基于多源环境变量和随机森林的农用地土壤重金属源解析——以襄阳市襄州区为例

为了研究襄阳市农用地土壤重金属空间分布特征和来源，选择襄州区为研究区，采集了326个样点的表层土壤（0~5 cm），测定其中镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铅（Pb）和铬（Cr）5种重金属元素质量分数（单位为mg·kg^-1），并进行反距离权重插值（IDW）分析得到土壤重金属空间分布，同时综合应用多元统计分析与随机森林回归模型探究土壤重金属的来源，研究表明综合应用多种技术是研究土壤重金属来源较为科学和准确的方法.结果表明：①襄州区整体环境质量较为安全，Hg、Cd和Cr的平均值质量分数低于湖北省土壤背景值；As的平均值质量分数略高于背景值；Pb的平均值超过了背景值，最大值为47.1 mg·kg^-1，是背景值的1.76倍，表明Pb已经出现了富集现象.②本研究中交通运输是Pb、As和Cr的共同人为源，农家肥是Cd、Pb和Cr的共同人为源.③在自然源中：土壤母质是影响Cd和Pb积累的重要因子，黏土矿物是影响Hg、Pb、As和Cr积累的重要因子，植被覆盖率是影响Hg、Pb和Cr积累的重要因子.     

基于地理探测器的镇域尺度土壤重金属含量空间分异及其影响因素分析

为揭示镇域尺度规模土壤重金属含量的空间分异及其影响因素,以成都平原腹心地带某镇为研究区域,采集788份表层土壤样品,利用地累积指数法对土壤Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni的污染进行评价,基于地理探测器,以土壤性质、地形和距离等15种因子为自变量,各重金属含量为因变量,探析土壤重金属含量的空间分异及其影响因素.结果表明,研究区土壤Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn含量平均值是成都市土壤背景值的1.06~1.93倍,Cd含量低于背景值;除Hg呈现轻度污染外,其余7种重金属处于清洁状态.8种重金属空间分布存在显著差异,且各重金属间存在显著相关性,并与土壤性质存在显著相关性.因子探测发现,总磷（TP）、总钾（TK）、pH、总有机碳（TOC）、高程和距铁路距离对8种重金属含量的解释力最显著.交互作用探测发现,土壤性质与其他因子交互作用是重金属空间分异的最主要影响因素,高程、距住宅区距离、距铁路距离和距工业用地距离也是重要影响因子.风险探测发现,Hg在高程和距铁路距离的子区域的差异最显著,其余7种重金属在土壤性质影响因子子区域的差异最显著.镇域尺度规模土壤重金属的空间分布差异显著,这与研究区的土壤性质、地形和人类活动密切相关.     

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%.     

克拉玛依市地表灰尘重金属空间分布特征与来源解析

从新疆典型石油城市-克拉玛依市采集52个地表灰尘样品,分析其中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Hg等6种重金属元素的含量,采用污染负荷指数法（PLI）评价地表灰尘中重金属元素污染水平,基于GIS技术与地统学理论,分析重金属元素含量空间分布格局,利用多元统计分析法,讨论地表灰尘中重金属元素的主要来源。结果表明：克拉玛依市地表灰尘中As、Cd、Cu、Pb和Hg等元素平均含量分别为新疆土壤背景值的1.61、1.75、1.50、1.23和2.94倍。地表灰尘中Hg呈现中度污染,As、Cu、Cr和Pb呈现轻度污染,Cd呈现轻微污染。从空间分布结果来看,克拉玛依市地表灰尘重金属元素含量及污染高值区主要分布于研究区西北部。从污染来源来看,研究区地表灰尘中Hg、As、Pb和Cd等元素主要受到人为污染源的影响,Cu与Cr主要受到土壤地球化学特征的控制。     

石家庄市大气降尘重金属元素来源分析

在石家庄市采集了51件大气降尘样品,对其重金属来源进行了解析。主要针对样品所含有的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8种重金属元素,进行相关性、富集因子及主成分分析。通过分析表明Pb与Cr、As、Hg、Ni相关性明显,Cr元素主要来源于土壤颗粒,As、Zn、Pb、Ni、Cu元素可能叠加工业污染,Hg、Cd污染严重,Pb元素主要受到燃煤和交通污染。重金属元素的空间分布表明市区含量低,二环外含量高,受交通和废气污染较重。     

普定县耕地土壤重金属含量状况及风险管控分类评价

本文依托2017年普定县土壤地球化学调查项目,对普定县耕地土壤重金属元素Cd、Hg、As、Pb、Cr含量状况进行分析评价,同时对全县土壤重金属综合污染指数进行分级.结果表明普定县耕地土壤重金属元素中Cd元素含量均值高于农用地土壤污染风险筛选值,As元素含量均值略微高于农用地土壤污染风险筛选值,其余Hg、Pb、Cr元素含...     

城市土壤重金属空间分布、污染与来源

通过文献统计计量学方法,对国内外文献中(1966-2015年)城市土壤重金属含量的相关数据进行了检索、整理和统计,收集并筛选了全球60个代表性城市10 434个土壤样品中Cu、Ni、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As 8种重金属的含量数据,利用Arc Gis分析研究了城市土壤重金属含量分布的空间特征。以美国土壤背景值为标准,采用单因子污染指数法评价了城市土壤重金属污染状况。研究表明全球城市土壤中Cu、Ni、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As含量分布空间差异较大,城市土壤中Cu、Pb、Cd和Zn重金属污染比较严重,而Ni、Cr、Hg、As元素污染相对较轻。通过物源来源探析表明人类活动特别是工业生产对城市土壤重金属点源污染贡献尤为突出,特别是Pb和Cu元素的污染。而且这2种元素的污染在我国中西部地区也比较突出,应该引起足够重视。总体来看,城市土壤Hg、As和Cd元素主要与煤燃烧和燃煤有关的排放等活动密切相关;而其它元素Cr、Ni、Cu、Pb和Zn来源不仅仅与燃煤排放有关,更重要的是与从事重金属加工等工业生产排放密切相关。     

广东省土壤重金属溯源及污染源解析

近年来土壤重金属污染问题日益加剧,而土壤重金属溯源解析对土壤重金属污染防治具有重要的指导意义.本文采集并测试了广东省土壤表层(0~20 cm)1000个样本中的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属元素的含量,选取了可能影响这些重金属元素在土壤中含量的106个因子,将其分为自然和人为两大类,基于回归模型树方法,通过R语言及Cubist模型定量计算这些影响因子对8种重金属元素在土壤中含量的贡献率,筛选不同元素的主要影响因子,进行溯源及污染源解析.结果表明:广东省土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn来源受自然因素作用大于人为因素,土壤中Hg则相反,其主要来源于工业生产,部分来源于农业生产.土壤中Cd和Hg元素的人为源具有同源性.广东省土壤重金属人为源贡献率由大到小分别为土壤As为工业农业交通人口其他;Cd为工业农业交通其他;Cr为农业工业交通、人口其他;Cu为工业农业交通其他;Hg为工业农业交通、矿区人口建筑;Ni为工业农业交通其他;Pb为工业农业其他;Zn为工业农业人口其他.本研究结果有利于指导相关产业减少污染排放,降低土壤环境质量受到的污染风险.     

吐鲁番盆地葡萄园土壤重金属环境容量评价与预测

土壤与农产品重金属污染风险评价是当前国内外研究的热点领域。从新疆吐鲁番盆地葡萄园采集101个代表性土壤样品，测定其中As、Cd、Cr、Ni、Pb和Hg等6中元素的含量。采用综合环境容量指数法（PI），分析葡萄园土壤重金属环境容量特征及其空间分布规律，估算静态和动态环境容量，并预测其近百年变化趋势。结果表明：（1）吐鲁番盆地葡萄园土壤中As、Cd、Cr、Ni、Pb与Hg含量平均值均未超出《农用地土壤污染风险管控标准（GB15618-2018）》中的土壤风险筛选值；（2）葡萄园土壤各重金属元素单项环境容量指数平均值由大到小依次为：Ni > Pb=Hg > As > Cr > Cd其中，Ni元素的环境容量指数处于高容量状态As、Cd、Cr、Pb与Hg等5种元素环境容量指数均处于中容量状态。研究区98.02%的葡萄园土壤处于中容量区，研究区中部葡萄园土壤重金属元素的PI值较高，研究区东部和西部葡萄园土壤重金属元素的PI值较低；（3）静态年容量和动态年容量排序相同大小依次为：Cr > Ni > Pb > As > Hg > Cd。20~40 年之内的静态和动态年容量变化速度大于其他年限的变化速度，各年限动态年容量均大于静态年容量。     

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%.     

广州市郊区农业土壤重金属含量特征

调查了广州市郊区(海珠区、天河区、黄埔区、芳村区、白云区)农业土壤重金属的含量,分析测定了Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg 8种重金属元素的全量和有效态含量.结果表明,广州郊区土壤中Hg和Cd的污染程度较大,Pb和Zn次之;Cd元素的有效性系数最高,Hg元素的有效性系数最低;广州5郊区中白云区土壤重金属元素的全量和有效态含量最低;8种重金属元素的有效态均与其全量呈正相关;污水灌溉、固体废物和农药的影响是广州市郊土壤重金属含量较高的主要原因.     

再开发利用工业场地土壤重金属含量分布及生态风险

选取上海市普陀、宝山、闵行和嘉定这4个区内50块典型场地,测定1847个不同垂直剖面深度土壤样品中重金属Hg、Cd、Pb、Cr和As含量,并通过内梅罗综合指数法和潜在生态风险指数法进行评价.从总体上看,Hg、Cd、Pb、Cr和As在表层土壤样品中的平均含量分别为0.33、0.37、74.55、69.23和9.05 mg ·kg^-1,其中Hg、Cd和Pb均超过上海市土壤背景值,分别是背景值的2.75、2.85和2.93倍;5种重金属含量随着土壤垂直剖面深度的增加逐渐降低,深层和饱和带土壤重金属含量接近或低于背景值水平,这表明人类活动扰动影响主要局限于表层.普陀区表层土壤中Hg、Cd和Pb的累积程度最为明显,平均含量是背景值的4.25、4.85和3.09倍;宝山区的Hg和Pb平均含量则为背景值的4.92和6.43倍.宝山区和普陀区的内梅罗综合指数分别为3.70和3.20,属重污染等级;普陀区潜在生态风险指数最高为398.59,具有很强风险,宝山潜在生态风险指数为303.08,具较强风险.闵行和嘉定土壤重金属含量和生态风险水平相对较低.综上,再开发利用工业场地土壤重金属污染受企业生产年限、行业类型及历史管理水平等因素的综合影响,工业发展较早的普陀和宝山土壤重金属累积程度明显高于闵行和嘉定.工业场地土壤中重金属Hg、Cd和Pb的污染值得关注.     

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.      

基于APCS-MLR受体模型和地统计法的矿区周边农用地土壤重金属来源解析

为探明矿区周边土壤重金属来源,为地区土壤污染防治提供有效建议,在重庆市黔江区五里乡北部采集表层土壤(0～20 cm)样品118件,分析了土壤中重金属(Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn和Ni)含量及土壤pH,利用地统计法和APCS-MLR受体模型对土壤重金属空间分布和来源进行了研究.结果表明,土壤重金属含量明显高于重庆市背景值,存在明显的表层累积.Hg、 Pb、 Cd、 As和Zn均表现为极强变异.土壤Cd、 Hg、 Pb、 As和Zn超过风险筛选值的比例分别为47.11%、 6.61%、 4.96%、 5.79%和7.44%,土壤Cd、 Hg、 Pb和As超过风险管制值的比例分别为0.83%、 4.13%、 0.83%和0.83%,土壤重金属超标问题显著.土壤Cd、 As、 Cr、 Cu和Ni主要受到成土母质的影响,对土壤元素总量的贡献率分别为77.65%、 68.55%、 71.98%、 90.83%和82.19%,土壤Hg、 Pb和Zn主要受到汞矿和铅锌矿开采的影响,贡献率分别为86.59%、 88.06%和91.34%.此外,农业活动也会影响土壤Cd和As的含...     

深圳湾沉积物重金属污染时空分布特征

根据1992~2013年间深圳湾沉积物的监测数据,重点分析了重金属砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、铅（Pb）、汞（Hg）和锌（Zn）含量、来源、相关性、污染程度和生态风险等污染状况。深圳湾沉积物中重金属含量存在明显的时空分布特征。1992~2013年间,深圳湾尤其是近岸海域,沉积物重金属含量的基本变化趋势为先增加后下降,重金属含量在2000~2009年间相对较高;Cd、Cr、Cu、Pb、Hg和Zn的含量从湾内到湾口逐渐降低。重金属Cu、Pb、Zn和As的富集因子指数较高,说明这4种重金属主要来自人类活动。Cd、Cr、Cu、Pb和Zn之间存在明显的相关性,具有相似污染途径和迁移过程。深圳湾底泥中重金属Pb、Zn和Cu属于轻微污染程度,其他重金属为无污染程度。深圳湾沉积物重金属的生态危害程度为轻微生态风险,重金属中Hg的生态风险指数最高,As和Cd次之。     

三门峡某铅厂遗留场地土壤重金属空间分布特征及来源解析

我国各大城市目前正在进行大规模的工业企业搬迁,并产生了众多污染搬迁遗留场地,其中重金属污染尤为严峻.为了分析三门峡某铅厂遗留场地土壤重金属的污染状况、空间分布和污染来源,采用地统计学分析场地土壤重金属的空间变异规律和分布特征,并利用PMF模型解析场地土壤重金属的主要来源.结果表明,土壤中As、Cd、Cu、Pb、Hg和Ni的平均值远超过河南省土壤环境背景值,As、Cd、Pb和Hg含量超过场地土壤污染风险筛选值,As、Pb和Hg含量超过场地土壤污染风险管控值.Cr的高值区位于废渣堆场北侧,Ni和Cd高值区位于废渣堆场北侧和场地南侧,As的高值区位于废渣堆场南侧与生活区之间,Cu和Pb高值区较为分散,主要集中于中部的原料堆场和炼炉区,Ni和Cd、Cu和Pb具有相同的空间分布特征.基于PMF模型可知,7种重金属有3种主要来源,Cd以废渣堆积源为主,贡献率为87.60%;Cu、Pb和Hg以土壤母质源为主,贡献率分别为92.50%、75.20%和95.40%;Cr、Ni和As以原料粉尘废气源为主,贡献率分别为80.80%、83.30%和62.00%.     

基于PMF模型的兰州耕地土壤重金属来源解析

为了分析Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu、Zn、Ni等8种重金属的污染状况、空间分布及污染来源.2019年9月共采集382个兰州耕地表层土壤样品,并测定其重金属含量.结果表明：①兰州市耕地土壤重金属Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu、Zn、Ni的平均含量分别为20.96,0.24,0.05,6.40,8.36,48.57,101.92,34.34mg/kg,其中Hg的均值超过国家土壤污染风险筛选值,Cd、Hg、Cu、Zn、Ni的均值超过兰州市土壤背景值.内罗梅综合指数表明研究区耕地52.62%样点呈现轻度污染,37.70%样点呈现中度污染,3.66%样点呈现重度污染,无重金属污染的样点占6.02%.潜在生态风险指数表明13.09%的样点属于轻微生态风险,68.85%的样点属于中等生态风险,17.54%的样点属于强生态风险,0.52%的样点属于很强生态风险.②基于PMF模型可知8种重金属有4种主要来源,其中Pb、Cd、Zn、Ni以交通运输源为主,贡献率分别为52.4%、50.7%、56.7%和50.2%;Hg以农业活动和医疗设备源为主,贡献率为83.7%;Cr、Cu和Ni以自然源为主,贡献率分别为81.2%和61.3%和49.8%;As以工业活动源为主,贡献率为68.3%.③从空间分布来看,研究区内除Cr外,Pb、Cd、As、Cu、Zn、Ni在城关区和七里河区都有高值区出现,其中Zn和Ni的高值范围较广,可能与人为影响有关;Hg在城关区、安宁区、七里河区以外的研究区内均有高值出现.     

基于UNMIX模型和莫兰指数的湖南省汝城县土壤重金属源解析

工业化正在加剧我国的土壤重金属污染.湖南省汝城县矿产资源丰富,工矿企业密集,粗放的矿业生产给当地土壤环境带来了一系列问题,准确掌握其污染来源是土壤污染防治的关键和前提.采集汝城县233个土壤样本,对重金属含量进行模型分析后选择拟合效果较好的Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni七种重金属为研究对象,测定其含量,使用UNMIX模型解析其污染来源,并结合空间插值与莫兰指数方法,从空间关系的角度验证模型并补充说明研究区土壤重金属的来源.结果表明:①研究区土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni含量的平均值分别为0.29、0.18、19.91、44.17、66.31、28.67、25.16 mg/kg,除Cr、Ni外,Cd、Hg、As、Pb、Cu含量的平均值均高于当地背景值.除Hg外的其他6种重金属存在含量超出GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》筛选值的情况.②研究区土壤中7种重金属的含量主要受到自然源、大气沉降与工业直接排放混合源、污水源和工业直接排放源的影响,贡献率分别为41.87%、33.10%、13.27%和11.76%.其中,自然源对Cr和Ni的贡献率较大,大气沉降与工业直接排放主要影响Cd和Pb,污水源和工业直接排放源分别对Hg和As的贡献最大.③UNMIX模型与空间分析方法的结合,一方面验证了受体模型的解析结果,同时也对土壤重金属的来源起到了补充说明的作用.研究显示,汝城县土壤重金属含量与工业活动关系密切,工业排放除直接对附近土壤造成污染外,通过大气沉降、河流输送对远距离土壤环境的影响也尤为突出.