基于因子分析法研究太原市土壤重金属污染的主要来源 - 生态环境学报

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1、王雄军等：基于因子分析法研究太原市土壤重金属污染的主要来源675基于因子分析法研究太原市土壤重金属污染的主要来源王雄军1，赖健清1，鲁艳红2，李德胜3，周继华3，王建武31.中南大学地学与环境工程学院，湖南长沙410083；2.湖南省农业科学院，湖南长沙410120；3.山西地质调查院，山西太原030001摘要：太原市土壤的研究还处于起步阶段，尚缺乏系统的研究和探讨。基于因子分析法分析研究太原市土壤重金属污染类型及污染来源，在面积性土壤测量基础上，采用城市土壤单点样采集方法，通过测试获得了城市表层土壤中重金属元素（A

2、s、Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、Zn、Cu）的含量数据；应用统计数手段及处理软件，采用因子分析法对太原市土壤化探数据进行详细分析研究；结合太原市工企分布情况，对比因子分析中的六个主因子，进行整理分析；研究结果充分反映出太原市作为一个典型的重化工基地和燃煤城市的污染特点，表明太原市土壤重金属污染的主要来源有四个方面，即：工矿企业污染源，燃煤污染源，交通污染源，商业活动和居民生活污染源等。关键词：因子分析；太原；重金属；污染；化探中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）02-0671-0

3、6王雄军等：基于因子分析法研究太原市土壤重金属污染的主要来源675太原盆地在80年代初开展的由农业部组织的第二次全国土壤普查，工作的重点主要是对土壤的母质，组成和结构调查分类。在地球化学方面，仅对土壤和作物有关的常量元素进行了分析，包括N、P、K的全量和速效量、有机质和pH值等，而对土壤中其他营养元素和有毒有害元素未做系统调查分析。由于城乡工业的飞速发展，土地用途的大量变迁，各种元素含量与分布必然发生了较大的变化，这些研究结果已不能满足当前的需要，仅能作为本次环境地球化学调查工作的基础和参考。太原市土壤重金属污染状况

4、研究也有报道。郭翠花等[1]（1995年）对太原市地表土中Cu、Cd、Cr、Zn和Mn五种元素的含量、分布规律、污染程度、污染原因进行了研究分析，得出Cu、Cd、Zn三元素含量超过中国土壤背景值，Cd污染最严重，污染面积达到100％。段永蕙、张乃明等[2]（1997年）对太原市污灌区水质、土壤和作物中Hg、Cd、As的污染状况研究表明，土壤中Hg和Cd含量超过背景值，土壤和作物中三种元素含量之间存在一定的相关性。时红，张永波[3]（2001年）通过对太原市酸雨污染状况及成因进行分析，得出太原市今年酸雨频率增加，董茹地

5、区酸雨污染最为严重，与该地区工业废气排放有关。国内外学者关于土壤重金属污染的大量研究表明，铅（Pb）、汞（Hg）、锌（Zn）、铬（Cr）、镉（Cd）等在城市土壤中累积明显，其含量一般都高于附近的农业土壤。这些重金属在土壤表面的污染物会对土壤性质和植被等产生严重危害，更重要的是通过食物链和地下水，以及地面扬尘等途径输入人体，并在人体中长期积累，引起各种疾病症状，对人体健康产生危害。因此，在城市化进程不断加快的今天，评价和研究城市土壤重金属污染程度，研究城市土壤重金属污染特征、污染来源以及在环境中迁移、转化机理，并对城市

6、环境污染治理和城市进一步的发展规划提出科学建议，不仅有利于城市生态环境良性发展，有利于人类与自然和谐，也有利于人类社会健康和城市可持续发展[4-8]。本次研究采用多元统计数学方法之一的因子分析，它根据多个实测变量之间的相互关系，运用数学变换，将多个变量转变为少数几个线性不相关的综合指标，从而简化数据处理，其目的在于对大量观测数据，用较少的有代表性的因子来说明众多变量所提取的主要信息，提示出多个变量间的因果关系。它最先在心理学和社会科学领域得到应用，从20世纪60年代开始因子分析在环境科学领域得到广泛应用，并取得较好的

7、效果。由于线性综合指标往往是不能直接观测到，但它更能反应事物的本质，因此因子分析在成因、来源问题研究上是一种非常有效的数学方法，可以用它解决很多环境问题，例如：污染来源的判别、环境样品的分类、监测点的优化及污染物组分的测定[9-14]。利用因子分析对太原市土壤重金属污染评价尚未见报道，评价和研究太原市土壤重金属污染程度，污染来源并提出针对性的防治措施，对太原市的重金属污染治理和进一步的城市规划具有参考价值和一定的现实意义。王雄军等：基于因子分析法研究太原市土壤重金属污染的主要来源6751数据来源与研究方法1.1数据来

8、源本研究的野外工作方法主要采用城市土壤单点样采集。主要是在面积性土壤测量基础上，采集城市研究区第Ⅱ环境地球化学土壤样品，以进一步获取城市表层土壤中重金属（As、Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、Zn、Cu）和放射性元素（U、Th）的含量数据，为城市生态地球化学评价提供地球化学依据。野外采样工作标准按原地矿部DZ/T0167-95《区域地球化学勘查规