基于主成分综合模型的矿区农田重金属污染评价.pdf

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1、基于主成分综合模型的矿区农田重金属污染评价１２３王从陆，吴超，段瑜（１畅湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭４１１２０１；２畅中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙４１００８３；３畅湖南理工职业技术学院，湖南湘潭４１１１０４）［摘要］　文章尝试利用变量聚类分析方法对矿区附近农田土壤重金属污染的主要污染物进行辨识，并采用综合主成分分析法对矿区附近农田土壤重金属污染情况进行评价和分级。分析结果表明：利用变量聚类分析法可以有效地辨识矿区附近农田土壤重金属污染中的主要成分；运用综合主成分分析法，确定样本的综合主成分，并

2、对其排序和聚类，可以有效揭示矿区附近农田土壤重金属污染物的数据结构、相互关系和不同样品点的污染程度。采用主成分分析方法对矿区附近农田土壤重金属污染情况的评价结果，反映了矿区主要重金属污染物的影响，同时又定量化了土壤复合重金属污染研究。辨识和评价结果可为矿区附近农田土壤重金属污染治理对策的提出和重点治理区域的确定提供参考和指导。［关键词］　主成分综合模型；矿区农田土壤；重金属污染；评价［中图分类号］　X５０２　［文献标识码］　A　［文章编号］　１００９－１７４２（２００８）０７－００８４－０４据统计，我国耕地因重金

3、属而造成污染的面积同采样点的农田的重金属污染程度，并进行排序，为２接近１３３万hm，约占耕地面积的１桙５。我国每年因矿区农田重金属污染治理提供参考。重金属污染导致的粮食减产超过１０００万t，被重金1主成分分析的统计依据与步骤属污染的粮食多达１２００万t，合计经济损失至少２００亿元。重金属污染对粮食安全的影响受到关主成分分析也称主分量分析，旨在利用降维的注。思想，把多指标转化为少数几个综合指标。主成分有色金属矿山生产过程中的许多环节，包括凿分析的基本思想，在实证问题研究中为了全面、系统岩、爆破、运输、通风、排水、选

4、矿和尾矿等，都会产生地分析问题，笔者必须考虑众多影响因素。每个变重金属污染物，且含量较高。当把它们从地下搬到量都在不同程度上反映了所研究问题的某些信息，地表后，由于物理、化学条件的改变，重金属元素的并且指标之间彼此有一定的相关性，因而所得的统释放、迁移，对附近土壤等产生严重的重金属污染。计数据反映的信息在一定程度上有重叠。采用统计因此，有色金属矿山是重金属污染的重要来源，首当方法研究多变量问题时，变量太多会增加计算量和其冲的就是矿区附近的农田。近年来，国内外学者增加分析问题的复杂性，人们希望在进行定量分析对部分铅

5、锌尾矿、铜尾矿污染区重金属污染现状，包的过程中，涉及的变量较少，得到的信息量较多。主括重金属含量、形态特征以及对矿区植被的影响等成分分析正是适应这一要求产生的，是解决这类题［５～８］方面进行了大量研究，但对矿区农田重金属污染评的理想工具。［１～４］价的研究较少。笔者参照GB５６１８—１９９５有关1．1主成分分析的统计依据标准，利用统计分析软件，应用聚类分析方法，分析设有p个指标x１，x２，…，xp，这p个指标反映了主要污染源；采用综合主成分分析法，分析、评价不客观对象的各个特征，因此每个对象观察到的p个指［收稿日

6、期］　２００７－０７－０８；修回日期　２００７－０９－２０［基金项目］　湖南省自然科学基金资助科研项目（０６JJ５００７９）［作者简介］　王从陆（１９７２－），男，博士，江西万年县人，湖南科技大学能源与安全工程学院，主要为研究方向矿山安全、环保研究180中国工程科学标值就是一个样本值，它是一个p维向量。如果观察方差与全部方差的比值。这个值越大，表明第１主了n个对象，就有n个p维向量，可用矩阵表示如下：成分综合x１，x２，…，xp信息的能力越强。前个主x１１x１２…x１p成分的累计贡献率定义为（λ１＋λ２＋…＋λk

7、）桙（λ１＋x２１x２２…x２pλ２＋…＋λp）。如果前k个主成分的累计贡献率达X＝＝（x１，x２，…，xp）到某个给定值，则表明取前k个主成分基本包含了xn１xn２…xnp全部测量指标所具有的信息，这样既减少了变量的每一行就是一个样本的观察值，可用数据矩阵X的个数，又便于对实际问题进行分析和研究。p个向量作线性组合为：1．2主成分分析的步骤F１＝a１１x１＋a２１x２＋…＋ap１xp１）将原始数据标准化；F２＝a１２x１＋a２２x２＋…＋ap２xp２）建立变量的相关系数阵R＝（rij）＝x′x；…………

8、…３）求R的特征根λ１≥λ２≥…≥λp＞０；Fn＝a１nx１＋a２nx２＋…＋apnxp４）写出主成分Fi＝a１ix１＋a２ix２＋…＋apixp，i２２２上述方程组要求a１i＋a２i＋…＋api＝１，且系＝１，２，３，…，p。数aij由下列原则决定：５）每个主成分所对应的特征值占所提取主成分１）Fi与Fj（i≠j）不相关；总的特征值之和的比例作为权重，计算主成分综合２）