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1、基于分形方法的合肥大兴地区土壤中污染元素Hg异常下限袁峰1,张颖慧1,周涛发1,李湘凌1,张鑫J陈兴仁2,陈永宁2,陈富荣2,贾十军2I.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥230009；2.安徽省地质调査院，安徽合肥230009摘要：土壤污染元素异常下限值的确定对环境地球化学评价具有重要意义，传统异常下限值计算方法仅适用于元素含量数据呈正态分布的情况且地球化学意义不明确，而事实上土壤元素含量的空间分布很可能具有分形分布特征，元素背景和异常有各自独立的幕指数关系。文章探讨利用分形方法确定合肥大兴地区土壤中Hg元素的异常下限值。基于分形的含量■面积方法确定的合肥大兴
2、地区土壤中污染元素Hg的异常下限值为0.13mg/kg。与传统方法（平均值加两倍标准离差）对比显示，分形方法圈定的异常区域是有效的、合理的。关键词：分形；汞；异常下限值；土壤；合肥中图分类号：X132文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）06-2259-05土壤环境中污染元素的地球化学异常辨析是环境评价中的一个重要问题，使用合理正确的地球化学异常下限值圈定异常区域将为污染的评价、防治和治理提供重要的依据“①。通常元素的地球化学异常下限值的确定应用于金属矿产的地球化学勘探中14句，但目前也被广泛应用于环境地球化学评价中。传统方法确定元素异常下限值，一般是
3、以平均值与2倍标准离差之和作为元素的地球化学异常下限值°7］，但是，该方法仅适用于地球化学数据呈正态分布的情况，同时方法的地球化学意义不明确。已有研究显示，地球化学数据或景观很可能是一个具有低维吸引子的混沌系统，元素的地球化学背景值和异常具有各自独立的帚指数关系，导致了一种多重分形分布洛⑼，因此使得利用元素的分形分布求出其异常下限成为可能。本文探讨利用分形方法确定合肥大兴地区土壤中污染元素Hg的异常下限值，并对其合理性和有效性进行分析，以期为今后的环境评价、治理等工作提供帮助。1研究区概况及样品分析本文的研究区为合肥市大兴地区，该区位于合肥市东南部（图1）,是合肥市传
4、统的工业基地，区域内有钢铁厂、化工厂、造纸厂、污水处理厂等大中企业20多家，各类中小企业80多家。大兴地区主要以工业为主，有部分农田区，主要种植水稻和蔬菜，局部有养殖场，南耙河流经研究区。土壤中Hg元素的来源是多方面的，除形成土壤的母质本身含Hg外，矿物燃料燃烧排放的Hg也很多。电气、仪表、氯碱、涂料等许多企业生产中要消耗大量Hg和Hg化合物，这些Hg最终有很多进入环境、土壤。含Hg农药的广泛使用，也造成了土壤Hg的污染。Hg的毒性很强，其中以甲基Hg毒性最大，危害最普遍，它可在生物体内脂类物质中积累并侵入中枢神经系统，引起脑动脉硬化（水俣病），导致肢体麻木、刺痛、语
5、言失常、听觉失灵、情绪波动等【小。1：25万多目标区域地球化学调查（安徽省地质调查院，合肥市江淮分水岭地区区域生态地球化学评价报告（内部资料）,2007）已显示大兴地区土壤中Hg元素呈异常分布。土壤样品为较稳定地块的表层土壤，采用网格化方法采集（图1）,1个点/km2o样品自然风干后过20目筛重量大于500g待测，样品总数为78个。土壤样品中Hg元素含量由国土资源部合肥矿产资源监督检测中心测试，测试方法为氢化物发生・原子荧光法（AFS）,测试数据显示Hg元素总量范围在0.026〜0.596mg/kg之间。2土壤中Hg元素异常下应42.1分维模型原理所谓分形，是指局部与
6、总体具有某种相似性的形状，或者说在不同尺度上看起来基本相似的形状,即具有自相似性（self-similarity）；而自相似性就是局部与整体在形态、功能和信息等方面具有统计意义上的相似性；国内外众多学者从不同角度探讨了地球化学数据的空间分形结构l，2'，5,o而分维是描述分形结构的一种参数l，6'18
7、o分形分布的特点要求，大于等于某一尺度的数目或和数与物体大小之间存在壽函数关系，即：图1研究区及采样点分布Fig.1StudyareaandsoilsamplelocationsN(r)=Cr'D,r>0式中，广表示特征尺度；C>0,为比例常数；D>0,为分维数；N(r
8、)二N(>=/-)表示尺度大于等于r的数目或和数。为了求出分形模型中的分维数D,将观测数据[("(门)，("(厂),…，(N(r“))和(门,r2,...rn,)]绘制在双对数坐标系上，如果其散点大致分布在一条直线上，其分维数D便可以利用直线的斜率求出，即D为该直线的斜率。如果其散点大致分布在两条直线上，则采用分段拟和的方法，在两个区间用最小二乘法进行回归并用最优化方法确定分界点。具体方法是：找出合适的分界点,使各区间的直线与原始数据之间的剩余平方和E,(/=l,2)在两个区间的总和01E=Ei+E2=Z[lgMr/)+A)
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