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1、晋中平原区耕层土壤主要重金属离子背景值及其评价By milan7sheva摘要：土壤的重金属污染是一个严重的环境问题，土壤环境背景值的测定和研究是环境科学中的 一项基础工作，它能为土壤环境质量评价、污染趋势预测、重金属在土壤中的迁移转化规律 的研究提供科学依据，本文检测了晋中市盆地区土壤中As、Hg、Pb三种重金属离子的背景 值并进行了初步分析，发现这三种重金属离子的背景值都比较低，处于非污染水平，Pb和 Hg的背景值相关系数较大，为0.2576，用主成分分析法表明晋中市盆地区重金属离子背景 水平最高的为Pb。通过采用单因子污染指数法和综合污染指数法相结合的方法，对晋中盆 地土壤重金属污染进行
2、了评价，确定了基于污染指数的土壤质量等级为1级，污染程度为安 全，污染水平为清洁。关键词：晋中市；土壤；重金属离子；背景AbstractSoil heavy metal pollution is a serious environmental problem, the determination of soil environmental background values and research is a basic work in environmental science. It provides scientific basis for the soil environmental
3、quality assessment, pollution trend forecasts, migration and transformation of heavy metals in the soil . This study detected the background value of As, Hg and Pb in Jinzhong City basin soil and a preliminary analysis found that the background values of these three heavy metal ions are relatively l
4、ow, at the level of non-polluting correlation. The coefficient of the background values of Pb and Hg is relatively high to 0.2576. I t is detected by using Principal component analysis that the highest background levels of heavy metal ions is Pb. Soil heavy metal pollution of the Jinzhong basin were
5、 evaluated combining the single factor pollution index and the integrated pollution index method , it showed that the pollution index of soil quality and grade of a pollution degree were of safety levelsKey Words: jinzhong city; soil; Heavy metal ions; Background目录摘要：IAbstractI.1. 前言11.1重金属污染概述11.1.
6、1 土壤中重金属的来源21.1.2 土壤中重金属元素的背景值21.1.3 土壤重金属背景值研究31.2主成分分析法的定义及应用31.3本研究的目的和意义52. 材料和方法52.1晋中概况52.2样品的采集62.3样品含量的测定62.4数据处理62.5 土壤重金属评价方法.63. 结果与分析83.1 土壤重金属离子检测结果83.2 土壤重金属含量主成分分析103.3 土壤重金属污染评价124. 结论与建议12参考文献131刖言土壤是复杂的、特殊地球外壳，它几乎覆盖着整个地球大陆外层1。土壤环 境是一个系统，由土壤的内部环境、外部环境和界面环境组成；土壤环境并非固 定的，而是存在着物质交换、能量循
7、环和生命体代谢繁衍。土壤环境同水环境、 大气环境都有着紧密的联系，三者之间时刻进行着物质和能量交换3，因此土壤 在整个生物圈中，有着举足轻重的特殊意义。当今，土壤环境系统不仅仅具有自 然特征，而且在人类长期的利用和改造过程中被打上了人的烙印。土壤是一种资 源，而在这种资源的利用过程中，却产生了很多新的环境问题。可持续发展是建立在农业可持续发展的基础上，而农业的可持续发展是建立 在土壤环境的良性循环的基础上的，随着工业的发展和城市化进程的加快，化 学肥料、农药的大量应用，土壤环境质量受到严重威胁，其中重金属问题是最为 突出的，因为它具有潜伏时间长且难降解等性质，重金属含量的增多，严重影 响了土壤
8、的质量，制约了整个社会经济的发展。1.1重金属污染概述土壤污染是人类活动所产生的污染物直接或间接进入土壤并积累到一定程 度，引起土壤质量恶化的现象。具体说，污染物质就是与人类活动有关的各种对 人体和生物有害的物质，包括化学农药、重金属、放射性物质、病原菌等。这些 污染物进入土壤后，通过土体对污染物质的物理吸附、过滤阻留、胶体的物理化 学吸附、化学沉淀、生物吸收等过程，使污染物不断在土壤中积累，当其含量达 到一定数量时，便引起土壤污染。目前土壤污染中问题最严重的是重金属污染， 土壤中的重金属是指Fe、Mn、Zn、Cd、Cu、Cr、Pb、Ni等，比重5g/cm3的金 属。当重金属元素进入土壤环境，
9、起作用的不是重金属的总量，而是其中具有 活性的那部分。据估算，全国每年因为重金属污染而产生的粮食高达1200万t， 造成直接的经济损失超过200亿元，并对人体健康形成一定危害。研究表明， 土壤重金属对生态环境的影响与土壤重金属积累程度和化学形态有关方因此开 展重金属在土壤中的积累研究，为重金属污染土壤的治理和清洁提供依据，加速对土壤现状的了解，实现污染土壤的修复。1.1.1 土壤中重金属的来源根据重金属来源的不同把重金属污染土壤分为两类:外源重金属污染土壤和 内源重金属污染土壤。内源重金属污染土壤重金属来自成土母质，由于成土母质 来源的广阔多样及人类生产生活影响的广泛，完全未受影响的土壤己很难
10、存在 1，外源重金属污染土壤的重金属来源主要是污水灌溉、采矿和冶炼活动、农药 肥料和塑料薄膜的使用、废弃重金属的堆积。两类土壤中重金属分布状态有较大 差异:通过外源重金属途径污染的土壤其重金属主要分布于细颗粒中，很明显重 金属具有向细颗粒富集的特点；而内源重金属污染土壤的重金属颗粒分布特征相 对不明显。相关的提取试验表明：内源重金属污染土壤中重金属以残余态为主要 形式，释放较缓慢，较为稳定，土壤中重金属释放与土壤颗粒磨细程度有关，内 源重金属污染明显高于外源重金属污染土壤。无论是外源还是内源重金属污染土 壤中，pH值对重金属的溶出均有较大影响。连续淋溶试验进一步表明，土壤受 外源重金属污染的释
11、放重金属的强度较高，但其释放持续时间较短；而作为内源 重金属污染型土壤则恰恰相反，释放重金属的强度较低，但其持续时间较长。1.1.2 土壤中重金属元素的背景值环境背景值亦称自然本底值。是指在不受污染的情况下，环境组成的各要素， 如大气、水体、岩石、土壤、植物、农作物、水生生物和人体组织中与环境污染 有关的各种化学元素的含量及其基本的化学成份。它反映环境质量的原始状态 10。土壤环境中重金属元素背景值是指一定区域内自然状态下未受人为污染影响 的土壤中重金属元素的正常含量。土壤环境背景值的测定和研究是环境科学中的 一项基础工作，它能为土壤环境质量评价、污染趋势预测、重金属在土壤中的迁 移转化规律的
12、研究提供科学依据1。因此确定土壤中重金属元素的背景值有一定 的实际意义。1.1.3 土壤重金属背景值研究土壤环境背景值既是确定土壤环境质量标准的基础，又是土壤污染综合评价 的基本依据E 土壤环境背景值是指未受或少受人类活动(特别是人为污染物) 影响的土壤环境本身固有的化学元素组成及其含量水平。土壤环境背景值调查是 近年来环境科学研究的一项基础工作。近年来，国内对土壤重金属背景值定量以 及背景值定性调查方面作了大量的工作。普遍认为，成土母质、土壤类型和理化 性质是影响土壤重金属背景值的主要因素，尤其是成土母质和土壤理化性质M。 土壤重金属的背景值，反映了在没有污染或者相对较轻污染情况下，通过母质
13、风 化在成土过程中发生的元素迁移转化，因此成土母质的差异是引起土壤环境背景 值差异的主要因素。不同的土壤类型是在不同的母质或相同的母质条件下，经过 不同的生物气候作用而形成的，因此小同类型的土壤重金属元素的背景值反映了 母质、气候和生物等的共同作用，其差异性是必然的20世纪80年代，我国 开展了土壤重金属背景值研究Im在全国范围内开展了系统的背景值调查研究， 并出版了中国土壤元素背景值专著15,为我国土壤背景值研究奠定了良好的 工作基础。土壤背景值的研究原则包括：统计学原则、制图学原则、实际应用的 原则、反映土环境背景值分异规律等原则16。主要研究方法有：土壤痕量元素铜、 铅、锌、镉原子吸收析
14、方法、因子分析法、R型群分析法等Im1.2主成分分析法的定义及应用对同一个体进行多项观察时，必定涉及多个随机变量X1，X2，Xp，它 们都是相关的，一时难以综合。这时就需要借助主成分分(principal component analysis)来概括诸多信息的主要方面。主成分分析是利用降维的思想，把多指 标转化为少数几个综合指标的多元统计分析方法。假定有n个地理样本，每个样 本共有p个变量描述，这样就构成了一个nXp阶的地理数据矩阵：如果记原来的变量指标为xl, x2,，xp，它们的综合指标一一新变量指 标为 xl, x2,，zm (mp)。贝U=li见+li沔+1也七4 皿=1211 +12
15、22 + ，+12pXp:m =、跖+】m必9 +，+竖七在(2)式中，系数lij由下列原则来决定：(1)zi与zj (i#j； i, j=1, 2,， 山)相互无关；(2)z1是xl, x2,，xp的一切线性组合中方差最大者；z2是与 zl不相关的xl, x2,，xp的所有线性组合中方差最大者； ；zm是与zl, z2,zm-l都不相关的xl, x2,，xp的所有线性组合中方差最大者。这样 决定的新变量指标zl, z2,，zm分别称为原变量指标xl, x2,，xp的第一， 第二，第m主成分。其中，zl在总方差中占的比例最大，z2, z3,，zm 的方差依次递减。在实际问题的分析中，常挑选前几
16、个最大的主成分，这样既减 少了变量的数目，又抓住了主要矛盾，简化了变量之间的关系。从以上分析可以 看出，找主成分就是确定原来变量xj (j=l, 2,，p)在诸主成分zi (i=l, 2,， m)上的载荷lij (i=l, 2,，m； j=l, 2,，p),从数学上容易知道，它们 分别是xl, x2,，xp的相关矩阵的m个较大的特征值所对应的特征向量。用 较少的几个综合指标来代替原来较多的变量指标，而且使这些较少的综合指标既 能尽量多地反映原来较多指标所反映的信息，同时它们之间又是彼此独立的，这 就是主成分分析的精髓。主成分分析本身往往并不是目的，而是达到目的的一种手段。因此，它多用 在大型研究项目的某个中间环节。在国外，主成分分析
