土壤中重金属的含量
承诺书
我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.
我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。
我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。
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我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）：A甲
我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：00119
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参赛队员(打印并签名) ：1. 刘超
2. 张杰
3. 王雪超
指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)：高合理
日期： 2011 年 9 月 12 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：
编号专用页
赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：
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注
全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：
全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：
城市表层土壤重金属污染分析
摘要
土壤重金属污染可能造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的现象。科学分析数据资料对于搞清楚城市土壤重金属的空间分布格局、污染强度，揭示重金属污染的主要原因、确定污染源位置和污染物防治等具有重要的科学意义.
问题一主要涉及插值作图及评价指标的构建。我们首先对八种不同重金属形态浓度进行初步描述性统计分析，排序得出各不同污染因子对不同功能区的影响。然后，采用克里格插值法，借助Surfer8.0软件，绘制出了八种重金属的浓度等值线分布图，直观的给出了八种主要重金属元素在该城区的空间分布。最后，将单因子分析法和尼梅罗综合指数法相结合，计算得出每一区域的综合污染指数，与尼梅罗评价等级进行对比，分析出了不同区域重金属的污染程度：工业区属极度污染区，主干道路区属重度污染，生活区属中度污染区，山区和公园绿地区区属轻度污染区。
对于问题二，为了分析重金属污染的主要原因，我们把八种重金属元素的浓度看做八个变量，采用因子分析方法，借助SPSS软件对数据进行降维处理。结果表明有两个主因子，其中因子1的累积贡献率为44.512%，因子2的累积贡献率为58.885%。因子1在代表Ni 跟 Pb浓度的变量上得分较大，而因子2在代表Hg浓度的变量上得分最大。结合相关文献来看，该城区污染严重的有Ni、Pb、Hg元素，污染原因主要有二：Ni、Pb污染主要由工业“三废”的排放、车辆尾气的排放和汽车轮胎的磨损引起；Hg污染主要因工业或居民用煤引起。
问题三涉及方程构建及其最优化解。综合分析污染物传播特征及八种重金属的浓度等值线分布图，我们认为该城区重金属污染主要通过空气沉降。结合大气扩散理论，我们建立了点源扩散高斯模型来模拟重金属浓度与平面位置的关系，并根据最小二乘法，借助Lingo软件找到了两个主要污染源的大体位置（3624,3499）和(13648,1761) 。
针对问题四，我们分析了所建模型的优缺点，认为为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应考虑时间因素，在系列时间点上对土壤取样。修正点源扩散高斯模型，将其常系数改进为时间的函数，并且可以根据样本点数据将其拟合出来。
关键词：克里格插值法、因子分析、点源扩散高斯模型、最小二乘法
一、问题重述
对城市土壤地质环境异常的查证，以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式，日益成为人们关注的焦点。
按照功能划分，城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等，不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。
对某城市城区土壤地质环境采用取样的调查方法，获得大量数据：采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息；8种主要重金属元素在采样点处的浓度；8种主要重金属元素的背景值。
要求通过数学建模完成以下任务：
(1)给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。
(2)通过数据分析，说明重金属污染的主要原因。
(3)分析重金属污染物的传播特征，由此建立模型，确定污染源的位置。
(4)分析所建立模型的优缺点，为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应收集什么信息？有了这些信息，如何建立模型解决问题？
二、问题分析
本问题是一个统计分析评价问题，问题要求依据采样得到的大量数据进行分析。
问题一要求我们给出重金属元素在该城区的空间分布，对题目中所给的数据进行简单的统计分析，初步给出5个功能区8种元素的统计数据；然后采用克里格插值法，运用SURFER8.0软件画出八种元素的浓度等值线分布图，依此对8种重金属空间的分布进行分析。对于分析不同区域重金属的污染程度，即对不同区域进行污染评价，因此我们可以通过比较不同的评价方法，最终确定一个合适的评价方法。
问题二中金属污染涉及到八种污染因子，相对较多，所以可以对数据分析后，使用SPSS Statistics 17.0软件，将因子集中到少数的几个主要因子上来，所以可以考虑主因子分析法，依得到的主因子来分析重金属污染的主要原因。
问题三可以归于一个优化问题上来，即联系重金属污染的传播特征，对众多的污染采集点拟合，最终求得一个各污染因子浓度都相对较高的点。对此初步确定建立高斯数学模型，来确定污染源的位置。在这里我们需要查阅重金属的传播特征，以此来推知污染源。
问题四结合问题1、2、3对我们所建立的模型进行评价，找出优缺点，考虑到演变是一个时间问题，所以时间是一个主要因素，再联系考虑其他有关信息，建立一个新的点源扩散高斯模型研究城市地质演变模式。
三、模型假设
1、假设金属土壤污染只有空气沉降，其他因素都不考虑。
2、假设重金属污染物的扩散看作是空间某一连续点源向四周等强度地瞬时释放放射性物质，放射性物质在无穷空间扩散过程中不发生性质变化，且不计地形影响。
3、假设重金属污染物扩散服从扩散定律，即单位时间通过单位法向面积的流量与它的浓度梯度 成正比。
四、符号说明和名词定义：
j p
单因子污染指数 j p 各污染物元素的平均值 j c
土壤污染物j 的实测浓度 j s
污染物j 背景值中的标准偏差 i 第i 个取样点 （i =12,3…319） j
第 j 种重金属元素（j =1,2…8）
j
第j 个重金属的污染系数
0x ， 0y
污染源的位置
背景值：是指在不受或很少受人类活动影响和不受或很少受现代工业污染与破坏的情况下，土壤原来固定有的化学组成和结构特征。
变异系数：变异系数又称“标准差率”，是衡量相关数据中各观测值变异程度的一个统计量，其值为标准差与平均数的比值.。
地质环境：地质环境：geological environment 自然环境的一种，指由岩石圈、水圈和大气圈组成的环境系统。
五、模型建立与求解
5.1 问题一的求解
5.1.1 重金属的空间分布
（1） 土壤中重金属的含量，不仅受成土过程中的淋洗、风化及植物吸收富集、归化
等因素影响，而且不同的人类活动也影响着不同功能区土壤的重金属含量。
对题目中的原始数据进行处理，将所有样本点按各个不同功能区进行归类处理，计算每一个功能区每一种重金属元素污染浓度的平均值，参照附件3中的均值为背景值，且变异系数=标准差/平均数。数据整理后计算得出结果列入表1—1。 由表1—1可以看出，该城市土壤重金属含量变化幅度大，分布不均匀。
表1—1 不同功能区土壤中重金属含量及特征值统计
依表1-1，就不同功能区来看：
As 的影响情况为：工业区>生活区>公园绿地区>主干道路区>山区 Cd 的影响情况为：工业区>主干道路区>生活区>公园绿地区>山区 Cr 的影响情况为：生活区>主干道路区>工业区>公园绿地区>山区 Cu 的影响情况为：工业区>主干道路区>生活区>公园绿地区>山区 Hg 的影响情况为：工业区>主干道路区>公园绿地区>生活区>山区
（2）在对8种重金属元素在该城区的空间分布的解答中，我们采用克里格插值法【1-2】，，
，应用SURFER8.0对城市空间分布以及8种重金属含量分布进行空间分析[3]，结果
见下图。
功能区 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn 生活区 6.27 289.96 69.02 49.40 93.04 18.34 69.11 237.01 工业区 7.25 393.11 53.41 127.54 642.36 19.81 93.04 277.93 山区 4.04
152.32
38.96
17.32
40.96
15.45
36.56
73.29
主干道 路区 5.71
360.01
58.05
62.21
446.82
17.62
63.53
242.85
公园绿 地区 6.26 280.54 43.64 30.19 114.99 15.29 60.71 154.24 样点数 322 322 322 322 322 322 322 322 平均值 5.68 302.40 53.51 55.02 299.71 17.26 61.74 201.20 背景值 3.6 130 31 13.2 35 12.3 31 69 标准差 3.0242 224.9876 70.01 162.915 1629.54 9.9414 50.057 339.2325 变异系数
0.5324
0.7440
1.30
2.9610
5.4370
0.5759
0.8107
1.6860
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
20
406080100120
140160180200
220240260280300
320
采样点分布图
5000
10000
15000
20000
25000
5000
10000
15000
-40
-20
020406080
100120140160180
200220240260280
300320-40
-200204060801001201401601802002202402602803003200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
1000015000
①0--3 →3--6 6--9 ☆9--12 ≥12 ①0--250 →250--500 500--750☆750--1000 ≥1000 图1 As 的空间分布图 图2 Cd 的空间分布图
-40
-200
20406080
100120140160180
200220240260280
3003200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
-40
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20406080
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200220240260280
3003200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
①0--50 →50--100 100--150☆150--200 ≥200 ①0--40 →40--80 80--120 ☆120--160 ≥160
图3 Cr 的空间分布图 图4 Cu 的空间分布图
-40
-200
20406080
100120140160180
200220240260280
3003200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
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3003200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
①0--300→300--600 600--900☆900--1200 ≥1200 ①0--9→9--18 18--27☆27--36 ≥36 图5 Hg 的空间分布图 图6 Ni 的空间分布图
-40
-200
20406080
100120140160180
200220240260280
300
3200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
-40
-200204060801001201401601802002202402602803003200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
1000015000
①0--90→90--180 180--360☆360--450 ≥450 ①0--150→150--300 300--450☆450--600 ≥600 图7 Pb 的空间分布图 图8 Zn 的空间分布图
注：① 图中各个不同符号代表不同功能区的采样点 ② 右侧颜色渐变轴代表浓度强度的变换
③ 图例： ■--生活区 ▲--工业区 ●--山区 ↓--主干道区 ?--公园绿 地区 ① .→. . ☆ . .均代表各元素浓度范围 分析图1到图8中各个重金属元素的空间分布图，发现As 有3个浓度较高的聚集
地，而这三个高浓度区是主干道路区与工业区集中的区域；Cu 和Pb 的总体分布相似，都是在主干道区、生活区和工业区相对集中；Cd 的分布呈散状分布，各个功能区均有不同程度的污染。剩余其他重金属元素经分析发现主要分布地也是集中于工业区、生活区和主干道路区。
所以从整体上来看，污染还是主要分布在工业区，生活区，和主干道路区。
5.1.2 重金属污染的评价
解决重金属污染程度时，可以有多种评价方法。我们采用了单因子指数法和尼梅罗综合指数法。
（1） 采用单因子指数来评价该城市不同功能区的污染现状，计算公式如下：
i
i
i c p μ=
2=i μi s
i s 的值见附录3中背景值中的平均值
不同区域各重金属元素的值i p ，在excel 中就可以计算得出。然后我们将每一区域中的i p 拟合，剔除离散点，用i p 来求出整一个区域的总体一个评价得分。 计算的结果列于下表：
表1-2 各功能区i p
注：其中i p 为各污染物指数的平均值
所以以i p 来衡量不同区域的污染程度，可清晰的得出不同区域重金属的污染程度
为：工业区（i p =5.427）>主干道路区（i p =3.839）>生活区（i p =2.469 )>公园绿地区（i p =2.039）>山区（i p =1.191） （2） 尼梅罗综合指数法
单因子指数法只可以判断出环境中的各个污染因子的影响程度，不能全面，综合的反映土壤的污染程度，而土壤环境是一个复杂的体系，所以考虑到该城市涉及到多种重金属的取样，我们将单因子污染指数按一定方法综合起来进行评价，即应用综合污染指数法评价。
重金属元素综合污染评价采用兼顾单因子污染指数平均值和最大值的尼梅罗综合污染指数法，计算公式如下：
2
)/1(max
2∑+=
i i
p n p p
依据此公式，将计算的结果整理在下面的表1-3中
功能区 生活区 工业区 山区 主干道路区 公园绿地区 i p
2.469
5.427
1.191
3.839
2.039
表1-3 不同功能区各元素的综合指数
根据尼梅罗污染指数法，可以将污染程度按5级来划分，分级标准如下：0.1≤p ，
未污染；0.20.1≤
0.5>p ，极度污染。
所以，综合两种方法以及表1-2和1-3 用尼梅罗污染指数法所给出的污染等级为标准，可以明显的看出不同区域重金属的污染程度为：
（1） 生活区属中度污染区，其中Zn 污染和Cr 污染尤其严重，而相对的As 和Ni 污染程度要小一些；
（2） 工业区属极度污染区，其中的Cu 污染和Hg 污染极度严重状态已经非常严重，另外Zn 、Pb 的污染也已达到极度污染状态，Ni 的污染可能要小些；
（3） 山区属轻度污染，除Cr 、Hg 、Ni 的污染稍偏中度以外，其他诸如As 、Cd 、Cu 、Pb 、Zn 都是稍有轻度污染；
（4） 主干道路区属重度污染，产生重度污染的原因应主要在于Cr 、Cu 、Hg 的严重超标；
（5） 公园绿地区属轻度污染，从表1-3中也可以看出，此功能区还未受到Ni 的污染，只是Hg 的含量超标严重。
5 . 2问题二的求解： 5.2.1 模型分析
随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。 土壤中重金属的来源是多途径的，首先是成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。此外，人类工农业生产活动，也造成重金属对大气、水体和土壤的污染。
因此，对于重金属污染原因的这一问题，我们采用的是因子分析法【4】。所谓因子分析法就是从变量的相关矩阵出发将一个m 维的随机变量X 分解成低于m 个具有代表性的公因子和一个特殊的m 维向量，使其公因子数取得最佳的个数，从而使对m 随机变量的研究转化成对较少因子的公因子的研究。
功能区 As (μg/g )
Cd (μg/g )
Cr (μg/g) Cu (μg/g) Hg (ng/g) Ni (μg/g) Pb (μg/g) Zn (μg/g) 生活区 1.282 2.948 8.527 6.795 5.635 1.080 5.446 14.876 工业区 2.263 3.159 3.313 67.810 136.525 1.327
5.071 8.452 山区 1.150 1.183 2.026 1.907 2.129 2.174 1.364 1.236 主干道路区 3.012 4.513 10.523 3
6.595 161.687 4.127 2.193 19.310
公园绿地区
1.302
2.890
1.206
3.923
13.579
0.945
2.684
7.163
5.2.2 模型求解
（1）先将原始数据进行标准化，使用的标准化公式为
j
j
ij ij s X X X -=
*
其中，ij X 为第i 个样本的第j 个指标初始浓度值，ij X *为标准化后的数值。标准化的目的在于消除不同变量的量纲的影响，而且标准化后不会改变变量的相关系数。 （2）然后将标准化后的数据导入到SPSS Statistics 17.0 中，做降维 — 因子分析。得出标准化数据的相关系数矩阵。
表2—1 变量的相关系数矩阵
从表2—1中可以看出Cr 和Ni 的相关性最好，相关系数最大，为0.716，其次为Cd 和Pb ，相关系数为0.660,，以下以此是Cu 跟Cr ，Pb 和Cu 的相关性较好，相关系数分别为0.532和0.520.其他元素之间的相关性就不是那么好了。
在累计方差为93.155%(>90%)的前提下，分析得到2个主因子，可以看到2个主因子提供了源资料的93.155%的信息，满足因子分析的原则，而且从表2-2 中可以看出旋转前后总的累计贡献率没有发生变化，即总的信息量没有损失。所以可以说明因子1和因子2对该城市重金属污染有重要影响作用
指标
As(μg/g ) Cd(μg/g ) Cr(μg/g ) Cu(μg/g ) Hg(μg/g ) Ni(μg/g ) Pb(μg/g ) Zn(μg/g ) As(μg/g ) 1.000 0.256 0.189 0.160 0.064 0.317 0.291 0.248 Cd(μg/g ) 0.256 1.000 0.352 0.397 0.265 0.329 0.660 0.431 Cr(μg/g ) 0.189 0.352 1.000 0.532 0.103 0.716 0.383 0.424 Cu(μg/g ) 0.160 0.397 0.532 1.000 0.417 0.495 0.520 0.387 Hg(μg/g ) 0.064 0.265 0.103 0.417 1.000 0.103 0.298 0.196 Ni(μg/g ) 0.317 0.329 0.716 0.495 0.103 1.000 0.307 0.436 Pb(μg/g ) 0.291 0.660 0.383 0.520 0.298 0.307 1.000 0.494 Zn(μg/g )
0.248
0.431
0.424
0.387
0.196
0.436
0.494
1.000
因子分析的主要目的是将具有相近的因子荷载的各个变量置于一个公因子之下，正交方差最大旋转使每一个主因子只与最少个数的变量有相关关系，而使足够多的因子负荷均最小，以便对因子的意义作出更合理的解释。输出结果见表2-3 和2-4。
由表 2-3 和表 2-4 可见，旋转前后因子荷载的变量结果基本一致。变量与某一因子的联系系数绝对值（载荷）越大，则该因子与变量关系越近。正交因子解说明：因子1为 Ni 跟 Pb 的组合，因子2为Hg 。
为了更好的进行分析、评价，可以结合Ni 、Pb 、Hg 的平面空间等值线分布图进行分析。
表2——2特征值和累计贡献率
成份 初始特征值
提取平方和载入
旋转平方和载入
合计 方差的 %
累积贡献
率 % 合计 方差的 %
累积贡
献率% 合计 方差的 % 累积
贡献率%
1 3.561 44.51
2 44.512 3.561 44.512 44.512 2.522 31.527 44.512 2 1.150 14.374 58.885 1.150
14.374
58.885
2.189
27.359
58.885
3 .966 12.073 70.958
4 .766 9.577 80.536
5 .578 7.220 87.75
6 6 .432 5.399 93.155
7 .301 3.769 96.924 8
.246
3.076
100.000
提取方法：主因子分析
表2-4旋转后因子载荷矩阵 成份
1 2 V1 .451 .132 V2 .352 .679 V3 .846 .147 V4 .489 .590 V5 -.134 .776 V6 .883 .086 V7 .370 .739 V8
.552
.430
表2-3旋转前因子载荷矩阵a 成份
1 2 V1 .427 -.197 V2 .711 .281 V3 .735 -.445 V4 .756 .124 V5 .408 .674 V6 .723 -.515 V7 .764 .314 V8
.699
-.038
-40
-200
20406080
100120140160180
200220240260280
300
3200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
Ni 平面空间等值线分布图
-40
-200
20406080
100120140160180
200220240260280
3003200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
Pb 平面空间等值线分布图
-40
-200
20406080
100120140160180
200220240260280
3003200
5000
10000
15000
20000
25000
05000
10000
15000
Hg 平面空间等值线分布图
从Ni 、Pb 的平面空间等值线分布图,可以看出Ni 和Pb 在来源上关联较密切，都集中分布在工业区，此外在Pb 空间平面等值线分布图中可以明显看出，在Pb 污染严重的生活区旁分布有主干道路区。根据文献[5]，铅的主要来源一方面是工业“三废”的排放，另一方面是车辆尾气的排放和汽车轮胎的磨损富集引起。
再观察Hg 的平面空间等值线分布图,其分布相对来说主要在主干道路区、工业区和生活区，且分布集中。而且经了解汞污染属于面积型污染，产生的一个主要原因是燃煤造成的，无论是工业用煤还是居民用煤。这就与Hg 污染在工业区和居民区分布集中相一致了。另外Hg 污染与汽车尾气的排放也有很大关系，所以在主干道路区Hg 污染也很严重。
结合问题一中的图1，对于受主因子影响较小的其他几种重金属，可能它们在相关性上联系没那么大，但它们对该市的重金属污染有重要的作用。
5.2.3 结论
用因子分析法对该城市土壤重金属的分析研究，表明该城市重金属污染的主要原因有三方面：工业区“三废”的污染，主干道路区交通运输繁忙，车流量大加重了污染，居民生活污染等。
图例：
■--生活区 ▲--工业区 ●--山区 ↓--主干道区 ?--公园绿地区
① .→. . ☆ . .均代表各元素浓度范围
5.3问题三的求解
5.3.1 污染物传播特征
（1）、通过相互转化和富集。 重金属，特别是Hg 、Cd 、Pb 、Cr 等具有显著和生物毒性，它们在水体中不能被生物降解，而只能发生各种形态的相互转化和分散、富集过程（即迁移）。
（2）、通过大气沉降。 大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。大气中的大多数重金属是经自然沉降和雨淋沉降进入土地，进而实现其传播。
（3）、污泥施肥或含重金属的废弃物堆积的渗透传播。污泥中在含有丰富的有机质和氮磷钾的同时，也含有大量的重金属元素，施入土壤后经长时间，会慢慢渗透到土壤中，造成污染的传播；废弃物堆中重金属含量一般比较高，污染的范围一般以废弃物堆为中心向四周扩散、渗透。
（4）、金属矿山的酸性废水污染。金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，以及可以被酸溶出含重金属的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境或直接进入土壤，都可以直接或间接地造成土壤重金属污染。
（5）、潜在传播。 比如农药、化肥和塑料薄膜的使用，因农药化肥中都不同程度的含有Pb 、Cd 、Hg 、As 等重金属，不合理地施用都可以导致土壤中重金属的污染。此外，农用薄膜生产中应用到的热稳定剂中含有Cd 、Pb ，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属污染。
5.3.2 模型的建立
通过对前面问题一和问题二的分析结合重金属污染物的传播特征。我们通过分析数据推断此数据符合正态分布，所以我们由此建立了点源扩散高斯模型【6】。 为了优化模型，统一单位便于计算，将数据进行标准化处理。
j
j j s c =
η
其模型如下：
高斯分布又称为正态分布，其中的随机变量x 服从一个数学期望为μ，标准方差为2σ的高斯分布：
σ
μπσ
2)(221
--
=
x e y
在本题中我们假设)(0,0y x 为污染源，则各采样点到污染源的距离为 ：
()()2
020y y x x d -+-=
为便于计算我们将正态分布函数公式简化为：
2
Md He
-=η
将d 代入式子得：
()()[
]2
020y y x x M He -+--=η
其中，H,M 都是对所选取得数据经处理以后得到的最小二乘意义上的拟合系数。
5.3.3 模型的求解
根据问题一和问题二中的相关数据（见附录1）结合图一中八种金属含量空间分布图，将相关数据经过最小二乘法拟合处理后代入上述高斯模型，利用lingo 软件求得
),(00y x 的值分别为A （21606,9401）B （3624,3499）C(13648,1761)。根据前二问，我们知道Ni Pb Hg 这三种元素的相关性比较强，且污染源相对集中，可推断他们来自一个污染源即B 点，主要在工业区和交通主干区。As Ni Cd 相对集中在A 点，它们的相关系数并不强且来自主干道区和山区，可推断它们不是来自一个污染区。Hg As Zn 这三种元素的污染性集中在C 点，虽然其相关性不强但他们都来自主干道区，产生原因相同所以来自同一个污染源。所以污染源有两个即为B 点和C 点。
A 点浓度正太分布图
B 点浓度正太分布图
C 点浓度正太分布图
5.4问题四的求解
对于问题四，我们分析了我们的解答过程以及我们问题三中所建立的模型，综合其优缺点，为了更好地研究城市地质环境演变模式，总体认为还应收集该城市每年生活、工业等重要污染源的垃圾排放量，以及每年的生物降解量，降雨量对于重金属元素扩散的影响，此外空气污染也应该考虑进去，而对于演变来说，时间是一个尤为重要的相关因素。所以在这些信息的基础，重点考虑时间因素，可以采用因子分析法，回归分析法，建立高斯模型来更好地研究城市地质环境的演变模式。
根据问题三中的模型，在考虑了时间因素后，可以将模型更改为：
()()[
]2
020)(y y x x M e t H -+--=η
对其进行拟合分析，观察t 与)(t H 的关系，进而得出城市地质关系的演变模式。
六、模型评价
模型优点：
1.这篇论文最大的优点在于能合理的将大量的采集数据，进行标准化，并在计算时将数据很好的进行了拟合，从而减小了误差，
2.尼梅罗综合指数法的计算公式中含最大的单项污染分指数，突出了污染指数最大的污染物对环境的影响和作用。将单因子指数法与尼梅罗综合指数法相结合可以比较准确地评判出该城市土壤被污染程度。 模型缺点：
1.在进行不同功能区重金属污染程度计算时，我们是以平均值来作为评价等级判定的，因数值离散程度的影响，误差较大。
2.建立高斯模型具有一定的主观性。
3.建立的高斯模型，没有相关数据和标准用于模型的检验。
参考文献
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[2] 李亮亮，依艳丽，网廷松，等. 葫芦岛市连山区、龙港区土壤重金属空间分布及污染评价[J]. 土壤通报, 2006, 37（3）：495-499.
[3] 陈俊强，张会化，刘鉴明，李芳柏. 广东省区域地质背景下土壤表层重金属元素空间分布特征及影响因子分析[J]. 生态环境学报, 2011, 20（4）：646-651.
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[6] 程勇，于林，姚安林. 采用高斯模型分析输气管道泄露气体的扩散[J]. 内蒙古石油化工，2010, 14:49-51.
附录
As
x y η5567 6782 2.93 4741 6434 0.92 3573 6213 2.73 3299 6018 1.92 5481 6004 0.99 2486 5999 0.77 5868 4904 2.54
Cd
x y η9237 9872 2.75 8307 9726 3.34 5734 9659 2.71 7106 9467 0.90 8457 8991 0.78 7458 8920 2.46 8904 8868 0.71
CR
x y η5567 6782 2.07 4741 6434 1.62 3573 6213 2.43 3299 6018 1.54 5481 6004 1.37 2486 5999 1.38 5868 4904 1.71
Hg
x y η3526 4357 2.14 2427 3971 1.54 2383 3692 191.55 2883 3617 1.74 1647 2728 23.38 3518 2571 2.92 3469 2308 2.12
Ni
x y η4741 6434 0.86 3573 6213 2.14 3299 6018 1.20 2486 5999 0.76 4777 4897 1.29 4592 4603 1.33 3526 4357 1.19
Pb
x y η4741 6434 2.16 3573 6213 1.46 3299 6018 1.43 2486 5999 1.35 4777 4897 1.21 4592 4603 1.33 3526 4357 2.70
Cu
x y η4948 7293 3.12 4742 7293 2.37 4741 6434 1.62 3573 6213 2.43 3299 6018 1.54 2486 5999 1.38 4777 4897 1.33
Zn
x y η5291 7349 1.42 4948 7293 23.57 4742 7293 2.55 6869 7286 2.97 5567 6782 8.91 4741 6434 2.70 3573 6213 1.81
Pb
x y η
5567 6782 5.25
4741 6434 2.16
3573 6213 1.46
3299 6018 1.43
5481 6004 2.26
5868 4904 1.22
4777 4897 1.21
Cu
x y η9237 9872 3.33 8307 9726 0.97 5734 9659 4.47 10547 9591 1.39 7106 9467 1.55 11646 9381 5.40 8457 8991 1.51
Zn
x y η8457 8991 1.04 7458 8920 3.33 8904 8868 0.68 10630 8774 1.51 7056 8348 1.18 9460 8311 23.71 7747 8260 2.96
Cd
x y η21766 12348 3.97 22193 12185 0.31 22674 12173 2.72 21439 11383 2.66 22535 11293 0.41 20554 11228 3.56 20101 10774 5.29
As
x y η12778 5799 1.25 13954 5615 1.68 14844 5519 2.24 13920 5354 0.81 13093 4339 1.59 12442 4329 1.30 12734 4015 1.33
Hg
x y η13093 4339 0.58 12442 4329 0.73 12734 4015 1.63 15087 3512 0.49 13855 3345 0.40 12696 3024 0.43 14862 2524 1.41
Hg
x y η14065 10987 0.64 17814 10707 2.29 17044 10691 0.91 15198 10100 0.24 16289 10072 4.86 14207 9980 0.40 17198 9810 1.57
As
x y η21439 11383 2.06 22535 11293 0.97 20554 11228 0.97 20101 10774 1.53 21418 10721 3.18 22304 10527 2.42 21072 10404 1.71
Zn
土壤重金属污染
土壤重金属污染 摘要：随着现代工业的发展，工业排出的污染物越来越多，土壤的重金属污染就是一个例子，土壤污染对人类的身心都造成了巨大的危害。本文主要就土壤重金属的概念、来源种类、特点危害、采样检测、防治修复等方面都做了一定的阐述。 With the development of modern industry, industrial discharge pollutants is more and more, soil heavy metal pollution is one example, soil pollution has caused great harm on human body and mind . This paper discusses the concept, origin of soil heavy metal types and characteristics, sampling testing and prevention harm repair all aspects were discussed as well。 关键词：土壤污染，重金属，危害 据报道，目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染耕地面积近 2000 万公顷，约占总耕地面积的 1/5，其中工业“三废”污染耕地 1000 万公顷，污水灌溉的农田面积已达 330 多万公顷。例如：某省曾对 47 个县和郊区的 259 万公顷耕地（占全省耕地面积的五分之二）进行过调查。其结果表明，75% 的县已受到不同程度的重金属污染的潜在威胁，而且污染趋势仍在加重。 一土壤重金属污染的定义 重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。但是由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注锌、铜、钴、镍、锡、钒、汞、镉、铅、铬、钴等。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的污染问题，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景含量、并可能造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的现象。[1] 如下图为土壤环境质量标准值（GB15618—1995）单位: mg/kg
土壤中重金属的测定
实验题目土壤中Cu的污染分析实验 一、实验目的与要求 一、实验目的与要求 （1）了解重金属Cu对生物的危害及其迁移影响因素。 （2）了解重金属Cu的污染及迁移影响因素。 （3）掌握土壤消解及其前处理技术。 （4）掌握原子吸收分析土壤中金属元素的方法。 （5）掌握土壤中Cu污染评价方法。 二、实验方案 1.仪器 原子吸收分光光度计 电热板 量筒100mL 烧杯（聚四氟乙烯） 吸量管、50mL比色管、电子天秤 2.试剂 浓硝酸GR、浓盐酸GR、氢氟酸GR、浓高氯酸GR Cu标准储备液、Cu的使用液 3.实验步骤 （1）三份待测土样，约0.5g分别置于3个聚四氟乙烯烧杯； （2）向烧杯加入2ml蒸馏水湿润土样后，再加入10ml HCl并在电热板上加热至近干； （3）往烧杯中加入10ml HNO3，置于电热板上加热至近干； （4）往烧杯中加入5mlHF，置于电热板上加热至近干； （5）往烧杯中加入5mLHClO4，于电热板上加热至冒白烟时取下冷却； （6）取3支50ml具塞比色管，分别向管中加入2mlHNO3,分别对应加入冷却好的消解土样后，再加水稀释至刻度线； （7）如果溶液比较混浊，则要过滤再进行测定。
（8） AAS测定。 三、实验结果与数据处理 Cu标准溶液曲线 各个区域土壤中Cu的含量 mg/kg 教学区 1 2 3 4 5 6 7 8 实（1-2）2 实（1-2）4 实（2-3）1 工（3-4）3 教1 教2 教5 图1 17.83 13.01 24.78 8.56 16.76 6.30 12.49 7.09 生活区 1 2 3 4 5 6 东1 东2 东12 东14 二饭教寓5.49 19.27 6.20 2.11 13.70 16.18 其他区 1 2 3 4 5 6 7 8 行山3 行山4 行山5 体1 体4 南商1 南商4 中心湖1 15.96 7.75 9.93 9.65 8.46 16.80 9.47 9.30 外环区 1 2 3 4 5 6 7 8 外1 外2 外6 外4 公4 公10 农田2 农田4 14.80 14.13 15.53 12.41 59.07 10.88 10.46 24.24 四、结论 1.数据可靠性评价 由图可知标准曲线的相关系数均为R2=0.9995，可知在数据处理的过程中，由标准溶液产生的误差是可忽略不计的。但是本次实验，人为的误差相 当大，在整个实验过程中发现，有好几个组的几个样品都已经蒸干了，这已
土壤重金属检测方法汇总
土壤重金属检测方法汇总 摘要：土壤重金属检测是土壤的常规监测项目之一。采用合理的土壤重金属检测方法，能快速有效地对土壤重金属检测和污染评价，并满足土壤的管理和决策需要。本文介绍了几种常用的土壤重金属检测方法，原子荧光光谱法，原子吸收光谱法，电感耦合等离子体发射光谱，激光诱导击穿光谱法和X射线荧光光谱，在介绍各个检测方法特性的同时，就灵敏度，测试范围，精确度，测试样品的数量等优缺点进行了对比。 关键词：土壤；重金属；检测方法 1. 前言 许多研究表明，种植物的质量安全与产地的土壤环境关系密切。重金属一般先进入土壤并积累，种植物通过根系从土壤中吸收，富集重金属，有时也通过叶片上的气孔从空气中吸收气态或尘态的重金属元素[1]。近几年，种植地因农药、肥料、生长素的大量施用及工业“三废”的污染，土壤重金属含量超标较严重且普遍，这不仅毒害土壤-植物系统，降低种植物品质，而且还会通过径流和淋洗作用污染地表水，尤其重要的是通过食物链的方式进入人体内，对于重金属的富集人体难以代谢，最终直接或间接危害人体器官的健康[2]。为此，解决这一难题，建设绿色食品和无公害食品生产基地，要求我们从土壤中的重金属检测分析抓起。本文介绍了土壤重金属的检测方法、并且对比各种方法优缺点。2．土壤中重金属检测方法 2.1 原子荧光光谱法 原子荧光光谱法是以原子在辐射能量分析的发射光谱分析法。利用激发光源发出的特征发射光照射一定浓度的待测元素的原子蒸气，使之产生原子荧光，在一定条件下，荧光强度与被测溶液中待测元素的浓度关系遵循Lambert-Beer定律[3]，通过测定荧光的强度即可求出待测样品中该元素的含量。 原子荧光光谱法具有原子吸收和原子发射两种分析方法的优势[4]，并且克服了这2种方法在某些地方的不足。该法的优点是灵敏度高，目前已有20多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达3~5个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳，但其存在荧光淬灭效应，散射光干扰等问题[5]。该方法主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用[6]。突出在土壤中的应用如何，以下各方法均是这个问题，相比之下2.5写的比较好
土壤重金属污染现状
土壤重金属污染现状 摘要: 重金属作为一种持久性污染物已越来越多地被关注和重视. 重金属矿山的开采利用是造成当今世界重金属污染的主要原因,并已经严重威胁和影响人类的生存和发展.本文从我国重金属的利用入手,总结了我国近几年重金属污染的现状,分析了重金属污染物进入环境介质的途径和方式. 为促进我国矿业开发与环境的可持续发展和和谐发展,对重金属资源的合理开发利用提出措施和建议. 关键词: 重金属; 利用; 重金属污染 引言 所谓重金属污染,是指由重金属及其化合物引起的环境污染. 重金属矿山的开采及其产品的利用是重金属污染的重灾区,也是全球重金属污染的源头所在,对于矿山环境,重金属污染的主要危害对象是农作物和人. 其主要原因在于重金属被排入环境后具有永久性,且有明显的累积效应.随着人们对金属矿产品的需求量的不断增大,由此引发的环境问题日趋严重,重金属污染就是其中最为典型的一个. 以云南铅锌矿为例,云南拥有国内储量最大的兰坪铅锌矿和国内品位最富的会泽铅锌矿,它的开采量日益增大,产生的环境问题也随之日益增多,由于云南铅锌矿山布局分散,规模偏小,工艺技术落后,装备水平低,并且有相当一部分乡镇和个体私营企业没有专门的尾矿坝,尾矿、废水随意排放,加之由于当地开发无序,滥采滥挖,环保投入不足,导致矿山特别是铅锌矿山老化,品位下降,开采难度增大,造成了一定的环境污染,并使得生态环境的修复、改造和维护难以进行。 一土壤重金属污染的定义 重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。但是由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注锌、铜、钴、镍、锡、钒、汞、镉、铅、铬、钴等。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的污染问题，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金
土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应
第23卷第2期2005年5月 贵州师范大学学报(自然科学版) Journa l of Guizhou Nor m al University(Natural Sciences) Vo.l23.No.2 M ay2005 文章编号:1004)5570(2005)02-0113-08 土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应 王济1,王世杰2 (1.贵州师范大学地理与生物科学学院,中科院地化所环境地球化学国家重点实验室,中科院研究生院贵州贵阳550002; 2.中科院地化所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550002) 摘要:主要介绍我国5土壤环境质量标准6中规定含量的8种重金属环境污染元素(汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍)的污染来源及作物效应。土壤中重金属的主要来源是成土母质,矿山开采的三废污染,大气中重金属的沉降,农药、化肥、塑料薄膜等的使用等。重金属在作物中的分布规律一般是根>茎>叶>籽实。 关键词:土壤;重金属;环境;污染;来源;作物效应 中图分类号:X53文献标识码:A The sources and crops effect of heavy m eta l ele m en ts of con ta m i na ti on i n soil WANG Ji1,WANG S h i2ji e2 (1.Gu iz hou Nor ma lUn i ve rs i ty,The State Key Laboratory of Enviro nmenta lGeochem istry,Institute of Geochem i stry,Graduate School of Ch i nese A cade m y of Sc i ences,Guiyang,Gu i zho u550002,Ch i na; 2.The S tate Key Laboratory of Environ m en tal Geoche m istry,Instit ute of Geoche m istry, Chinese A cade m y of Sc i ences,Guiyang,Gu i zho u550002,Ch i na) Abstr act:Th is paper has intr oduced t h e source and crops eff ect of heavymetal e le ments of conta m i n a2 ti o n(H g,Cd,Pb,Cr,A s,Z n,Cu,N i)li m ited by Environmental Qua lity Standar d f or Soils (GB1561821995).The ma i n source is f ro m mother2materi a l of soi.l The heavy meta ls polluti o n also can be related w ith the produce ofm iner,sedi m en tation of heavy me tals in at m osphere,use of agro2 che m icals etc.The distri b uti o na l or der in crops i s root>ste m>leaf>f rui.t K ey w ord s:soi;l heavy meta;l environmen;t pollution;source,crop e f fect 土壤中重金属污染元素主要包括汞、镉、铅、铬及类金属元素砷等生物毒性显著的元素,以及有一定毒性的锌、铜、镍等[1]。因此我们将汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍合称为重金属环境污染元素。人类活动将重金属加入到土壤中,致使土壤中重金属含量明显高于原有含量,并造成生态环境质量恶化的现象称为土壤重金属污染[2]。重金属污染物在土壤中移动性很小,不易随水淋滤,不被微生物降解[3,4]。它们一方面对农作物、农产品和地下水等许多方面产生重大影响,并通过食物链危害人体健康;另一方面因大多数重金属在土壤中相对稳定且难以迁出土体,对土壤理化性质及土壤生物学特性(尤其是土壤微生物)和微生物群落结构产生明显不良影响,从而影响土壤生态结构和功能的稳定性[2,5]。 113 收稿日期:2005-01-04 基金项目:贵州省高校发展专项资金(黔教科2004111),贵州师范大学校科研启动费资助项目。作者简介:王济(1975-)男,博士,研究方向:土壤与环境。
土壤中重金属全量测定方法
版本1： 土壤中铜锌镉铬镍铅六中重金属全量一次消解测定方法.用氢氟酸-高氯酸-硝酸消解法,国家标准物质检测值和标准值吻合性很好,方便可行.具体方法: 准确称取0.5克土壤样品(过0.15mm筛)于四氟坩埚中,加7毫升硝酸+3毫升高氯酸+10毫升氢氟酸加盖,放置过夜(不过夜效果同),电热板上高温档加热(数显的控制温度300~350度)1小时,去盖,加热到近干,冷却到常温,然后再加3毫升硝酸+2毫升高氯酸+5毫升氢氟酸,高温档继续加热到完全排除各种酸,既高氯酸白烟冒尽,加1毫升(1+1)盐酸溶解残渣,完全转移到25毫升容量瓶中,加0.5毫升的100g/L的氯化铵溶液,定容,然后原子吸收分光光度计检测,含量低用石墨炉,注意定容完尽快检测锌,且锌估计需要适当的稀释.其实放置几天没有问题,相对比较稳定拉. 版本2： 1)称量0.5000g样品放入PTFE（聚四氟乙烯）烧杯中（先称量样品，后称量标 样），用少量去离子水润湿； 2)缓缓加入10.0mLHF和4.0mLHClO4（如果在开始加热蒸发前先把样品在混合 酸中静置几个小时，酸溶效果会更好一些），加盖后在电热板上200℃下蒸发（蒸发至样品近消化完后打开坩埚盖）至形成粘稠状结晶为止（2～3小时）； 3)视情况而定，若有未消化完的样品则需要重新加入HF和HClO4，每次加入都 需要蒸发至尽干；若消化完全则直接进行下一步； 4)加入4.0mLHClO4，蒸发至近干，以除尽残留的HF； 5)加入10.0mL的5mol/L HNO3，微热至溶液清亮为止。检查溶液中有无被分解 的物料。如有，蒸发至近干，执行步骤4（此时可以酌情减半加酸）； 6)待清亮的溶液冷却后，转入容量瓶，用去离子水定容至50mL（此时所得溶 液中硝酸含量为1mol/L），然后立即转移到新聚丙烯瓶中储存。 附： 现在一般做法是,砷汞用1+1的王水在沸水煮2小时,加固定剂(含5g/l重铬酸钾的5%硝酸溶液),在50毫升比色管中,固定,然后用原子荧光光谱仪测定砷汞.
三种土壤重金属快速检测仪的检测原理及方法
三种土壤重金属快速检测仪的检测原理及方法 土壤重金属污染目前是我国面临非常严峻的问题，所以市场上检测土壤重金属仪器层出不穷。 测量土壤重金属目前主要是有下面几种方法： 1、原子吸收光谱法 这种方法是相对比较传统的测量重金属的方法，先将土壤风干，再经过消解处理、定容，之后制备标准溶液，之后上机操作测量。测量原理是利用待测元素的共振辐射，通过其原子蒸汽，测定其吸光度；它有单光束，双光束，双波道，多波道等结构形式。其基本结构包括光源，原子化器，光学系统和检测系统。这种原理测出来相对精度较高，只是测量的时间上相对过长，通常整个过程需要24小时出结果。 2、伏安极谱法 这种方法也是先将土壤风干，再经过消解处理，然后将浸提液放入极谱仪中，直接测量。其原理是通过将一个变化的电压信号施加到电极上，而后测量电极的响应电流来测量重金属的含量，这种方法与原子吸收光谱法相比，测量精度更高，运行成本低，可以做形态分析等。 3、X射线荧光光谱法 X射线荧光光谱分析法利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。这种方式测量土壤重金属无需将土壤进行前处理，测量速度快，精度也能达到ppm 级。非常适合拿到野外走哪儿测哪儿，测量结果还能保存，有些还可以进行GPS 定位，记录什么地方土壤测量的结果是多少。并且测量时不存在任何耗材，无需任何使用成本。目前做的比较好的品牌有托普云农的土壤重金属快速检测仪，设备小巧，配有专门分析土壤模块，所以相对测量精度高。非常适合野外快速测量土壤重金属。 以上介绍的这些测量土壤重金属的方法都是目前市场上相对成熟的测量土壤重金属的方法，也是比较常规的方法。可以根据自己的需要选择合适的土壤重金属检测仪。 仪器名称：托普云农土壤重金属快速检测仪仪器型号：TPJS-B 金属检测仪、便携式重金属检测仪
重金属的来源及传播
土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重，目前，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu 340万吨，Pb 500万吨，Mn 1500万吨，Ni 100万吨。据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万公顷的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%，严重污染的占8.4%。 土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，并可经水、植物等介质最终影响人类健康。因此，治理和恢复的难度大。本文在讨论土壤重金属污染物来源和分布的基础上，评述土壤重金属污染修复技术研究进展，旨在为重金属污染土壤的有效修复提供科学的依据。 1 土壤重金属来源与分布 1.1 随着大气沉降进入土壤的重金属 大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外，重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降水进人土壤。据Lisk报道，煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属，石油中含有相当量的Hg(O.02～30mg/kg)，这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气，其中1O%～30%沉降在距排放源十几公里的范围内，据估计全世界每年约有1600吨的汞是通过煤和其它石化燃料燃烧而排放到大气中去的。例如比利时每年从大气进入每公顷土壤的重金属量就有Pb 250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3750g。 运输，特别是汽车运输对大气和土壤造成严重污染。主要以Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘，据有关材料报导，汽车排放的尾气中含Pb量多达20～50 μg/L，它们成条带状分布，因距离公路、铁路、城市中心的远近及交通量的大小有明显的差异。Вериня等研究发现在公路两侧50m的距离有被污染的痕迹，每月每平方米累积的易溶性污染物在4～40 g。进入环境的强度顺序为：Cu、Pb、Co、Fe和Zn。在宁-杭公路南京段两侧的土壤形成Pb、Cr、Co污染带，且沿公路延长方向分布，自公路两侧污染强度减弱。经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，与重工业发达程度、城市的人口密度、土地利用率、交通发达程度有直接关系，距城市越近污染的程度就越重，污染强弱顺序为：城市-郊区-农村。 1.2 随污水进入土壤的重金属 利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术，主要是把污水作为灌溉水源来利用。污水按来源和数量可分为城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。生活污水中重金属含量很少，但是，由于我国工业迅速发展，工矿企业污水未经分流处理而排人下水道与生活污水混合排放，从而造成污灌区土壤重金属Hg、Cd、Cr、Pb、Cd等含量逐年增加。淮阳污灌区土壤Hg、Ca、Cr、Pb、As等重金属1995年已超过警戒线。其它灌区部分重金属含量也远远超过当地背景值。 随着污水灌溉而进入土壤的重金属，以不同的方式被土壤截留固定。95%的Hg被土壤矿质胶体和有机质迅速吸附，一般累积在土壤表层，自上而下递减。郑州污水灌区水中Hg的浓度达到O.242mg/kg，而土壤Hg含量O.194 mg/kg就会造成重度污染。污水中的As多以3价或5价状态存在，进入土壤后被铁、铝氢氧化物及硅酸盐粘土矿物吸附，也可以和铁、铝、钙、镁等生成复杂的难溶性砷化合物。而Cd很容易被水中的悬浮物吸附，水中Cd的含量随着距排污口距离的增加而迅速下降，因此污染的范围较少。Pb很容易被土壤有机质和粘土矿物吸附。Pb的迁移性弱，污灌区Pb的累积分布特点是离污染源近土壤含量高，距离远则土壤含量低。污水中Cr有4种形态，一般以3价和6价为主，3价Cr很快被土壤吸附固定，而6价Cr进入土壤中被有机质还原为3价Cr，随之被吸附固定。因此，污灌区土壤Cr会逐年累积。 1.3 随固体废弃物进入土壤的重金属
中国耕地土壤重金属污染概况
中国耕地土壤重金属污染概况 摘要：依托收集的耕地土壤重金属污染案例资料，建立了我国138个典型区域的耕地土壤重金属污染数据库，并利用《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）中的二级标准作为评价标准，测算了我国耕地的土壤重金属污染概况。研究表明：（１）我国耕地的土壤重金属污染概率为16.67%左右，据此推断我国耕地重金属污染的面积占耕地总量的1/6左右；（２）耕地土壤重金属污染等别中，尚清洁、清洁、轻污染、中污染、重污染比重分别为68.12%，15.22%，14.49%，1.45%，0.72%；（３）８种土壤重金属元素中，Ｃｄ污染概率为25.20%，远超过其他几种土壤重金属元素；此外，也有一些区域发生Ni，Hg，As和Pb土壤污染，但是Ｚｎ、Ｃｒ和Ｃｕ元素发生污染的概率较小；（４）辽宁、河北、江苏、广东、山西、湖南、河南、贵州、陕西、云南、重庆、新疆、四川和广西１４个省、市和自治区可能是我国耕地重金属污染的多发区域，特别是辽宁和山西的耕地土壤重金属污染可能尤其严重。 关键词：土壤污染；重金属；耕地；污染概率 过去的50年中，大约有2.2万ｔ的Cr，9.39×10５ｔ的Cu，7.89×10５ｔ的Pb 和1.35×10６ｔ的Zn排放到全球环境中，其中大部分进入土壤，引起了土壤重金属污染。随着我国工业和城市化的不断发展，工业和生活废水排放、污水灌溉、汽车废气排放等造成的土壤重金属污染问题也日益严重。重金属污染不仅能够引起土壤的组成、结构和功能的变化，还能够抑制作物根系生长和光合作用，致使作物减产甚至绝收。更为重要的是，重金属还可能通过食物链迁移到动物、人体内，严重危害动物、
土壤中重金属形态分析方法
土壤中重金属形态分析方法 赵梦姣 （湖北理工学院环境科学与工程学院） 摘要：介绍了土壤重金属的形态及各种分析方法, 重点说明了土壤中重金属形态分布及影响因素;讨论了影响土壤环境中重金属形态转化的因素, 重金属形态与重金属在土壤中的迁移性、可给性、活性的关系, 重金属污染土壤修复与重金属形态分布的关系。形态分析在一定程度上反映自然与人为作用对土壤中重金属来源的贡献, 并反映重金属的生物毒性。 关键词: 土壤; 重金属; 形态分析；分析方法 自20 世纪70 年代以来重金属污染与防治的研究工作备受关注，目前重金属污染物已被众多国家列为环境优先污染物。重金属的总量往往很难表征其污染特性和危害，环境中重金属的迁移转化规律、毒性以及可能产生的环境危害更大程度上取决于其赋存形态[1]，不同的形态产生不同的环境效应。土壤的重金属污染是当今面积最广、危害最大的环境问题之一，其所含的重金属可以通过食物链被植物、动物数十倍的富集[2], 但土壤中的重金属的毒性不仅与其总量有关, 更大程度上由其形态分布所决定。环境中重金属的迁移性、生物有效性及生物毒性与重金属污染物在土壤中的存在形态有关, 因此, 土壤中的重金属形态分析已成为现代分析化学特别是环境分析化学领域的一个热门研究方向。
1重金属的形态及形态分析方法 根据国际纯粹与应用化学联合会的定义,形态分析是指表征与测定的一个元素在环境中存在的各种不同化学形态与物理形态的过程[3]。形态分析的主要目的是确定具有生物毒性的重金属含量,当所测定的部分与重金属生物效应或毒性一致时,形态分析的目的就可实现。重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结构态4个方面,由于土壤化学结构复杂及各种影响因素复杂多变,对土壤中的重金属形态分析,与水环境中重金属的分析方法:如溶出伏安法、离子选择电极法不同,土壤中重金属大多采用连续提取的形态分析方法对样品进行浸提和萃取,然后用原子吸收光谱法测定提取液中的每种形态重金属的浓度,许多学者关于土壤中重金属形态提出了不同的方法。FORSTNER[4]则提出了7步连续提取法,将重金属形态分为交换态、碳酸盐结合态、无定型氧化锰结合态、有机态、无定型氧化铁结合态、晶型氧化铁结合态、残渣态; SHUMAN[5]将其分为交换态、水溶态、碳酸盐结合态、松结合有机态、氧化锰结合态、紧结合有机态、无定形氧化铁结合态和硅酸盐矿物态8种形态;为融合各种不同的分类和操作方法,CAMBRELL[6]认为土壤中重金属存在7种形态,即水溶态、易交换态、无机化合物沉淀物、大分子腐殖质结合态、氧化物沉淀吸收态、硫化物沉淀态和残渣态;而具有代表性的形态分析方法是由TIESSER等人提出的[7]。将土壤或者沉积物中的金属元素分为可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结合态与残渣态。在TIESSER方法的基础上,欧共体标准物质局(European
(完整版)土壤重金属检测
土壤重金属检测 第一部分：样品的采集 一个完整的环境样品的分析，包括从采样开始到出报告，样品分析流程为：采样→样品处理→分析测定→整理报告，大致可分为这四个阶段。这四个阶段所需时间及劳动强度为：样品采集6.0%，样品处理61.0%，分析测试6.0%，数据处理及报告27.0%。 1 土壤样品的采集 采集土样时务必要注意所采样品的代表性，即所采集的样品对所研究的对象应具有最大的代表性。采样要贯彻“随机”、“等量”和“多点混合”的原则进行采样 2 采样器具 工具类：不锈钢土钻、铁锹或锄头、土刀、取土器、竹片以及适合特殊采样要求的工具，分样盘、塑料布或塑料盆等用于野外现场缩分样品的工具。 器材类：GPS、照相机、卷尺、铝盒、样品袋、样品箱等。 文具类：样品标签、采样记录表、现场调查表、铅笔、资料夹等；安全防护用品：雨具、工作鞋、药品箱等。 3 采样单元的划分 由于土壤的不均一性，导致同一研究区域各土壤具有差异性，同一块土壤中不同点也具有差异，故在实地采样前，应先根据现场勘察和所搜集的有关资料，将研究范围划分为若干个采样单元。 采样单元的划分，采样单元以土类和成土母质类型为主，其次根据地形、地貌、土上设施状况、土壤类型、农田等级等因素确定，原则上应使所采土样能使所研究的间题在分析数据中得到全面的反应。在一个采样单元中，如果用多个样点的样品分别进行分析，其平均值或其他统计值（如标准差或置信区间等）的可靠性，无疑要比单独取一个样品的分析结果更大，但这样做的工作量比较大。如果把多个样点的土样等量地混合均匀，组成一个“混合样品”进行测定，工作量就可大为减少，而其测定值也可得到相近的代表性，因为混合样品的测定值，实际上相当于各个样点分别测定的平均值。总体要遵循“同一单元内的差异性尽可
河北省农田土壤重金属污染修复技术规范
河北省地方标准 河北省农田土壤 重金属污染修复技术规范 （征求意见稿） 河北农业大学 二〇一四年九月 目次 1范围 ............................................................................................................. 错误！未定义书签。2规范性引用文件. (2)
3术语和定义.................................................................................................. 错误！未定义书签。 3.1农田土壤 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 3.2土壤重金属污染 .................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3重金属污染场地 (2) 3.4土壤修复 (2) 3.5土壤修复技术 (2) 3.6修复模式 (2) 4土壤重金属污染程度等级划分 (2) 4.1 土壤重金属污染程度评价方法 (2) 4.2土壤重金属污染评价分级标准 (3) 5土壤重金属污染修复技术要点和适用范围.............................................. 错误！未定义书签。 5.1工程修复技术....................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2物理化学修复技术 (4) 5.3生物修复技术 (4) 5.4农业生态修复技术 (4) 5.5与土壤重金属污染程度相适合的修复技术 (4) 6基本原则和工作程序 (4) 6.1基本原则 (4) 6.2确认重金属污染场地的条件和污染程度 (4) 6.3确定预修复目标和修复模式 (5) 6.4 筛选修复技术 (5) 6.5 制定技术方案 (6) 6.6 编制技术方案 (6) 7监测与分析方法 (6) 7.1监测 (6) 7.2分析方法 (6) 8标准实施与监督 (6)
土壤中重金属全量测定方法
精心整理 精心整理 版本1： 土壤中铜锌镉铬镍铅六中重金属全量一次消解测定方法.用氢氟酸-高氯酸-硝酸消解法,国家标准物质检测值和标准值吻合性很好,方便可行.具体方法: 准确称取0.5克土壤样品(过0.15mm 筛)于四氟坩埚中,加7毫升硝酸+3毫升高氯酸+10毫升氢氟酸加盖,放置过夜(不过夜效果同),电热板上高温档加热(数显的控制温度300~350度)1小时,去盖,加热到近干,冷却到常温,然后再加3毫升硝酸+2毫升盐酸溶题,版本1) 2) 3) 4) 5) 6) 附： 现在一般做法是,砷汞用1+1的王水在沸水煮2小时,加固定剂(含5g/l 重铬酸钾的5%硝酸溶液),在50毫升比色管中,固定,然后用原子荧光光谱仪测定砷汞. 1 土壤消化（王水+HClO 4法） 称取风干土壤（过100目筛）0.1 g （精确到0.0001 g ）于消化管中，加数滴水湿润，再加入3 ml HCl 和1 ml HNO 3（或加入配好的王水4~5mL ），盖上小漏斗置于通风橱中浸泡过夜。第二天放入消化炉中，80~90℃消解30 min 、100~110℃消解30 min 、120~130℃消解1 h ，取下置于通风处冷却。
精心整理 加入1 ml HClO4于100~110℃条件下继续消解30 min，120~130℃消解1 h。冷却，转移至20mL容量瓶中，定容，过滤至样品存储瓶中待测。 注：最高温度不可超过130℃。消化管底部只残留少许浅黄色或白色固体残渣时，说明消化已完全。如果还有较多土壤色固体存在，说明消化未完全，应继续120~130℃消化直至完全。 2植物消化（HNO3+H2O2法） 称取待测植物1~2g（具体根据该植物对重金属吸收能力的强弱而定）于消化管中，加入5ml HNO3，盖上小漏斗置于通风橱中浸泡过夜。第二天放入消化炉中，80~90℃消解30 min、100~110℃消解30 min、120~130℃消解1 h，取下置于通风处冷却。加入1 ml H2O2，于100~110℃条件下继续消解30 min，120~130℃消解1 h。冷却，转移至20mL容量瓶中，定容，过滤至样品存储瓶中待测。 精心整理
土壤重金属分析仪的操作方法
土壤重金属分析仪的操作方法 食品、土壤、水质逐渐被工业废气、废水、废渣所污染，甚至有些人直接用工业废水浇灌庄稼，造成土壤耕作层内的镉、铜、砷、铬、汞、镍、铁、铝、锌、锰、铜等重金属大量富积、积累，特别是城市郊区现象更为严重；加上大量使用无机化学农药等致使蔬菜和鱼类体内的重金属含量严重超标的情况，不断在人体内积累，导致消费者重金属慢性中毒现象发生，国内已发生多起重金属集体中毒事件，已引起政府的高度重视和社会各界的广泛关注，但是当前重金属测定方法测定速度慢、步骤繁琐且仪器昂贵。基于这种形势，托普云农开发出了重金属快速测定方法，可对蔬菜、食品、土壤、有机肥、烟叶等样品中的铅、砷、铬、镉、汞等进行快速联合测定。 一、土壤重金属分析仪检测原理： (一)样品经消化后，所有形态的重金属(包括砷、铅、镉、铬、汞、镍、铁、铝、锌、锰、铜等)都转化为离子型态，加入相关检测试剂后显色，在一定浓度范围内溶液颜色的深浅与重金属的含量呈比例关系，服从朗伯--比尔定律，再通过仪器进行测定得出含量值，与国家标准农产品安全质量无公害蔬菜安全要求允许限量的标准进行比较，来判断蔬菜样品重金属含量。
(二)各项重金属的检测原理及采用标准 1、重金属砷的检测原理及采用标准 采用国家标准(GB/T5009.11-2003)硼氢化物还原比色法，即样品经消化后，加入碘化钾-硫脲并加热，将五价砷还原为三价砷，在酸性条件下硼氢化钾将三价砷还原为负三价，形成砷化氢导入吸收液中呈黄色，经仪器检测得出砷含量。 2、重金属铅的检测原理及采用标准 采用国家标准(GB/T5009.12-2003)二硫腙比色法，即样品经消化后，在弱碱性条件下，铅离子与二硫腙生成红色络合物，溶于三氯甲烷后，比色测定。 3、重金属铬的检测原理及采用标准 样品经消化后，在二价锰存在条件下，铬离子与二苯碳酰二肼反应生成紫红色络合物，络合物颜色的深浅与六价铬含量呈正比，比色测定可得出铬含量。 4、重金属镉的检测原理及采用标准 采用国家标准(GB/T5009.15-2003)比色法，即样品经消化后，在碱性条件下，镉离子与6-溴苯丙噻唑偶氮萘酚生成红色络合物，溶于三氯甲烷后，比色测定。 5、重金属汞的检测原理及采用标准 采用国家标准(GB/T5009.17-2003)二硫腙比色法，即样品经消化后，在酸性条件下，汞离子与二硫腙生成橙红色络合物，溶于三氯甲烷后，比色测定。 现场测试
土壤中重金属含量测定与污染评价
实验题目土壤中重金属含量测定与污染评价 一、实验目的与要求 1、了解土壤的组成，了解土壤中重金属Cu对生物的危害及其迁移影响因素。 2、了解Cu, Pb, Cr, Cd, Zn ，Tl污染的GB标准。 3、掌握土壤消解及其前处理技术和原子吸收分析土壤中金属元素的方法。 4、掌握土壤中Cu的污染评价方法。掌握土壤中其它重金属的污染评价方法。 二、实验方案 1、实验原理 用盐酸－硝酸－氢氟酸－高氯酸混合酸体系消解土壤样品，使待测元素全部进入试液，同时所有的Cu都被氧化。在消解液中加入氯化铵溶液（消除共存金属离子的干扰）后定容，喷入原子吸收分光光度计原子化器的富燃性空气－乙炔火焰中进行原子化，产生的铜基态原子蒸汽对铜和铅空心阴极灯发射的特征波长进行选择性吸收，测定其吸光度，用标准曲线法定量。 2、实验试剂。 大学城各采样点土壤、盐酸GR、硝酸GR、氢氟酸GR、高氯酸GR、蒸馏水、（1+5）HNO 3 2、实验仪器： 原子吸收分光光度计、铜空心阴极灯、烧杯50mL（聚四氟乙烯）、移液管（1，2，5，10mL），滴管、50ml比色管，量筒及实验室常用仪器等。 3、实验步骤（土壤样品已经制备好，直接用就可以了）。 （1）土壤样品的消解。分别称取0.5g左右的三种土壤样品与50mL聚四氟乙烯烧杯中，用移液管量取2mL的水湿润，加入10mL的盐酸，在电热板上加热到溶液接近干燥，然后加入10 mL硝酸，继续加热到溶解物近干，用滴管加入5mL 氢氟酸并加热分解去除硅化物，接近干后加入5mL高氯酸加热至消解物不再冒白烟时，取下冷却。 （2）冷却完毕后，将残留物洗至50mL比色管，后加入2mL浓硝酸，并定容至标线，摇匀,静置. (3)由于溶液比较浑浊，干过滤后所得清液，用原子吸收分光光度计测其Cu
土壤中重金属
土壤中重金属 镉的迁移转化 由于土壤的强吸附作用，镉很少发生向下的再迁移而累积于土壤表层，在降水的影响下，土壤表层的镉的可溶态部分随水流动就可能发生水平迁移，进入界面土壤和附近的河流或湖泊而造成次生污染土壤中水溶性镉和非水溶镉在一定的条件下可相互转化，其主要影响因素为土壤的酸碱度氧化- 还原条件和碳酸盐的含量。与铅铜锌砷及铬等相比较，土壤中镉的环境容量要小得多，这是土壤镉污染的一个重要特点。 铅的迁移转化 铅是人体的非必需元素土壤中铅的污染主要来自大气污染中的铅沉降和铅应用工业的三废排放土壤中铅的污染主要是通过空气水等介质形成的二次污染铅在土壤中主要以二价态的无机化合物形式存在，极少数为四价态多以 2)(PbOH、3PbCO或243)(POPb等难溶态形式存在，故铅的移动性和被作物吸收的作用都大大降低在酸性土壤中可溶性铅含量一般较高，因为酸性土壤中的 H+ 可将铅从不溶的铅化合物中溶解出来植物吸收的铅是土壤溶液中的可溶性铅绝大多数积累于植物根部，转移到茎叶种子中的很少。植物除通过根系吸收土壤中的铅以外，还可以通过叶片上的气孔吸收污染空气中的铅。 铬的迁移转化 铬是人类和动物的必需元素，但其浓度较高时对生物有害土壤中铬的污染主要来源于铁铬电镀金属酸洗皮革鞣制耐火材料铬酸盐和三氧化铬工业的三废排放及燃煤污水灌溉或污泥施用等土壤中铬通常以四种化合形态存在，两种三价铬离子3Cr 2CrO，两种六价铬阴离子Cr2O7和Cr2O4其中3)(OHCr的溶解性较小，是铬最稳定的存在形式，而水溶性六价铬的含量一般较低，但六价铬的毒性远大于三价铬的毒性土壤中的有机质如腐殖质具有很强的还原能力，能很快地把六价铬还原为三价铬，一般当土壤有机质含量大于 2 时，六价铬就几乎全部被还原为三价铬[7-9] 由于土壤中的铬多为难溶性化合物，其迁移能力一般较弱，而含铬废水中的铬进人土壤后，也多转变为难溶性铬，故通过污染进入土壤中的铬主要残留积累于土壤表层铬在土壤中多以难溶性且不能被植物所吸收利用的形式存在，因而铬的生物移作用较小，故铬对植物的危害不像 Cd、Hg等重属那么严重有研究结果表明，植物从土壤溶液吸收的铬，绝大多数保留在根部，而转移到种子果实中的铬则很少。 砷的迁移转化 砷是类金属元素，不是重金属但从它的环境污染效应来看，常把它作为重金属来研究土壤中砷的污染主要来自化工冶金炼焦火力发电造纸玻璃皮革及电子等工业排放的三废冶金与化学工业含砷农药的使用砷主要以正三价和正五价存在于土壤环境中 ,其存在形式可分为水溶性砷，吸附态砷和难溶性砷三者之间在一定的条件下可以相互转化当土壤中含硫量较高且在还原性条件下，可以形成稳定的难溶性32AsS。在土壤嫌气条件下，砷与汞相似，可经微生物的甲基化过程转化为二甲基砷 [sHACH23）（]之类的化合物由于土壤中砷主要以非水溶性形式存在，因而土壤中的砷，特别是排污进入土壤的砷，主 要累积于土壤表层，难于向下移动.一般认为，砷不是植物动物和人体的必需元素但植物对砷有强烈的吸收积累作用，其吸收作用与土壤中砷的含量植物品种等有关砷在植物中主要分布在根部在浸水土壤中生长的作物，砷含量较高.
重金属污染场地土壤修复标准(DB43T1165-2016)
ICS 13.020.01Z 05 湖 南 省 地 方 标 准 DB43 DB43/T1165-2016
目次 前言..........................................................................................................................................................II 1主要内容和适用范围 (1) 2规范性引用文件 (1) 3术语和定义 (1) 4土地利用类型 (2) 5标准分级 (2) 6目标污染物种类 (2) 7标准值 (2) 8监测要求 (3) 9标准实施 (4)
前言 为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，防治土壤污染，保护土壤资源和土壤环境，保障人体健康，加强重金属污染场地土壤环境保护监督管理，指导重金属污染场地土壤修复工作，制定本标准。 本标准由湖南省环境保护厅提出并归口。 本标准起草单位：湖南省环境保护科学研究院。 本标准主要起草人：陈灿、文涛、万勇、钟振宇、付广义。 本标准于2016年3月29日首次发布。
重金属污染场地土壤修复标准 1主要内容和适用范围 本标准规定了湖南省重金属污染场地土壤修复指标、限值和监测方法。 本标准适用于湖南省重金属污染场地土壤修复工程效果评价、验收。 对于有特殊要求的重金属污染场地，经省级以上人民政府环境保护行政主管部门批准，土壤修复工程效果评价、验收可参照《污染场地风险评估技术导则》。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB3838地表水环境质量标准 GB15618土壤环境质量标准 HJ25.1场地环境调查技术导则 HJ25.2场地环境监测技术导则 HJ25.3污染场地风险评估技术导则 HJ/T166土壤环境监测技术规范 HJ557固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法 3术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 污染场地contaminated site 对潜在污染场地进行调查和风险评估后，确认污染危害超过人体健康或生态环境可接受风险水平的场地，又称污染地块。 3.2 土壤修复soil remediation 采用物理、化学或生物的方法固定、转移、吸收、降解或转化场地土壤中的污染物，使其含量或浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害物质的过程。 3.3 目标污染物target contaminant 在场地环境中其数量或浓度已达到对生态系统和人体健康具有实际或潜在不利影响的，需要进行修复的关注污染物。 3.4 修复目标值remediation target 污染场地经修复后，目标污染物应达到的规定指标限值。