城市表層土壤重金屬污染程度及主要污染物的確定

(安徽財經大學國際經濟貿易學院 安徽 蚌埠 233030)

城市表層土壤重金屬污染程度及主要污染物的確定

劉艷

(安徽財經大學國際經濟貿易學院安徽蚌埠233030)

針對城市表層重金屬污染，以功能區的劃分為切入點，運用Surfer軟件將8種重金屬元素等濃度線圖和城市功能區分布圖疊加獲取8種重金屬元素空間分布。建立正交因子模型比較因子得分函數中重金屬污染物系數大小，確定各個功能區的主要重金屬污染物。

土壤重金屬污染；污染物；因子分析

重金屬是相對密度等于或大于5.0的金屬，如鉻(Cr)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鎳(Ni)、砷(As)、鈷(Co)等。從環境污染意義上所說的重金屬，除生物毒性顯著的汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)，具備一定毒性的鋅(Zn)、銅(Cu)、鈷(Co)、鎳(Ni)、錫(Sn)之外，還包括含劇毒的類金屬砷(As)。涉及重金屬排放的途徑很多，包括礦山開采、金屬冶煉、化工、皮革等行業以及農藥使用、汽車尾氣排放等。往往通過食物鏈影響人體健康。比如鉛會抑致血紅蛋白的合成，導致溶血性貧血。重金屬是土壤污染中最重要的污染物質之一。現對某城市城區土壤地質環境進行調查，按照功能劃分，將城區分為生活區、工業區、山區、主干道路區及公園綠地區等。為此，對該城區進行取樣，獲得了每個樣本所含的8種重金屬元素的濃度數據，對城市表層土壤重金屬污染進行分析。

一、某城區內不同區域重金屬濃度的分布圖

(一)研究思路。首先，由采樣點的地理位置畫出城區內取樣點及取樣點所在城市區域，根據所研究地區的8種化學元素的濃度數據，運用Surfer軟件分別得到各種重金屬元素的等濃度線。將取樣點、取樣點所在城市區域、不同重金屬等濃度線綜合畫圖，得到8種主要重金屬元素在該城區的空間分布圖。建立污染指數模型，定量分析該城區內不同區域重金屬的污染程度。

(二)數據處理。運用Surfer軟件分別得到功能區分布圖，如圖1所示，(圖中1、2、3、4、5分別表示生活區、工業區、山區、主干道路區、公園綠地區)，取樣點分布圖，如圖2所示。

圖1城市區域分布

圖2取樣點分布

(三)結果分析。圖3中+◇☆o△分別表示在生活區、工業區、山區、主干道路區及公園綠地區的取樣點，取樣點所在地的顏色越深表示污染越嚴重。綜合8種重金屬污染物對生活區、工業區、山區、主干道路區及公園綠地區的污染程度可粗略得到：工業區和主干道路區污染比較嚴重，生活區次之，山區和公園綠地區輕度污染。

二、因子分析法研究某城區內不同區域重金屬污染程度

(一)研究思路。首先，運用因子分析法，分析生活區、工業區、山區、主干道路區、公園綠地區受哪些重金屬污染元素的污染。其次，結合實際，確定不同重金屬元素是由哪些人類活動或自然因素帶來的。最后，將人類活動、自然因素與城市不同功能區相聯系，分析重金屬污染主要原因。

(二)研究方法——正交因子模型。運用SPSS軟件分別對于生活區、工業區、山區、主干交通道路區、公園綠地區進行因子分析，經過分析比較，得到各個功能區分別受哪些重金屬污染元素最為嚴重，進而借助相應的污染物分析重金屬污染的主要原因。

(三)對生活區的因子分析。運用SPSS求解得到相關系數矩陣、相關系數矩陣的特征值、特征向量和累計方差貢獻率。從相關系數矩陣可以看出Cd與Pb的相關系數≥0.8，為0.802，所以Cd與Pb有一定的關聯度。從生活區總方差分解表可以看出前5個累計方差貢獻率≥85%。計算得到因子載荷矩陣，經正交變換得到旋轉后的因子載荷矩陣。從生活區因子矩陣可得因子得分函數：

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

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

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

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

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

所以，Pb，Cd，Zn，Ni，Hg，Cr是生活區的主要污染物。

(四)對其它區的因子分析結果。與生活區分析相同，同理可得：對工業區的因子分析：As，Cd，Cr，Cu，Hg，Pb是工業區的主要污染物；對山區的因子分析：As，Hg，Ni，Pb是山區的主要污染物；對主干道路的因子分析：As，Cd，Cr，Cu，Hg，Zn是主干道路區的主要污染物。

三、結果分析

由因子分析模型得到不同區域主要受哪些重金屬污染物的影響，將其綜合在同一張表中，見表1，其中1表示受到某元素的某元素的污染，0表示未受到某種元素的污染。

表1 各城區的重金屬污染

⑴重金屬As對生活區、工業區、山區、主干道路區產生污染，主要來源于生活中使用的各種殺蟲劑、殺鼠劑，工業中的采礦、冶金、化化學制藥、玻璃工業中的脫色劑硬質合金、皮革，山區農林業的砷酸鹽藥物、化肥、農藥。⑵重金屬Cd對生活區、工業區、主干道路區產生污染，主要來源于生活中煤、天然氣、廢棄電池，水果和蔬菜中尤其是蘑菇等，工業中電鍍、采礦、冶煉、化學工業等排放的廢水，主干道路中車輛的石油燃燒、尾氣排放等。⑶重金屬Cr對生活區、工業區、主干道路區產生污染，主要來源于生活中化妝品、陶瓷、橡膠，主干道路區的車輛輪胎的損耗等。⑷重金屬Cu對生活區、工業區、主干道路區產生污染，主要來源于工業中銅礦的開采和冶煉、金屬加工、機械制造、鋼鐵的生產。⑸重金屬Hg對文章研究的五個分區均產生污染，生活中化妝品、照明用燈、齒科材料、燃煤、水生生物，工業中儀表廠、食鹽電解、貴金屬冶煉均可產生Hg污染。汞在大氣、土壤、水之間不斷進行著交換和轉移分散在環境中各個角落，導致各個功能區均有Hg污染。⑹重金屬Ni對山區和公園綠地區產生污染，冶煉鎳礦石和鋼鐵都會產生鎳。而山區有山谷，易含蓋大氣中得鎳。鍍鎳工業、機器制造業、金屬加工業的廢水中常含有鎳，用此類廢水澆灌公園綠地，也會產生鎳污染。⑺重金屬Pb對生活區、工業區、山區產生污染，主要來源于生活中化妝品、染發劑、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自來水管，工業中各種油漆、涂料、蓄電池、冶煉、五金、機械、電鍍。⑻重金屬Zn對生活區、主干道路區、公園綠地區產生污染，主要污染源有生活中木材防腐，生產鋅顏料、白色涂料和白色立德粉顏料。

[1]陳秀端,盧新衛. 基于受體模型與地統計的城市居民區土壤重金屬污染源解析[J]. 環境科學,2017,(6):1-12.

劉艷(1996-)，女，安徽合肥人，安徽財經大學國際經濟貿易學院2014級本科生，研究方向：國際經濟與貿易。