长春市城区表层土壤重金属污染来源解析

长春市城区表层土壤重金属污染来源解析

杨忠平

1,2

3

,卢文喜,刘新荣,辛　欣

212

(1.重庆大学土木工程学院,重庆400045;2.吉林大学环境与资源学院,长春130026)

　　摘要:为剖析长春市城区表层土壤中重金属污染来源,采用网格化均匀布点系统采集了352件长春市城区表层(0～20cm)土壤样品,分别采用X荧光光谱法(XRF)、原子荧光光度法(AFS)和石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)测定土壤中Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd。结果表明:长春市城区表层土壤中w(As)、w(Cd)、w(Cr)、w(Cu)、w(Hg)、w(Pb)和w(Zn)分别为12.5、0.132、66.0、29.4、0.118、35.4、90.0mg/kg,且其变化范围较大,同时均显著高于研究区表层土壤背景值,已受到一定程度重金属污染。运用主成分分析法对土壤中重金属污染来源进行解析,结果表明,长春市城区表层土壤中不同重金属来源存在着差异,其中Cu、Pb和Zn主要来自交通污染;Cr,来源于自然源;As和Hg主要来源于燃煤源;Cd　　关键词:城市土壤;重金属;来源解析;主成分分析;长春市　　中图分类号:X131.3

文献标识码:A　　:)(1264)(2009)05-0029-05

SourcesIdenofUrbanSoilofChangchun

BaPrcipalComponentAnalysis

2ping,LUWen2xi,LIUXin2rong,XINXin

1,2

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(1.ofCivilEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China;2.CollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,Changchun130026,China)

Abstract:Anextensivesurveywasconductedtoevaluatethepotentialsources(PAS)ofheavymetalsintheurbanenvironmentofChangchun,China.Therewere352samplescollectedwithasamplingdensity3-5compositetopsoil

2

samples(0～20deep)perkm.X-rayFluorescenceSpectroscopy(XRF),AtomicFluorescenceSpectrophotometry

(AFS)andGraphiteFurnaceAtomicAbsorptionSpectrometry(GF-AAS)wereusedtoanalyzeCu,Pb,Zn,Cr,As,HgandCdconcentrationofsoil,respectively.TheresultsindicatedthatthemeanconcentrationofAs,Cd,Cr,Cu,Hg,PbandZnintheurbantopsoilofChangchunwas12.5,0.132,66.0,29.4,0.118,35.4and90.0mg/kg,respectively,whichweresignificanthigherthanthebackgroundvalueofChangchuntopsoil;meanwhile,whichalsoshowedthatthetopsoilinChangchunwaspolluted.TheresultsofPrincipalComponentAnalysis(PCA)showedthattheheavymetalsintheurbantopsoilofChangchuncamefromdifferentsources:PbandZnmainlyoriginatedfromtrafficcontaminationwhileCrwasstillmainlycontrolledbynaturalfactors,andoriginatedfromnaturalsources;coalburninginindustrieswasthemainsourceofAsandHg;industrialsourceandtheapplicationofCd-containingphosphatefertilizersmaybeanimportantsourceofCdinthetopsoil.

Keywords:urbansoil;heavymetal;sourceidentification;principalcomponentanalysis(PCA);Changchun

　　随着城市社会经济的发展,长春市土壤已受到一定程度的重金属污染道很少

[2]

[1]

,但是对其污染来源的研究报

1　材料与方法

1.1　土壤样品采集

。因此,为了弄清长春市城区土壤中重金属的可能来源,本研究对长春市城区表层土壤(0～20cm)样品进行了系统采集,并测试了Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd,同时为更好地解释重金属来源对其它常

　　研究中,样品采集控制范围为长春市主城区及近郊城乡结合部,地理坐标为E125°06′44″～125°28′53″,N43°47′35″～44°00′38″。采用网格化均匀布点,

量元素也进行了同步测试,运用主成分分析法对城区表层土壤重金属污染的可能来源进行解析。

共划分352个1km×1km的采样单元格,采样密度为1件/km,共采集352件样品。

　　为提高每个采样单元上样品的代表性,在采样单

2

3基金项目:中国地质调查局项目(基[2005]011-08);重庆大学高层次人才科研启动基金项目(0903005104779)

　收稿日期:2009-03-18;修订日期:2009-05-25　　通讯作者:卢文喜,教授,博士

元格中沿路线或在单元格中间位置周围100m范围采集3～5个子样,混合均匀后用“四分法”取大于1kg原始土样,每个子样在2m×2m的范围内用洛阳铲采集地表0～20cm的表层土壤,并去掉与洛阳铲接触部分土壤,采样过程中尽量避开外来土和新近扰动过的土层并去掉表面杂物和土壤中的砾石等,所采样品均保存于聚乙烯塑料袋中运输和存储。采集的土壤样品在室内自然风干后,用木质小锤敲碎后过20目尼龙筛,用“四分法”分取50g样品置于聚乙烯塑料瓶中并储存于干燥器中备用。整个样品加工过程未接触金属器具。采样控制点位置如图1所示。采样于2005年完成

。

Fe2O3、MgO。

1.3　主成分分析方法(PCA)

　　主成分分析法(PCA)是用来研究多个变量的相关性的一种多元统计分析方法,它在较少损失原始变量数据信息的前提下,用少量的因子代替原始变量,达到对原始变量分类的目的,用以揭示原始变量之间的内在联系,把庞杂的原始数据按成因上的联系进行归类,由果及因地归纳出几条比较客观的成因线索,提供逻辑推理方向,以导出正确的成因结论,其原理

[3]

和算法可参考有关文献SPSS11.0统计,,采用ZZ),标准,满足其平均值为0,标准差为1。基于相关系数矩阵进行主成分的提取,采用PCA法进行主因子的提取。为使主成分变量更容易得到解释,采用方差极大正交旋转法(VARIMAXnormalizedrotation)对因子载荷矩阵进行旋转,使得各变量在同一主成分上载荷的平方向最大与最小两极最大限度地分化开来,也就是要使得每个主成分只在少数变量上集中着较大的因子载荷,而在其余变量上的因子载荷为零或接近为零。

2　结果及讨论

图1　研究区位置及采样点分布图

2.1　长春市城区表层土壤重金属质量分数

1.2　重金属含量分析

　　土壤中重金属含量委托国土资源部长春地质矿产资源监督检测中心测试分析。用ADVANT’XP型

X射线荧光光谱仪采用X荧光光谱法(XRF)测定土壤中的Cu、Cr、Zn和Pb,用AFS%230E型原子荧光光度仪采用原子荧光光度法(AFS)测定土壤中的As和Hg,用M6型石墨炉原子吸收光谱仪采用石墨炉原子

+

　　长春市城区表层土壤重金属元素质量分数分析结果如表1所示。从表中可知,城区表层土壤中w(As)、w(Hg)、w(Cr)、w(Cu)、w(Zn)、w(Cd)及w(Pb)变化范围较大,达平均值的4～83倍左右。　　在95%置信水平下经单样本T检验表明,长春市城区表层土壤中各元素质量分数均显著高于研究区表层土壤背景值,同时也显著高于吉林省和中国表层土壤背景值。各元素的含量均显著高于吉林省表层土壤中相应元素的平均含量。但长春市表层土壤中各重金属元素的含量均未超过荷兰土壤保护局所推荐的土壤中重金属含量的目标限值。城市表层土壤中各元素的上述含量特征均表明长春市城区表层土壤中重金属元素已在一定程度上受到人为源输入的影响,但尚未对土壤造成严重污染。　　同时,从表1还可见,表层土壤中各元素按变异系数大小大致可分为两组:变异系数小于1.0的As、Cr、Cu、Zn及Pb属中等变异,表明其已受一定程度人为源输入影响;变异系数大于1的Hg及Cd属于强变异,表明这些元素已受到较强程度的人为源影响。

吸收光谱法(GF%AAS)测定土壤中的Cd。分析方法均按照中国地质调查局地质调查技术标准(DD2005-01)规定经过准确度 …… 此处隐藏：10342字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……