城市表层土壤重金属污染分析

冉庆波+张丽颖+肖松平

摘 要：建立模糊综合评价模型采用基于双权重因子的模糊数学模型综合考虑重金属浓度和毒性作用，既反映污染物的浓度超标状况，又反映污染物的毒性作用，在综合考虑金属的浓度与毒性作用后，建立雙权重因子的模糊数学模型，较好的反映了污染物的浓度超标情况与其毒性因素对每个取样点给予不同的权重，计算出取样点的隶属度，评出等级。并根据各区取样点的等级进一步评价各区土壤现状，考虑到各区面积较大，不能一概而论的给定生硬的评价等级，因而本文采取百分比的形式评价各区土壤，得出结论：工业区污染较为严重，山区重金属污染程度较低，且该城市受到Hg、Zn、Cu的污染较为严重，受到Ni、As的污染程度较弱。

每个土壤样品的重金属元素组成并不是各自独立、互不相干的，来自同一种源的那些成分之间存在较强的相关性，因此采用因子分析法来研究多个变量的相关性。通过将庞杂的原始数据按照成因上的联系进行归类，由果及因地理出几条比较客观地成因线索，以导出正确的成因结论。本文在土壤环境质量评价结果基础上将城市土壤八种重金属元素的数据系列使用分析软件SPSS进行因子分析，得出六个主因子，并据此画出各主因子的等高线图描述重金属污染的原因。

关键词：重金属污染、双权重因子的模糊数学模型、因子相关性分析法

1.引言

随着我国城市经济的不断发展与人口的不断增长，人类的活动对城市环境的破坏日益突出，而土壤更是成为其中污染最为严重的一项。因此如何对城市土壤异常进行调查以及如何用调查得来的海量数据对土壤进行合理的评价就变得尤为重要。而近些年来随着工业，农业，交通业的发展，各种化学试剂，农药以及排放尾气更是对土壤造成不可估量的污染。在这种形势下，更需要急切的对土壤作出客观、切实的综合评价，以便及时作出合理的调整，确保土壤的可持续发展。

2.城区各区域重金属污染程度的评判

通过分析各采样点土壤分类，得出各区各类土壤所占百分比如下表：

通过表格可以发下，生活区采样点大多数属于清洁土壤，但也有少数土壤受到污染，分析原因，主要是由于居民生活垃圾乱丢乱弃以及焚烧垃圾所造成的结果。工业区轻污染的土壤达到55.36%，说明该区长期受到工业的污染较为严重，政府相关部门应提起重视，防止污染进一步恶化。山区清洁土壤比例达到86.49%，说明该区基本没有受到污染。交通区中污染土壤达到44.74%，说明该区污染最为严重，究其原因，主要是汽车尾气中的有害重金属造成的危害，因此应加强对交通车辆的管理，淘汰排放不合格车辆。公园绿地区清洁土壤占大多数，但尚清洁和轻污染土壤达到33.33%，主要是由于人们丢弃垃圾所致。

为了更好的进行分析、评价，利用因子分析所得到的2个因子经过方差极大正交旋转后的表层土壤单点样样本在4个主因子上的得分可作出各个因子在空间分布的等直线图，能更直观地说明各个元素在空间平面上的分布特征。

从图4可以看出，来源关联比较密切的Cr和Ni集中处于生活区与工业区。可以看出污染主要由于企业的工业污染排放产生，可能由于地理地形和风向的特点，污染物向西迁移，集中在生活区和工业区，这些必需引起有关部门的足够重视。

而根据图5所显示的信息，来源关系比较密切的Cd和Pb在空间上的分布可近似认为是带状污染，主是交通区轮胎摩擦和汽车尾气的排放产生，经查阅资料，Cd传播可能与风向有关，而大气中的Cd沉降也是造成污染的重要原因。

因子5为元素Cu，高含量Cu 主要集中在工业区和交通区，为局部面积型污染，主要因为工业区的废物排放、工业污染，以及尾气排放，交通来源等。

图7为元素Zn的分布，可以看出Zn在该区污染并不是很严重，局部有富集情况，也是由尾气排放，城市居民生活污染所致。

综上所述：该地区重金属污染的主要原因有五个方面：工矿企业污染，燃煤污染，交通污染，商业活动和居民生活污染。

3.结论

建立了模糊综合评价模型，依据超标量和毒性两个方面分别评价每个取样点，避免了统一的权重所造成各取样点适用度不高的问题，使得结果更加准确。计算时借用MATLAB编程进行，减少人工消耗以及避免不必要的错误。

确定污染原因的过程中运用了因子分析算法，考虑到每个重金属元素污染成因并不是相互独立的，运用SPSS软件建立每个重金属元素间的相关系数矩阵，利用相关系数矩阵求出了相应的因子特征值和累计贡献率，通过主因子的属性确定重金属元素的污染原因。优点在于将每个重金属元素联系起来而不是单独分析每个元素的产生原因，这样更贴近实际，得出的结果也相对较准。为解决实际问题提供一定参考。

参考文献：

[1] 姜启源，谢金星，叶 俊 ，数学模型，北京，高等教育出版社，2004

[2] 丁国盛，SPSS统计教程，机械工业出版社，2006

[3] 邓朝生， 尚金城， 陈鹏，我国环境污染的因子分析[J]. 内蒙古环境保护， 2003