(安徽財經(jīng)大學(xué)國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)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(jīng)大學(xué)國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)院安徽蚌埠233030)

針對城市表層重金屬污染，以功能區(qū)的劃分為切入點(diǎn)，運(yùn)用Surfer軟件將8種重金屬元素等濃度線圖和城市功能區(qū)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(shù)中重金屬污染物系數(shù)大小，確定各個功能區(qū)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(huán)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(yè)以及農(nóng)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(dǎo)致溶血性貧血。重金屬是土壤污染中最重要的污染物質(zhì)之一?，F(xiàn)對某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，按照功能劃分，將城區(qū)分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)及公園綠地區(qū)等。為此，對該城區(qū)進(jìn)行取樣，獲得了每個樣本所含的8種重金屬元素的濃度數(shù)據(jù)，對城市表層土壤重金屬污染進(jìn)行分析。

一、某城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬濃度的分布圖

(一)研究思路。首先，由采樣點(diǎn)的地理位置畫出城區(qū)內(nèi)取樣點(diǎn)及取樣點(diǎn)所在城市區(qū)域，根據(jù)所研究地區(qū)的8種化學(xué)元素的濃度數(shù)據(jù)，運(yùn)用Surfer軟件分別得到各種重金屬元素的等濃度線。將取樣點(diǎn)、取樣點(diǎn)所在城市區(qū)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(qū)的空間分布圖。建立污染指數(shù)模型，定量分析該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度。

(二)數(shù)據(jù)處理。運(yùn)用Surfer軟件分別得到功能區(qū)分布圖，如圖1所示，(圖中1、2、3、4、5分別表示生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)、公園綠地區(qū))，取樣點(diǎn)分布圖，如圖2所示。

圖1城市區(qū)域分布

圖2取樣點(diǎn)分布

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

二、因子分析法研究某城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬污染程度

(一)研究思路。首先，運(yùn)用因子分析法，分析生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)、公園綠地區(qū)受哪些重金屬污染元素的污染。其次，結(jié)合實(shí)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(qū)相聯(lián)系，分析重金屬污染主要原因。

(二)研究方法——正交因子模型。運(yùn)用SPSS軟件分別對于生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干交通道路區(qū)、公園綠地區(qū)進(jìn)行因子分析，經(jīng)過分析比較，得到各個功能區(qū)分別受哪些重金屬污染元素最為嚴(yán)重，進(jìn)而借助相應(yīng)的污染物分析重金屬污染的主要原因。

(三)對生活區(qū)的因子分析。運(yùn)用SPSS求解得到相關(guān)系數(shù)矩陣、相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、特征向量和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。從相關(guān)系數(shù)矩陣可以看出Cd與Pb的相關(guān)系數(shù)≥0.8，為0.802，所以Cd與Pb有一定的關(guān)聯(lián)度。從生活區(qū)總方差分解表可以看出前5個累計(jì)方差貢獻(xiàn)率≥85%。計(jì)算得到因子載荷矩陣，經(jīng)正交變換得到旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣。從生活區(qū)因子矩陣可得因子得分函數(shù)：

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(qū)的主要污染物。

(四)對其它區(qū)的因子分析結(jié)果。與生活區(qū)分析相同，同理可得：對工業(yè)區(qū)的因子分析：As，Cd，Cr，Cu，Hg，Pb是工業(yè)區(qū)的主要污染物；對山區(qū)的因子分析：As，Hg，Ni，Pb是山區(qū)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(qū)的主要污染物。

三、結(jié)果分析

由因子分析模型得到不同區(qū)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(qū)的重金屬污染

⑴重金屬As對生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)產(chǎn)生污染，主要來源于生活中使用的各種殺蟲劑、殺鼠劑，工業(yè)中的采礦、冶金、化化學(xué)制藥、玻璃工業(yè)中的脫色劑硬質(zhì)合金、皮革，山區(qū)農(nóng)林業(yè)的砷酸鹽藥物、化肥、農(nóng)藥。⑵重金屬Cd對生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、主干道路區(qū)產(chǎn)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(yè)中電鍍、采礦、冶煉、化學(xué)工業(yè)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(qū)、工業(yè)區(qū)、主干道路區(qū)產(chǎn)生污染，主要來源于生活中化妝品、陶瓷、橡膠，主干道路區(qū)的車輛輪胎的損耗等。⑷重金屬Cu對生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、主干道路區(qū)產(chǎn)生污染，主要來源于工業(yè)中銅礦的開采和冶煉、金屬加工、機(jī)械制造、鋼鐵的生產(chǎn)。⑸重金屬Hg對文章研究的五個分區(qū)均產(chǎn)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(yè)中儀表廠、食鹽電解、貴金屬冶煉均可產(chǎn)生Hg污染。汞在大氣、土壤、水之間不斷進(jìn)行著交換和轉(zhuǎn)移分散在環(huán)境中各個角落，導(dǎo)致各個功能區(qū)均有Hg污染。⑹重金屬Ni對山區(qū)和公園綠地區(qū)產(chǎn)生污染，冶煉鎳礦石和鋼鐵都會產(chǎn)生鎳。而山區(qū)有山谷，易含蓋大氣中得鎳。鍍鎳工業(yè)、機(jī)器制造業(yè)、金屬加工業(yè)的廢水中常含有鎳，用此類廢水澆灌公園綠地，也會產(chǎn)生鎳污染。⑺重金屬Pb對生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)產(chǎn)生污染，主要來源于生活中化妝品、染發(fā)劑、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自來水管，工業(yè)中各種油漆、涂料、蓄電池、冶煉、五金、機(jī)械、電鍍。⑻重金屬Zn對生活區(qū)、主干道路區(qū)、公園綠地區(qū)產(chǎn)生污染，主要污染源有生活中木材防腐，生產(chǎn)鋅顏料、白色涂料和白色立德粉顏料。

[1]陳秀端,盧新衛(wèi). 基于受體模型與地統(tǒng)計(jì)的城市居民區(qū)土壤重金屬污染源解析[J]. 環(huán)境科學(xué),2017,(6):1-12.

劉艷(1996-)，女，安徽合肥人，安徽財經(jīng)大學(xué)國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)院2014級本科生，研究方向：國際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易。