重金屬污染分析大全11篇

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中圖分類號：S153 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170432024

1 我國農田重金屬污染現狀

1.1 重金屬普遍超標

農田重金屬污染主要是指Pb、Cu、Hg、Zn、Cr、Cd等重金屬元素在農田土壤中的含量超過土壤背景值，根據農田部、環保部等部門近年來報告數據顯示，全國有300多個重點污染區重金屬超標，占農田污染的80%，抽取數據顯示，我國農田平均重金屬超標率在2010年前就已經高達12%，在一些大城市，例如北京、上海、深圳等地，各類重金屬元素在農田土壤中的含量尤其高，城市發展對于農田重金屬污染影響極為嚴重，目前我國農田重金屬污染形勢嚴峻，污染情況已經得到重視，各類措施也在緊急籌備和實施之中。我國農田重金屬污染現狀具有范圍大，種類多，相對集中，分布不均，普遍嚴重的特點。雖然污染依然嚴重，但隨著環保力度的增強和范圍的擴大，污染情況正在逐步改善。

1.2 污染主要來源

農田重金屬污染修復，關鍵在防、治二字，要做到對重金屬污染的防治，需要了解農田中重金屬的來源，污染來源主要有4類，分別是：污水、大氣、農業廢棄物以及固體垃圾。空氣污染是我國環境保護的一大難題給農田也帶來了極大的影響，空氣中夾雜著來自工業、交通、礦山等的污染物中，不乏各類重金屬物質，在大氣沉降過程中，重金屬便進入了農田土壤之中。大量數據實例表明，在工業區、道路旁，土壤中含重金屬量較其他地區明顯高出數倍，環保部研究青藏鐵路沿線兩側、北京等城市道路旁農田土質以及種植物，發現不僅土壤重金屬含量高，植物中也含有較高的重金屬元素。含重金屬的污水一旦進入農田并沉淀，就容易造成農田重金屬含量的增加，農業材料，如農藥、農肥等，在大面積、長期使用之下，重金屬會慢慢滲入土壤之中，而一些固體堆積物更是含有大量重金屬，在堆積中容易滲入地下。

2 農田重金屬污染修復技術

2.1 物理、化學修復技術

物理修復技術主要有換土、深耕翻土、填土以及加熱法，前3種方法原理一致，皆是使淺層土壤以舊換新，這些方法工程量大，效果穩定，修復徹底，但是不僅換土需要大量工程，集中處理土壤的耗損也非常大，因此并不適合大規模應用。加熱法是利用加熱使揮發性重金屬從土壤中揮發析出，雖然有一定作用，但是容易導致一些元素酸化或者相互反應，產生更為嚴重的后果，且析出氣體的收集也很棘手。化學修復方法也是如此，無論是電動修復還是淋洗修復，都容易導致嚴重的污染，電動修復是通過土壤兩側通電以電場作用將重金屬帶到電極，在兩極集中收集并進行處理，淋洗是將水或者其他制劑放入土壤之中進行沖洗，制劑的選擇和二次污染的防治成為淋洗的重點，物理、化學方法雖然效果好，但是成本高且對環境極可能造成二次污染，因此實踐中應用甚少，相關部門正在加緊研究改善重金屬污染治理之中。

2.2 生物修復技術

生物修復技術成本較低，有利于規模化操作，并且生物法的優勢在于其環境有益性，不僅能夠有效處理農田土壤重金屬污染，更重要的是，生物修復有助于修復自然界的正常循環，有利于全面改善環境，目前的環境保護實踐對于生物方法也極為推崇。生物修復法主要是利用植物和微生物、動物進行土壤修復，利用植物根系固定重金屬，減少擴散，植物還能夠從土壤中吸收重金屬，儲存在植物體內，我國已經發現大量對重金屬具有吸收能力的植物，在實踐中也有一定研究和應用，植物修復是較為推崇的方法，綠色植物的大量種植能夠固定土壤、防風固沙、凈化空氣，大量種植能夠吸收重金屬的植物，則一舉數得，值得注意的是，植物吸收重金屬存于體內，勢必導致重金屬含量過高，這些植物一定不能作為食品銷售。微生物、動物與植物修復法類似，生物修復技術容易破壞生態平衡，尤其是微生物、動物修復，因此也需要進一步研究，目前而言，選取植物進行大規模種植修復土壤似乎是于環境保護最有益處的方法。

3 結語

環境于人類而言重如生命，l展中的破壞已經造成，如何修復才是關鍵，農田土壤重金屬污染，重在防治，切斷污染源的同時改良污染土壤方為可行之路。

篇（2）

一、問題的說明

現對A城市為例對土壤地質環境進行調查。將所考察的城區劃分為間距1公里左右的網格子區域，按照每平方公里1個采樣點對表層土（0~10厘米深度）進行取樣和編號，并用GPS記錄采樣點的位置。應用專門儀器測試分析，獲得每個樣本所含的多種（8種）重金屬元素的濃度數據。另一方面，按照2公里的間距在那些遠離人群及工業活動的自然區取樣，將其作為該城區表層土壤中元素的背景值。列出采樣點的位置、海拔高度及其所屬功能區、8種主要重金屬元素在采樣點處的濃度、8種主要重金屬元素的背景值。

我們引用2011年全國數學建模大賽附錄中的A城市城區土壤重金屬的調查數據，建立數學模型，研究地區重金屬污染源的確定方法。

二、問題的求解方法

由于土壤重金屬污染呈擴散傳播，既污染源附近重金屬富集程度最高，距污染源越遠，元素濃度越低，所以，污染最嚴重的地點既是污染源,運用等標污染負荷法，通過對污染物和污染源進行標化計算，得出一個量化指標，使指標的值在0~1之間，采用這個共同的指標能夠來衡量各個重金屬污染源或污染物污染能力的大小。

等標污染負荷法模型的建立與求解：

（1）處理數據。

每相鄰五個取樣點通過求取平均值，合并成一個較大取樣點（即每五平方公里一個取樣點），求得64個合并取樣點，用于分析數據。

（2）建立模型。

1）進行符號說明：

（將As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn分別記為元素一至元素八）

1、Aij―樣本點i的第j種元素的污染物濃度

2、Bj―第j種元素的自然值；

3、aij―區域內第i個取樣點第j種重金屬元素的等標污染負荷量aij （即污染物濃度與背景值之比：aij=Aij／Bj）

4、bi―樣本點i的等標污染負荷量（即該取樣點所有的重金屬污染物等標污染負荷量之和：bi=(i=1,2,3,…64)

5、c―城區內的等標污染負荷量（即區域內所有取樣點的等標污染負荷量bi之和：c=）。

6、ai―城區內樣本點i等標污染負荷量的比值（即每個取樣點等標污染負荷量bi與區域內的總等標污染負荷量c之比：ai=（i=1,2,3…64）

7、di―i個等標污染負荷量的比值a按從小到大依次疊加

8、x―取樣點橫坐標

9、y―取樣點縱坐標

10、h―取樣點海拔

補充：將bi和c帶入公式ai=可得

ai=（i=1,2,3…64）

2）整理數據帶入相應公式可得每個樣本點等標污染負荷量的比值a

3）將城區內的等標污染負荷之比值ai由大到小依次排列，并將比值從小到大依次疊加得到di

4）將di從小到大排列，我們將最高的8個di列入下表得到表5-1：

樣本號i 8 4 6 9 5 52 37 2

di值 0.607 0.635 0.662 0.691 0.719 0.777 0.84 1

表5-1等標污染負荷量的比值a按從小到大依次疊加

由表可知，取樣點2的疊加值di超過90%。

5）于是從附錄中找到2號取樣點的5個原始樣本的數據。

分別為i=6、7、8、9、10號樣本。

再在這5個點中找出污染最重的區域。

上面的研究是對64個點的分析，下面的研究只對這五個點進行研究即可，研究方法和原理與上面的相同。

6）通過計算可得：

第八點污染最為嚴重，可將第八點作為污染源。

所以，該城區污染源為點x=2383m,y=3692m,h=7.及其附近區域。

7)在樣本點較少或者用計算機進行計算時，不必進行第一步的樣本點合并，直接求出di超過90%的原始樣本點，作為重點污染源。

三、方法模型的總結和擴展

伴隨《環境影響評價法》、《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》等法律的出臺，國家對環境污染的防治力度大大增強。確定污染企業的位置，

對環境污染的治理，有著關鍵性的作用，等標污染負荷法計算簡便，原理清晰易懂，能夠準確地確定污染源的位置，為有關部門尋找重點污染企業，提供了簡便有效的方法。

參考文獻

[1]楊蘇才,曾靜靜,王勝利,南忠仁.蘭州市表層土壤 Cu、 Zn、 Pb 污染評價及成因分析.市場周刊?理論研究第,2004,11.

[2]吳邵華,周生路,潘賢章,趙其國.城市擴建過程對土壤重金屬積累影響的定量分析.土壤學報,2011.5.

[3]劉麗瓊,魏世江,江韜.三峽庫區消落帶土壤重金屬分析特征及潛在風險評價.中國環境科學,2011,31（17）:1204-1211.

[4]彭 勝,陳家軍,王紅旗.揮發性有機污染物在土壤中的運移機制與模型.土壤學報,第38 卷第3 期2001 年 8 月.

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中圖分類號TG1 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）71-0069-02

1 問題重述

隨著城市經濟的快速發展和城市人口的不斷增加,人類活動對城市環境質量的影響日顯突出.對城市土壤地質環境異常的查證,以及如何應用查證獲得的海量數據資料開展城市環境質量評價,研究人類活動影響下城市地質環境的演變模式,日益成為人們關注的焦點。

按照功能劃分,城區一般可分為生活區、工業區、山區、主干道路區及公園綠地區等,分別記為1類區、2類區、……、5類區,不同的區域環境受人類活動影響的程度不同。

現對某城市城區土壤地質環境進行調查.為此,將所考察的城區劃分為間距1km左右的網格子區域,按照每平方公里1個采樣點對表層土（0cm～10cm深度）進行取樣、編號,并用GPS記錄采樣點的位置.應用專門儀器測試分析,獲得了每個樣本所含的多種化學元素的濃度數據.另一方面,按照2km的間距在那些遠離人群及工業活動的自然區取樣,將其作為該城區表層土壤中元素的背景值。

附件1列出了采樣點的位置、海拔高度及其所屬功能區等信息,附件2列出了8種主要重金屬元素在采樣點處的濃度,附件3列出了8種主要重金屬元素的背景值。

現要求你們通過數學建模來完成以下任務：

1）分析該城區內不同區域重金屬的污染程度；

2）通過數據分析,說明重金屬污染的主要原因；

3）分析重金屬污染物的傳播特征,由此建立模型,確定污染源的位置。

2 模型假設

1）假設各元素濃度的測量準確無誤；

2）假設重金屬元素是從高濃度到低濃度擴散；

3）假設重金屬元素向3個方向上的擴散系數相同,且不受降雨等外部因素影響。

3 模型的建立和求解

3.1問題一：模糊數學模型[1]

傳統評價方法僅僅考慮了重金屬污染物濃度超標的情況,未考慮重金屬本身的毒性作用,這就有可能掩蓋有些濃度低但毒性大的有毒物的污染作用,因此,采用基于雙權重因子的模糊數學模型綜合考慮重金屬濃度和毒性作用進行評價更為全面合理.根據模糊評價的原理、步驟及查得的土壤重金屬污染程度分級標準及生物毒性指數（如表1）進行求解。

表1 土壤重金屬污染程度分級標準及生物毒性指數

模型的求解過程具體如下：根據附表一實測數據各區各重金屬元素求得的平均值和表2的數據,計算各重金屬元素對應于各土壤重金屬環境質量等級的隸屬度函數,得到關系模糊矩陣。如功能區一經計算后得到的關系模糊矩陣為：

由附表1實測數據和表2數據得到功能區一各個重金屬參評因子的權重

根據功能區一的模糊關系矩陣和對應的權重系數可得出功能區一對評價等級的隸屬度,再根據最大隸屬度原則,確定各樣品的污染程度,此即為土壤環境質量分級。

其他四區的具體做法和功能區一樣,在這里不再贅述,結果見下表。

表2 模糊綜合評價結果

3.2問題二：主成分分析數學模型

八種重金屬元素在五個功能區的分布不同,對區內重金屬污染的影響也不同,故該模型采用主成分分析法建立,通過SPSS軟件分別得到五個功能區的主成分值，進而得到各功能區污染的主要因素.

3.2.1 主成分值

表3 城區主成分值

1）主成分一中各因子的載荷值比較大的是Cu、Pb分別為75.6%、76.4%；

2）主成分二中各因子的載荷值都較小。

因為工業生產原料和工業污染里含有大量Cu、Pb元素,因此可認為對整個城區而言重金屬污染的主要原因是工業廢物。

表4 生活區主成分值

1）主成分一中各因子的載荷值比較大的是Cd、Cu、Pb分別為78.4%、72.9%、80.3%；

2）主成分二和三中各因子的載荷值都較小。

因子變量在Cd、Cu、Pb上有較高的載荷,是因為城市垃圾中含有的Cd、Cu、Pb、Zn平均含量分別為9、350、330和780（mg/kg）,主成分因子在Zn上的載荷不高,可能是因為Zn的毒性系數較低的緣故,另外Cu、Pb還可能來自于工業污染,Pb可能來自于尾氣排放。

表5 工業區主成分值

1）主成分一中各因子的載荷值比較大的是Cr、Cu、Pb、Zn分別為91.6%、86.8%、85.8%、85.9%；

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一、螯合劑的種類

標準的分類不同使螯合劑也呈現不同的種類，當下比較常見的分類方式主要有效果與作用機理分類、化學組成分類。螯合劑根據效果與作用機理的分類能夠分為穩定、固化以及活化的重金屬螯合劑。依照螯合劑所顯示出來的化學組成分類，螯合劑能夠分為天然的低分子有機酸以及氨基多羧酸類。具體分類入下圖：

二、螯合劑在重金屬污染土壤修復中的運用

對于農產品而言，土壤遭受到重金屬的污染會影響著其安全，嚴重的情況會威脅到人類的健康以及整個生態系統，這個問題已經逐漸蔓延開來，當下世界已經將土壤的重金屬污染問題納入全球性環境問題中。如果土壤遭受到重金屬的污染，會極大的降低土壤中生物的有效性，使栽植的植物難以吸收土壤中的養分，在現實當中，螯合劑就能夠很好的解決這一難題，其能夠有效的對土壤中重金屬所具備的移動性予以改變，這里所說的改變主要就是指將土壤重金屬予以鈍化或者活化，這樣就能夠極大提高修復重金屬土壤的效率，因此在當下修復重金屬土壤的中廣泛將螯合劑運用進來。

1.氨基多羧酸類

就當下形式而言，氨基多羧酸類的螯合劑在一定程度上含有活化效率高的特征，在我國對于修復土壤重金屬污染的報道非常多。例如在研究擁有半年開采歷史以及我國億噸煤建設基地的淮南礦區，土壤所遭受的重金屬污染主要就是鉛污染，我國已經有很多專家以及學者對淮南礦區這一現狀以及危害進行了仔細分析，與此同時還研究出了修復土壤鉛污染的最新技術、修復栽植植物的機理以及技術特征。再例如我國很多專家以及學者認為將DTPA、EDTA以及HCL作為化學螯合劑，在這三種浸提劑中，對于鎘、銅、鉛、鋅這四種重金屬而言，HCL的浸提效果相對于DTPA以及EDTA要好的多。我國還有一些專家以及學者通過研究得出，泥炭以及螯合劑能夠對苧麻吸收土壤中重金屬鎘起到一定的影響，根據相關實驗表明，檸檬酸與泥炭兩者組合起來進行配施處理能夠幫助所栽植植物的生長，針對植物吸收重金屬鎘的實際能力來看，泥炭與螯合劑（檸檬酸、EDTA）兩者組合起來進行配施處理能夠有效的幫助苧麻更好的吸收土壤中的重金屬鎘。我國很多專家以及學者都認為小白菜能夠對土壤中的重金屬鎘污染植物進行有效的修復，然后經過盆栽試驗，我們能夠得出小白菜在重金屬鎘土壤中的富集指標以及耐受性，然后根據此指標去施加不同水平的螯合劑，這樣做的主要目的就是讓修復效果得到強化。我國還有一些專家以及學者還做了土培盆栽試驗，我們能夠得知油菜以及甘藍也能夠在吸收土壤中重金屬鎘起到有效的生物凈化作用，在此基礎之上，很多專家以及學者還對甘藍富集鎘受到螯合劑的影響進行了詳細的研究，通過這個研究我們能夠得出，甘藍在進行修復土壤中重金屬鎘污染的效果并不是那么明顯，但是油菜在修復土壤中重金屬鎘污染卻有著非常顯著的效果，但是EDTA化學螯合劑在提高修復水平方面的效果就不是那么明顯，因此，我們就可以認定油菜這種植物比較合適去對土壤中的重金屬鎘污染進行修復，但是對于螯合劑的添加還是要根據實際情況來決定。

2.低分子有機酸

低分子有機酸相對于氨基多羧酸類來說，在進行修復土壤重金屬污染的相關研究報道中，偏向于低分子有機酸的研究報道要相對要少一點。我國一些專家以及學者就當下土壤重金屬污染的實際情況進行篩選活化重金屬土壤中天然植物螯合劑的研究，根據此研究我們能夠得知植物的類別不同所產生出來的汁液也能夠對土壤中不同的重金屬成分起到不同的活化能力，為此我們做了一個排序：馬尾松

三、存在的問題與展望

在運用螯合劑對土壤重金屬污染進行修復的時候會在不同程度上受到螯合劑種類所呈現出來的效應、金屬種類、螯合劑所呈現出來的濃度效應、整合劑的酸堿值效應、土壤的基本特質效應以及植物的具體種類效應等方面的影響。例如，EDTA能夠在一定范圍內的酸堿值內與其他金屬復合成為一種具有一定穩定性的復合物，其不僅能夠對土壤中的重金屬予以吸附，還能夠將土壤中的重金屬化合物予以溶解，但是不溶性，與此同時酸堿值、提取液與土壤之間的比例、電解質、重金屬在土壤中的具體形態以及土壤的具體性質都會對EDTA清除土壤中的重金屬的實際效果造成影響，并且EDTA具有價格昂貴以及回收率低的問題，這就使得EDTA不能夠被廣泛的運用起來。

而對于螯合劑修復土壤的重金屬污染來說，其不僅是一項耗費低的修復技術，還具備在一定的范圍內對受到污染的土壤予以修復的潛能，但是就目前形勢而言，還缺乏對螯合劑在土壤中以及重金屬在植物內部的累積、遷移和重金屬的絡合作用的機制的研究。與此同時，螯合劑不僅能夠對土壤中、低濃度重金屬污染予以處理，還能夠與其他土壤重金屬污染修復技術相結合，以此來作為整個修復工作的最后一項內容，但是螯合劑不能夠對土壤遭受的所有重金屬污染予以處理。

在未來我們能夠要求螯合劑的來源植物要具備對重金屬有一定的耐性，因此，我們能夠將基因工程技術運用進來，這樣做的主要目的就是對超富集植物的培育，通過基因工程技術培育后的植物具有重金屬生物量大以及累積量大的特點，這樣就能夠提高植物的生物量，從而提高植物的土壤重金屬污染的修復效果。

參考文獻

[1]白雪,程國玲.螯合劑在重金屬污染土壤中的應用[J].現代農業科技,2011,(1):289-289,292.

篇（5）

湖南省擁有豐富的礦產資源，且具有百年的礦產開采及礦產品加工歷史，豐富的礦產資源不僅帶給人們財富，同樣也給周圍環境帶來了重金屬污染。國內已有學者對湖南省典型礦區土壤、河流及底泥中重金屬含量及其污染程度做了詳細的研究，還有學者對農村地區各種飲用水水質進行了檢測，但是國內對飲用水源地表水/地下水、土壤中重金屬的污染程度的調查少之又少，尤其在居民飲用水水源地重金屬污染方面的考察更加沒有。針對湖南某農村飲用水重金屬污染程度，本文進行分析、調查，為日后農村飲用水水源地的劃分與保護提供科學依據。

1 實驗部分

1.1 挑選監測點

按照地區經濟情況和區域劃分，安排的6個監測站，并且根據各自飲用水的狀況，監測站挑選2個水質監測點，在這12個監測點中，其中5個山上引水點，7個自挖井。

1.2 選擇檢測指標

從實際的實驗條件和檢測元素的重要性，最終選擇7中元素為檢測指標項，分別是Fe、Mn、Zn、Cu、Ag、Pb、Cd。

1.3 監測方法及儀器

選取火焰原子吸收光譜法。檢測設備為北京第二光學儀器廠生產的WFX-1F2B2型原子吸收分光光度計。

1.4 水質評價

水質分析結果按《GB 5749-85生活飲用水衛生標準》和《農村實施〈生活飲用水衛生標準〉準則》進行評價。

2 結果

實驗結果見表1。

從表1能夠得出，該村飲用水中元素含量最高的是錳元素，12個水質監測點有5個超標，超標率高達41.7%；12個水質監測點中有4個點，錳范圍值0.066～0.093mg/L，該范圍值也很高。不僅錳元素超標，在12個樣本中有9個鐵含量大于0.2mg/L，比率高達75.0%；其中有6個樣本鐵含量大于0.3mg/L，超標率為50.0%；有2個樣本鐵含量大于1mg/L，超標率為16.7%。超標物中還有鉛，高達0.313mg/L，超標率高達41.7%，相比國家標準超出6倍之多。鋅含量高，超標樣品（大于1mg/L）有6個，超標率為50.0%。

3 討論

錳對人體的生理功能和營養作用具有重要的意義，是人體必需微量元素之一。錳元素是多種酶的合成或激活的必須品，是氧化還原、磷酸化等生化過程中不可缺少的元素，也對骨骼造血反應有催化作用，不僅如此，錳元素還能提升脂肪、蛋白質、碳水化合物等身體元素的代謝，參與膽固醇、蛋白質、維生素B、C及E的合成。然而過量的錳元素會嚴重阻礙生理功能和代謝功能。因此，該村飲用水中嚴重超標的錳元素引起研究者的重視。

鐵也是人體必須的微量元素之一，參與血紅蛋白、肌紅蛋白等多種物質的組成。在血液中氧的運輸、細胞內生物氧化，都與鐵元素密切聯系。而鐵元素的缺失會引發營養性貧血。鐵元素過量也會出現鐵中毒。所以，超標的鐵元素也是值得注意的問題。

鉛中毒能夠影響造血功能，危害神經系統，并且能夠損害中樞和周圍神經系統；影響免疫功能，抑制體液、細胞免疫和吞噬細胞功能，降低身體免疫力，增加感染性。

鋅是動物體內不可缺少的元素。目前鋅過量產生的不良影響沒有什么調查，對補鋅的好處調查較多。這有兩種可能，一是其危害較小，可以忽略，二是人們對其認識不足。所以，該村飲用水中的鋅含量過高是一個值得探討的問題。

總的來說，針對選用的7中元素Fe、Mn、Zn、Cu、Ag、Pb、Cd，樣本中含有Cu、Ag、Cd元素含量沒有超過標準水平，比較低；而Fe、Mn、Zn、Pb含量嚴重超標；針對這些元素的危害性劃分，Pb、Mn含量超標危害極大，迫切需要解決。

參考文獻：

[1]譚志強，金衛斌，艾天成.湖北省荊州市農村不同類型飲水水質分析[J].湖北農業科學，2011（06）.

[2]孫超，陳振樓，張翠，史貴濤，畢春娟.上海市主要飲用水源地水重金屬健康風險初步評價[J].環境科學研究，2009（01）.

篇（6）

土壤是人類生存的物質基礎，它的質量直接影響著人類的生活和生產；同時，人類的活動也直接影響著土環境。隨著城市經濟的發展和城市人口的不斷增加，城市土壤的重金屬污染日益嚴重[1，2]。本文利用2011年全國大學生數學建模競賽A題提供的數據（該數據可在其官網下載），定量分析城市重金屬污染的程度以及各污染物的主要來源。

首先對數據做簡要說明。在數據中，城區被劃分為生活區、工業區、山區、主干道路區和公園綠地區等5個功能區。每個區被劃分為間距1公里左右的網格，然后按照每平方公里1個采樣點對表土層進行取樣、編號，并記錄下樣本中8種重金屬的濃度。

一、重金屬污染物和所屬功能區的相關系數

相關系數是變量之間相關程度的指標[3，4]，樣本相關系數用r表示，相關系數的取值范圍為[-1，1]。r值越大，變量之間的線性相關程度越高；r值越接近0，變量之間的線性相關程度越低。相關系數是用來說明兩個現象之間相關關系密切程度的統計分析指示。r>0為正相關，r

首先，計算出5個區各個重金屬元素所對應濃度平均值。然后，去除比重金屬元素的背景值范圍上限小的樣本點。最后，對各5個區中沒被去除的樣本點的各個重金屬元素濃度與該類元素的背景值范圍上限作差方并取平均值，得到8個重金屬元素與5個區的相關性系數（如表1）。

表1 重金屬污染物和所屬功能區相關系數

二、重金屬污染物和距離的相關系數

上面的分析并沒有考慮各樣本點與各區域距離的關系，造成分析結果存在一定的誤差，為此，我們引入距離相關性進行優化。

用相同的方法可以求得其它金屬對應相應區域的相關程度，見表2。

表2 重金屬污染物與距離的相關系數

三、結果分析

重金屬的污染程度和到各區域的距離有著密切的關系。當相關系數為負值時。表示重金屬濃度的大小和距離呈負相關，值越小則相關程度越大，即離區域越近，污染的較大，表示由該區造成污染的原因可能性越強；反之，值越大表示相關程度小，由該區造成的某重金屬污染可能性小。當相關系數為正數時，表示重金屬的污染和距離呈正相關，即離該區域越遠，污染程度較大，說明該區不是造成某種金屬的污染的原因。

由表可以看出，Cu的濃度和工業區的距離成負相關，負值最大，表示金屬元素Cu污染的主要原因是來自工業區。As的污染主要來源是公園綠地區，Cd的污染主要原因是工業，Cr金屬元素的污染在五個區域中的主要污染原因是生活，Hg的主要污染來源是工業，Ni金屬元素在給定的五個區域中主要原因是工業，工業也是造成Pb污染的主要原因，Zn的污染來源主要也是工業。山區一列都為正數，山區不是這些污染的主要來源，符合實際的情況。我們的計算結果和經驗數據相符[5]，說明用相關性分析造成重金屬污染的原因的方法比較可靠。

參考文獻

[1] 陳懷滿等，中國土壤重金屬污染現狀與防治對策[J]，Ambio，1999，28（2），130-134.

[2] 史貴濤等，城市土壤重金屬污染研究現狀與趨勢[J]， 環境監測管理與技術，2006，18（6），9-12.

篇（7）

中圖分類號：O242 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）007-132-02

1 引言

近些年，人類活動對城市環境影響越來越嚴重。對由人類活動影響造成的城市地質環境的演變模式進行研究，逐漸成為人們關注的焦點。通過文獻[1]提供的某城市城區土壤地質環境進行調查，根據測的的數據，假設樣品采集在充分考慮污染源前提下，兼顧空間分布均勻性，同時考慮地形、氣候因素影響；數據的處理計算時均采用四舍五入法保留小數點后兩位，與原數據保持一致；污染源的重金屬濃度不再增加；取樣點的數據較好的反映了該地區的污染物濃度，對城市表層土壤重金屬的污染進行分析研究。

2 8種主要重金屬元素的空間分布

根據測得數據，采用8種元素在五個地區各自的作用單獨考慮，采用excel軟件繪制標準曲線，對原始數據進行標準化處理，并帶入標準曲線求得各采樣點的重金屬濃度，然后求出平均濃度，再用Muller指數進行各項計算與分析。除此外還采用了地積累指數法和內梅羅綜合指數法進行全面的分析。Muller指數法是對各重金屬元素因子的單獨作用在各地區進行分析，目前國內外普遍采用單因子指數法和內梅羅綜合指數法等進行土壤重金屬污染評價，這兩種方法都能對被研究區域的土壤重金屬污染程度進行較為全面的評價，但不能從自然異常中分離人為異常，判斷表生過程中重金屬元素的人為污染情況，但地累積指數法彌補了其他評價方法的不足。

2.1 重金屬元素在該城區的空間分布圖

用雙調和樣條內行插值計算，得出重金屬空間分布圖。雙調和技術在二維或多維空格鍵中的導數與一維空間中的導數的作用相似。在m維空間中，利用N個數據點的曲面求解問題：；其中，是雙調和算子，x是m維空間中的一個位置。其通解為，求解線性系統，可以得到。

在EXCEL中分別篩選出每一區的8種重金屬濃度情況，由于給出的重金屬量綱不統一，用歸一化方法統一量綱。然后分別在每一區內對不同重金屬求平均值主要重金屬元素關于該城市五個區的分布。

Sij表示規劃后某種金屬濃度在某個采樣點的值，xij某種重金屬在某個采樣點的值。由歸一化后，運用富集系數模型：Di=d實測值 / b背景值定量描述城市重金屬污染的空間分布情況。

2.2 三種評價不同區域重金屬的污染程度的方法

2.2.1 地積累指數法

國內外很多專家將地積累指數法用于對人類活動造成的重金屬對土壤污染的評價。該指數的計算式為：Igeo=log2[Cn/（kBn）]。根據Igeo值將污染等級分為6級，并且以國家二級標準作基準的污染評價。

2.2.2 內梅羅綜合指數分析法

內梅羅指數法是當前國內外進行綜合污染指數計算的最常用的方法之一。該方法先求出各因子的分指數（超標倍數），然后求出各分指數的平均值，取最大分指數和平均值計算。綜合污染指數計算公式：。內梅羅綜合指數在評價時可能會人為地夸大或縮小一些因子的影響作用，使其對環境質量評價的靈敏性不夠高，有時候計算結果很難區分土壤環境污染程度的差別。所以，采用污染負荷指數法數學模型進行進一步分析。

2.2.3污染負荷指數法

用污染負荷指數法以土壤背景值為評價標準，對整個區域各個點位各種重金屬進行定量分析，并對各點的污染程度進行分級，反映對環境污染最嚴重的元素。

3 分析重金屬污染物的傳播特征

為了分析研究各種土壤重金屬的來源，本文采用了Pearson相關分析對被研究區域8中重金屬含量數據進行了相關分析。從相關性分析結果可以發現，土壤中Pb與Cd，Ni與As顯著正相關，且相關性較強，分別為0.812、0.639；其次為Cu與Cd，Cr與Ni，Pb和Cu也達到正相關。

本文對所有采樣點采取主成分分析法，利用SPSS 13.0軟件對城區土壤重金屬的5項指標進行主成分分析。通過主成分分析計算，城區的8個變量的全部信息可由5個主成分表示，即對前5個主成分進行分析已經能夠反映全部數據的大部分信息，再由5個主成分加權平均得出每個采樣點相對應的綜合指標。

基于SPSS軟件包軟件包生成的因子成分得分系數矩陣，降維后每種成分在每個取樣點的得分計算公式：

綜合指標的得分計算公式：

根據問題一中的方法參考Zj對應的取樣點坐標對Zj做插值處理，并繪制等高線圖，可得圖1。

圖1 等高線圖

由圖1可以看出，在靠近坐標原點的地方有兩個綜合指數超高區，可以認為這兩個區域既是污染源所在的區域。

通過使用MATLAB進行雙調和樣條插值法，由Zj生成了一個200*200的矩陣。可以通過程序將其轉換成一個具有200*200個元素的矩陣。可以得出綜合指數Z的分布主要集中在0到0.2的區間中。我們認為污染源受到污染的水平應當遠高于距離污染源較遠的地方。所以我們將主要通過研究Z大于0.2的點來確認污染源。經過excel的篩選，大于0.2的點有1805個。污染源必然包含在這些點中間。

結合重金屬在土壤中的傳播特征，建立數學模型

4 結論

為更好地研究城市地質環境的演變模式，預測土壤中各種重金屬的含量，必須求解并分析城市內土壤中各種重金屬污染物的主要來源，確定影響這些重金屬含量時間變化的主要影響因子并進行分析，然后在分析的結果中建立各種土壤重金屬含量的時間預測模型。得重金屬累積預測模型如下：

通過建立的模型可以用以城市土壤環境異常分析，以及城市環境質量評價，測定各區域重金屬含量等，具有較強的實際應用價值。

篇（8）

中圖分類號：X53文獻標識碼：A文章編號：16749944（2013）12013703

1引言

隨著城市生活廢棄物和工業“三廢”排放日益增多，土壤重金屬元素逐漸蓄積[1]，給人體健康帶來潛在的危害[2]。國內外學者對此進行了很多研究[3～5]，有關研究表明，蔬菜對重金屬的富集量比其他作物要大得多，在被污染土壤種植的蔬菜中有毒物質的含量大于土壤的3～6倍[6]。加強對蔬菜基地土壤重金屬污染的調查和研究是當前進行農業生態環境保護的重要任務，也是實現農業可持續發展的關鍵。

本文選擇了蘭州市五區三縣的蔬菜生產基地作為調查對象，測定蔬菜基地土壤中重金屬的含量，對結果進行了差異性分析和聚類分析，旨在為無公害蔬菜基地建設和重金屬元素污染控制提供指導依據。

2實驗部分

2.1研究區域概況

蘭州處在東經102°30′～104°30′、北緯35°5′～38°之間，位于中國陸域版圖的幾何中心。蘭州現轄城關、七里河、西固、安寧、紅古五區和永登、榆中、皋蘭三縣，全市總面積13085.6 km，其中市區面積1631.6km。蘭州屬中溫帶大陸性氣候，氣候溫和，市區海拔平均高度1520m，年均氣溫11.2 ℃，年均降水量327mm，全年日照時數平均2446h，無霜期180d以上。

2.2樣品的采集與測定

選擇蘭州市五區三縣內各一個有代表性的蔬菜基地，每個蔬菜基地設8個樣點（圖1）。采集土壤時，在較大面積地塊內采用對角線形法或“S”形法多點采集，采樣深度為0～20cm和20～40cm，在每個樣品點周圍采集4～5個子樣，組成一個混合樣，再用四分法分出1kg土樣，貼好標簽，帶回實驗室[7～9]。

土壤樣品在室溫下自然風干，過100目篩，然后準確稱取0.5g用于測定土壤中的重金屬含量。對采集的土壤樣品進行相應的預處理后，用pH儀測定土壤的pH值，用電感耦合等離子發射儀（ICP-AES）對土壤中的鋅、鉛、銅、鉻、砷含量進行測定[10]。

2.3數據統計分析

采用單因素方差分析（ANOVA）對不同區域和不同土壤層次之間的差異性進行顯著性分析，利用最小顯著性差異（LSD）多重比較方法，在95%的可靠性下對不同土壤層次和不同區域之間兩兩的差異性進行比較分析。

2.4系統聚類法

分層聚類法（HCM）是將研究對象的多個樣品各自視為一類，并將幾個樣品認作同類，計算它們的相互之間的距離或相似系數，把距離最小或相似最大的樣品合并為一類，再計算所得類與其他類的距離或相似系數，并將距離最小或相似最大的樣品合并為一類，如此逐步進行類的合并，直至所有的樣品歸為一類為止。通過聚類分析可以對蔬菜及土壤重金屬進行科學地分類，從而準確地對污染土壤和蔬菜進行評價，其結果可以驗證因子分析的結論。

3結果與討論

3.1蘭州市蔬菜基地不同深度土壤中重金屬含量的差

異性分析蘭州市城關區蔬菜基地土壤中Pb含量無顯著差異，Zn和Cr含量無顯著性差異，Cu含量表現出一般顯著性差異，As含量表現出顯著性差異，Pb、Cu和As在0～20 cm深度的含量顯著高于20～40 cm深度的含量。

蘭州市七里河區蔬菜基地土壤中Pb、Zn和Cu含量表現出顯著差異，Cr和As含量表現出極顯著性差異，Pb和As在0～20 cm的含量顯著高于20～40 cm的含量，Zn、Cu和Cr在0～20 cm的含量顯著低于20～40 cm的含量。

蘭州市安寧區蔬菜基地土壤中Pb和Cr含量表現出一般顯著差異，Zn和As含量表現出顯著性差異，Cu含量表現出極顯著性差異，Pb和Cr在0～20 cm的含量顯著高于20～40 cm的含量，Zn、Cu和As在0～20cm的含量顯著低于20～40cm的含量。

蘭州市西固區蔬菜基地土壤中Pb含量表現出一般顯著差異，Zn、Cu、Cr和As含量無顯著差異，Pb在0～20 cm的含量顯著高于20～40 cm的含量。

蘭州市紅古區蔬菜基地土壤中Pb和Zn含量無顯著差異，Cu含量表現出一般顯著性差異，Cr含量表現出顯著性差異，As含量表現出顯著性差異，Cu、Cr和As在0～20 cm的含量顯著高于20～40 cm的含量，Pb和Zn的含量無顯著差異。

蘭州市榆中縣蔬菜基地土壤中Pb和As含量表現出顯著差異，Zn含量表現出一般顯著性差異，Cu含量無顯著差異，Cr含量表現出極顯著性差異，Pb和Cr在0～20 cm的含量顯著高于20～40 cm的含量，Zn和As在0～20 cm的含量顯著低于20～40 cm的含量。

蘭州市永登縣蔬菜基地土壤中Pb和Cr含量無顯著差異，Zn和Cu含量無顯著性差異，As含量表現出一般顯著性差異，Zn、Cr和As在0～20 cm的含量顯著高于20～40 cm的含量，Pb和Cu的含量無顯著差異。

蘭州市皋蘭縣蔬菜基地土壤中Pb和Cu含量無顯著差異，Zn含量表現出一般顯著性差異，Cr和As含量表現出極顯著性差異，Zn和As在0～20 cm的含量顯著高于20～40 cm的含量，Cr在0～20 cm的含量顯著低于20～40 cm的含量，Pb和Cu在土壤不同深度間的含量無顯著差異（表1）。

3.2蘭州市不同區域蔬菜基地土壤中重金屬含量的

差異性分析在0～20 cm土層土壤中，Pb的含量在不同區域表現出極顯著差異（F8，64=74.99，p

Pb、Zn、Cu、Cr、As的含量在20～40 cm土層土壤中，Pb的含量在不同區域表現出極顯著差異（F8，64=34.85，p

3.3蘭州市蔬菜基地土壤重金屬的聚類分析

對所調查的蘭州市五區三縣的蔬菜基地土壤重金屬含量進行聚類分析，可以將五區三縣分為三大類，即城關區聚為一類，其土壤重金屬含量高于其他各區縣，七里河區聚為一類，其土壤重金屬含量低于城關區而高于其他各區縣，其他區縣聚為一類，土壤重金屬污染狀況基本相同（圖4）。

4結論

城關區Pb、Cu和As主要聚集在表層土壤；七里河區Pb和As主要聚集在表層土壤，Zn、Cu和Cr有下遷趨勢；安寧區Pb和Cr主要聚集在表層土壤，Zn、Cu和As有下遷趨勢；西固區Pb主要聚集在表層土壤；紅古區Cu、Cr和As主要聚集在表層土壤；榆中縣Pb和Cr主要聚集在表層土壤，Zn和As有下遷趨勢；永登縣Zn、Cr和As主要聚集在表層土壤；皋蘭縣Zn和As主要聚集在表層土壤，Cr有下遷趨勢。

圖4蘭州市蔬菜基地土壤重金屬含量的聚類分析 在0～20cm土層土壤中，Pb、Zn、Cu、Cr、As含量最多的區縣分別是安寧區、七里河區、城關區、榆中縣和城關區，在20～40 cm土層土壤中，Pb、Zn、Cu、Cr、As含量最多的區縣分別是安寧區、七里河區、皋蘭縣和城關區。

通過對蘭州市蔬菜基地土壤重金屬進行聚類分析，可以將五區三縣分為三大類，即城關區聚為一類，七里河區聚為一類，其余五區縣聚為一類，反映了不同地區受重金屬污染的相似組合，表明城關區和七里河區土壤受人類活動影響較大。

參考文獻：

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[7] 黃功標. 福建省主要蔬菜基地土壤重金屬污染狀況調查與評價[J]. 環境整治， 2005，22（4）： 39～41.

篇（9）

Q938.1+3; S151.9+3A

土壤是人類賴以生存的最基本的自然資源之一,但現階段嚴重的土壤污染,通過多種途徑直接或間接地威脅人類安全和健康,開展城市環境質量評價，日益成為人類關注的焦點。

本文選取了地質累積指數法、污染負荷指數法、內梅羅綜合污染指數法和潛在生態危害指數法，對某城市不同功能區319個空間樣本點的重金屬檢測數據進行了污染評價。

1.數據采集

按照功能劃分，將城區劃分為生活區、工業區、山區、主干道路區及公園綠地區.現對某城市城區土壤地質環境進行調查,將該城區劃分為間距1公里左右的網格子區域，按照每平方公里1個采樣點對表層土（0~10 cm深度）進行取樣,用原子吸收分光光度計測試分析,獲得了319個樣本所含重金屬元素（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）的濃度數據。

本文依照未受污染區域土壤環境背景值作為評價標準[1]。現按照2公里的間距在微污染區取樣,得到該城區表層土壤中元素的背景值，如表1:

表1該城市表層土壤中重金屬元素的背景值

元素 As(ug/g) Cd(ng/g) Cr(ug/g) Cu(ug/g) Hg(ng/g) Ni(ug/g) Pb(ug/g) Zn(ug/g)

背景值 3.6 130 31 13.2 35 12.3 31 69

2．污染評價方法

2.1地質累積指數法

用于研究水環境沉積物中重金屬污染程度的定量指標[2]，不僅能夠反映重金屬分布的自然變化特征，而且還可以判別人為活動產生的重金屬對土壤質量的影響.

利用地質累積指數污染評價標準，計算出整個城區各種金屬的污染指數平均值，最大值，最小值，并按各種重金屬濃度的平均值進行相應的污染程度評級（表2）。

表2城區重金屬地質積累指數及評級情況

重金屬 平均值 最大值 最小值 污染程度

As -0.07762 2.4802 -1.7459 無污染

Cd 0.305682 3.0543 -2.2854 輕度污染

Cr -0.0818 4.3076 -1.6018 無污染

Cu 0.702895 6.9966 -3.1121 輕度污染

Hg 0.273708 8.2515 -2.615 輕度污染

Ni -0.22635 2.9493 -2.1113 無污染

Pb 0.150747 3.345 -1.2405 無污染

Zn 0.326836 5.1833 -1.6552 無污染

可看出,土壤中重金屬Cu、Cd、Hg污染比較顯著，Zn的平均值雖然小于1，但是其污染指數最大值達到嚴重污染程度，其污染也很突出。Ni的平均值很小,視為處于零污染狀態。

再通過提取各個區域的污染指數進行分析匯總，得到各個區域每種重金屬的級別污染指數直方圖，如下：

圖一：各個區重金屬污染級別指數直方圖

2.2污染負荷指數法

該指數是由評價區域所包含的主要重金屬元素構成，它能夠直觀地反映各個重金屬對污染的貢獻程度，以及金屬在時間，空間上的變化趨勢.

由Tomlinson等人提出污染負荷指數的同時提出了污染負荷指數的等級劃分標準和指數與污染程度之間的關系[4]，通過計算得打各重金屬的污染負荷指數及可以得到各個功能區和該市的污染程度.

表5重金屬污染負荷指數及污染程度

功能區 PLI值 污染等級 污染程度 該市的PLI值 該市的污染等級 該市污染程度

1類 1.83 Ⅰ 中等污染

1.69

Ⅰ

中等污染

2類 2.35 Ⅱ 強污染

3類 1.06 Ⅰ 中等污染

4類 1.94 Ⅰ 中等污染

5類 1.58 Ⅰ 中等污染

從表中的結果分析，土壤中的重金屬元素對該城市產生了中等污染，各功能區重金屬污染程度從重到為工業區>交通區>生活區>公園綠地區>山區。

2.3 內梅羅綜合污染指數法

根據內梅羅綜合污染指數法，對該城市的重金屬污染進行評價，結果如下表所示：

表6 各功能區污染指數及程度分級

功能區 1類 2類 3類 4類 5類 該城市

污染指數 2.744 4.805 2.036 2.941 2.183 2.942

污染級別 中污染 強污染 中污染 中污染 中污染 中污染

表中污染指數按表6中的污染指標分級標準進行分級得到各功能區的污染級別，各功能區污染程度的關系為:工業區> 交通區>生活區>公園綠地區>山區。

2.4潛在生態危害指數分析

重金屬元素是具有潛在危害的重要污染物，潛在生態危害指數法作為土壤重金屬污染評價的方法之一，它不僅考慮土壤重金屬含量，還將重金屬的生態效應、環境效應與毒理學聯系在一起，是土壤重金屬評價領域廣泛應用的科學方法．

在本文的求解中將Hakanson提出的毒性系數擬定為各重金屬的毒性響應系數[6],根據計算公式得到單個重金屬的潛在生態危害系數，結果如表所示:

表8各種金屬的毒性系數

元素 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn

毒性系數 10 30 2 5 40 5 5 1

表9 各種金屬的潛在生態污染指數：

元素 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn

82 340.5 16.98 108.55 1529.60 35.18 52.10 14.28

對上述單個元素結果的分析：

重金屬Hg與Cd均造成了極強的生態危害，重金屬Cu 與As則造成了強生態危害，Pb造成了中等的生態危害，其他重金屬則均只造成了輕微的生態危害。

進一步得到各重金屬對整個造成的生態危害情況為：

根據等級劃分的情況可以得知此八種重金屬以對該城區整體造成了中等生態危害。

3．結論及建議

綜上所述,得出了各功能區的污染程度關系為:工業區> 交通區>生活區>公園綠地區>山區，該城市的重金屬污染程度為中等程度污染。通過方差分析可得出各種方法組合的顯著程度,得到潛在生態危害指數法和污染負荷指數法相結合的方式對實驗的影響最顯著，從而得出可靠性最大的評價組合。

參考文獻：

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篇（10）

原子吸收光譜儀（ThermoM5）、微波消解儀（上海屹堯WX－8000）、趕酸儀（上海屹堯DKQ－1000）、馬弗爐（建力電爐SX2－9）、AB204－N型電子分析天平（德國Sartorius公司）。硝酸為色譜級，硫酸、鹽酸為優級純，純化水。

2方法

2．1供試品溶液的制備

2．1．1鉛、鎘供試品及空白對照溶液的制備［1～3］取供試品0．2g，精密稱定，置聚四氟乙烯消解罐內，加硝酸3～5ml，混勻，浸泡過夜，蓋好內蓋，旋緊外套，置適宜的微波消解爐內進行消解（按儀器規定的消解程序操作），消解完全后，取消解內罐置電熱板上緩緩加熱至紅棕色氣體揮盡，并繼續緩緩濃縮至2～3ml，放冷，用2％硝酸轉入25ml量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻，即得。同法同時制備試劑空白溶液。

2．1．2銅樣品溶液的制備［4］同鉛測定項下供試品及空白對照溶液的制備。

2．1．3砷樣品溶液的制備同鉛測定項下供試品及空白對照溶液的制備。

2．1．4汞樣品溶液的制備［5～6］取供試品0．2g，精密稱定，置聚四氟乙烯消解罐內，加硝酸3～5ml，混勻，浸泡過夜，蓋好內蓋，旋緊外套，置適宜的微波消解爐內進行消解（按儀器規定的消解程序操作），消解完全后，取消解內罐置電熱板上，于120℃緩緩加熱至紅棕色氣體揮盡，并繼續緩緩濃縮至2～3ml，放冷，加20％硫酸溶液2ml、5％高錳酸鉀溶液0．5ml，搖勻，滴加5％鹽酸羥胺溶液至紫紅色恰消失，轉入10ml量瓶中，用2％硝酸洗滌容器，洗液合并于量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻，必要時離心，取上清液，即得。同法同時制備試劑空白溶液。

2．2對照品溶液的制備

2．2．1鉛標準儲備液的制備精密量取鉛單元素標準溶液適量，用2％硝酸溶液稀釋，制成每1ml含鉛1ug的溶液，即得（0～5℃貯存）。2．2．2鎘標準儲備液的制備精密量取鎘單元素標準溶液適量，用2％硝酸溶液稀釋，制成每1ml含鎘1ug的溶液，即得（0～5℃貯存）。

2．2．3銅標準儲備液的制備精密量取銅單元素標準溶液適量，用2％硝酸溶液稀釋，制成每1ml含銅10ug的溶液，即得（0～5℃貯存）。

2．2．4砷標準儲備液的制備將1mL100μg／ml的As標準溶液放入100ml的棕色容量瓶中，加入0．8g碘化鉀和60～70ml的20％鹽酸溶液，放置電爐上加熱至微沸，放涼后再加入0．3g抗壞血酸，加20％鹽酸至刻度，搖勻，作為As3＋標準母液（濃度1μg／ml）。

2．2．5汞標準儲備液的制備將精密量取汞單元素標準溶液適量，用2％硝酸溶液稀釋，制成每1ml含鉛1ug的溶液，即得（0～5℃貯存）。

2．3標準曲線的制備

2．3．1鉛標準曲線的制備精密量取鉛標準儲備液適量，用2％硝酸溶液制成每1ml分別含鉛0ng、5ng、20ng、40ng、60ng、80ng的溶液。分別精密量取1ml，精密加含1％磷酸二氫銨和0．2％硝酸鎂的溶液0．5ml，混勻，精密吸取20ul注入石墨爐原子化器，測定吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

2．3．2鎘標準曲線的制備精密量取鎘標準儲備液適量，用2％硝酸溶液制成每1ml分別含鉛0ng、0．8ng、2．0ng、4．0ng、6．0ng、8．0ng的溶液。分別精密吸取10ul注入石墨爐原子化器，測定吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線。2．3．3銅標準曲線的制備分別精密量取銅標準儲備液適量，用2％硝酸溶液制成每1ml分別含鉛0ug、0．05ug、0．2ung、0．4ug、0．6ung、0．8ug的溶液。依次噴入火焰，測定吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

2．3．4砷標準曲線的制備精密量取0．2ml、0．4ml、0．6ml和0．8mlAs3＋標準母液，分別置100ml量瓶中，加20％鹽酸溶液至刻度，搖勻。取適量，吸入氫化物發生裝置，測定吸收值，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

2．3．5汞標準曲線的制備分別精密量取汞標準儲備液適量1ml、2ml、3ml、4ml，置100ml量瓶中，加20％硫酸溶液20ml，用水稀釋至刻度，搖勻。取適量，吸入氫化物發生裝置，測定吸收值，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

2．4檢測條件

2．4．1鉛測定條件波長283．3nm，干燥溫度100～120℃，持續20s；灰化溫度400～750℃，持續20～25s；原子化溫度1700～2100℃，持續4～5s。

2．4．2鎘測定條件波長228．8nm，干燥溫度100～120℃，持續20s；灰溫度300～500℃，持續20～25s；原子化溫度1500～1900℃，持續4～5s。

2．4．3銅測定條件波長324．7nm，采用空氣－乙炔火焰，必要時進行背景校正。

2．4．4砷測定條件采用適宜的氫化物發生裝置，以含1％硼氫化鈉和0．3％氫氧化鈉的溶液作為還原劑，鹽酸溶液（1～100）為載液，氮氣為載氣，檢測波長為193．7nm。

2．4．5汞測定條件采用適宜的氫化物發生裝置，以含0．5％硼氫化鈉和0．1％氫氧化鈉的溶液作為還原劑，鹽酸溶液（1～100）為載液，氮氣為載氣，檢測波長為253．6nm。

2．5樣品測定方法及測定結果

2．5．1鉛測定法精密量取空白溶液與供試品溶液各1ml，精密加含1％磷酸二氫銨和0．2％硝酸鎂的溶液0．5ml，混勻，精密吸取20ul，照標準曲線的制備項下方法測定吸光度，從標準曲線上讀出供試品溶液中鉛的含量，計算，即得。

2．5．2鎘測定法精密量取空白溶液與供試品溶液各10～20ul，照標準曲線的制備項下方法測定吸光度（若供試品有干擾，可分別精密量取空白溶液與供試品溶液各1ml，精密加含1％磷酸二氫銨和0．2％硝酸鎂的溶液0．5ml，混勻，依法測定），從標準曲線上讀出供試品溶液中鎘的含量，計算，即得。

2．5．3銅測定法精密吸取空白溶液與供試品溶液各10ul，照標準曲線的制備項下方法測定吸光度，從標準曲線上讀出供試品溶液中銅的含量，計算，即得。

2．5．4砷測定法精密吸取空白溶液與供試品溶液各10ml，置25ml量瓶中，加25％碘化鉀溶液（臨用前配置）1ml，搖勻，加10％抗壞血酸溶液（臨用前配置）1ml，搖勻，用鹽酸溶液（20～100）稀釋至刻度，搖勻，密塞，置80℃水浴中加熱3min，取出，放冷，即得。同法同時制備試劑空白溶液。依法測定吸光度，從標準曲線上讀出供試品溶液中砷的含量，計算，即得。

2．5．5汞測定法精密吸取空白溶液與供試品溶液適量，照標準曲線的制備項下方法測定吸光度，從標準曲線上讀出供試品溶液中汞的含量，計算，即得。

3結果分析

3．1中藥材重金屬檢測

3．2龍牡成品重金屬檢測

3．3數據分析由表1～表5的數據與一般標準作圖比較如下。

3．3．1中藥材重金屬檢測分析可知甘草的重金屬檢測各項均符合一般標準的含量要求，在檢測范圍內。可知黃芪的重金屬檢測各項均符合一般標準的含量要求，在檢測范圍內。對四批龍骨的重金屬檢測中鎘、銅、汞的含量均符合一般標準，鉛的含量檢測相對超標較高，砷的含量檢測部分批號超標。四批牡蠣的重金屬檢測各項均符合一般標準的含量要求，在檢測范圍內。

3．3．2龍牡成品重金屬檢測分析本項目對龍牡壯骨顆粒定期抽樣中的20批成品進行重金屬檢測。5種重金屬的含量變化均較小，總體趨勢也較平穩，且整體均符合一般標準的含量要求，在檢測范圍內。

4討論

龍牡壯骨顆粒由13味中藥組成，究其處方只有黃芪和甘草藥典規定有重金屬檢測項，牡蠣和龍骨屬于化石，故前期我們只對中藥材中的黃芪、甘草、牡蠣和龍骨進行了重金屬研究。在所檢測的4種中藥材中，甘草和牡蠣的重金屬含量均符合一般標準的要求，而龍骨的部分批號中的鉛和砷的含量相對一般標準要高，故后期試驗中可加大對龍骨中鉛和砷的含量與龍牡中鉛和砷的含量的聯系的研究。食品增補劑中的重金屬限度是汞不得超過0．1ppm，鉛和鎘是不得超過3．0ppm，本項目在試驗過程中一般標準要求汞不得超過0．2ppm，鉛不得超過5．0ppm，鎘不得超過0．3ppm，對比可知一般標準中的鎘含量限度嚴于食品中的限度，而汞和鉛相對高于食品增補劑的含量限度。綜合得出嚴格的標準是汞不得超過0．1ppm，鎘不得超過0．3ppm，鉛不得超過3．0ppm，由圖5的檢測結果可知20批龍牡成品的鉛、鎘、汞的含量均在此嚴格標準范圍內，且銅和砷的含量限度均在一般標準的要求內，可見該產品的質量較高、安全性較好，為后期建立安全性指標控制提供數據參考。由于黃芪、甘草、龍骨，煅牡蠣均是加水煎煮而制，制法相同，無法明確得出成品中重金屬含量來源于何種藥材；后續試驗可在此基礎上結合原料的投放比例，研究推斷龍牡成品中各項重金屬的來源。對于中藥材中重金屬與成品中重金屬的轉移關系，可通過中間品的研究來探討其的含量變化關系，因此后續試驗中可增加對龍牡半成品浸膏的重金屬的含量的檢測，監控原料、半成品、成品三者間重金屬的含量。

參考文獻

1遲玉廣，李中陽，黃愛華，等．五種中藥中微量元素及重金屬元素的含量分析．廣東微量元素科學，2010，17（8）：36～39．

2張春盛，吳舜芳，林炳國，等．西洋參等8種中藥重金屬檢測．中國藥業，2009，18（17）：20～22．

3劉嶺，賀浪沖，梁曉聰，等．5種藥食同源中藥中重金屬元素鉛與鎘的測定．陜西中醫，2010，31（7）：897～899．

4周翔，盧敏，胡振波，等．火焰原子吸收法測定健脾生血顆粒中鐵含量．醫藥導報，2011，12（30）：1647～1648．

篇（11）

【正文】

一、重金屬污染問題的提出與背景

隨著城市經濟的快速發展和城市人口的不斷增加，人類活動對城市環境質量的影響日顯突出。對城市土壤地質環境異常的查證，以及如何應用查證獲得的海量數據資料開展城市環境質量評價，日益成為人們關注的焦點。

按照功能劃分，城區一般可分為生活區、工業區、山區、主干道路區及公園綠地區等，分別記為1-5類區，不同的區域環境受人類活動影響的程度不同。現對某城市城區土壤地質環境進行調查，設已獲得表層土壤樣本點多種化學元素的濃度數據以及樣本點位置，并在自然區取樣，該城區表層土壤中元素的背景值[1]，利用一定方法建立數學模型，分析該地區重金屬污染的主要原因，從而控制污染源，合理解決該地區污染問題。

二、主成分分析法分析重金屬污染主要原因

2.1 主成分分析方法簡介

主成分分析法是一種將多維因子納入同一系統進行定量化研究、理論成熟的多元統計分析方法。通過分析變量之間的相關性，在力保數據信息丟失最少的原則下，對多變量的截面數據表進行最佳綜合簡化，即對高維變量空間進行降維處理。在本文中，我們可以利用此方法使得反映信息重疊的變量被某些主成份代替，減少變量數目，從而降低系統評價的復雜性，最終獲得影響該地區污染程度的主要化學元素。

2.2 理論模型的建立

本案例利用已給定數據，使用主成分分析法分析每類區域中不同化學元素對該地區主次影響，并對八種元素在該區土壤質量的影響大小排序。步驟如下：

1)對原始數據進行標準化處理

假設進行主成分分析的指標變量有 個： 共有n個評價對象。第 個評價對象的第 個指標的取值為 ，將各指標值 轉換成標準化指標 。其中:

(6)

且 為第 個指標的樣本均值和樣本標準差。

對應的，稱 為標準化指標變量。

2)計算相關系數矩陣

相關系數矩陣: ,組成元素:

(7)

式中 ， 是第 個指標與第 個指標的相關系數。

3) 計算特征值和特征向量

計算相關系數矩陣 的特征值 ，及對應的特征向量 ， 其中 ，由特征向量組成 個新的指標變量

(8)

式中 是第1主成分， 是第2主成分，…， 是第 主成分。

4)選擇 個主成分，計算綜合評價值

① 計算特征值 信息貢獻率和累積貢獻率。稱主成分 的信息貢獻率：

(9)

主成分 的累積貢獻率：

(10)

當 接近于1( = 0.90,0.95)時，則選擇前 個指標變量 作為 個主成分，代替原來 個指標變量，從而可對 個主成分進行綜合分析。

②計算綜合得分

綜合得分：

(11)

其中 為第 個主成分的信息貢獻率，根據綜合得分值就可以進行評價。

5) 最大方差正交旋轉

利用最大方差正交旋轉法在因子對應軸相互正交下進行因子旋轉，使因子載荷矩陣中因子載荷的平方值向0和1兩個方向分化，使每個因子上具有最高載荷變量數最小，使大的載荷更大，小的載荷更小。

通過適當的旋轉得到8種重金屬元素在四大主成分中的得分，從中獲得旋轉后的主成分載荷矩陣，從中可以得到8種重金屬元素與四種主成分的相似度。

2.3 模型的實際求解及結果

1)數據標準化處理

定義:

；

說明：

考慮到給定背景值中可能存在的各種重金屬污染的程度，在引入原始數據時，利用每種重金屬的319組相對污染指數代替實測值，更能充分地反映出個功能區的污染情況。

根據引入的5個功能區的319組數據利用主成分分析法進行8種重金屬元素污染原因分析。

首先利用MATLAB工具箱中zscore函數對數據進行數據標準化，再調用princomp函數進行主成分分析計算，統計結果如下：

2)計算相關系數矩陣

八種指標的相關系數矩陣為：

由圖表可以看出，前四個主成分的累計貢獻率以及達到 ，因此取取前四個主成分來進行評價。

4）最大方差正交旋轉

在分析過程中采用最大方差正交旋轉法，得到8種重金屬元素旋轉后的主成分載荷矩陣，見表6。

表6旋轉后的主成分載荷矩陣