PCA-APCS-MLR和地统计学的典型农田土壤重金属来源解析

人类活动往往会增加表层土壤重金属含量,进而影响了区域土壤重金属的精确定量与评估.为系统研究浙江省西部石煤矿山周边典型农田土壤重金属污染源的空间分布特征及其贡献率,采集并分析了耕地表层土壤样品和农产品中Cd、 Hg、 As、 Cu、 Zn和Ni等重金属,重点探讨各元素地球化学特征并对农产品进行生态风险评价.采用相关性分析、主成分分析(PCA)和绝对主成分得分-多元线性回归受体模型(APCS-MLR),解析了该地区土壤中重金属污染的来源和源贡献率,并采用地统计学分析法对土壤中Cd、 As的空间分布特点进行了分析.结果表明,研究区内6种土壤重金属(Cd、 Hg、 As、 Cu、 Zn和Ni)含量都超过风险筛选值,其中Cd和As含量超过风险管制值,其超标率分别为36.11%和0.69%,而农产品中Cd也存在严重超标.通过分析认为研究区土壤重金属污染源主要有2个：源1(Cd、 Cu、 Zn和Ni)为矿业活动源和自然源,对Cd、 Cu、 Zn和Ni的贡献率分别为78.53%、 84.41%、 87%和89.13%;源2(Hg和As)以工业源为主,对Hg和As的贡献率分别为83.22%和82.41%...     

典型行业再利用土壤重金属含量分布、来源解析及生态风险评价

为深入探究典型行业再利用土壤重金属污染特征及生态风险状况,基于上海市嘉定区49个地块315个不同深度剖面土壤样品数据,采用地累积指数和潜在生态风险指数评估Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Hg和As这7种重金属含量特征和潜在生态风险程度,并利用源解析受体模型（APCS-MLR）和正定矩阵因子分解模型（PMF）解析其污染来源.结果表明：①研究区土壤中除As外,其余重金属均不同程度超过上海市土壤背景值,表层土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Ni和Hg含量分别是背景值的3.54、2.34、2.91、1.20、3.75和4.40倍;7种重金属含量随着土壤垂直剖面深度的增加逐渐降低,重金属在表层土壤中存在一定程度的富集,人类活动影响了重金属在土壤中的分布规律.②研究区内APCS-MLR和PMF两种受体模型均识别出土壤重金属4种主要来源,源1（Cu、Zn和Pb）为金属制品和汽车制造混合源,源2（Ni和Cd）为电镀企业来源,源3（Hg）主要为化工企业来源,源4（As）为自然源,两种受体模型结合运用,进一步提高源解析的精准度和可信度.③地累积指数由大到小表现为：Hg（1.54）>Ni（1.32）>Cd（1.21）>Cu（0.96）>Pb（0.64）>Zn（-0.33）>As（-1.02）;潜在生态风险指数结果显示,研究区综合潜在生态风险指数RI值在32.50~4 910.97,均值为321.40,整体呈现较强潜在生态风险,再开发利用工业场地土壤中重金属Hg、Ni和Cd的污染值得进一步关注.     

南沙河表层沉积物重金属污染评价及来源解析

测定了南沙河表层沉积物中重金属含量,采用地累积指数法对沉积物中重金属污染程度进行评价,沉积物的重金属地累积指数分级为0～4级,属于无污染至偏重度污染水平,各重金属的污染程度为:Zn＞As＞Se＞Cu＞Pb＞Sb＞Ni＞Cr＞Co＞V＞Tl.运用主成分分析法对沉积物中重金属污染来源进行解析,结果表明,南沙河底泥中不同重金...     

北京城区交通边缘带土壤重金属污染研究

以北京市城区五环内为研究区域,共采集34个土壤样品,采样点皆位于市区主道路两侧,测定了Cd、Cu、Zn、Pb、V、Mn、Ti、Al和Fe 9种金属元素含量,由地积累指数污染评价分析表明北京城区主道路土壤环境总体处于轻度污染。土样中Cd、Cu、Zn、Pb、V和Mn含量均值为1.28、26.45、79.7、32.86、79.11、531.4 mg/kg,Ti、Al和Fe均值为3.76、56.59和21.78μg/kg。其中Cd污染最为严重,超过背景值10.67倍,重金属的污染程度由强至弱依次为Cd>Cu>Pb>Zn>V>Mn。通过GIS空间插值和缓冲区分析表明,二环、三环和四环的外侧影响范围分别为0.3、0.36、0.32 km,其中三环和四环主道路相比于二环更能影响重金属浓度的分布。     

典型土地利用方式下土壤重金属污染物分布特征与源解析——以成都平原干溪河流域为例

基于成都平原干溪河流域不同土地利用分区。通过Pearson相关系数分析、内梅罗指数、主成分和聚类分析,探究土壤重金属含量、空间分布、来源及环境风险。结果表明:1)流域表层土壤重金属Pb、Cd、As、Cu、Zn、Ni、Fe均超过土壤背景值,农耕区Cd含量为GB 15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准(0.3 mg/kg)1.4倍;农耕区土壤Pb含量(62.56 mg/kg)显著高于工业区(32.25 mg/kg);2)农耕区环境风险相对较高,呈总体轻污染、局部中污染状况;3)全区主成分可分为4种:Fe、Mn、Ti等来源于自然母质,其贡献率为34.9%～37%,其他污染源依次为工业、交通及铅蓄电池迹地或历史手工作坊;4)聚类后,按样点数量划分为32、38、11和2四类,分别受工业及交通、农业面源、交通和背景环境影响。     

粤北典型工矿区土壤重金属富集特征、来源解析及风险评价

为了解粤北典型工矿区土壤重金属污染状况,以研究区的表层土壤(0～20 cm)为研究对象,在测定209个样点土壤重金属(As、 Cd、 Cr、 Cu、 Hg、 Ni、 Pb和Zn)含量的基础上,运用GIS和主成分分析法解析8种土壤重金属来源和空间分布特征,并采用地累积指数法和潜在生态危害指数法系统评估其污染状况和生态风险.结果表明：(1)除Ni以外,其余7种元素均超过全国土壤背景值,但低于污染风险筛选值,土壤环境整体较为清洁.(2)土壤重金属空间分布各异,As和Pb含量呈现西北-东南向条带状分布,Cd、 Cu、 Hg和Zn含量在研究区总体上呈中部向四周同心圆状递减分布,与工矿企业位置基本吻合,而Cr和Ni含量的空间分布与工业企业等污染源的位置没有直接关系.(3)8种元素可辨识为3个主成分,PC1(Cd、 Cu、 Pb和Zn)主要受铅锌矿选冶、交通排放和农业生产等人类活动影响;PC2(Cr和Ni)属自然来源,主要受成土母质影响;PC3(As和Hg)主要受有色金属冶炼和火力发电等工业活动影响.(4)通过地累积指数法发现,8种重金属风险程度依次为：Cd>As>Zn>Hg>...     

安徽典型硫铁矿集中开采区土壤重金属污染特征及来源解析

为查明安徽某典型硫铁矿集中开采区周边土壤重金属元素污染特征及污染来源,采集了研究区42个表层土壤样品和2个垂向剖面的16个土壤样品测定其pH值及Zn、Cu、Cd、Pb、Cr、Ni、Hg和As重金属元素含量,运用ArcGIS反距离权重插值法、内梅罗综合指数法、主成分分析法和绝对因子得分-多元线性回归（APCS-MLR）受体模型等方法进行了重金属元素分布特征分析、污染评价和来源解析.结果表明,土壤中8种重金属元素的含量平均值是铜陵地区背景值的1.03~13.14倍,Zn、Cu、Cd、Pb、Hg和As这6种重金属元素局部富集明显,在空间分布上与采矿活动位置基本一致.单因子污染指数评价显示,Zn、Cu、Cd、Pb和As这5种元素存在不同程度的污染风险,Cd和Cu元素污染程度最为严重,中度污染以上占比分别为47.62%和42.86%;内梅罗综合污染指数评价显示,研究区土壤样点中度污染以上占比为61.90%;地累积指数评价显示,研究区Zn、Cu、Cd、Pb、Hg和As这6种重金属元素污染程度主要为轻污染~强污染.在土壤剖面垂向变化上,重金属元素易在土壤表层富集,向深部迁移较缓慢,高含量主要在1 m以上位置.源解析表明,Zn、Pb和As的来源中地质高背景和采矿活动贡献率分别为37.82%、43.49%和46.63%,成土母质风化的自然来源贡献率分别为34.02%、40.88%和38.52%;Cr和Ni来源主要为成土母质风化的自然来源,贡献率分别为91.95%和73.68%;Cu的来源中地质高背景和采矿活动贡献率为41.91%,大气沉降和农业综合源贡献率为41.30%;Hg的来源较多,成土母质风化的自然来源贡献率为35.60%,地质高背景和采矿活动贡献率为29.87%,未知来源贡献率为34.05%;Cd的主要来源为大气沉降和农业综合源,贡献率为81.81%.     

县域城市土壤重金属空间分布特征及来源解析

近几十年来重金属污染一直是土壤生态领域备受关注的热点问题.临清市以"中国棉纺织名城"、"中国轴承之乡"等称号著称全国,并且拥有较为完备的集群式、园区化工业体系.但目前关于临清市土壤重金属污染的空间分布特征、溯源和生态危害的相关研究还较少.因此,本研究对临清市研究区域内251个点位表层土壤的As、Cd、Cr、Cu、Zn、...     

城市表层土壤重金属污染分析

本文通过对某城市土壤地质环境数据分析,对不同功能区进行污染程度的评估和划分,并用统计插值、主成分分析和聚类分析等方法分析出重金属污染的主要原因,并确定污染源。做出各个重金属浓度的等值线图,并用污染负荷指数法,将各区域进行比较,得出重金属对各区的影响程度,即:工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山区。运用主成分系数矩阵,找到污染程度严重的重金属,进而得出污染程度最高点的坐标值和其所属功能区。分析得出污染主要来自工业区和交通区,且Hg和Cd的污染最为显著。再由重金属从高浓度向低浓度扩散的特点,确定了污染源的位置。     

巢湖沉积物重金属污染生态风险评价及来源解析

为掌握巢湖沉积物中重金属污染现状并定量解析其来源,采用定点采样的方法获得了巢湖沉积物2015～2017年Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd、As、Hg等重金属数据,使用反距离加权插值法和风险评价编码法研究了上述重金属的空间分布特征及潜在生态风险,并应用PMF模型解析了其重金属来源,结果表明:巢湖沉积物中As三年含量均值超过了GB15618中规定的碱性水田土壤风险筛选值,而Zn生物可利用形态占比高,生态潜在风险大;巢湖沉积物中各类金属的空间分布与周边交通线位置相契合,主要表现出东西高中部低的状态,巢湖沉积物中总重金属主要来自交通源(43%)、自然源(27%)、农业源(18%)、工业源(12%),交通源贡献最大、自然源占比高于农业源和工业源,表明当前巢湖正处于城市化初始阶段,其重金属污染水平较低。但随着城市化规模的扩大及程度的加深,巢湖沉积物中重金属污染存在逐年加剧的风险。     

东洞庭湖沉积物中重金属的分布特征、污染评价与来源辨析

基于2008年1月对东洞庭湖6个具代表性监测断面的采样分析,通过地累积指数模型、多变量分析理论和主成分分析法,研究了东洞庭湖沉积物中重金属的污染富集分布特征及其主要来源. 结果表明,沉积物中重金属元素Cd和Hg在各采样断面的污染富集程度均较高,尤其是在樟树港、洞庭湖出口2个采样断面的污染富集程度达到重度污染水平. 相关分析表明,w(Pb),w(Hg),w(Cd)和w(Zn)之间呈显著正相关,w(Cr)与w(As)之间也呈显著正相关,其他重金属之间无显著的相关性. 通过主成分分析研究了重金属的来源,发现2个主成分的贡献率分别为52.267%和33.380%. 结合洞庭湖水系自身特点及周边点源、非点源污染情况,将东洞庭湖沉积物中的重金属划分为2类:Pb,Hg,Cd和Zn作为第一主成分,主要受人类活动中的工矿业采冶支配;第二主成分为Cr与As,与人类活动中的生活污水排放和农业生产有密切关系.      

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.     

江苏如东滩涂贝类养殖区表层沉积物中重金属来源分析及其潜在生物毒性

通过2010年对江苏如东滩涂贝类养殖区表层沉积物中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As含量的调查分析,应用地质累积指数(index of geo-accumulation,Igeo)对各重金元素的污染状况进行了评价,结果表明重金属污染可分为3类:Cu、Cd、Hg为无污染;Pb、As为中～无污染;Zn为中度污染,重金属污染程度顺序为Zn>As>Pb>Cd>Cu>Hg.根据沉积物质量基准(sediment quality guideline,SQG),表层沉积物中Cd、As的含量在各采样站位分别表现为无潜在生物毒性效应,偶尔有潜在生物毒性效应,Cu、Pb、Zn、Hg的含量则在部分采样站位偶尔有潜在生物毒性效应,其中仅有Zn在部分采样站位有频繁发生的潜在生物毒性效应.毒性单位评价(toxic unit,TU)结果表明,仅有1个采样站位具有明显的急性毒性,其余站位无急性生物毒性效应.主成分分析(principal component analysis,PCA)的结果表明,前2个主成分的贡献率分别为37.56%、33.71%,揭示了重金属污染主要有2个来源:工业点源排污和交通航运污染源.     

闽北某新建水库周边土壤重金属生态与健康风险评价

为探究闽北某新建水库周边土壤重金属污染程度及存在的生态与健康风险,在该区域采集了10个具有代表性的土壤样品,用原子荧光、AAS和ICP-MS测定土壤中25种重金属含量,结果表明:除了Ni、Cr、Hg、Li、Sc、V、Co和Fe外,其余重金属不同程度超出福建省土壤背景平均值,其中Cd和Pb分别达到背景值的26.42倍和8.42倍;地累积指数法和潜在生态风险指数法的评价结果表明:Cd为偏重污染,表现出很高潜在生态风险,Pb为中度污染,表现出中等潜在生态风险,其余重金属无污染,5#百步溪A和7#百步溪B处于中等潜在生态风险,10#外屯村处于较高潜在生态风险,其余点位均为很高潜在生态风险;手-口途径摄入是土壤重金属引起非致癌风险的主要途径,总非致癌风险顺序为PbZnCrCuAsNiCdHg,其中手-口途径对儿童Pb的暴露风险值HQa为1.071,易对儿童健康造成危害,其余重金属风险值均小于1,不会对人体健康造成危害,Ni、Cr、As、Cd通过呼吸途径不具有致癌风险。     

广西百色不同功能区土壤重金属污染与来源

以百色城区及周边县城土壤为研究对象,测定不同功能区(清洁区、矿区、工业区和城市中心区)土壤Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、As和Hg含量,采用地质累积指数法评价重金属污染水平。结果表明,百色地区土壤重金属含量差异很大,除Cu以外,工矿区土壤重金属污染达到中度污染水平以上,其中Cd达到强污染水平;清洁区和城市中心区土壤大部分重金属元素则处于无污染水平。采用主因子分析法分析了矿区和工业区土壤重金属可能的污染源,结果显示工矿区土壤重金属可能有三个来源:工业源的Co、Ni、Pb、As、Hg,混合源的Cd、Cr、As、Zn,自然源的Cu、Zn。     

贵阳市城区路侧土壤重金属分布特征及污染评价

研究了贵阳市城区各交通干线两侧表层土壤中重金属的质量分数、空间分布特征及其影响因素.以基线作为参比值,采用地积累指数法对其污染程度进行评价.结果表明:各交通干道两侧土壤中重金属质量分数存在显著差异,除Pb和Cr外,其余重金属质量分数均高于中国表层土壤重金属元素背景值和贵阳市表层土壤重金属元素基线值. 整体上,贵阳市路侧土壤尚未受到Pb和Cr的污染,其w(Hg),w(Cd)和w(Zn)已达中度污染甚至强污染水平,同时各路段也受到了不同程度的As,Cu和Ni污染,但并不严重. 据调查,路侧土壤中重金属质量分数及其分布格局主要受到燃煤、交通运输、地形及路况、气象因素以及城市建设等的影响.      

巢湖水体可溶态重金属时空分布及污染评价

为了解巢湖水体中可溶态重金属时空分布特征及污染水平,在不同季节对巢湖水体进行了网格化样品采集,采用电感耦合等离子体发射光谱ICP-OES(ICAP6000 series)测试了水样中可溶态重金属As、Hg、Cd、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni和Co的质量浓度,研究了可溶态重金属的时空分布特征,并采用单因子污染指数法和综合污染指数法对巢湖水体环境质量进行了评价.结果表明,巢湖可溶态As、Cd、Pb和Cr符合《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅰ类水质标准,Cu和Zn为Ⅰ~Ⅱ类,Hg为Ⅰ~Ⅲ类,Ni和Co质量浓度远低于标准限值;不同元素质量浓度存在明显的时空差异,Cu、Zn和Ni在夏季最高,Pb和Cr在秋季最高,Co在春季最高;西部湖区尤其是西北部湖区元素平均质量浓度在秋季、冬季和夏季高于中部和东部湖区;元素Cu、Pb、Zn、Cr和Ni之间呈显著的正相关,可能具有一定的同源性;元素Cu、Pb、Zn、Cr、Ni和Co单因子污染指数和综合污染指数均远小于1,为清洁和无污染水平;全年西湖区综合污染指数最高,各湖区元素综合污染指数丰水期平水期枯水期.     

云南阳宗海湖底沉积物重金属分布与来源

测定了阳宗海表层沉积物重金属Pb、Cu、Cr、Mn、Zn、As的含量,平均值依次为40.3mg/kg、97.6mg/kg、145.8mg/kg、617.9mg/kg、149.2mg/kg、31.4mg/kg。利用地积累指数法对重金属的污染程度进行评价。结果表明,沉积物中Cu的累积最严重,As、Zn、Cr也发生明显的累积。Mn的累积程度略低,为轻度至中度污染水平。Pb含量接近背景值,显示轻微污染。重金属污染程度顺序为CuAsCrZnMnPb。分析认为,工、矿、旅游业排污等人类活动因素与岩石风化等地球化学过程是沉积物中重金属的两个主要来源,同时也是沉积物中重金属的水平分布产生两种不同特征的主要原因。     

基于APCS-MLR和PMF模型的燃煤电厂周边土壤潜在有毒元素(PTEs)污染特征与来源解析

为探究燃煤电厂周边土壤潜在有毒元素（PTEs）的污染特征及来源,以靖远电厂周边土壤为研究对象,分别采集了36个城市土壤样品和27个农田土壤样品,测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量.采用地累积指数法、单因子污染指数法和改进的内梅罗污染指数法对土壤PTEs污染特征进行评估,并利用相关性分析、绝对因子得分-多元线性回归（APCS-MLR）和正定矩阵因子分解（PMF）法定量解析PTEs污染来源.结果表明,除农田土壤As之外,靖远电厂周边土壤其余元素含量均值都高于甘肃省土壤背景值,其中Cd、Cr、Ni和Pb相对较为富集,Hg空间分异较大,受人类活动干扰显著.地累积指数法和单因子污染指数法结果显示,周边土壤污染以Cd、Cr、Ni和Pb为主,Hg的污染范围较广.改进的内梅罗污染指数显示,周边土壤为偏中度-偏重度污染,且城市土壤的综合污染程度高于农田土壤.源解析表明,城市土壤PTEs源自于交通燃煤混合源、交通工矿混合源和工业降尘源,APCS-MLR模型的贡献率分别为35.2%、25.1%和23.4%,PMF模型的贡献率分别为40.2%、12.4%和47.7%;农田土壤PTEs源自于工矿农业交通混合源和交通燃煤混合源,APCS-MLR模型的贡献率分别为40.3%和35.9%,PMF模型的贡献率分别为36.2%和18.0%.此外,PMF模型还识别了贡献率为48.5%的燃煤农业混合源.