铅同位素示踪土壤重金属污染源解析研究进展

铅污染已经成为威胁人类健康最严重的重金属污染形式之一,并且随着工农业生产铅污染问题日益突出。铅污染来源复杂,如何准确、快速地识别污染源并弄清其迁移转换机制是土壤污染防治的关键。随着同位素检测技术的快速发展,铅同位素示踪逐渐成为重金属污染溯源研究中的一种重要方法。该文阐明了铅同位素示踪机理和组成特征,参考了国内外铅污染源示踪应用实例,分析了铅同位素示踪技术的应用现状,重点剖析了其迁移速率和迁移路径的机理以及污染程度和污染源的定量解析,最后针对铅同位素示踪技术在土壤重金属污染源解析应用中的不足,展望了其发展前景,以期为铅同位素示踪技术在土壤污染源解析与污染治理方面提供参考。     

多元统计在土壤重金属污染源解析中的应用

土壤中重金属污染及其防治愈来愈受重视,查明污染源是有效治理污染的前提。本文总结了近年来国内外聚类分析、主成分分析、园子分析在土壤重金属溯源中的应用。针对以往研究工作的不足和存在的问题,指出了今后土壤重金属污染源解析研究中的新思路：（1）GIS技术与多元统计相结合生成的污染专题地图,可以更好地确定污染物来源;（2）利用富...     

基于受体模型与地统计的城市居民区土壤重金属污染源解析

选取西安城市居民区土壤为研究对象,通过绝对主成分分数/多元线性回归(APCS/MLR)与地统计相结合的方法解析其中As、Ba、Co、Cu、Mn、Ni、Pb、Sr、Zn、V的主要来源、各来源对各元素的贡献量、各来源贡献的空间分布特征.结果表明,相对于西安市褐土背景值西安城市居民区土壤中Pb、Cu、Sr、Co、Zn、Ba、Ni、As、Mn、V的累积程度依次减弱.西安城市居民区土壤中10种重金属的污染有自然源、交通源、化石燃料燃烧源这3种主要来源.As、Mn、Ni、V的来源以自然源为主,平均贡献量分别为69.63%、74.28%、68.65%、77.09%,其空间分布上表现为西北部低而东南部高的规律.Co、Pb、Sr、Zn的来源以化石燃料燃烧源为主,平均贡献量分别为59.84%、42.22%、44.50%、44.44%,空间分布上表现出自城市中心向外逐渐增加的特征.Ba以自然源和化石燃料燃烧源为主,平均贡献量分别为41.67%和48.27%;自然源、交通源、化石燃料源对Cu的平均贡献量分别为37.00%、20.47%、26.50%.     

基于APCS-MLR和PMF模型的赤泥堆场周边耕地土壤重金属污染源解析

为探究重庆某赤泥堆场周边耕地土壤重金属污染特征和来源,分析土壤中8种重金属元素（Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、As、Cu和Zn）含量和空间分布特征,利用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤重金属污染特征进行评价,并在相关性分析的基础上采用APCS-MLR和PMF模型定量解析重金属来源.结果表明,除土壤Cr外,其他7种重金属元素含量均值均高于重庆市土壤背景值.土壤重金属整体处于中度污染水平,其中Cd、Hg和As为中度污染,Pb、Cu、Ni和Zn为轻度污染.土壤Cr、Ni、Pb、Cu和Zn空间分布格局相似,相互间呈极显著正相关（P < 0.01）;Cd、Hg和As空间分布特征有较大差异,且相互间相关性不显著（P > 0.05）.源解析表明,研究区土壤重金属来源较为复杂,APCS-MLR和PMF模型均能解析出4种相同的污染源,分别为赤泥堆场渗滤排放和自然来源、火力发电排放源、农业活动与自然来源和有色金属冶炼排放源.两种模型源解析结果差异较小,APCS-MLR模型中4种污染源贡献率分别为51.8%、18.0%、15.9%和14.3%,而在PMF模型中分别为45.9%、12.8%、21.5%和19.8%.     

基于正定矩阵因子分析模型的城郊农田重金属污染源解析

城郊农田是城市农副产品的重要生产基地,其土壤环境质量直接影响人群的健康状况.本研究采用200 m×200 m网格布点法采集DL市城郊农田表层土壤样品246个,分析土壤中重金属Cd、Hg、Zn、Pb、Cu、As、Ni、Cr和Mn的含量分布特征.运用正定矩阵因子分析法(PMF)对研究区9种重金属污染来源及其贡献率进行了解析.结果表明:工业污染源贡献率29.74%,农业与污灌复合污染源贡献率19.93%,自然母质源贡献率35.98%,大气沉降源贡献率14.35%.其中,Hg主要来源于大气沉降源,贡献率为67.23%;Pb、Cu和Zn主要来源于工业污染源,贡献率分别为67.58%、40.65%、35.51%;Ni、Cr和Mn主要来源于自然母质源,贡献率分别为68.82%、67.16%、72.32%;Cd、As主要来源于农业与污灌复合源的影响,其贡献率分别为71.30%、47.53%.由PMF模型解析结果可知,工农业生产等人为因素(64.02%)是造成城郊农田土壤重金属污染的主要来源.     

湖南省郴州市苏仙区重点污染企业影响区的土壤重金属污染源解析

为实现重点污染企业影响区内土壤重金属来源贡献程度的定量化分析,选取湖南省郴州市苏仙区表层（0~20 cm）土壤为研究对象,测定土壤中w（Cd）、w（Hg）、w（As）、w（Pb）、w（Cr）;使用正定矩阵因子分解模型（PMF）对5种重金属元素进行污染源解析,并结合地统计空间分析法识别各源的主要影响区域;基于地统计分析结果,运用莫兰指数表征重点污染企业与污染源的空间关系,以探讨不同行业排放的工业废弃物对土壤中5种重金属元素含量的影响.结果表明:研究区土壤中w（Cd）、w（Hg）、w（As）、w（Pb）、w（Cr）的平均值分别为1.474、0.291、65.165、217.974、66.697 mg/kg,除w（Cr）以外,其余4种重金属元素含量均高于湖南省土壤环境背景值,表明这4种重金属元素受人为活动的影响较大.研究区5种重金属元素受4类源影响,其中,自然源是Cr的主要来源,其贡献率为88.2%,主要影响区域分布在苏仙区北部;大气干湿沉降是Hg的主要来源,其贡献率为80.6%,主要影响区域分布在苏仙区中东部;采选业的工业废弃物是Cd和Pb的主要来源,其贡献率分别为63.2%和65.9%,主要影响区域分布在苏仙区中部;工业混合源是As的主要来源,其贡献率为75.1%,主要影响区域分布在苏仙区中部及中北部.研究显示,莫兰指数与PMF模型的结合运用,一方面可以辅助解析验证PMF模型的有效性,另一方面可以使解析结果更加具体,可为区域企业管理和土壤污染治理决策提供行之有效的支撑.      

四川铅锌冶炼工业区周边土壤重金属地球化学特征及源解析

本文对处于元素地球化学高背景值,地理位置特殊的铅锌冶炼区进行研究。选取四川省某铅锌冶炼区为研究对象,对土壤和大气降尘中的8种重金属含量进行分析。利用改进的BCR形态提取法进行形态提取,应用潜在生态危害指数法开展生态风险评价,利用相关性分析、主成分分析(PCA)和正定矩阵因子分析(PMF)对土壤重金属进行来源解析。结果表明,土壤中除Cr、Cu和Ni外,其余重金属平均含量均高于研究区土壤地球化学参比值;大气降尘中的重金属平均值是土壤平均值的几倍至几十倍。土壤与大气降尘重金属元素含量高值主要分布在铅锌冶炼厂周边,受工业活动影响大。As、Cu、Ni和Pb在土壤中以残渣态为主,稳定性好;Cd以酸可提取态为主,稳定性差。潜在生态危害指数法评价发现,研究区整体处于很强风险等级,Cd和Hg是主要贡献因子,分别达到了极强风险和很强风险等级。相关性分析、PCA和PMF源解析显示研究区土壤重金属受铅锌冶炼工业源、煤燃烧源、自然来源和其它来源的共同影响。     

乡镇级饮用水水源地周边土壤重金属来源解析

文章对北方城市乡镇级集中式饮用水水源地周边土壤中的污染物进行了研究,共采集343个表层土壤样品,分析了土壤理化指标pH、OM和CEC和8项重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni,采用相关性分析、主成分分析及PMF模型对重金属的主要污染来源进行解析。研究结果显示：（1）研究区中95.3%的土壤pH处于碱性范围,pH建设用地高于农用地,OM和CEC均为农用地高于建设用地。Cd和Hg的CV分别为71.4%和160%,属于强变异和异常强变异,其他6种重金属均属于中等强度变异。PLI反映所有金属元素的富集情况,均值0.92,建设用地的富集程度高于农用地。（2）相关性分析结果显示,OM和CEC与重金属的浓度呈正相关,但并不是重金属富集的主要影响因素;p H与Pb呈负相关性,与其他重金属没有相关性。Cd、Cu、Pb、Zn 4种重金属显著正相关,且相关系数较高,说明这些元素具有同源性,As与Cd、Hg与Cd、As和Cr均不相关。（3）主成分分析及PMF解析结果显示：人类活动输入对重金属的累积起到很大的作用,其中市政污水排放源贡献率为1.8%;自然源与交通源的混合源贡献率为56.9%;工业...     

丹江口水库新增淹没区农田土壤重金属源解析

丹江口水库是南水北调中线工程水源地,研究新增淹没区农田土壤重金属分布、富集特征并解析其来源,对水库的水质安全保障具有重要意义.通过测定新增淹没区169个农田土壤样品中8种重金属（Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As、Mn）含量,对土壤重金属污染状况进行了分析.结果表明：Cr的平均含量（45.11mg/kg）均低于库区土壤环境背景值,而Cd的平均含量（1.04mg/kg）均高于背景值;除Cu外,Cd、Cr、Ni、Pb、Zn和As在丹库的空间变异性较强,变异系数分别为0.58、0.72、0.58、0.74、0.35、1.12;Cd和As是丹江口水库新增淹没区的主要污染元素,其中Cd的富集系数高达10.3,中度以上污染区为86.6%,As中度及以上污染区为2.6%;新增淹没区农田土壤重金属来源主要为自然源（Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn）、农业源（As）、工业和生活源（Cd）,贡献率分别为44.7%、15.9%和15.4%.     

安徽铜陵典型矿区周边土壤重金属污染评价及来源解析

为探究铜陵典型矿区周边土壤重金属污染水平、 生态风险及污染来源,共采集研究区150个土壤样品,分析了As、 Cd、 Cr、 Cu、 Hg、 Mn、 Ni、 Pb、 Fe和Zn等10种元素含量特征;运用富集因子法、 地累积指数法、 单因子污染指数法、 内梅罗综合污染指数法和潜在生态风险指数法对研究区土壤重金属污染状况进行评价;利用相关性分析、 聚类分析和主成分分析探究土壤重金属来源. 结果表明,除Cr和Fe外,其余8种重金属含量平均值均高于研究区土壤背景值,其中Pb、 Zn、 As、 Cu和Cd变异程度大,受外界干扰显著;空间分布表明,Cr和Ni均呈由边缘向中心区域递减趋势,而其余8种重金属均呈由中心区域向四周递减趋势;研究区土壤中Cd和Cu的污染程度较为严重;生态风险整体处于中低生态风险水平,且Cd和Hg是主要贡献因子;As、 Cd、 Cu、 Fe、 Mn、 Pb和Zn主要来自农业、 工业和交通综合源,而Cr和Ni主要为自然源,Hg的来源相对较复杂. 研究结果可为金属矿区土壤重金属污染防治和治理修复提供科学依据.     

广东省土壤镉含量影响因子解析与评估

影响镉(Cd)含量的因子众多,包括自然影响因子和人为影响因子,而治理Cd污染首先应查明Cd污染来源及其影响因子,这对因地制宜制定Cd污染治理措施及指导相关产业布局具有重要意义.广东省地理状况复杂、经济发达,Cd含量分布区域间差异较大.因此,本文基于Cubist构建土壤Cd含量与相关影响因子关系模型,解析影响广东省土壤Cd含量的主要因子.结果表明:土壤pH值与土壤类型是影响广东省Cd含量最主要的因素,土壤Cd含量与土壤pH值呈正相关关系;赤红壤、砖红壤及紫色土中Cd含量相对较低,潮土、红壤、黄壤、水稻土及石灰土中Cd含量相对较高.Cd含量高值主要出现在第四纪、泥盆纪和石炭纪地质构造运动形成的土壤中.此外,植被指数、土壤粉粒、平均气温、高程、距道路及距河流距离也是影响广东省土壤Cd含量的主要因素.其中,土壤Cd含量与土壤粉粒、高程呈正相关关系,与植被指数、距道路距离、距河流距离呈负相关关系.本文研究结果可为土壤Cd污染治理提供科学的参考依据.     

黄河下游悬河段饮用水源地土壤重金属污染、来源及健康风险

选择黄河下游典型悬河段饮用水源地（黑池和柳池）土壤为研究对象,运用地累积指数与污染负荷指数分析7种（Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb和As）重金属污染特征,运用相关性分析和主成分分析等定性和绝对因子得分-多元线性回归（APCS-MLR）定量相结合的方法开展源解析,利用美国环保署（USEPA）推荐的健康风险评价模型分析土壤重金属对人体健康影响,并结合APCS-MLR模型分析污染源对健康风险的贡献率.结果表明,水源地周边土壤重金属ω（Cr）、ω（Ni）、ω（Cu）、ω（Zn）、ω（Cd）、ω（Pb）和ω（As）的均值依次为60.27、30.00、35.14、77.75、0.38、21.74和9.70 mg·kg^-1,除As外,元素Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb含量均高于黄河下游潮土区土壤元素背景值,而柳池周围土壤Cu和Zn含量明显高于黑池,其他重金属含量差别较小;地累积指数与单因子指数均显示黑池和柳池存在重金属轻度污染,Cd是主要的污染因子,污染负荷指数模型显示研究区无污染和轻度污染样点数分别占总样点数的5%和95%,表明研究区整体处于轻度污染水平;源解析表明Cr、Ni、Cu和As主要受成土母质影响;APCS-MLR模型解析结果表明,研究区土壤污染物主要来自自然源、交通源、农业源和未知源,其来源贡献率依次为42.95%、23.39%、16.95%和16.71%;健康风险评价模型结果显示,重金属对成人和儿童无非致癌风险,存在人体可耐受的致癌风险,儿童的非致癌风险和致癌风险均高于成人.As为主要非致癌因子,Ni为主要致癌因子.无论是成人或儿童,4种污染源的非致癌和致癌风险贡献率均为：自然源>未知源>交通源>农业源,其中自然源对非致癌和致癌风险贡献率最大.因此研究黄河下游悬河段水源地周边土壤污染特征、来源及对人体健康影响,对于水源地保护具有重要意义,同时为黄河沿线生态环境高质量发展提供理论支撑.     

基于地质统计及随机模拟技术的天津武清区土壤重金属源解析

为了解天津市武清区重金属污染状况及污染来源情况,在研究区共采集了578个表层土壤样品并分析了Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As(类金属)、Ni、Cr等8项重金属含量.综合应用描述性统计、主成分分析、地质统计学及随机森林回归技术对研究区表层土壤重金属含量时空变化特征及人为及自然源污染贡献性进行了探讨.结果表明,除Cr以外,研究区其余重金属平均含量均高于区域背景值,土壤As、Ni、Cr主要来自于自然源即土壤类型的差异性,Cu、Zn的变异性一是受土壤类型差异性的影响,二是受污灌的影响,Pb、Cd的变异主要受面源污染的影响,局部存在点源污染.Hg变异性主要受污灌的影响.实践证明多技术联合应用是土壤重金属来源解析的有效方法.     

湘南地区土壤重金属污染分布特征及特定源-生态风险评估

为探究湘南地区土壤重金属污染分布规律与生态风险综合情况,于湘南地区采集了362个表层土壤样品,通过多元统计分析、地理信息系统（GIS）和正定矩阵因子分解（PMF）模型耦合综合生态风险指数法研究了土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Zn、Ni、Mn、Tl和Sb含量的空间分布规律、污染来源及各污染源对生态风险的贡献率. 结果表明,研究区土壤重金属污染较为突出,其含量平均值均超过湖南省土壤元素背景值;尤其是Cd、Hg、Pb和Sb污染严重,且呈高度变异,其含量分别达湖南省土壤元素背景值的8.31、9.12、5.09和2.79倍. 土壤中重金属含量区域分布特征明显,主要聚集在郴州西部,且呈现从聚集区向周边区域扩散的趋势;重金属含量高值聚类区也主要分布在该区域,即黑色金属冶炼和延展加工类企业和有色金属采选业企业周边. 主成分分析（PCA）结合PMF模型结果显示,研究区土壤重金属污染源贡献率依次为黑色金属矿冶活动工业源（29.06%）、大气沉降源（22.05%）、有色金属采选源（20.65%）、其他工业和交通混合源（14.73%）和自然来源（13.50%）. 特定源-生态风险评价模型分析结果表明,黑色金属冶炼与延展加工等工业活动和大气迁移源为研究区土壤生态风险优先控制污染源,Cd和Hg为优先控制元素. 上述研究结果为湘南地区土壤重金属环境污染风险防控提供了重要的理论依据.     

基于UNMIX模型的北京城区公园土壤重金属源解析

城市公园是城市环境中重要的生态功能区和人们的主要公共娱乐休闲场所.为了分析北京城区公园的土壤环境质量,采集了北京城区121个公园土壤样本,分析了5种重金属（Cr、Cu、Pb、Zn、Cd）的含量水平,并采用UNMIX模型对上述重金属进行源解析.结果表明:①北京城区公园土壤中w（Cr）、w（Cu）、w（Pb）、w（Zn）、w（Cd）的平均值分别为63.57、35.49、36.43、145.68、0.49 mg/kg.除w（Cr）外,w（Cu）、w（Pb）、w（Zn）、w（Cd）的平均值均高于区域背景值.5种重金属含量均未超过GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的筛选值,说明北京城区公园土壤环境质量整体状况良好.②城市化时间和公园存续时间是影响重金属累积的重要因素.城市中心区重金属积累是历史和高负荷交通共同影响的结果.③源解析分析显示,北京城区公园土壤重金属存在三大污染源,其中,源1对w（Cr）的贡献占主导作用,为土壤母质和特殊工业源,贡献率为21.38%;源2对w（Cd）的贡献高于其他重金属,为工农业混合源,贡献率为35.43%;源3对w（Cu）、w（Zn）、w（Pb）的贡献较高,为交通源,贡献率为43.19%.研究显示,历史上的工农业活动是北京城市公园土壤重金属的重要来源.      

广东省臭氧污染特征及其来源解析研究

使用广东省近年大范围长期连续臭氧观测数据分析了珠三角与广东省的臭氧污染特征,并使用NAQPMS模型研究了广东省与典型城市不同季节的臭氧来源情况.结果表明:2014—2016年广东省的臭氧污染局部在改善.珠三角的臭氧浓度水平总体高于粤东西北地区,广东省臭氧总体上呈现出珠三角中南部和粤东东部部分地区较高、粤西污染相对较轻的分布态势.广东省的臭氧夏秋季浓度较高,冬春季浓度较低.广东省臭氧主要来源于本地排放,夏季占比为57%,其余季节约占40%,臭氧的跨省输送特征明显.珠三角西南部春夏季臭氧本地贡献约为50%,但秋冬季仅占19%~28%.若要减轻广东的臭氧污染,建议实施臭氧消峰行动,即在夏秋季节严控珠三角地区的臭氧前体物排放,特别是珠三角中部广州、佛山与东莞等城市的排放要重点控制.同时,强化粤东西北地区与周边省份的协同减排.     

工业发达城市土壤重金属时空变异与源解析

采集了宁波市区2003和2013年两期共1 130个土壤样品,测定了8种典型重金属元素的含量,运用污染指数评价法对土壤重金属污染程度进行了评价,运用地统计学方法剖析了污染的时空变异特征,并分别运用主成分分析和UNMIX受体模型解析了重金属的污染来源.结果表明:(1)除了As,两期重金属元素的含量均值都超过了浙江省土壤背景值和国家土壤背景值,说明土壤普遍存在重金属污染;从2003～2013年,所有元素的含量均值都不同程度地增大,说明10年间重金属污染普遍加剧;(2)单因子污染指数的评价结果表明,Hg为重度污染,Cd、Cu、Pb为中度污染,Zn、Cr、Ni为轻度污染,As为非污染状态;所有采样点的内梅罗综合污染指数都超过了警戒值,10年间综合污染指数 3、呈重度污染的样本显著增加.(3)同种元素不同时期的污染空间格局相近,不同元素则呈现一定差异,Pb和Hg,Cr、As、Cu、Zn和Ni的空间分布特征具有相似性,高值区主要集中在污染企业分布密集和人类活动频繁的海曙、江北、江东、镇海四区;(4)研究区重金属污染源主要包括两类,即以Ni、As、Cr、Zn、Cd为主要成分的工业污染源,以Pb和Hg为主要成分的生活污染源,前者源自工业废水、废气和废渣的排放;后者源自于生活垃圾、汽车尾气及道路磨损造成的颗粒物和粉尘污染.     

拒马河流域河流沉积物与土壤重金属含量及风险评价

拒马河流域河流沉积物与土壤存在污染下游北京市和雄安新区生态环境的风险,为此,沿源头至张坊出山口采集河流沉积物与土壤样品,将样品进一步分为干流底泥（29件）、河岸土壤（27件）和农田土壤（26件）这3种类型,采用富集因子法和潜在生态风险指数法开展了重金属富集特征与生态风险评价研究.结果表明,研究区河流沉积物与土壤Cd、Hg、Pb、Zn和Cu含量均值高于白洋淀底泥与河北省表层土壤含量均值,As、Cr和Ni含量则偏低.各重金属污染程度由高到低为：Cd> Hg>Pb> Zn> Cu> Cr> Ni> As,生态风险综合指数显示农田土壤和河岸土壤以轻微风险为主,其次为中度;干流底泥潜在生态风险则以中度、重度和严重为主,分别占比为35.5%、24.1%和24.1%,主要贡献因子为Cd和Hg.多元统计分析结果表明Cd、Pb、Zn和Cu主要污染源为工矿活动;Cr、Ni和As则主要由成土母岩风化控制,As还受农业活动等的影响;Hg则由工矿活动、母岩风化和大气降尘等复合污染源控制.总体上,研究区土壤重金属风险整体处于轻微等级,但台峪-司各庄-蓬头河段干流底泥中存在Cd等重金属明显富集的现象,环境监测、河道清淤与治理应以该河段为重点.