城市表层土壤重金属污染程度及主要污染物的确定

(安徽财经大学国际经济贸易学院 安徽 蚌埠 233030)

城市表层土壤重金属污染程度及主要污染物的确定

刘艳

(安徽财经大学国际经济贸易学院安徽蚌埠233030)

针对城市表层重金属污染，以功能区的划分为切入点，运用Surfer软件将8种重金属元素等浓度线图和城市功能区分布图叠加获取8种重金属元素空间分布。建立正交因子模型比较因子得分函数中重金属污染物系数大小，确定各个功能区的主要重金属污染物。

土壤重金属污染；污染物；因子分析

重金属是相对密度等于或大于5.0的金属，如铬(Cr)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)、镍(Ni)、砷(As)、钴(Co)等。从环境污染意义上所说的重金属，除生物毒性显著的汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)，具备一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)、锡(Sn)之外，还包括含剧毒的类金属砷(As)。涉及重金属排放的途径很多，包括矿山开采、金属冶炼、化工、皮革等行业以及农药使用、汽车尾气排放等。往往通过食物链影响人体健康。比如铅会抑致血红蛋白的合成，导致溶血性贫血。重金属是土壤污染中最重要的污染物质之一。现对某城市城区土壤地质环境进行调查，按照功能划分，将城区分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等。为此，对该城区进行取样，获得了每个样本所含的8种重金属元素的浓度数据，对城市表层土壤重金属污染进行分析。

一、某城区内不同区域重金属浓度的分布图

(一)研究思路。首先，由采样点的地理位置画出城区内取样点及取样点所在城市区域，根据所研究地区的8种化学元素的浓度数据，运用Surfer软件分别得到各种重金属元素的等浓度线。将取样点、取样点所在城市区域、不同重金属等浓度线综合画图，得到8种主要重金属元素在该城区的空间分布图。建立污染指数模型，定量分析该城区内不同区域重金属的污染程度。

(二)数据处理。运用Surfer软件分别得到功能区分布图，如图1所示，(图中1、2、3、4、5分别表示生活区、工业区、山区、主干道路区、公园绿地区)，取样点分布图，如图2所示。

图1城市区域分布

图2取样点分布

(三)结果分析。图3中+◇☆o△分别表示在生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区的取样点，取样点所在地的颜色越深表示污染越严重。综合8种重金属污染物对生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区的污染程度可粗略得到：工业区和主干道路区污染比较严重，生活区次之，山区和公园绿地区轻度污染。

二、因子分析法研究某城区内不同区域重金属污染程度

(一)研究思路。首先，运用因子分析法，分析生活区、工业区、山区、主干道路区、公园绿地区受哪些重金属污染元素的污染。其次，结合实际，确定不同重金属元素是由哪些人类活动或自然因素带来的。最后，将人类活动、自然因素与城市不同功能区相联系，分析重金属污染主要原因。

(二)研究方法——正交因子模型。运用SPSS软件分别对于生活区、工业区、山区、主干交通道路区、公园绿地区进行因子分析，经过分析比较，得到各个功能区分别受哪些重金属污染元素最为严重，进而借助相应的污染物分析重金属污染的主要原因。

(三)对生活区的因子分析。运用SPSS求解得到相关系数矩阵、相关系数矩阵的特征值、特征向量和累计方差贡献率。从相关系数矩阵可以看出Cd与Pb的相关系数≥0.8，为0.802，所以Cd与Pb有一定的关联度。从生活区总方差分解表可以看出前5个累计方差贡献率≥85%。计算得到因子载荷矩阵，经正交变换得到旋转后的因子载荷矩阵。从生活区因子矩阵可得因子得分函数：

F1=0.67As+0.78Cd+0.64Cr+0.73Cu+0.49Hg+0.69Ni+0.8Pb+0.5ZnPb，Cd为主要污染物；

F2=-0.65As+0.17Cd+0.23Cr-0.25Cu+0.13Hg-0.25Ni+0.11Pb+0.69Zn，Zn为主要污染物；

F3=-0.01As-0.42Cd+0.49Cr+0.02Cu+0.44Hg+0.52Ni-0.35Pb+0.27Zn，Ni为主要污染物；

F4=0.13As-0.23Cd-0.09Cr-0.27Cu+0.7Hg+0.25Ni-0.29Pb+0.12Zn，Hg为主要污染物；

F5 1= 0.02As-0.07Cd-0.44Cr + 0.41Cu-0.05Hg-0.16Pb + 0.36Zn，Cr为主要污染物。

所以，Pb，Cd，Zn，Ni，Hg，Cr是生活区的主要污染物。

(四)对其它区的因子分析结果。与生活区分析相同，同理可得：对工业区的因子分析：As，Cd，Cr，Cu，Hg，Pb是工业区的主要污染物；对山区的因子分析：As，Hg，Ni，Pb是山区的主要污染物；对主干道路的因子分析：As，Cd，Cr，Cu，Hg，Zn是主干道路区的主要污染物。

三、结果分析

由因子分析模型得到不同区域主要受哪些重金属污染物的影响，将其综合在同一张表中，见表1，其中1表示受到某元素的某元素的污染，0表示未受到某种元素的污染。

表1 各城区的重金属污染

⑴重金属As对生活区、工业区、山区、主干道路区产生污染，主要来源于生活中使用的各种杀虫剂、杀鼠剂，工业中的采矿、冶金、化化学制药、玻璃工业中的脱色剂硬质合金、皮革，山区农林业的砷酸盐药物、化肥、农药。⑵重金属Cd对生活区、工业区、主干道路区产生污染，主要来源于生活中煤、天然气、废弃电池，水果和蔬菜中尤其是蘑菇等，工业中电镀、采矿、冶炼、化学工业等排放的废水，主干道路中车辆的石油燃烧、尾气排放等。⑶重金属Cr对生活区、工业区、主干道路区产生污染，主要来源于生活中化妆品、陶瓷、橡胶，主干道路区的车辆轮胎的损耗等。⑷重金属Cu对生活区、工业区、主干道路区产生污染，主要来源于工业中铜矿的开采和冶炼、金属加工、机械制造、钢铁的生产。⑸重金属Hg对文章研究的五个分区均产生污染，生活中化妆品、照明用灯、齿科材料、燃煤、水生生物，工业中仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼均可产生Hg污染。汞在大气、土壤、水之间不断进行着交换和转移分散在环境中各个角落，导致各个功能区均有Hg污染。⑹重金属Ni对山区和公园绿地区产生污染，冶炼镍矿石和钢铁都会产生镍。而山区有山谷，易含盖大气中得镍。镀镍工业、机器制造业、金属加工业的废水中常含有镍，用此类废水浇灌公园绿地，也会产生镍污染。⑺重金属Pb对生活区、工业区、山区产生污染，主要来源于生活中化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管，工业中各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀。⑻重金属Zn对生活区、主干道路区、公园绿地区产生污染，主要污染源有生活中木材防腐，生产锌颜料、白色涂料和白色立德粉颜料。

[1]陈秀端,卢新卫. 基于受体模型与地统计的城市居民区土壤重金属污染源解析[J]. 环境科学,2017,(6):1-12.

刘艳(1996-)，女，安徽合肥人，安徽财经大学国际经济贸易学院2014级本科生，研究方向：国际经济与贸易。