城市表層土壤重金屬污染分析

冉慶波+張麗穎+肖松平

摘 要：建立模糊綜合評價模型采用基于雙權重因子的模糊數學模型綜合考慮重金屬濃度和毒性作用，既反映污染物的濃度超標狀況，又反映污染物的毒性作用，在綜合考慮金屬的濃度與毒性作用后，建立雙權重因子的模糊數學模型，較好的反映了污染物的濃度超標情況與其毒性因素對每個取樣點給予不同的權重，計算出取樣點的隸屬度，評出等級。并根據各區取樣點的等級進一步評價各區土壤現狀，考慮到各區面積較大，不能一概而論的給定生硬的評價等級，因而本文采取百分比的形式評價各區土壤，得出結論：工業區污染較為嚴重，山區重金屬污染程度較低，且該城市受到Hg、Zn、Cu的污染較為嚴重，受到Ni、As的污染程度較弱。

每個土壤樣品的重金屬元素組成并不是各自獨立、互不相干的，來自同一種源的那些成分之間存在較強的相關性，因此采用因子分析法來研究多個變量的相關性。通過將龐雜的原始數據按照成因上的聯系進行歸類，由果及因地理出幾條比較客觀地成因線索，以導出正確的成因結論。本文在土壤環境質量評價結果基礎上將城市土壤八種重金屬元素的數據系列使用分析軟件SPSS進行因子分析，得出六個主因子，并據此畫出各主因子的等高線圖描述重金屬污染的原因。

關鍵詞：重金屬污染、雙權重因子的模糊數學模型、因子相關性分析法

1.引言

隨著我國城市經濟的不斷發展與人口的不斷增長，人類的活動對城市環境的破壞日益突出，而土壤更是成為其中污染最為嚴重的一項。因此如何對城市土壤異常進行調查以及如何用調查得來的海量數據對土壤進行合理的評價就變得尤為重要。而近些年來隨著工業，農業，交通業的發展，各種化學試劑，農藥以及排放尾氣更是對土壤造成不可估量的污染。在這種形勢下，更需要急切的對土壤作出客觀、切實的綜合評價，以便及時作出合理的調整，確保土壤的可持續發展。

2.城區各區域重金屬污染程度的評判

通過分析各采樣點土壤分類，得出各區各類土壤所占百分比如下表：

通過表格可以發下，生活區采樣點大多數屬于清潔土壤，但也有少數土壤受到污染，分析原因，主要是由于居民生活垃圾亂丟亂棄以及焚燒垃圾所造成的結果。工業區輕污染的土壤達到55.36%，說明該區長期受到工業的污染較為嚴重，政府相關部門應提起重視，防止污染進一步惡化。山區清潔土壤比例達到86.49%，說明該區基本沒有受到污染。交通區中污染土壤達到44.74%，說明該區污染最為嚴重，究其原因，主要是汽車尾氣中的有害重金屬造成的危害，因此應加強對交通車輛的管理，淘汰排放不合格車輛。公園綠地區清潔土壤占大多數，但尚清潔和輕污染土壤達到33.33%，主要是由于人們丟棄垃圾所致。

為了更好的進行分析、評價，利用因子分析所得到的2個因子經過方差極大正交旋轉后的表層土壤單點樣樣本在4個主因子上的得分可作出各個因子在空間分布的等直線圖，能更直觀地說明各個元素在空間平面上的分布特征。

從圖4可以看出，來源關聯比較密切的Cr和Ni集中處于生活區與工業區。可以看出污染主要由于企業的工業污染排放產生，可能由于地理地形和風向的特點，污染物向西遷移，集中在生活區和工業區，這些必需引起有關部門的足夠重視。

而根據圖5所顯示的信息，來源關系比較密切的Cd和Pb在空間上的分布可近似認為是帶狀污染，主是交通區輪胎摩擦和汽車尾氣的排放產生，經查閱資料，Cd傳播可能與風向有關，而大氣中的Cd沉降也是造成污染的重要原因。

因子5為元素Cu，高含量Cu 主要集中在工業區和交通區，為局部面積型污染，主要因為工業區的廢物排放、工業污染，以及尾氣排放，交通來源等。

圖7為元素Zn的分布，可以看出Zn在該區污染并不是很嚴重，局部有富集情況，也是由尾氣排放，城市居民生活污染所致。

綜上所述：該地區重金屬污染的主要原因有五個方面：工礦企業污染，燃煤污染，交通污染，商業活動和居民生活污染。

3.結論

建立了模糊綜合評價模型，依據超標量和毒性兩個方面分別評價每個取樣點，避免了統一的權重所造成各取樣點適用度不高的問題，使得結果更加準確。計算時借用MATLAB編程進行，減少人工消耗以及避免不必要的錯誤。

確定污染原因的過程中運用了因子分析算法，考慮到每個重金屬元素污染成因并不是相互獨立的，運用SPSS軟件建立每個重金屬元素間的相關系數矩陣，利用相關系數矩陣求出了相應的因子特征值和累計貢獻率，通過主因子的屬性確定重金屬元素的污染原因。優點在于將每個重金屬元素聯系起來而不是單獨分析每個元素的產生原因，這樣更貼近實際，得出的結果也相對較準。為解決實際問題提供一定參考。

參考文獻：

[1] 姜啟源，謝金星，葉 俊 ，數學模型，北京，高等教育出版社，2004

[2] 丁國盛，SPSS統計教程，機械工業出版社，2006

[3] 鄧朝生， 尚金城， 陳鵬，我國環境污染的因子分析[J]. 內蒙古環境保護， 2003