土壤重金属源解析研究方法与应用

秦建桥 凡宸 黄涛 黄嘉健 黄家丽

摘要 以肇庆市端州区为例，运用主成分分方法对当地的表层土壤中重金属污染物的来源进行分析。结果表明，肇庆市端州区表层土壤中不同重金属元素来源明显存在着差异，其中重金属Cu、Zn、Cr、Hg主要来源于工业;Pb主要来源于城区的交通运输污染;Ni来源于冶炼行业的污染排放最后由大气沉降到表层土壤当中。今后土壤环境将会是污染整治的一个重要方面，因此清楚了解土壤中污染的来源，就可以使整治更加有成效，使土壤环境趋于正常。

关键词 土壤;重金属;源解析;主成分分析法

中图分类号 X53文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）20-0080-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.20.021

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analytical Method and Application of Soil Heavy Metal Source

QIN Jian qiao，FAN Chen，HUANG Tao et al

（Shenzhen Degree of Freedom Sci Tech Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518000）

Abstract Taking Duanzhou District of Zhaoqing City as an example， the main component method was used to analyze the sources of heavy metal pollutants in the local surface soil. The results show that there are obvious differences in the sources of different heavy metals in the surface soil of Duanzhou District， Zhaoqing City. The heavy metals Cu， Zn， Cr and Hg are mainly from industry;Pb is mainly from urban transportation pollution;Ni is from the smelting industry. The pollution discharge is finally settled by the atmosphere into the topsoil.In the future soil environment will be an essential direction of the pollution treatment， so clear realize the source of pollution in the soil， will make the treatment more efficacious， let the soil environment tend to normal.

Key words Soil;Heavy metal;Source identification;Principal component analysis

伴隨着社会经济和科学技术的快速发展，环境的污染也日益严重。城市化的不断加快，随之而来的是城市人口的急剧增加，城市环境土壤质量问题越来越受到重视。含重金属的污染物会通过各种途径积累到土壤中，并在土壤中富集，这样不仅会影响土壤的活化性质，而且还会影响植物等农产品的质量并通过食物链最终影响到人类的生命健康安全，会对人类的可持续发展带来危害。而且，珠江三角洲是我国的经济发达地区和人口稠密地区之一，日益频繁的人类活动带来的土壤环境质量问题应该得以重视。在此之前，对土壤重金属污染的现状、治理技术与修复方面已有大量文献进行了综述，但关于土壤重金属源解析的方面较少。追踪土壤重金属污染物质的来源，采取相应措施从源头上加以控制，对于土壤中重金属污染治理具有重大的意义。

土壤是环境的一个重要组成部分，是人类活动中的重要自然资源。重金属指的是相对密度等于或大于或等于5.0的金属元素，如镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铅（Pb）、铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）等。这些重金属可以分别通过自然和人类两种途径进入到土壤中。其中，人类活动导致重金属进入土壤是主要成因，例如，工业生产过程中排放的含重金属污水、废气等，会向周边土壤扩散;农业生产中的化肥中也含有重金属，当不合理使用时，会导致土壤中重金属的污染;城市中汽车尾气也是导致土壤含有重金属的一个主要成因，城市道路两侧土壤中的重金属污染物主要来自城市交通中汽车尾气的排放含有大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降，而污染主要为Pb、Cu、Zn等元素，一般以道路为中心呈带状分布。

研究者对污染物来源的认识存在2个层次：一种只定性判断出主要污染物来源类型，称之为源识别（source identification），另一种不仅判断出主要的污染源类型，还要定量计算各类排放源的贡献大小，称之为源解析（source apportionment），很多研究人员把两者统称为源解析[1]。区别土壤中重金属源解析的的方法有计算机成图法[2]、同位素示踪[3-4]、多元统计分析法[5]和主成分分析法[6-10]，该研究重点讲解主成分分析法。大多数研究者运用主成分分析法时只是针对研究的目标元素进行分析，忽视了从专业知识角度出发挖掘其他更多土壤数据反映的信息，例如土壤的基本理化性质等，这些信息提供给研究人员大量有关土壤发生的一些自然地质条件、母土理化性质和人为影响的强度等有关信息。主成分分析法作为一种统计分析方法，它与样品的代表性有着很大的关系，因此，主成分分析法可以揭示的信息量是比较大和比较全面的。

（2）主成分分析结果表明，肇庆市端州区表层土壤中不同重金属元素来源存在明显差异，其中重金属Cu、Zn、Cr、Hg主要来源于工业污染;Pb主要来源于城区的交通运输污染;Ni主要来源于冶炼行业的污染。

（3）由于2014年佛山颁布了新的陶瓷行业的排放法规，很多企业因为达不到标准而把产业迁移到了肇庆，导致肇庆的污染更加严重，所以，工业污染成了第一主成分。污染行业的排放会一直累积，污染也会一直累积，因此，分析其主要成因可以有针对性地进行污染控制。

（4）值得留意的是，主成分分析所得到的源解析的结论来源于总体上的数据，这个结论反映的是所测区域的总体情况。但是，由于该研究所采取的样品数量不多，因此用来判断肇庆市端州区表层土壤的重金属元素来源解析的能力有限。在进行区域重金属源解析时，数据应该更加详细，尽可能代表更加全面的区域土壤重金属含量。

4 结语

通过土壤中重金属来源的解析，可以知道其污染的主要来源，从而尽早地想出对应的方法来减少这种污染对土壤的伤害，为人类活动与自然环境的关系提供重要的证据。主成分分析就是利用科学的计算，分析土壤中各个重金属之间的相关性，根据得到的数据分析出土壤重金属污染的来源，从而使污染治理更具针对性。但是，土壤当中重金属的污染是长期性的，而且污染来源很复杂，对其正确的识别是一个比较困难的过程。目前土壤中重金属污染源解析的方法还有不足之处，所以，将来的研究有必要对土壤重金属污染源解析问题进行更加系统性、全面性的研究，还可以多种分析方法交叉结合，使得土壤重金属污染源解析的方法更加完善，更加全面，更加科学。

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