利用標(biāo)準(zhǔn)化方法求冀東地區(qū)土壤重金屬元素的基線值

焦建

摘?要：地球化學(xué)基線是區(qū)分自然的和人為的環(huán)境影響的重要參照。本次研究以研究區(qū)1：25萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查的3378件表層土壤樣品及863件深層土壤樣品為研究基礎(chǔ)，對(duì)全區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)化方法確定地球化學(xué)基線，并與背景值進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)化方法適合于確定研究區(qū)內(nèi)重金屬元素的地球化學(xué)基線，且結(jié)果顯示不能用基線值代表背景值。

關(guān)鍵詞：冀東地區(qū);地球化學(xué)基線;重金屬元素;標(biāo)準(zhǔn)化法

1前言

地球化學(xué)基線指的是地球表層物質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)元素濃度的自然變化，并被進(jìn)一步表述為某一地區(qū)或數(shù)據(jù)集合作為參照時(shí)某一元素在特定物質(zhì)中土壤、沉積物、巖石豐度的自然變化并用作區(qū)分地球化學(xué)背景和異常的單一的極限。地球化學(xué)基線與地球化學(xué)背景是有區(qū)別的，地球化學(xué)背景代表不包括人類活動(dòng)影響在內(nèi)的自然物質(zhì)中元素的濃度，地球化學(xué)基線則代表因?yàn)槿祟惢顒?dòng)而對(duì)土壤中元素含量造成了干擾的地區(qū)當(dāng)時(shí)測(cè)量的元素濃度。在2000多年的文明長(zhǎng)河里，人類活動(dòng)的范圍廣、影響大，所以背景通常比基線更難確定。在歐洲的地球化學(xué)調(diào)查中，用河漫灘剖面的深部樣品代表自然背景，中國(guó)的多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查用深層樣確定背景值，在本文中用深層土壤樣品的加權(quán)平均值作為基準(zhǔn)，和標(biāo)準(zhǔn)化方法[7]確定的基線值做對(duì)比分析，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)化方法在冀東地區(qū)的可行性。

2研究區(qū)概況

研究區(qū)位于燕山山前平原，主要位于唐山市中、南部，少部分在秦皇島境內(nèi)，東經(jīng)117°31′～119°19′，北緯38°55′～40°28′，東、南臨渤海，西與天津市毗鄰，北依燕山，隔長(zhǎng)城與承德地區(qū)接壤，總面積為13472km2。自北向南依次為燕山山前丘陵帶、山前沖洪積傾斜平原和南部沖積平原、沖積海積平原，近渤海有濱海灘涂。新生代以來，發(fā)育多種類型的疏松沉積物，形成了復(fù)雜的生態(tài)地質(zhì)、地球化學(xué)環(huán)境。

3基線值與背景值

標(biāo)準(zhǔn)化方法是地球化學(xué)研究中的常用方法之一。該方法的基本思想是將地球化學(xué)過程中的惰性元素作為標(biāo)準(zhǔn)，用活性元素與惰性元素的相關(guān)性來判斷活性元素的富集情況。標(biāo)準(zhǔn)化方法通常是選取有相關(guān)性的一種惰性元素和一種活性元素，建立二者的線性回歸方程，也就是所謂的基線模型。

本式中Cm代表樣品中活性元素（污染元素）的測(cè)量濃度，CN 代表樣品中惰性元素（標(biāo)準(zhǔn)元素）的測(cè)量濃度，a，b為回歸常數(shù)。

在建立線性回歸方程之前，在確定地球化學(xué)基線時(shí)，必須將受到人為污染的樣品剔除，本文采用3S法進(jìn)行特異值的篩除，利用表層土壤樣品中重金屬元素的濃度均值±3倍的標(biāo)準(zhǔn)差來進(jìn)行特異值的篩除。經(jīng)過篩除特異值后的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)處理便可求出回歸方程中a和b的值。

本式中，BmN表示元素 m的基線，CN表示研究區(qū)標(biāo)準(zhǔn)元素的平均含量。

將a，b的值以及惰性元素的均值帶入（2）式中便可求出活性元素的基線值。

標(biāo)準(zhǔn)化程序中重要的一環(huán)就是標(biāo)準(zhǔn)化元素的選擇，經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)化元素有很多，例如Li、Fe、Sc元素。本文利用Ti作為標(biāo)準(zhǔn)化元素，分別建立了8種重金屬元素的線性回歸方程，并求出其基線值。用深層土壤樣品中重金屬元素濃度的加權(quán)平均值來作為冀東地區(qū)土壤重金屬元素的背景值，并與基線hi進(jìn)行了對(duì)比分析，具體數(shù)據(jù)可見表3.1.

可以明顯的看出，以Ti元素為標(biāo)準(zhǔn)元素時(shí)，與Pb、Cd、Hg元素的相關(guān)系數(shù)較低，分別為：0.48、0.34、0.11。標(biāo)準(zhǔn)化法確定的基線值和北京站相比可以發(fā)現(xiàn)，As、Cr、Cu、Ni、Pb元素與深層樣品均值誤差較小，幾乎可以忽略不計(jì)，誤差百分比分別為：0.28%、0.05%、2.65%、3.78%、7.86%;Zn、Cd、Hg元素與深層樣品均值誤差較高，誤差百分比分別為：10.87%、27.27%、53.13%。

4結(jié)論

通過對(duì)冀東地區(qū)表層土壤以及深層土壤中的As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg元素采用標(biāo)準(zhǔn)化方法確定的基線值與深層樣品均值進(jìn)行對(duì)比分析得出：

（1）在選擇標(biāo)準(zhǔn)化元素時(shí)，Ti元素作為標(biāo)準(zhǔn)元素合適，主要依據(jù)為：從基線方程的表現(xiàn)上來看，Ti元素與各金屬元素的相關(guān)系數(shù)較大，且誤差較小;這是由于Ti元素在土壤中的遷移能力很弱，且Ti元素表層與深層土壤相關(guān)系數(shù)較高，河北平原土壤礦物與其化學(xué)組成元素和Ti元素有較好的線性關(guān)系。

（2）對(duì)于研究冀東地區(qū)土壤重金屬元素的基線時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化方法適合于確定冀東地區(qū)的土壤重金屬元素的基線值，標(biāo)準(zhǔn)化方法確定Cd元素的基線值為0.11 mg/Kg，其與背景值0.08 mg/Kg的誤差百分比為27.27%，誤差較大;與Ti相關(guān)系數(shù)為0.34<0.5，相關(guān)性較低，表明受到了人為污染;標(biāo)準(zhǔn)化方法確定Hg元素的基線值為0.032 mg/Kg，其與深層樣品均值0.015 mg/Kg的誤差百分比為53.13%，誤差很大;與Ti元素的相關(guān)系數(shù)為0.08<0.5，相關(guān)性很低，人為污染更為明顯。這可以說明用背景值代替基線值是不可取，尤其在元素有污染情況下，二者差異更大。

（3）冀東地區(qū)As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg元素基線值為：7.15mg/kg、59.46mg/kg、20.02mg/kg、23.55mg/kg、21.12mg/kg、59.25mg/kg、0.11mg/kg、0.032mg/kg;

（4）冀東地區(qū)As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg元素的背景值為：7.13mg/kg、59.49mg/kg、19.49mg/kg、24.44mg/kg、19.46mg/kg、52.81mg/kg、0.080mg/kg、0.015mg/kg;

參考文獻(xiàn)

[1]?王艷君. 第30屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)論文集.第19卷，地球化學(xué)[M]. 地質(zhì)出版社，1998.76-90

[2]?滕彥國(guó)，倪師軍，張成江. 環(huán)境地球化學(xué)基線研究簡(jiǎn)介[J]. 物探化探計(jì)算技術(shù)，2001（02）：40-44.