土壤重金屬源解析研究方法與應(yīng)用

秦建橋 凡宸 黃濤 黃嘉健 黃家麗

摘要?以肇慶市端州區(qū)為例，運用主成分分方法對當(dāng)?shù)氐谋韺油寥乐兄亟饘傥廴疚锏膩碓催M行分析。結(jié)果表明，肇慶市端州區(qū)表層土壤中不同重金屬元素來源明顯存在著差異，其中重金屬Cu、Zn、Cr、Hg主要來源于工業(yè);Pb主要來源于城區(qū)的交通運輸污染;Ni來源于冶煉行業(yè)的污染排放最后由大氣沉降到表層土壤當(dāng)中。今后土壤環(huán)境將會是污染整治的一個重要方面，因此清楚了解土壤中污染的來源，就可以使整治更加有成效，使土壤環(huán)境趨于正常。

關(guān)鍵詞?土壤;重金屬;源解析;主成分分析法

中圖分類號?X53文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）20-0080-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.20.021

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Analytical Method and Application of Soil Heavy Metal Source

QIN Jian?qiao，F(xiàn)AN Chen，HUANG Tao et al

（Shenzhen Degree of Freedom Sci?Tech Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518000）

Abstract?Taking Duanzhou District of Zhaoqing City as an example， the main component method was used to analyze the sources of heavy metal pollutants in the local surface soil. The results show that there are obvious differences in the sources of different heavy metals in the surface soil of Duanzhou District， Zhaoqing City. The heavy metals Cu， Zn， Cr and Hg are mainly from industry;Pb is mainly from urban transportation pollution;Ni is from the smelting industry. The pollution discharge is finally settled by the atmosphere into the topsoil.In the future soil environment will be an essential direction of the pollution treatment， so clear realize the source of pollution in the soil， will make the treatment more efficacious， let the soil environment tend to normal.

Key words?Soil;Heavy metal;Source identification;Principal component analysis

伴隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，環(huán)境的污染也日益嚴重。城市化的不斷加快，隨之而來的是城市人口的急劇增加，城市環(huán)境土壤質(zhì)量問題越來越受到重視。含重金屬的污染物會通過各種途徑積累到土壤中，并在土壤中富集，這樣不僅會影響土壤的活化性質(zhì)，而且還會影響植物等農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量并通過食物鏈最終影響到人類的生命健康安全，會對人類的可持續(xù)發(fā)展帶來危害。而且，珠江三角洲是我國的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)和人口稠密地區(qū)之一，日益頻繁的人類活動帶來的土壤環(huán)境質(zhì)量問題應(yīng)該得以重視。在此之前，對土壤重金屬污染的現(xiàn)狀、治理技術(shù)與修復(fù)方面已有大量文獻進行了綜述，但關(guān)于土壤重金屬源解析的方面較少。追蹤土壤重金屬污染物質(zhì)的來源，采取相應(yīng)措施從源頭上加以控制，對于土壤中重金屬污染治理具有重大的意義。

土壤是環(huán)境的一個重要組成部分，是人類活動中的重要自然資源。重金屬指的是相對密度等于或大于或等于5.0的金屬元素，如鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）等。這些重金屬可以分別通過自然和人類兩種途徑進入到土壤中。其中，人類活動導(dǎo)致重金屬進入土壤是主要成因，例如，工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的含重金屬污水、廢氣等，會向周邊土壤擴散;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥中也含有重金屬，當(dāng)不合理使用時，會導(dǎo)致土壤中重金屬的污染;城市中汽車尾氣也是導(dǎo)致土壤含有重金屬的一個主要成因，城市道路兩側(cè)土壤中的重金屬污染物主要來自城市交通中汽車尾氣的排放含有大量含重金屬的有害氣體和粉塵的沉降，而污染主要為Pb、Cu、Zn等元素，一般以道路為中心呈帶狀分布。

研究者對污染物來源的認識存在2個層次：一種只定性判斷出主要污染物來源類型，稱之為源識別（source identification），另一種不僅判斷出主要的污染源類型，還要定量計算各類排放源的貢獻大小，稱之為源解析（source apportionment），很多研究人員把兩者統(tǒng)稱為源解析[1]。區(qū)別土壤中重金屬源解析的的方法有計算機成圖法[2]、同位素示蹤[3-4]、多元統(tǒng)計分析法[5]和主成分分析法[6-10]，該研究重點講解主成分分析法。大多數(shù)研究者運用主成分分析法時只是針對研究的目標元素進行分析，忽視了從專業(yè)知識角度出發(fā)挖掘其他更多土壤數(shù)據(jù)反映的信息，例如土壤的基本理化性質(zhì)等，這些信息提供給研究人員大量有關(guān)土壤發(fā)生的一些自然地質(zhì)條件、母土理化性質(zhì)和人為影響的強度等有關(guān)信息。主成分分析法作為一種統(tǒng)計分析方法，它與樣品的代表性有著很大的關(guān)系，因此，主成分分析法可以揭示的信息量是比較大和比較全面的。

（2）主成分分析結(jié)果表明，肇慶市端州區(qū)表層土壤中不同重金屬元素來源存在明顯差異，其中重金屬Cu、Zn、Cr、Hg主要來源于工業(yè)污染;Pb主要來源于城區(qū)的交通運輸污染;Ni主要來源于冶煉行業(yè)的污染。

（3）由于2014年佛山頒布了新的陶瓷行業(yè)的排放法規(guī)，很多企業(yè)因為達不到標準而把產(chǎn)業(yè)遷移到了肇慶，導(dǎo)致肇慶的污染更加嚴重，所以，工業(yè)污染成了第一主成分。污染行業(yè)的排放會一直累積，污染也會一直累積，因此，分析其主要成因可以有針對性地進行污染控制。

（4）值得留意的是，主成分分析所得到的源解析的結(jié)論來源于總體上的數(shù)據(jù)，這個結(jié)論反映的是所測區(qū)域的總體情況。但是，由于該研究所采取的樣品數(shù)量不多，因此用來判斷肇慶市端州區(qū)表層土壤的重金屬元素來源解析的能力有限。在進行區(qū)域重金屬源解析時，數(shù)據(jù)應(yīng)該更加詳細，盡可能代表更加全面的區(qū)域土壤重金屬含量。

4?結(jié)語

通過土壤中重金屬來源的解析，可以知道其污染的主要來源，從而盡早地想出對應(yīng)的方法來減少這種污染對土壤的傷害，為人類活動與自然環(huán)境的關(guān)系提供重要的證據(jù)。主成分分析就是利用科學(xué)的計算，分析土壤中各個重金屬之間的相關(guān)性，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)分析出土壤重金屬污染的來源，從而使污染治理更具針對性。但是，土壤當(dāng)中重金屬的污染是長期性的，而且污染來源很復(fù)雜，對其正確的識別是一個比較困難的過程。目前土壤中重金屬污染源解析的方法還有不足之處，所以，將來的研究有必要對土壤重金屬污染源解析問題進行更加系統(tǒng)性、全面性的研究，還可以多種分析方法交叉結(jié)合，使得土壤重金屬污染源解析的方法更加完善，更加全面，更加科學(xué)。

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