利用标准化方法求冀东地区土壤重金属元素的基线值

焦建

摘 要：地球化学基线是区分自然的和人为的环境影响的重要参照。本次研究以研究区1：25万土地质量地球化学调查的3378件表层土壤样品及863件深层土壤样品为研究基础，对全区采用标准化方法确定地球化学基线，并与背景值进行了对比分析，结果显示标准化方法适合于确定研究区内重金属元素的地球化学基线，且结果显示不能用基线值代表背景值。

关键词：冀东地区;地球化学基线;重金属元素;标准化法

1前言

地球化学基线指的是地球表层物质中化学物质元素浓度的自然变化，并被进一步表述为某一地区或数据集合作为参照时某一元素在特定物质中土壤、沉积物、岩石丰度的自然变化并用作区分地球化学背景和异常的单一的极限。地球化学基线与地球化学背景是有区别的，地球化学背景代表不包括人类活动影响在内的自然物质中元素的浓度，地球化学基线则代表因为人类活动而对土壤中元素含量造成了干扰的地区当时测量的元素浓度。在2000多年的文明长河里，人类活动的范围广、影响大，所以背景通常比基线更难确定。在欧洲的地球化学调查中，用河漫滩剖面的深部样品代表自然背景，中国的多目标地球化学调查用深层样确定背景值，在本文中用深层土壤样品的加权平均值作为基准，和标准化方法[7]确定的基线值做对比分析，验证标准化方法在冀东地区的可行性。

2研究区概况

研究区位于燕山山前平原，主要位于唐山市中、南部，少部分在秦皇岛境内，东经117°31′～119°19′，北纬38°55′～40°28′，东、南临渤海，西与天津市毗邻，北依燕山，隔长城与承德地区接壤，总面积为13472km2。自北向南依次为燕山山前丘陵带、山前冲洪积倾斜平原和南部冲积平原、冲积海积平原，近渤海有滨海滩涂。新生代以来，发育多种类型的疏松沉积物，形成了复杂的生态地质、地球化学环境。

3基线值与背景值

标准化方法是地球化学研究中的常用方法之一。该方法的基本思想是将地球化学过程中的惰性元素作为标准，用活性元素与惰性元素的相关性来判断活性元素的富集情况。标准化方法通常是选取有相关性的一种惰性元素和一种活性元素，建立二者的线性回归方程，也就是所谓的基线模型。

本式中Cm代表样品中活性元素（污染元素）的测量浓度，CN 代表样品中惰性元素（标准元素）的测量浓度，a，b为回归常数。

在建立线性回归方程之前，在确定地球化学基线时，必须将受到人为污染的样品剔除，本文采用3S法进行特异值的筛除，利用表层土壤样品中重金属元素的浓度均值±3倍的标准差来进行特异值的筛除。经过筛除特异值后的数据，再经过统计分析和数据处理便可求出回归方程中a和b的值。

本式中，BmN表示元素 m的基线，CN表示研究区标准元素的平均含量。

将a，b的值以及惰性元素的均值带入（2）式中便可求出活性元素的基线值。

标准化程序中重要的一环就是标准化元素的选择，经常使用的标准化元素有很多，例如Li、Fe、Sc元素。本文利用Ti作为标准化元素，分别建立了8种重金属元素的线性回归方程，并求出其基线值。用深层土壤样品中重金属元素浓度的加权平均值来作为冀东地区土壤重金属元素的背景值，并与基线hi进行了对比分析，具体数据可见表3.1.

可以明显的看出，以Ti元素为标准元素时，与Pb、Cd、Hg元素的相关系数较低，分别为：0.48、0.34、0.11。标准化法确定的基线值和北京站相比可以发现，As、Cr、Cu、Ni、Pb元素与深层样品均值误差较小，几乎可以忽略不计，误差百分比分别为：0.28%、0.05%、2.65%、3.78%、7.86%;Zn、Cd、Hg元素与深层样品均值误差较高，误差百分比分别为：10.87%、27.27%、53.13%。

4结论

通过对冀东地区表层土壤以及深层土壤中的As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg元素采用标准化方法确定的基线值与深层样品均值进行对比分析得出：

（1）在选择标准化元素时，Ti元素作为标准元素合适，主要依据为：从基线方程的表现上来看，Ti元素与各金属元素的相关系数较大，且误差较小;这是由于Ti元素在土壤中的迁移能力很弱，且Ti元素表层与深层土壤相关系数较高，河北平原土壤矿物与其化学组成元素和Ti元素有较好的线性关系。

（2）对于研究冀东地区土壤重金属元素的基线时，标准化方法适合于确定冀东地区的土壤重金属元素的基线值，标准化方法确定Cd元素的基线值为0.11 mg/Kg，其与背景值0.08 mg/Kg的误差百分比为27.27%，误差较大;与Ti相关系数为0.34<0.5，相关性较低，表明受到了人为污染;标准化方法确定Hg元素的基线值为0.032 mg/Kg，其与深层样品均值0.015 mg/Kg的误差百分比为53.13%，误差很大;与Ti元素的相关系数为0.08<0.5，相关性很低，人为污染更为明显。这可以说明用背景值代替基线值是不可取，尤其在元素有污染情况下，二者差异更大。

（3）冀东地区As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg元素基线值为：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）冀东地区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;

参考文献

[1] 王艳君. 第30届国际地质大会论文集.第19卷，地球化学[M]. 地质出版社，1998.76-90

[2] 滕彦国，倪师军，张成江. 环境地球化学基线研究简介[J]. 物探化探计算技术，2001（02）：40-44.