利用標準化方法求冀東地區土壤重金屬元素的基線值

焦建

摘?要：地球化學基線是區分自然的和人為的環境影響的重要參照。本次研究以研究區1：25萬土地質量地球化學調查的3378件表層土壤樣品及863件深層土壤樣品為研究基礎，對全區采用標準化方法確定地球化學基線，并與背景值進行了對比分析，結果顯示標準化方法適合于確定研究區內重金屬元素的地球化學基線，且結果顯示不能用基線值代表背景值。

關鍵詞：冀東地區;地球化學基線;重金屬元素;標準化法

1前言

地球化學基線指的是地球表層物質中化學物質元素濃度的自然變化，并被進一步表述為某一地區或數據集合作為參照時某一元素在特定物質中土壤、沉積物、巖石豐度的自然變化并用作區分地球化學背景和異常的單一的極限。地球化學基線與地球化學背景是有區別的，地球化學背景代表不包括人類活動影響在內的自然物質中元素的濃度，地球化學基線則代表因為人類活動而對土壤中元素含量造成了干擾的地區當時測量的元素濃度。在2000多年的文明長河里，人類活動的范圍廣、影響大，所以背景通常比基線更難確定。在歐洲的地球化學調查中，用河漫灘剖面的深部樣品代表自然背景，中國的多目標地球化學調查用深層樣確定背景值，在本文中用深層土壤樣品的加權平均值作為基準，和標準化方法[7]確定的基線值做對比分析，驗證標準化方法在冀東地區的可行性。

2研究區概況

研究區位于燕山山前平原，主要位于唐山市中、南部，少部分在秦皇島境內，東經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，隔長城與承德地區接壤，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，發育多種類型的疏松沉積物，形成了復雜的生態地質、地球化學環境。

3基線值與背景值

標準化方法是地球化學研究中的常用方法之一。該方法的基本思想是將地球化學過程中的惰性元素作為標準，用活性元素與惰性元素的相關性來判斷活性元素的富集情況。標準化方法通常是選取有相關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）的測量濃度，CN 代表樣品中惰性元素（標準元素）的測量濃度，a，b為回歸常數。

在建立線性回歸方程之前，在確定地球化學基線時，必須將受到人為污染的樣品剔除，本文采用3S法進行特異值的篩除，利用表層土壤樣品中重金屬元素的濃度均值±3倍的標準差來進行特異值的篩除。經過篩除特異值后的數據，再經過統計分析和數據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表示研究區標準元素的平均含量。

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。

標準化程序中重要的一環就是標準化元素的選擇，經常使用的標準化元素有很多，例如Li、Fe、Sc元素。本文利用Ti作為標準化元素，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平均值來作為冀東地區土壤重金屬元素的背景值，并與基線hi進行了對比分析，具體數據可見表3.1.

可以明顯的看出，以Ti元素為標準元素時，與Pb、Cd、Hg元素的相關系數較低，分別為：0.48、0.34、0.11。標準化法確定的基線值和北京站相比可以發現，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，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結論

通過對冀東地區表層土壤以及深層土壤中的As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg元素采用標準化方法確定的基線值與深層樣品均值進行對比分析得出：

（1）在選擇標準化元素時，Ti元素作為標準元素合適，主要依據為：從基線方程的表現上來看，Ti元素與各金屬元素的相關系數較大，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系數較高，河北平原土壤礦物與其化學組成元素和Ti元素有較好的線性關系。

（2）對于研究冀東地區土壤重金屬元素的基線時，標準化方法適合于確定冀東地區的土壤重金屬元素的基線值，標準化方法確定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相關系數為0.34<0.5，相關性較低，表明受到了人為污染;標準化方法確定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元素的相關系數為0.08<0.5，相關性很低，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

[1]?王艷君. 第30屆國際地質大會論文集.第19卷，地球化學[M]. 地質出版社，1998.76-90

[2]?滕彥國，倪師軍，張成江. 環境地球化學基線研究簡介[J]. 物探化探計算技術，2001（02）：40-44.