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1、 .城市表层土壤重金属污染分析一、问题背景随着城市的发展，人类活动对城市环境质量的影响日显突出。土壤是自然环境系统中一个很重要的子系统，人类活动所产生的很多污染物，尤其是重金属，都是通过这个子系统进入食物链，最终危害到人体的健康，因此，对于土壤环境质量进行评价，确定重金属的污染来源，为土壤污染防治和管理提供科学依据，就变得极为重要。对城市土壤地质环境异常的查证，以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式，日益成为人们关注的焦点。二、城区重金属的污染程度综合评价按照功能划分，城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等，不同的
2、区域环境受人类活动影响的程度不同。2.1土样的采集、处理与分析 为此，将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土（010 厘米深度）进行取样、编号，并用GPS记录采样点的位置（见图1）。 应用专门仪器测试分析，获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。另一方面，按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样，将其作为该 图1城区采样点位置城区表层土壤中元素的背景值。 2.2土样重金属浓度的空间分布根据所得到的样本数据，可以画出8种重金属浓度的空间分布图，来对城市的土壤地质环境质量进行初步认识。通过matlab软件，利用griddata（），cont
3、ourf（）函数，可以画出各重金属二维等浓度空间分布图。参照右边的颜色条，坐标点对应颜色条的数值越高表示该点金属浓度越高。2.3重金属污染程度和风险评估方法土壤污染评价是土壤环境质量现状评价的核心部分，主要包括单项（单因子）污染评价和多项（多因子）污染综合评价12.3.1 单项污染分级指数法 污染分级标准参考吉林省地质调查院东北平原长春经济区区域环境地球化学调查与评价项目报告，以测区土壤地球化学背景为基础，借鉴国家土壤环境质量标准，确定污染分级标准。以测区背景平均值为重金属元素累积起始值（Xa），测区背景上限为污染起始值（Xc），国家土壤环境质量标准的二类标准作为轻度污染起始值（Xn），土壤环
4、境质量标准的三类标准作为重污染起始值（Xp）（表1）。表1 污染分级标准元素积累起始值污染起始值轻污染起始值重污染起始值As (g/g)3.65.42530Cd (ng/g)1301903001000Cr (g/g)3149300400Cu (g/g)13.220.4100400Hg (ng/g)35515001500Ni (g/g)12.319.950200Pb (g/g)3143300500Zn (g/g)6997250500 污染分级指数是指某一污染物影响下的环境污染指数，可以反映出各污染物的污染程度。根据公式（1）计算出的单项污染分级指数，对单项污染程度进行分级。CiXa时，PiCi
5、XaXaCiXc时,Pi1（CiXa）（XcXa）XcCiXn时，Pi2（CiXc）（XnXc） （1）XnCiXp时，Pi3（CiXn）（XpXn）CiXp时，Pi4（CiXp）（XpXn）式中，Pi为污染分级指数，Ci为土壤中污染物i的实测浓度值，Xa为累积起始值，Xc为污染起始值，Xn为轻污染起始值，Xp为重污染起始值。土壤单项污染指数评价标准见表3。表3 土壤单项污染指数评价标准分级指数 质量等级分级指数 质量等级分级指数 质量等级Pi1清洁2Pi3轻污染Pi4重污染1Pi2潜在污染3Pi4重度污染注：参考东北平原长春经济区区域环境地球化学调查与评价项目报告。2.3.2内梅罗综合污染指
6、数法 单项污染分级指数法评价土壤重金属污染状况，只能分别了解每种重金属在长春市表层土壤的污染状况。内梅罗综合指数法评价土壤重金属污染状况则可以了解这4 种重金属在表层土壤的综合污染状况。为了突出环境要素中浓度最大的污染物对环境质量的影响，采用内梅罗综合污染指数法对研究区土壤重金属污染进行综合评价2，计算公式为：P 综（Pimax2Piave2） 2(12) （2）式中，P 综为内梅罗综合污染指数，Pi为单项污染分级指数，计算公式见公式（1），Pimax为所有元素污染指数最大值，Piave为所有元素污染指数平均值。内梅罗综合污染指数反映了各种污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质
7、量的影响， 可按内梅罗综合污染指数划定污染等级，其中土壤污染评价标准见表4。表4 土壤内梅罗综合污染指数评价标准3等级内梅罗综合污染指数污染等级IIIIIIIVVP综0.7清洁0.7P综=1.0警戒线1.0P综=2.0轻度污染2.0P综3重污染2.4 各功能区土壤重金属污染评价评价方法采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法。内梅罗综合污染指数全面反映了各污染物对土壤污染的不同程度，同时又突出高浓度对土壤环境质量的影响，因此用来评定和划分土壤质量等级更为客观。由于数据多，可以通过画图来直观看到土壤重金属污染程度。以采样点的平面坐标为基础，以单项污染指数为Z坐标，可得到8种重金属分别对整个城区的
8、污染情况。 我们看到重金属元素污染情况，在空间上有从东北向西南上升的趋势，主要是因为在地理上东北方向海拔高为山区，污染少。在西南方向，海拔低，为平原，人类活动多，污染相对严重。为了确定该城区内不同区域重金属的污染程度，单看单项污染指数是不行的。由此，我们在单项污染指数计算出该城区的内梅罗综合污染指数，得到图2。将图二与图一对比着看可以看到整体的重金属元素污染也是在空间上有从东北向西南上升的趋势。且在工业区污染最严重，交通区、生活区次之，再是公园绿地区，最好的是山区。图二 重金属整体污染指数 图一 城区各功能区采样图 另外，我们对各功能区的各个采样点的内梅罗综合污染指数进行了统计，归类得到表5.
9、表5 各功能区的内梅罗综合污染指数情况生活区工业区山区交通区公园绿地区清洁/个00200警戒线/个10511轻度污染/个114402612重度污染/个2624197617重污染/个680355总计44366613835进行归一化处理，且各污染等级的权重W(0.7,1,2,3,5) 。生活区工业区山区交通区公园绿地区清洁/个000.0300警戒线/个0.0200.080.010.03轻度污染/个0.250.110.610.190.34重度污染/个0.590.670.290.550.49重污染/个0.140.2200.250.14得分2.983.332.173.302.89我们认为表格最后一行代表
10、着各功能区整体污染状况。得分越高，说明该功能区被污染的越严重，只有少部分土壤是良好的，大部分都被严重污染了。从表中我们得出工业区污染交通区生活区公园绿地区山区。这一结论与之前从图中对比着看出来的结论是一致的。三、重金属的污染来源分析 3.1 Pearson相关性分析为调查重金属之间的内在联系，对各功能区土壤表层中的8种重金属浓度进行了Pearson 相关性分析，结果见表4。表4 各功能区土壤表层中重金属浓度的Pearson相关系数 生活区 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn As 1 0.381 0.238 0.531 0.293 0.605 0.45 -0.017 Cd 1 0.
11、349 0.499 0.397 0.283 0.802 0.346 Cr 1 0.376 0.15 0.527 0.416 0.412 Cu 1 0.198 0.434 0.502 0.238 Hg 1 0.211 0.34 0.242 Ni 1 0.300 0.334 Pb 1 0.328Zn 1 工业区 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn As 1 0.329 0.38 0.153 0.181 0.69 0.395 0.518 Cd 1 0.541 0.566 0.533 0.489 0.829 0.754 Cr 1 0.92 0.902 0.698 0.675 0.695 Cu 1 0.983 0.503 0.67 0.622 Hg
