变量进行分析能够减少分析中的工作量。 （2）因子变量不是对原始变量的取舍，而是根据原始变量的信息进行重新组合，它能够反映原有变量大部分信息。 （3）因子变量之间不存在显著的线性相关关系，对变量的分析比较方便，但原始部分变量之间多存在较显著的线性相关关系。 （4）因子变量具有命名解释性，即该变量是对某些原始变量信息的综合和反映。在保证数据信息丢失最少的原则下，对高维变量空间进行降维处理（即通过因子分析或主成分分析）。显然，在一个低维空间解释系统要比在高维空间解释系统容易得多。 6.3.3因子分析的原理 假定：有N个地理样本，每个样本共有P个变量，构成一个N×P阶的地理数据矩阵 : （2） 当P较大时，在P维空间中考察问题比较麻烦。这就需要进行降维处理，即用较少几个综合指标代替原来指标，而且使这些综合指标既能尽量多地反映原来指标所反映的信息，又能保持彼此独立。 线性组合：记X 1，X 2 ，…，X p 为原变量指标，Z 1 ，Z 2 ，…，Z m （m≤p）为新变量指标 （主成分），则其线性组合为: （3） l ij 是原变量在各主成分上的载荷 无论是哪一种因子分析方法，其相应的因子解都不是唯一的，主因子解仅仅是无数因子解中的一个解。 矩阵形式为： Z LX = （4） 且一定满足: （1）m p ≤； （2）1, ,m X X 不相关，且方差均为1，Z i 与Z j 也不相关。 式中：X=(X 1,…,X m )称为X 的公共因子，L 为因子载荷矩阵，l ij 为因子载荷。 Z i 与Z j 相互无关； Z 1是X 1，X 2，…，X p 的一切线性组合中方差最大者，Z 2是与Z 1不相关的X 1，X 2，…的所有线性组合中方差最大者，则新变量指标Z 1，Z 2，…，Z n 分别称为原变量指标的第一，第二，…，第N 个主要因子变量。 Z 为因子变量或公共因子，可以理解为在高维空间中互相垂直的m 个坐标轴。主成分分析实质就是确定原来变量X j （j=1，2 ，…，p ）在各主成分Z i （i=1，2，…，m ）上的荷载 l ij 。它们分别是相关矩阵的m 个较大的特征值所对应的特征向量。 设： X 1= As X 2= Cd X 3= Cr X 4= Cu X 5= Hg X 6= Ni X 7= Pb X 8= Zn Z 1--Z 5 ：主要因子变量 其中N=319 P=8 对所研究区域土壤重金属元素含量数据运用SPSS 统计软件进行相关的分析，通过测试，As 、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni 、Pb 、Zn 8种重金属含量数据符合因子分析的要求，通过重金属元素之间的相关性提取主因子，可对重金属元素进行归类，并得出因子对于研究某一区域重金属元素含量的影响程度，结合因子得分情况，分析因子的等值线特征。 6.3.4结果与分析 6.3.4.1相关性分析 从As 、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni 、Pb 、Zn 8种重金属的相关系数矩阵(表5)可以看出，X 6（Ni ）与X 3（Cr ）、X 7（Pb ）与X 2（Cd ）的相关性最好，相关系数比较大，分别为0.716和0.66。同时X 4（Cu ）、X 3（Cr ）、X 6（Ni ）三者之间的相关性也比较好，相关系 数在0.494-0.716之间。其次 X 7（Pb）与X 4 （Cu）、X 7 （Pb）与X 8 （Zn）也有一定的相 关性，相关系数分别为0.52和0.494，其他相关性都不是很强。结合重金属污染来源来看，相关性较好的重金属元素在这方面有一定的相似性和关联性[3]。 表5 变量相关系数矩阵 变量X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 1 1.000 X 2 0.255 1.000 X 3 0.189 0.352 1.000 X 4 0.160 0.397 0.532 1.000 X 5 0.064 0.265 0.103 0.417 1.000 X 6 0.317 0.329 0.716 0.495 0.103 1.000 X 7 0.290 0.660 0.383 0.520 0.298 0.307 1.000 X 8 0.247 0.431 0.424 0.387 0.196 0.436 0.494 1.000 6.3.4.2 主因子分析 特征值和因子占总变量的百分比的计算是进行因子分析的基础，在累计方差贡献率 为87.756％的基础之上，提取了5个主要因子Z 1--Z 5 。从表6中可以看出，旋转前后，累 计方差贡献率没有变化，5个主因子除主因子Z 1 外，其他4个主因子方差贡献率变化都比 较小，在8%之内。旋转后，主因子Z 1、Z 2 方差贡献率分别25.733%与22.087%，其它3个 主因子方差贡献率都在11％一16％之间。从方差贡献率来看，因子Z 1、Z 2 对所研究区域 表层土壤重金属元素分布情况具有最大贡献，其次，因子Z 3--Z 5 对重金属元素分布情况 的贡献作用依次减小。 正交旋转的目的就是去掉变量中一些相互关联的、有重叠作用的因素，使提取的因子为相互独立的、简单而且足够反映变量总体的信息，同时，确定提取的因子对各个变量的信息量的反映情况，因子载荷在某个因子的载荷越高，表明因子对于变量的信息的贡献量越大，因子与变量的关系越亲近。 表6 特征值和因子方差贡献率 变量 因子载荷初始提取因子载荷旋转后因子载荷 特征 值 方差贡 献率 （ %） 累积贡 献率 （ %） 因 子 特征值 方差贡 献率 （ %） 累积贡 献率 （ %） 特征值 方差 贡献 率 （ % ） 累积贡 献率 （ %） X 13.560 44.500 44.500 Z 1 3.560 4 4.500 44.500 2.059 2 5.73 3 25.733 X 21.150 14.377 58.877 Z 2 1.150 14.377 58.877 1.767 2 2.08 7 47.820 X 30.965 12.063 70.941 Z 3 0.965 12.063 70.941 1.217 15.21 5 63.035 X 40.768 9.596 80.537 Z 4 0.768 9.596 80.537 1.026 12.82 4 75.858 X 50.578 7.220 87.756 Z 5 0.578 7.220 87.756 0.952 11.89 8 87.756 X 6 0.432 5.399 93.156 X 7 0.301 3.769 96.924 X 8 0.246 3.076 100.000 从表8（由表7旋转得到）可以看出，因子Z l 对于X 3 、X 6 元素的信息反映最全，载荷 都在0.864以上。因子Z 2对X 2 、X 7 元素的信息反映最好，载荷都在0.832以上。因子Z 3 对X 5 元素的信息反映最好，载荷为0.953。因子Z 4对X 1 元素的信息反映最好，载荷为0.97。 因子Z 5对X 8 元素的信息反映最好，载荷为0.904。 表7 因子载荷矩阵 变量 主要因子 Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 X 1 0.426 -0.200 0.681 0.551 -0.026 X 2 0.711 0.281 0.282 -0.322 -0.254 X 3 0.735 -0.444 -0.303 -0.046 -0.110 X 4 0.756 0.125 -0.365 0.137 -0.155 X 5 0.408 0.673 -0.297 0.449 0.154 X 6 0.723 -0.515 -0.190 0.137 -0.014 X 7 0.764 0.314 0.237 -0.248 -0.158 X 8 0.699 -0.037 0.123 -0.241 0.654 表8 旋转后的因子载荷矩阵 变量 主要因子 Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 X 1 0.131 0.154 0.023 0.970 0.076 X 2 0.170 0.877 0.082 0.102 0.132 X 3 0.882 0.209 0.002 0.014 0.146 X 4 0.614 0.362 0.505 -0.022 0.029 X 5 0.013 0.134 0.953 0.030 0.083 X 0.864 0.089 0.019 0.222 0.196 X 7 0.195 0.832 0.191 0.121 0.208 X 8 0.271 0.285 0.101 0.091 0.904 6.3.4.3 因子得分 主因子确定以后，对于每一个样本数据，要求得到它们在不同因子上的具体数据值，这就是因子得分。定量确定因子得分，通过等值线图反映到平面上，就可以直观地看出这类因子在平面上的分布特征。 从表9因子得分矩阵可以确定，因子得分函数为： 112345678 =0.071X 0.113X 0.531X 0.3080.1240.5040.120.144Z X X X X X --++-+-- 212345678=0.075X X 0.04X 0.0680.1840.2040.580.161Z X X X X X --+--+-+0.689 312345678=0.026X X 0.133X 0.3420.8990.0690.0620.02Z X X X X X -++----0.18 412345678=1.02X X 0.133X 0.1240.0590.1120.0350.073Z X X X X X --++---0.059 512345678=-0.089X X 0.107X 0.270.0480.0060.06 1.176Z X X X X X --+--+-0.179 其中，1Z 一5Z 为因子得分函数，1X 一8X 分别为As 、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni 、Pb 、Zn 元素的实测数据。 计算出319个样本数据的因子得分，通过等值线图反映到平面上（见图10-图14） 表9 因子得分矩阵 变量 成份 Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 X 1 -0.071 -0.075 0.026 1.020 -0.089 X 2 -0.113 0.689 -0.180 -0.059 -0.179 X 3 0.531 -0.040 -0.133 -0.133 -0.107 X 4 0.308 0.060 0.342 -0.124 -0.270 X 5 -0.124 -0.184 0.899 0.059 0.048 X 6 0.504 -0.204 -0.069 0.112 -0.006 X 7 -0.120 0.580 -0.062 -0.035 -0.060 X 8 -0.144 -0.161 -0.020 -0.073 1.176 在研究主因子在平面上的得分分布情况的基础上，对所研究区域重金属污染相对程度和来源进行一些简单的分析。 图10 主因子Z1得分等值线图 从主因子Z 1得分等值线图可以看出，主因子Z l 污染面积主要分布在以（3400, 5150），为圆心,1400m为半径的圆周内。因此，结合因子载荷情况，因子Z 1 主要是对Ni、Cr两种重金属元素的反映，并且此区域内采样编号点20、22对Ni、Cr两种重金属元素污染的贡献最大。所以可得出结论：Ni、Cr两种重金属元素污染源的位置在采样编号点20、22附近。 图11 主因子Z2得分等值线图 对于因子Z 2来说，它主要是对重金属元素Cd、Pb的响应。从主因子Z 2 得分等值线图 可以看出主因子Z 2 污染主要集中在坐标（1806, 2699），（12670, 2103），（21448, 11112）三块区域附近。并且此区域内采样编号点6、8、9、12、22、95对Cd、Pb两种 重金属元素污染的贡献最大。所以可得出结论：Cd、Pb 两种重金属元素污染源的位置在采样编号点6、8、9、12、22、95附近。 图12 主因子Z3得分等值线图 对于因子Z 3来说，它主要是对重金属元素Cu、Hg的响应。从主因子Z 3 得分等值线图 可以看出主因子Z 3 污染主要集中在坐标（2435, 2997），（13598, 2301），（15287, 9125）三块区域附近。并且此区域内采样编号点8、9、22、182、257对Cu、Hg 两种重金属元素污染的贡献最大。所以可得出结论：Cu、Hg 两种重金属元素污染源的位置在采样编号点8、9、22、182、257附近。 图13 主因子Z4得分等值线图 对于因子Z 4来说，它主要是对重金属元素As的响应。从主因子Z 4 得分等值线图可以 看出主因子Z 4 污染主要集中在坐标（2601, 2368），（13763, 2235），（15221, 9125）三块区域附近。并且此区域内采样编号点29、84、178对As重金属元素污染的贡献最大。所以可得出结论：As重金属元素污染源的位置在采样编号点29、84、178附近。 图14 主因子Z5得分等值线图 对于因子Z 5来说，它主要是对重金属元素Zn的响应。从主因子Z 5 得分等值线图可以 看出主因子Z 5 污染主要集中在坐标（2203, 2897），（12737, 2997），（9325, 4289），（13763, 9655）四块区域附近。并且此区域内采样编号点22、30、36、61、178对As重金属元素污染的贡献最大。所以可得出结论：Zn重金属元素污染源的位置在采样编号点22、30、36、61、178附近。 6.4模型评价与改进 6.4.1模型的优缺点 模型运用surfer软件对数据进行处理，画出了各种重金属元素在该城区的空间分布图，并用地质累积指数确定了不同区域重金属元素的污染程度，运用因子分析法建立传播模型，确定了污染源的位置。 优点是通过数据对比，简洁地分析了不同区域重金属的污染程度，并结合重金属元素的空间分布图和数据分析说明了重金属元素的污染原因主要是工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量重金属污染源。 缺点是未能对影响重金属污染的因素进行全面考虑，所得出的结果与实际会有一定的出入。 6.4.2模型的改进 为了更好地研究城市地质环境演变模式，在因子分析模型的基础上，再添加不同时 间系列下各种重金属元素的采样浓度及时间序列起点等参数，运用指数平滑法建立重金属浓度污染指数平滑预测数学模型，来预测城市地质环境的演变。 原理是用这一期实际值和上一期指数平滑值的加权平均值作为本期指数平滑值，并可作为下一期预测值，其数学表达式为： (1)(1)1(1)t st t S aC a S -=+- （5） 式中：(1)1t S -为时刻t+1的1t y +的预测值，并记为(1)1t y +，也称(1) 1t y +为1t y +的平滑预测；a 为平滑系数[4-5]。 当时间序列为线性趋势时，对一次平滑结果再次平滑来预测（二次平滑）；当时间序列为非线性趋势时，用三次指数平滑来预测。二次平滑和三次平滑公式分别为： (2)(1)(2)1(1)t t t S aS a S -=+- （6） (3)(2)(3)1(1)t t t S aS a S -=+- （7） 此模型的关键在于确定平滑系数a 的取值大小，合理确定a 的取值十分重要。一般 情况下，如果数据波动较大，a 值应取大一些，可以增加近期数据对预测结果的影响。如果数据波动平稳，a 值应取小一些。在实际运用时应根据具体的线性情况选取平滑的次数。 七、模型的推广 由于因子分析法能运用少数几个因子来描述许多指标，因而在人口、气象、生态多样性、社会关系等方面也适用。 八、参考文献 [1] 李增福,朱继业,王腊春,合肥市城市土壤重金属元素含量及空间分布特征,城市环境与城市生态,第22卷3期:24—27，2009 [2] 钱翌，赵世刚,青岛市不同生态功能区表层土壤重金属污染初步评价,中国农学通报,第26卷9期:352-356，2010 [3] 龚宇，向晓军，李征南，刘永旺，许露露,应用因子分析法研究三峡库区忠县--万州地区重金属的主要来源,江西农业学报,第23卷4期：159—161，2011 [4] 廖国礼,周音达,吴超,尾矿区重金属污染浓度预测模型及其应用,中南大学学报,第35卷第6期:1009-1013，2004 [5] 百度百科，指数平滑法，，2011/9/10 九、附录 图3 Cd元素空间分布图 图4 Cr元素空间分布图 图5 Cu元素空间分布图 图6 Hg元素空间分布图 图7 Ni元素空间分布图 图8 Pb元素空间分布图 图9 Zn元素空间分布图 我国城市土壤重金属污染研究综述 摘要: 改革开放以来，随着我国工业化和城市化的高速发展, 城市土壤重金属污染越来越严重。本文从城市土壤中重金属元素的污染来源、污染危害、污染空间特征、污染评价方法和治理方法等方面来对我国城市土壤重金属污染问题的研究进展进行综述，并提出了相关的治理对策建议。 关键词:城市土壤;重金属污染;污染评价;治理对策 我国城市化的快速发展，在很大程度上也加剧了城市土壤的重金属污染问题。这种影响主要体现在污染物的大量产生和转移上，很大一部分污染物都直接或间接地进入城市和周边地区的土壤生态系统中[1]。潘根兴在2002年初做过一个南京市各城区的土壤重金属污染调查。结果表明[2-3]，超过70%的采样区域存在重金属污染，测出的最高铅含量超过国家标准3倍以上。 1城市土壤重金属污染来源 城市土壤重金属污染主要来源于人类活动，如工矿业废物的排放、拥堵的交通、大量生活垃圾、农业生产等。 1.1工矿业污染 工矿业污染主要表现在3个方面；第一是工矿业活动所产生的废渣是重金属的重要载体，尤其是一些金属冶炼厂，废渣中的重金属含量极高，无处理堆放或直接混入土壤，对土壤环境造成潜在危害。矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行业是排放重金属的主要工业源，它们以“三废”形式不断向城市土壤排放重金属[4-5]。第二是的重金属一部分赋存在烟尘上，以气溶胶的形式进入大气，经过干湿沉降进入土壤。第三是工矿业活动所排放的废水含有一定量的重金属，在公园与花园绿化过程中使用污水、污泥堆肥也会明显影响城市土壤中的重金属组成与含量[6-7]。 1. 2交通污染 汽车燃烧产生的废气中含有大量的重金属，尤其是Pb的含量最高。各种车辆排放的废气携带固体粒子以播撒等方式将重金属粒子带入大气再经沉降进入土壤，引起了重金属污染。通过对汽车尾气颗粒物中重金属元素含量分析发现，Pb的含量为37% 、Ni、Cr、Cd、Mn含量分别为34.5%，22.6%，3. 2%，2. 6%。杨文敏[8-9]等应用扫描电镜加X射线能谱技术分析了汽油尘表面巧种元素的相对含量，其中Pb最高达22.5%，Mn、Ni、Cr等重金属含量都低于3%。交通运输引起土壤重金属污染呈带状分布，污染强度以公路、铁路为轴向两侧逐渐减弱，随着时间的延氏，公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性[10]。 1.3生活垃圾污染 随着近代工业的发展，人们对重金属资源的需求越来越大，在生产、加工的过程中产生的重金属废弃物也越来越多。如果土壤中重金属含量超过一定范围，就会对生态环境造成一定的影响和破坏。国家环境保护总局发布的 2000年中国环境状况公报上的数据显示：在30万hm2基本农田保护区土壤有害重金属抽样监测中，有3.6万hm2土壤重金属超标，超标率达12.1%[1]。日本重金属污染的农田面积达37029.4hm2，我国重金属镉污染的农田面积达1.2万hm2[2]。沈阳张士灌区用含镉污水灌溉20多年后，污染耕地2500多hm2，稻田含镉5~7mg/kg[3]。 重金属进入环境后不易被环境中的微生物分解，易在土壤中积累，并在农作物中残留，最终通过食物链在动物、人体内积累，严重影响人体健康[4-11]。如1955~1972年，日本富山县神通川流域的“骨痛病”，就是由于居民食用了镉含量高的稻米和饮用镉含量高的河水而引起的[12]，同样在1953~ 1972年由于日本熊本县水俣湾的居民食用被汞废水污染的鱼虾，导致近万人患中枢神经疾病—水俣病[13]。由此可见，土壤重金属污染的危害是严重的，被污染的区域是广泛的，因此对土壤重金属污染评价方法的研究是十分必要的。 1重金属污染评价方法 1.1单因子指数法单因子指数法是国内通用的一种重金属污染评价的方法，是国内评价土壤、水、大气和河流沉积物重金属污染的常用方法[14-16]。 计算公式如下： P i=C i S 式中，P i为污染物单因子指数；C i为实测浓度，mg/kg；S为土壤环境质量标准，mg/kg。P i<1则表明未受污染，P i>1则表示己经受到污染，P i数值越大，说明受到的污染越严重。 单因子指数法可以判断出环境中的主要污染因子，但环境是一个复杂的体系，环境污染往往是由多个污染因子复合污染导致的，因此这种方法仅适用于单一因子污染特定区域的评价；单因子指数法是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础。 1.2尼梅罗综合指数法单因子污染指数法只能分别反映各个污染物的污染程度，不能全面、综合地反映土壤的污染程度，因此当评定区域内土壤质量作为一个整体与外区域土壤质量比较，或土壤同时被多种重金属元素污染时，需将单因子污染指数按一定方法综合起来进行评价，即应用综合污染指数法评价。重金属元素综合污染评价采用兼顾单元素污染指数平均值和最大值的尼梅罗综合污染指数法。计算公式如下： I=P i2最大+（1/n∑P i）2 2 √式中，I为尼梅罗综合污染指数；P i为土壤中i元素标准化 污染指数（污染物单因子指数）；P i最大为所有元素污染指数中的最大值。 尼梅罗综合指数法的计算公式中含有评价参数中最大的单项污染分指数，其突出了污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用，刘哲民应用单因子指数和尼梅罗综合污染指数法结合对宝鸡土壤的重金属污染进行了评价[16]。通过这种方法对宝鸡的土壤重金属污染的现状进行了分级并指出了对环境污染贡献最大的元素，但是没有考虑土壤中各种污染物对作物毒害的差别。同时根据尼梅罗指数法计算出来的综合污染指数，只能反映污染的程度而难于反映污染的质变特征。 1.3污染负荷指数法污染负荷指数法是Tomlinson等在从事重金属污染水平的分级研究中提出来的一种评价方法，该方法被广泛应用于土壤和河流沉积物重金属污染的评价[17-18]。某一点的污染负荷指数的公式如下： F i=C i/C0i I PL=F1×F2×F3…F n n√ 式中，F i为元素i的最高污染系数；C i为元素i的实测含量，mg/kg；C0i为元素i的评价标准，即背景值，一般选用全球页 土壤重金属污染评价方法的比较 徐燕1，2，李淑芹1，郭书海2，李凤梅2，刘婉婷2 （1.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨150030；2.中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁沈阳110016）摘要综述了国内外典型的土壤重金属污染的评价方法，分析了各种方法的优劣之处和适用范围，论述了GIS在土壤重金属污染评价方面的应用，最后提出用潜在生态危害指数法和污染负荷指数法相结合，重金属污染评价方法与ArcGIS软件相结合的方法来克服各种评价方法的不足和局限之处。 关键词土壤；重金属污染；评价方法 中图分类号X53文献标识码A文章编号0517-6611（2008）11-04615-03 Comparison of Assessment Methods of Heavy Metal Pollution in Soil XU Yan et al（College of Resource and Environment,Northeast Agricultural University,Haerbin,Heilongjiang150030） Abstract Several representative assessment methods about heavy metal pollution were summarized.The advantages,disadvantage and application range of those methods were analyzed.Application of GIS in assessment of heavy metal pollution in soil was discussed.Finally,the mehods for conquering the disadvantages and limitations of evaluation methods were put forward,which were the combination of potential ecological risk index and pollution load index and the combination assessment method of heavy metal pollution and ArcGIS software. Key words Soil;Heavy metal pollution;Assessment method 基金项目国家重点基础研究发展计划项目（2004CB418501）；辽宁省 重大科技项目（06KJT11001）。 作者简介徐燕（1983-），女，黑龙江鹤岗人，硕士研究生，研究方向：土 壤重金属污染的评价。通讯作者。 收稿日期2007-11-28 安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2008,36(11):4615-4617责任编辑王淼责任校对况玲玲 ( 安全论文 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 金属矿山土壤重金属污染现状及治理对策(通用版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times. 金属矿山土壤重金属污染现状及治理对策 (通用版) 摘要：矿山开采为经济发展提供了资源保证,但同时也带来了一系列生态环境问题。文章介绍了我国部分地区日益发达的金属矿业造成的土壤重金属污染状况,分析了重金属元素的在环境中的存在形态、释放机理、污染特征及其生物危害。指出了金属矿山土壤重金属污染目前尚存在的问题并提出了防治土壤重金属污染的具体措施。 关键词：重金属污染；修复技术；土壤；金属矿山 CurrentSituationofHeavyMetalPollutioninSoils andCountermeasures Abstract：Miningforeconomicdevelopmenttoprovidetheresources,butalsob ringsaseriesofecologicalenvironmentproblems.Thispaperintro ducestheareaofourcountrypartincreasinglydevelopedmetalmini ngcausedthesoilheavymetalpollutionstatus,analysisofheavyme talelementsintheenvironmentofexistenceform,releasemechanis m,thepollutioncharacteristicsandbiologicalhazards.Metalmin esoilheavymetalpollutionispointedoutexistingproblemsandput sforwardspecificmeasurestocontrolsoilheavymetalpollution. 金属矿山既是资源集中地,又是天然的土水生态环境污染源。在开采过程中流失的重金属Ｐｂ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｃｒ等是土水生态环境的重要毒害元素。。随着矿山开采年份的增加,矿山周边土壤环境中重金属不断积累,污染现象日趋严重。重金属进入土壤环境后,扩散迁移比较缓慢,且不被微生物降解,通过溶解、沉淀、凝聚、络合、吸附等过程后,容易形成不同的化学形态。当其在土壤中积累到一定程度时,就有可能通过土壤—植物(作物)系统,经食物链为动物或人体所摄入,潜在危害性极大。因此,金属矿山土壤的重金属污染问题必须引起高度关注,并采取相应措施加以防治。 2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮 件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问 题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他 公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正 文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反 竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： A 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的全名）：重庆交通大学 参赛队员 (打印并签名) ：1. 陈训教 2. 范雷 3. 陈芮 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)：胡小虎 日期：2011 年9 月 12日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 评 阅 人 评 分 备 注 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）： 全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）： 城市表层土壤重金属污染分析 摘要 本文针对城市表层土壤重金属污染做出了详细的分析，对于本题中所提出的问题一，我们利用MATLAB软件对所给的数值进行空间作图，然后分别作出了八种重金属元素的空间分布特征，然后，我们利用综合指数（内梅罗指数）评价的方法，对五个区域进行了综合评价，得出结果令人满意。对于问题二，我们根据第一问和题目所给的数据进行综合分析，得出了重金属污染的主要原因来自于交通区含铅为主的大量排放，和工业区污水的大量排放等等。对于问题三，我们通过对问题一中的八张重金属元素空间分布的图可以看出，发现大多数金属都呈中心发散性传播，同时经过分析，我们发现，如果考虑大气传播和固态传播，很难得出结论，在交通区，由于是汽车尾气造成的传播，发现重金属的传播无规律可循等，所以，我们考虑液态形式的传播，以针对地表水污染物的物理运动过程，以偏微分方程为建模基础，通过和假设和模型参数的估计，得出了可能污染源位置，最后，我们对模型进行了稳定性检验即灵敏性分析和拟合检验，发现在参数变化在10%左右，模型的稳定性良好。最后我们全面分析了模型的优缺点，，最后可以用MATLAB软件得出相应的结果。为更好地研究城市地质环境的演变模式，测定污染源范围还应收集该地区的每年生活、工业等重要污染源的垃圾排放量，地下水流动方向以及每年的生物降解量，降雨量对重金属元素扩散的影响。一但有污染证据，我们可以在该污染源附近沿地下水流动方向设定更多采样点，由此，我们可以构造一个三维公式来计算污染物质浓度的浮动就可以模拟三维空间内的重金属分布影响。 关键字：表层土壤重金属污染 MATLAB 内梅罗指数偏微分方程稳定性检验灵敏性分析地质演变生物降解量 土壤重金属污染 摘要：随着现代工业的发展，工业排出的污染物越来越多，土壤的重金属污染就是一个例子，土壤污染对人类的身心都造成了巨大的危害。本文主要就土壤重金属的概念、来源种类、特点危害、采样检测、防治修复等方面都做了一定的阐述。 With the development of modern industry, industrial discharge pollutants is more and more, soil heavy metal pollution is one example, soil pollution has caused great harm on human body and mind . This paper discusses the concept, origin of soil heavy metal types and characteristics, sampling testing and prevention harm repair all aspects were discussed as well。 关键词：土壤污染，重金属，危害 据报道，目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染耕地面积近 2000 万公顷，约占总耕地面积的 1/5，其中工业“三废”污染耕地 1000 万公顷，污水灌溉的农田面积已达 330 多万公顷。例如：某省曾对 47 个县和郊区的 259 万公顷耕地（占全省耕地面积的五分之二）进行过调查。其结果表明，75% 的县已受到不同程度的重金属污染的潜在威胁，而且污染趋势仍在加重。 一土壤重金属污染的定义 重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。但是由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注锌、铜、钴、镍、锡、钒、汞、镉、铅、铬、钴等。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的污染问题，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景含量、并可能造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的现象。[1] 如下图为土壤环境质量标准值（GB15618—1995）单位: mg/kg 关于土壤重金属污染评价方法探讨 发表时间：2019-06-13T09:34:31.367Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年4期作者：洪运 [导读] 结合个人工作经验，对传统的重金属污染评价方法进行了分析，仅供相关人士参考。 广东清慧综合环保咨询科技有限公司 523000 摘要：随着城镇化和工业化进程的加快，各行各业对重金属资源的需求与日俱增，重金属的使用也在一定程度上给环境带来了污染，使土壤中的重金属超标，对土壤造成难以逆转的污染，进而破坏生态平衡。所以为了有效的避免这一问题，应该客观准确的对土壤中重金属的污染程度进行分析。目前我国有许多中分析方法，本文主要阐述了土壤重金属污染的成因及特点，结合个人工作经验，对传统的重金属污染评价方法进行了分析，仅供相关人士参考。 关键词：重金属污染；污染评价；土壤污染 土壤是人类赖以生存的资源之一，是农业生产的基础，而且也是人类和动物生存的基本环境要素，随着工业化和城市化的快速发展，导致工业废气和生活污水的大量排放，城镇人口的增加，使得汽车数量也增加，导致汽车尾气的过度排放，加上农药化肥的过度使用，以及矿产资源的不合理开发，使得土壤环境系统中重金属含量日益增加，土壤重金属污染具有极大的危害性，会使得土壤生态环境质量下降，而且潜伏期长，会危害到人类的身体健康，针对这一现状，必须加强对土壤重金属污染评价方法的研究，加强对土壤污染的预防控制。 1土壤重金属污染的成因及特点 土壤是人类社会生存和发展的基本前提，土壤的形成来之不易，而且更新周期十分漫长，通常被认为是不可再生资源，但它也是大量残余废物最重要的调节环节之一。随着现代工业的快速发展，人们的生活领域不断扩大，生活方式也在变化，一些不合理的垃圾处理方式，比如焚烧、直接填埋给土壤造成了严重的污染，工厂的生产、矿产开采等都会造成土壤中重金属的污染。 1.1土壤重金属污染的成因分析 1.1.1自然原因 在自然界中，土壤中重金属的污染不是单一的原因造成，而是受多种因素的影响。在土壤形成的初始阶段，母质中的重金属含量直接决定了土壤中重金属的含量。随着土壤的生长，母质对重金属的影响也在不断增加，加上一些自然的生物残落也会加重土壤的重金属污染。例如火山爆发、森林火灾等自然灾害可能使许多重金属漂浮于空中，植物叶片会吸收部分重金属，随着树木的凋零，进而被微生物吸收进入土壤，从而增加了土壤中重金属的含量。 1.1.2人为原因 随着工业化程度的不断加深，人类活动给土壤带来了许多不可逆转的破坏，已经逐渐上升成为土壤重金属污染的主要来源。 1、废气、烟雾等空气污染。工业生产会向大气排放大量废气和烟雾，汽车尾气的过度排放，火电厂使用煤炭发电等都会造成大气污染。而这些废气又会通过大气沉降渗透到土壤中，久而久之，会给土壤造成重金属污染。 2、化肥和农药的使用。城镇化的加快导致农耕地面积的减少，为了满足人们的日常食物需要，种植商不得不使用化肥和农药，从而达到缩短农作物的生长周期，提高农作物的产量和质量的目的，或者为了种植一些反季节食物，这些化学农药的使用，会在土壤中释放许多重金属物质，导致土壤中的重金属污染加重，进而威胁人类健康。 3、水污染。我国的水资源分布十分不均，西北沙漠地区干涸，而沿海地区水资源充裕，导致在某些地区，农业用地灌溉时引入的水来自于工业废水，这种污水本身就含有大量的重金属，进入农田后会使得土壤中沉淀大量重金属，加上水资源的流动性，进一步恶性循环，造成土壤污染和地下水污染。 4、其他生产生活活动。比如城市居民生活垃圾的堆放，垃圾土壤填埋，直接焚烧，重金属工业废弃物直接排放等生产生活活动，都会造成土壤的重金属污染。 1.2土壤重金属污染的特点 重金属的化学性质稳定，潜伏周期长，极难被微生物进行分解，而且具有协同性、扩散性。一旦进入土壤，就会对土壤的质量造成难以逆转的破坏，而人类和动物作为食物链的顶端，长期食用重金属污染土壤种植的食物，会对健康造成危害，低汞浓度可以促进小麦早期萌发的生长，但随着时间的增长，最终会抑制小麦生长，而高毒性的砷、镉等，都会给人们的身体健康造成危害。 2传统评价方法 2.1指标法 指标法主要是根据测得的元素含量和土壤元素的背景值，采用不同的公式计算，并与评价标准进行比较，对污染程度进行比较的方法。该方法简单易操作，但忽略了实际污染情况的复杂性，检测结果不够可靠。常用的有Nemero指数法。 综合指数法又称Nemero综合指数法，利用该法能够准确判断出多种重金属对受测区域的污染等级，但是没办法分析出元素对土壤污染的差别，即只能反映各种重金属元素对土壤的污染程度。 2.2数学模型索引方法 该方法是基于指标方法的基础上，即在有限的已知数据的基础上，通过计算软件进行数学模型建立，对未知结果进行预测，这种方法能够有效弥补指标法的不足，但是在具体的评估过程必须应用大量的函数进行计算，操作复杂且难以控制。主要包括模糊数学法和灰色聚类法。 在使用模糊数学法时，相关影响因子的影响需要重点考虑，这对确定重金属元素污染程度的等级有着至关重要的影响。该模型可用于评估重金属造成的土壤污染，然后根据不同的隶属函数，对土壤质量进行测定，得到对应的关系模糊数学矩阵，最后根据重金属评价因子，得到权重模糊数学矩阵，从而可以分析计算得到污染评价结果。 而灰色聚类法主要是由模糊数学法演变过来的，是对已知白信息进行不同程度的白化，并通过相应的系统，确保实现物化或者量化问题。在实际计算过程中，必须首先确定白化函数，并使用该公式进行计算，得到污染物与污染水平之间的关系。 中国农学通报2011,27(14):244-249 Chinese Agricultural Science Bulletin 基金项目：公益性行业（农业）科研专项经费资助项目“都市型农业生产结构与种养殖模式研究”（200903056）。 第一作者简介：汤民，男，1986年出生，湖北监利人，硕士，研究方向：污染控制化学。通信地址：400716重庆市北碚区西南大学资源环境学院，E-mail ：314937840@https://www.360docs.net/doc/c813405368.html, 。 通讯作者：张进忠，男，1966年出生，四川营山人，教授，博士生导师，博士，主要从事环境污染化学、环境生物技术和污染控制化学研究。通信地址：400716重庆市北碚区西南大学资源环境学院，E-mail ：jzhzhang@https://www.360docs.net/doc/c813405368.html, 。收稿日期：2011-01-28，修回日期：2011-04-22。 果园土壤重金属污染调查与评价 ——以重庆市金果园为例 汤民1，张进忠1,2，张丹1，刘万平3，余建3 （1西南大学资源环境学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400715； 2 重庆市农业资源与环境重点实验室，重庆400716；3 重庆市缙云山园艺发展有限公司，重庆400700） 摘要：监测重庆市金果园土壤剖面中的重金属含量，结合绿色食品产地土壤环境质量标准，采用污染指数法进行评价。结果表明，各园区土壤中Cd 的单因子污染指数较高，其中枇杷园和葡萄园0~20cm 和20~40cm 、桃园0~20cm 土层属轻度污染；梨园和血橙园20~40cm 、脐橙园和樱桃园0~20cm 土层的Cd 含量达到警戒水平。另外，枇杷园和桃园0~20cm 土层中Pb 含量也处于警戒水平。从内梅罗污染指数来看，梨园、蜜橘园、枣园、樱桃园、血橙园和脐橙园均小于0.7，土壤环境质量判定为清洁；枇杷园、桃园和葡萄园0~20cm 土层在0.7~1之间，土壤环境质量为尚清洁。为进一步提高果品品质，该果园应当采取措施控制土壤Cd 、Pb 污染。 关键词：果园土壤；重金属；污染调查；污染评价中图分类号：X8 文献标志码：A 论文编号：2011-0288 Pollution Investigation and Assessment of Heavy Metals in Orchard Soil ——A Case Study in Golden Orchard of Chongqing Tang Min 1,Zhang Jinzhong 1,2,Zhang Dan 1,Liu Wanping 3,Yu Jian 3 (1College of Resources and Environment,Southwest University/ Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Region ,Ministry of Education ,Chongqing 400715; 2 Chongqing Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment ,Chongqing 400716; 3 Jinyunshan Horticulture Development Corporation of Chongqing ,Chongqing 400700) Abstract:In this paper,the contents of heavy metals in soil profile of golden orchard in Chongqing were monitored,and pollution assessment was performed by using pollution indices based on soil environmental quality standard of producing area of green foods.The results showed that the single factor pollution indices of Cd in each park were higher than that of other heavy metals,0-20cm and 20-40cm soil layers in loquat garden and grape garden,0-20cm soil layer in peach garden reached lightly polluted.The content of Cd in 20-40cm soil layer in pear garden and blood orange garden,0-20cm soil layer in navel orange garden and cherry garden reached alert level.In addition,the contents of Pb in 0-20cm soil layer in loquat garden and peach garden were also in alert level.Nemerow pollution indices of the soil in pear garden,mandarin orange garden,jujube garden,cherry garden,blood orange garden and navel orange garden were all less than 0.7,and soil environmental quality was judged as clean;nemerow pollution indices of 0-20cm soil layer in loquat garden,peach garden,grape garden was in the range of 0.7-1,and soil environmental quality was judged as 土壤重金属污染现状 摘要: 重金属作为一种持久性污染物已越来越多地被关注和重视. 重金属矿山的开采利用是造成当今世界重金属污染的主要原因,并已经严重威胁和影响人类的生存和发展.本文从我国重金属的利用入手,总结了我国近几年重金属污染的现状,分析了重金属污染物进入环境介质的途径和方式. 为促进我国矿业开发与环境的可持续发展和和谐发展,对重金属资源的合理开发利用提出措施和建议. 关键词: 重金属; 利用; 重金属污染 引言 所谓重金属污染,是指由重金属及其化合物引起的环境污染. 重金属矿山的开采及其产品的利用是重金属污染的重灾区,也是全球重金属污染的源头所在,对于矿山环境,重金属污染的主要危害对象是农作物和人. 其主要原因在于重金属被排入环境后具有永久性,且有明显的累积效应.随着人们对金属矿产品的需求量的不断增大,由此引发的环境问题日趋严重,重金属污染就是其中最为典型的一个. 以云南铅锌矿为例,云南拥有国内储量最大的兰坪铅锌矿和国内品位最富的会泽铅锌矿,它的开采量日益增大,产生的环境问题也随之日益增多,由于云南铅锌矿山布局分散,规模偏小,工艺技术落后,装备水平低,并且有相当一部分乡镇和个体私营企业没有专门的尾矿坝,尾矿、废水随意排放,加之由于当地开发无序,滥采滥挖,环保投入不足,导致矿山特别是铅锌矿山老化,品位下降,开采难度增大,造成了一定的环境污染,并使得生态环境的修复、改造和维护难以进行。 一土壤重金属污染的定义 重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。但是由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注锌、铜、钴、镍、锡、钒、汞、镉、铅、铬、钴等。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的污染问题，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金 云南省重金属污染土壤修复与调查 摘要：土壤在人类的生产生活中占有着无可取代的地位，是人类赖以生存的根基。但是，随着人类工业化的进程不断推进，越来越多的土壤遭受了各种各样的污染和永久性的破环，人类的可持续发展岌岌可危。云南是一个各色金属矿业比较发达的省份，同时重金属污染土壤的情况也较为突出，本文对云南省重金属污染土壤的区域进行了调查并做了简单的总结。 关键词：云南土壤重金属污染修复调查 紫茎泽兰及其根内生真菌在重金属矿区修复中的基础研究 2010，康宇，云南大学 对云南省澜沧县竹塘乡募乃矿区进行了调查研究修复，发现矿区的自然生长的植物紫茎泽兰为优势植物，包括紫茎泽兰在内的矿区植物普遍为AMF和DSE 定殖；紫茎泽兰对重金属污染具有较强的抗性和适应能力，接种AMF/DSE能增强其对重金属的抗性，并影响重金属在地下、地上部分的积累和迁移；筛选适当的AMF（arbuscular mycorrhizal fungi，丛枝菌根真菌）和DSE（dark septate endophytes，深色有隔内生真菌）与紫茎泽兰形成高效抗性组合，利用紫茎泽兰与其根内生真菌联合修复矿区重金属污染土壤具有良好的应用前景。 蒙自桤木在云南重金属矿区植物修复中的应用价值评估 2012，崔洪亮，云南大学 同样以澜沧县慕乃矿区为背景，提出利用募乃铅锌矿区自然生长的蒙自桤木根系进行处理后，用于重金属污染土壤后的修复。 应用BCR分析云南蒙自大屯水稻田土壤中重金属形态 2013，张娅[1] 项朋志[2] 王振峰[3] [1]云南省中医中药研究院, [2]云南国防工业职业技术学院化学工程学院[3]云南民族大学民族药资源化学国家民委-教育部重点实验室, 以云南蒙自大屯水稻田土壤为研究对象，利用BCR连续提取法分析水稻田土壤样品中Cu、Pb、Zn的赋存特征，这些赋存特征主要包括可交换及碳酸盐结 论文课题土壤重金属污染现状及其治理方法 小组组长12549025 李思远 小组成员12549026 李康 12549028 王鑫 12549030 吴义超 土壤重金属污染现状及其治理方法随着社会的快速发展，土壤重金属污染日益严重。针对此，涌现了许多修复技术，而生物修复前景广阔，正日益受到重视。 现代工农业等快速发展的同时，土壤重金属污染的形势也越来越严峻。其治理方法很多，而生物修复以其无可比拟的优势正受到关注，应用前景广阔。但生物修复仍存在许多问题待解决，如超积累植物吸收重金属的机理还未研究清楚。所有这些，都阻碍了生物修复的大规模应用。 土壤重金属污染是指土壤中重金属过量累积引起的污染。污染土壤的重金属包括生物毒性显著的元素如Cd、Pb、Hg、Cr、As，以及有一定毒性的元素如Cu、Zn、Ni。这类污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、无法被生物降解，将导致土壤退化，农作物产量和质量下降，并通过径流、淋失作用污染地表水和地下水。过量重金属将对植物生理功能产生不良影响，使其营养失调。汞、砷能抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，阻碍氮素供应。重金属可通过食物链富集并生成毒性更强的甲基化合物，毒害食物链生物，最终在人体内积累，危害人类健康。 1现状 1.1国内 国家环境保护部抽样监测30万公顷基本农田保护区土壤，发现有3.6万公顷土壤重金属超标，超标率达12.1%。 据国土资源部消息，目前全国耕地面积的10%以上已受重金属污染，约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆积占地和毁田200万亩，其中多数集中在经济相对发达地区。 据我国农业部调查数据，在全国约140万公顷的污灌区中，受重金属污染的土地面积占污灌区面积的64.8%，其中轻度污染46.7%，中度污染9.7%，严重污染8.4%。 华南部分城市50%的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属污染；长三角地区有些城市大片农田受多种重金属污染， 10%的土壤基本丧失生产力。 2005年，长三角等地土壤重金属污染严重的情况，曾见诸报端，并引发舆论普遍关注和争议。土壤污染立法迫在眉睫。 对浙北、浙东和浙中的236.5万公顷农用地调查发现，不适合种农作物的农用地面积为47.2万公顷，占20%；浙北、浙中、浙东沿海三个区域中，属轻度、中度与重度重金属污染的面积分别占38.12%、9.04%、1.61%，城郊传统的蔬菜基地、部分基本农田都受到了较严重的影响。 第九届亚太烟草和健康大会中一项名为《中国销售的香烟：设计、烟度排放与重金属》的研究报告称：13个中国品牌国产香烟中铅、砷、镉等重金属成分含量严重超标，其含量最高超过拿大产香烟3倍以上！ 2009年8月，陕西凤翔县发现大量儿童血铅含量严重超标，后确认是附近的陕西东岭冶炼公司的铅排放所导致。 1.2国外 英国早期开采煤炭、铁矿、铜矿遗留下的土壤重金属污染经过300年依然存在。1996到1999年间，英格兰和威尔士尝试挖出污染土壤并移至别处，但并未根本解决问题。从20世纪中叶开始，英国陆续制定相关的污染控制和管理的法律法规，并进行土壤改良剂和场地污染修复研究。 日本的土地重金属污染在上世纪六七十年代非常严重。其经济的快速增长导致了全国各地出现许多严重环境污染事件，被称为四大公害的痛痛病、水俣病、第二水俣病、四日市病，就有三起和重金属污染有关。 荷兰在工业化初期土地污染问题严重。从20世纪80年代中期开始，加强土壤的环境管理，完善了土壤环境管理的法律及相关标准。国土面积4.15万平方 第23卷第2期2005年5月 贵州师范大学学报(自然科学版) Journa l of Guizhou Nor m al University(Natural Sciences) Vo.l23.No.2 M ay2005 文章编号:1004)5570(2005)02-0113-08 土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应 王济1,王世杰2 (1.贵州师范大学地理与生物科学学院,中科院地化所环境地球化学国家重点实验室,中科院研究生院贵州贵阳550002; 2.中科院地化所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550002) 摘要:主要介绍我国5土壤环境质量标准6中规定含量的8种重金属环境污染元素(汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍)的污染来源及作物效应。土壤中重金属的主要来源是成土母质,矿山开采的三废污染,大气中重金属的沉降,农药、化肥、塑料薄膜等的使用等。重金属在作物中的分布规律一般是根>茎>叶>籽实。 关键词:土壤;重金属;环境;污染;来源;作物效应 中图分类号:X53文献标识码:A The sources and crops effect of heavy m eta l ele m en ts of con ta m i na ti on i n soil WANG Ji1,WANG S h i2ji e2 (1.Gu iz hou Nor ma lUn i ve rs i ty,The State Key Laboratory of Enviro nmenta lGeochem istry,Institute of Geochem i stry,Graduate School of Ch i nese A cade m y of Sc i ences,Guiyang,Gu i zho u550002,Ch i na; 2.The S tate Key Laboratory of Environ m en tal Geoche m istry,Instit ute of Geoche m istry, Chinese A cade m y of Sc i ences,Guiyang,Gu i zho u550002,Ch i na) Abstr act:Th is paper has intr oduced t h e source and crops eff ect of heavymetal e le ments of conta m i n a2 ti o n(H g,Cd,Pb,Cr,A s,Z n,Cu,N i)li m ited by Environmental Qua lity Standar d f or Soils (GB1561821995).The ma i n source is f ro m mother2materi a l of soi.l The heavy meta ls polluti o n also can be related w ith the produce ofm iner,sedi m en tation of heavy me tals in at m osphere,use of agro2 che m icals etc.The distri b uti o na l or der in crops i s root>ste m>leaf>f rui.t K ey w ord s:soi;l heavy meta;l environmen;t pollution;source,crop e f fect 土壤中重金属污染元素主要包括汞、镉、铅、铬及类金属元素砷等生物毒性显著的元素,以及有一定毒性的锌、铜、镍等[1]。因此我们将汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍合称为重金属环境污染元素。人类活动将重金属加入到土壤中,致使土壤中重金属含量明显高于原有含量,并造成生态环境质量恶化的现象称为土壤重金属污染[2]。重金属污染物在土壤中移动性很小,不易随水淋滤,不被微生物降解[3,4]。它们一方面对农作物、农产品和地下水等许多方面产生重大影响,并通过食物链危害人体健康;另一方面因大多数重金属在土壤中相对稳定且难以迁出土体,对土壤理化性质及土壤生物学特性(尤其是土壤微生物)和微生物群落结构产生明显不良影响,从而影响土壤生态结构和功能的稳定性[2,5]。 113 收稿日期:2005-01-04 基金项目:贵州省高校发展专项资金(黔教科2004111),贵州师范大学校科研启动费资助项目。作者简介:王济(1975-)男,博士,研究方向:土壤与环境。 土壤污染调查问卷 调查地点： 调查时间：2011 年月日 性别：男（）；女（）。 1.您的年龄 A.20岁以下 B.21—30 C.31—40 D.41—50 E.50岁以上 2.您的职业（） A.种粮专业户 B.养殖专业户 C.蔬菜种植专业户 D.教师 E.外出打工人士 F.基层干部 G.留守人员H.其他 4.家庭人口数 A.三人及三人以下 B.四人 C.五人 D.六人 E.七人及七人以上 3.您家的主要经济来源是（） A.种田 B.外出打工 C.种植经济作物 D.本地乡镇企业收入 E.养殖 G..其他 5.您家的经济收入在本地处于（） A.很好 B.较好 C.中等 E.较差 F.很差 6.家庭年人均收入 A.1000元以下 B.1000—2000 C.2001—3000 E.3001—4000 F.4001—5000 G.5000以上 7.你觉得当地的土壤污染严重吗? A.非常严重 B.一般 C.污染较轻 D.没有污染 8.你认为土壤污染对人身健康的影响有多大 A.没影响 B.可能有，但感觉不到 C.有，能感觉到，但不严重 D.有，且相当严重（是否已经引起地方性的疾病_________具体是____________） 9.家里拥有（包括承包别人的）土地的亩数________________ 10.近些年的农作物产量如何（与前些年相比较）注明所知作物_________________; A.减产程度很严重 B.有一定的减产现象 C.没有明显的变化 D.有一定的增产 E.产量大大增加 11.您认为，当地政府处理土地污染的有关政策和效果怎么样？ A.没有处理 B.有政策，但没有效果 C.有效果，很小 D.很有效 12.当地的灌溉用水主要来源 A.很少灌溉 B.天然水（雨水、河水等） C.处理后的工厂、生活污水 D.未经处理的工厂、生活污水 E.自来水 13.您对用污水灌溉农田有什么认识？ A.帮助作物生长，提高产量 B.污染土壤和地下水 C.污染农产品 D.危害人体健康 E.破环生态环境F没影响 14.您在使用农药或化肥时，会选择一些污染较小、残留较少的种类吗? A、不会，随意使用，有效就行 B、偶尔会注意 C、如果效果好的话，会选择环保型的 D、很注意，尽量用环保产品 15.有无发生在您身边由土壤污染引起的影响甚至危害人身体健康的事件？您觉得严重吗？ A.有，比较严重 B.有，但不严重 C. 没有我国城市土壤重金属污染研究综述
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