基于APCS-MLR和PMF模型解析黄河下游文化公园土壤重金属污染特征及来源分析

选取黄河下游典型人类扰动区——黄河文化公园为研究区域,系统采集表层土壤样品,测定土壤中7种(Cr、 Ni、 Cu、 Zn、 Cd、 Pb和As)重金属含量,利用地累积指数研究公园土壤重金属污染特征,应用克里格空间插值法、绝对因子分析-多元线性回归模型(APCS-MLR)和正定矩阵因子分解(PMF)模型解析黄河文化公园土壤重金属的来源.结果表明,研究区表层土壤重金属(Cd、 Zn、 Cu、 Pb和As)含量平均值高于黄河下游潮土区土壤元素背景值,分别是背景值的4.62、 1.78、 1.41、 1.08和1.03倍.除Zn外,其他元素含量均低于黄河流域沿线不同区域土壤相应元素值.7种元素地累积指数递减趋势为：Cd>Zn>Cu>Ni>Pb>As=Cr,元素Cd属于偏中污染,在表层土壤中积累明显.空间分布特征及源解析结果显示,Cr、 Ni和Cu为自然源因子,主要受成土母质影响;Cd和Pb为交通源,Zn和As属于受少量人类活动和自然叠加影响的混合源.APCS-MLR的分析结果显示：自然源贡献率为46.67%,交通源贡献率为24.11%,混合源贡献率为16.12%,...     

哈尔滨市土壤表层重金属污染特征及来源辨析

鉴于确定土壤重金属来源是降低土壤重金属人为输入和控制土壤重金属面源污染扩散的必然要求,以哈尔滨市9个市辖区中4个主要老城区（道里区、道外区、南岗区、香坊区）为研究区,依据标准格网进行土壤样本采集（表层土壤样本307个,深层土壤样本77个）,分析土壤中w（As）、w（Hg）、w（Cd）、w（Cr）、w（Cu）、w（Ni）、w（Pb）、w（Zn）;并利用主成分分析法、地累积指数法和指示克里格插值法,分别对该区不同成土母质区域表层土壤重金属的污染特征和来源进行分析.结果表明:① 哈尔滨市四区表层土壤中As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn主要来源于成土母质,Hg和Cd受人类活动的影响显著.② 以各类成土母质中重金属含量平均值为评价依据,哈尔滨市表层土壤中Hg、Cd表现出较大范围的重金属污染,依据土壤样本所在格网覆盖范围,污染范围分别占研究区的60%、65%.③ Cu、Pb、Zn污染范围小且污染程度低.研究显示,人口集聚、工业发展、交通发达等因素已经造成研究区表层土壤中Hg、Cd、Cu、Pb、Zn不同程度、不同范围的污染,需要合理有效地处理生活垃圾、控制工业和交通排放,以缓解表层土壤重金属污染.      

南京不同功能区街道路面积尘重金属污染评价与源分析

以南京不同功能区(商业区、居住区、交通区、风景区、文教区、工业区和城乡结合区)的街道路面积尘为研究对象,测定其w(Cd),w(Cr),w(Cu),w(Ni),w(Pb),w(Zn),w(Mn),w(As),w(V),w(Fe)和w(Ti). 通过富集因子法和综合污染指数法评价重金属污染水平,采用主因子分析法分析重金属可能的污染源. 富集因子法评价结果表明,Cr和Ni为中度富集,其中Cr在商业区的富集程度最大,Ni在工业区的富集程度最大. Cd,Cu,Pb,Zn和As为显著富集,其中Cd在居住区的富集程度最大,Cu,Pb,Zn和As在商业区的富集程度最大. 内梅罗综合污染指数法评价结果表明,Cr在警戒限内,属于尚清洁;Cu,Ni和Zn属于轻度污染;Cd为重度污染. 不同功能区的内梅罗污染指数各不相同,如商业区、居住区和交通区的Pb,Zn,Ni和Cd的内梅罗污染指数较高. 主因子分析结果显示,污染可能来自3个方面:Ni,Mn,Fe,Ti和V可能来自于当地的土壤;Cd,Cu,Pb,Zn和As可能来自于混合源;Cr可能来自于石化工业源.      

某试验场土壤重金属分布特征及其污染评价

试验场重金属污染是广受关注的环境问题之一.选取吉林某试验场的静爆试验区、落弹区和生活保障区作为研究对象,检测了112个表层土壤样品及两个土壤剖面中的重金属(As、 Cd、 Cr、 Cu、 Ni、 Pb和Zn)含量,分析了重金属分布特征并对其进行了源解析,采用多个污染指数评价法对重金属的污染程度及潜在生态风险进行了研究.结果表明,静爆试验区土壤中As、 Cd、 Cu、 Ni和Zn含量的平均值高于吉林省背景值,且Cu、 Zn、 As和Cd含量表现出较强的空间异质性;落弹区土壤中As、 Cd和Ni含量的平均值超出背景值;生活保障区土壤中As和Cd含量的平均值高于背景值,并且Pb、 Cd、 Zn和Cr变异系数较强,表明其可能受到人类活动的影响.在不同的试验区,土壤中As、 Cr、 Cu、 Ni和Zn含量具有显著差异(P<0.05),静爆试验区较落弹区受到试验活动影响更为强烈,土壤剖面表层重金属含量明显偏高,土壤剖面中重金属未发生明显垂向迁移.多元统计和APCS-MLR源解析分析表明,Zn、 Pb和Cd主要受到试验活动相关的污染源影响,Cr和Ni主要受成土母质自然源影响,As和Cu来源较为...     

黄河下游典型区域土壤重金属来源解析及空间分布

选取黄河下游典型区域——山东省高青县为研究区,系统采集了234个表层土壤样品(0~20 cm),测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn等8种重金属的含量,综合运用相关分析、主成分分析和方差分析辨识了土壤重金属的来源以及与土地利用、成土母质之间的关系,并采用地统计方法分析了重金属的空间结构和分布特征.结果表明:(1)研究区8种重金属元素的平均值均超过黄河下游背景值,尤其是As、Cu、Hg的平均含量分别为各自背景值的1.23、1.20和1.29倍,存在不同程度的富集现象.(2)8种元素可辨识为两个主成分,PC1(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)主要受工农业活动和交通排放等人类活动与成土母质综合影响;PC2(Hg)主要受纺织、石油化工和塑料制造等工业活动控制.(3)不同土地利用类型和成土母质中的重金属含量差异明显.8种元素在城镇建设用地的平均含量显著高于其他地类;除了Hg以外,其余7种元素在湖积物母质发育土壤中的含量最高.(4)土壤重金属空间分布各异.As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn含量的高值区主要集中于中部城区和东南部,而Hg的高值区集中于西南部和东北部,说明工农业活动和交通排放加剧了当地土壤的重金属污染.     

丹江口水库新增淹没区农田土壤重金属生态危害评价

为研究丹江口水库新增淹没区农田土壤重金属污染状况,通过野外调查,采集169个土壤样品,分析了土壤中7种重金属(Cr、Cd、Pb、Ni、Zn、Cu、As)的污染特征和空间分布,并采用I_geo(地质累积指数)法对土壤重金属进行生态危害评价. 结果表明:w(Cr)低于河南省土壤环境背景值,w(Cd)、w(Pb)、w(Ni)、w(Cu)、w(As)、w(Zn)均高于河南省土壤环境背景值,其中,w(Cr)比河南省土壤环境背景值低18.90 mg/kg,w(Zn)比河南省土壤环境背景值高11.21 mg/kg,w(Cd)则为河南省土壤环境背景值的16倍. 空间分析表明,河南省淅川县、湖北省丹江口市附近的库区以及河南省九重镇、盛湾镇库周的土壤重金属质量分数较高,而其余区域较低;I_geo法评价结果表明,Cd是丹江口水库新增淹没区主要的污染元素,Cr、Pb、Ni、Zn、Cu、As则处于无污染水平.      

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.      

沈阳浑河冲洪积扇土壤的重金属空间分布特征及来源

以沈阳市浑河冲洪积扇下游的彰驿站镇为研究区,实测分析了98个土壤表层(0~20 cm)样品中的w(Cr)、w(Cu)、w(Mn)、w(Ni)、w(Pb)、w(Zn)、w(Fe)、w(Hg)、w(As)和w(Cd),运用地统计学空间分析与多元统计源分析相结合的方法,对土壤中各重金属的质量分数、分布特征及其来源进行研究. 结果表明:除w(As)外,其余重金属的质量分数均超过辽宁省土壤中相应重金属的背景值,其中Hg和Cd积累最为显著,w(Hg)和w(Cd)分别是其相应背景值的2.33和5.44倍,对应的采样点中高于背景值的比例均接近100%,呈明显累积趋势. 地统计学空间分析表明,w(Ni)、w(Cr)和w(Fe)受土壤母质、地形等结构性变异主导,其他重金属质量分数主要受人为活动等随机因子的影响,w(Cu)、w(Pb)、w(Zn)、w(Hg)和w(Cd)分布规律比较相似,元素来源较为集中;10种重金属元素的来源可分为3类,其中Cr、Ni、Fe和Mn主要受自然因素的影响,Pb、Zn、Hg和Cd主要受人为因素的影响,而Cu和As受2种因素的协同影响.      

滇西地区土壤重金属来源解析及空间分布

以滇西重金属地质高背景区为研究区,系统采集了4193件表层土壤样品,分析测试了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属元素的含量,综合运用相关分析、主成分分析和单因素方差分析等经典统计方法探讨了土壤重金属来源和土壤重金属含量与成土母质、土地利用方式之间的关系,并利用地统计方法对重金属的空间分布特征进行了分析.结果表明：①研究区8种重金属含量平均值均超过全国土壤背景值,但是低于农用地污染风险筛选值;与云南省土壤背景值相比,As、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn含量平均值与云南省背景值相当,Hg和Cr的平均含量分别是其背景值的2.35和1.60倍,土壤重金属存在不同程度累积现象.②Cr、Cu和Ni主要受成土母质的控制;Cd、Zn和Pb主要受人类活动影响,人为来源主要为铅锌矿开采选冶、交通运输和煤炭燃烧,Cd、Zn在一定程度上受成土母质的影响;As和Hg以人为来源为主,受汞矿采选、农业活动及煤炭燃烧的影响.③不同成土母质和土地利用方式的土壤中重金属含量差异显著.Cd、Cr、Cu、Hg和Ni在沉积岩母质区土壤中平均含量最高;草地中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn平均含量最高.④Cu、Ni、Cr高值区与沉积岩母质区及区内分布的铜矿和铁矿空间耦合性良好;Pb、Cd和Zn的高值区与区内的铅锌矿分布范围基本一致;As和Hg高值区与区内汞矿等热液型金属矿的分布具有较高的空间一致性,在人类活动密集地区也呈高背景分布.     

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.      

环巢湖典型农业区土壤重金属来源解析

重金属来源解析是防止或减少土壤重金属污染的必要前提。为此,采集并分析了环巢湖典型农业区408个表层土壤样品中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等7种重金属元素含量。地积累指数评价结果表明土壤重金属污染总体处于0~1级。综合相关性分析、主成分分析和聚类分析结果可知:(1)Cd、Cu、Pb、Zn主要来源于大气沉降、畜禽粪肥和化肥等人类活动;(2)成土母质是Cr和Ni的主要来源;(3)As有人类活动和成土母质双重来源。用绝对主成分得分-多元线性回归模型(APCS-MLR)对土壤中重金属来源进行了定量解析,解析结果与主成分分析和聚类分析结果相符。可见,多元统计分析结合APCS-MLR模型能很好地应用于土壤重金属来源解析。     

阳朔典型铅锌矿区流域土壤重金属空间分布特征及来源解析

以广西阳朔县典型铅锌矿为研究对象,对其流域内水系表层土壤中10种金属元素（Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Hg和Pb）含量进行分析测定.综合运用Pearson相关性分析、主成分分析（PCA）和正定矩阵因子分解法（PMF）等多种方法,识别和定量解析污染源及贡献.在168个表层土壤样本分析数据中,土壤中Zn、Cd、Hg和Pb的含量平均值高于国家土壤环境质量标准,Sb、Cd、Cu、Pb和Zn的含量平均值分别比当地背景值高出约1.01、5.50、3.29、9.11和10.67倍,表明重金属在表层土壤中已经富集.土壤重金属地累积指数（I_geo）结果显示,研究区污染最严重的是Hg,其次为Pb、Zn和Mn.相关性分析和主成分分析结果表明,区内表层土壤中金属污染来源较为复杂,且明显受到人为活动的影响.Cu、Zn、Cd、Sb、As和Pb主要来源于采矿活动;Hg、Cr和Ni由土壤母质控制;Mn和Cd主要来源于工矿与农业活动.PMF模型分析结果表明,表层土壤中金属来源分为3种,工矿活动源、自然源和工矿及农业活动复合源的综合贡献率分别为58.0%、13.5%和28.6%.Ni、Cu、Zn、As、Sb、Hg和Pb以工矿活动源为主,贡献率分别为46.9%、89.6%、45.5%、67.8%、99.3%、58.3%和96.8%;母岩矿物风化和降雨冲刷等自然源对Cr的相对贡献率达到44.6%,对Ni和Hg也分别有23.2%和21.0%的相对贡献率;工矿及农业活动的复合源对Mn和Cd的相对贡献率分别达到75.4%和70.4%.     

石化园区周边农田土壤重金属污染分析与评价

以某化工园区附近300km2区域为研究区,采用辐射状精确布点,采集表层土壤样品共计200个,以该区土壤环境自然背景值和《国家土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准值为评价标准,对土壤重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg和As的污染进行了分析评价.结果表明,以自然背景值为评价标准,研究区表层土壤中Cd、Hg、Cu和Pb平均含量超过自然背景值,其中,Cd为首要污染因子;以国标二级标准为评价标准,除Cd和Hg以外的6种重金属的单项污染指数平均值均小于1,Cd仍是研究区表层土壤重金属污染的主要因子.化工区西北和西南方向农田土壤重金属含量变化表明,随着与化工区距离的增加,农田土壤中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg的含量呈显著下降趋势.采用相关分析和主成分分析研究区内土壤中重金属的来源,主因子1和主因子2的贡献率分别为65.23%、19.93%,前者反映土壤中重金属Cd、Cr、Cu、Pb、Zn和Hg积累的差异,并主要与人类活动有关;后者体现了Ni和As的变化,主要与成土母质有关.     

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%.     

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%.     

三峡库区消落带土壤剖面中重金属分布特征

通过对三峡库区消落带土壤的研究,探讨了土壤剖面中重金属的分布特征.结果表明:紫色土淋溶层（A层）w（Cd）和w（Hg）平均值,母质层（C层）w（Cd）,w（Zn）和w（Hg）平均值均高于全国同类、同层次土壤的平均水平;石灰岩土A层及C层的重金属质量分数平均值均低于全国同类、同层次土壤的平均水平.从上游至下游,w（Cu）和w（Zn）平均值呈降低趋势,其他重金属质量分数的变化不明显.城区附近土壤重金属质量分数明显高于其他地区.土壤中w（Cd）,w（Cr）,w（As）,w（Hg）和w（Ni）服从正态分布（Sig.>0.05）,土壤pH与w（Cd）和w（Cu）之间具有正相关关系（显著性水平为0.01）.土壤中w（Cd）与w（Cu）,w（Cd）与w（Ni）,w（Cu）与w（Zn）,w（Cu）与w（Cr）,w（Pb）与w（Zn）,w（Pb）与w（As）,w（Pb）与w（Hg）,w（Pb）与w（Ni）,w（Zn）与w（Ni）和w（Hg）与w（Ni）之间具有一定的正相关关系;w（Cd）与w（Pb）,w（Cd）与w（Zn）,w（Cd）与w（As）,w（Cu）与w（Ni）和w（Hg）与w（Cr）之间具有一定的负相关关系.      

基于GIS对宁夏某铜银矿区周边土壤重金属来源解析

以中卫市沙坡头区南部崾岘子沟汇水区为研究区,采用网格布点法采集0~20 cm表层土壤样品194份,对Ni、Cu、Zn、As、Ag、Cr、Cd、Hg和Pb这9种重金属元素进行含量测定,采用PMF源解析模型和IDW插值法分析重金属的来源和空间分布,利用ArcGIS空间统计分析工具进行空间自相关和聚类与异常值分析,得到土壤中重金属来源的分布区域.结果表明,研究区Hg、Ag、Cd和Pb平均值分别为背景值的20.48、3.13、2.23和1.12倍,Cd、Cu、Pb和As最大值分别为筛选值的10.92、5.52、2.03和1.39倍,污染较为严重;Cu、Cd、Pb和Hg的变异系数大小为：Cu （283.23%）>Cd （224.77%）>Pb （144.40%）>Hg （67.12%）,受人类活动影响密切;PMF源解析得到4个主要污染源：自然母质源（32%）、矿业活动和交通运输综合源（17.1%）、工业活动和大气沉降综合源（40.3%）及农业活动和农田压砂综合源（10.6%）,代表元素分别为Cr和Ni,As和Cu,Hg以及Cd;空间统计分析结果表明土壤重金属主要污染源为矿业活动和农业活动,污染严重的区域分布在研究区南部的矿区和研究区东部、中部和西北部的种植区.