公路沿线土壤重金属元素污染评价与来源解析(2)

location of the study area图1.研究区域地理位置图

2.2.样品的采集与分析

研究于2019年7月共采集了40个表层土壤样品(深度 < 10 cm)。样品的分布为：以淮南南站高速收费站为起点，30 m为间隔，在距离公路边缘约1～2 m 范围内(与公路平行)，分别在东西两侧土壤中各采取了20个样品(约1 kg)进而封装至密封袋中并记录GPS位置。样品采集回实验室后，首先将其散开置于室温下自然风干，并用手剔除样品中的石块、草根等杂质。在基本干燥的状态下过200 目筛(0.075 mm)，然后将得到的粉末置于30 t的压力下压制成片后利用XRF 进行测试。测试在安徽省煤矿勘探工程技术研究中心完成，设备型号为天瑞XRF-5500。

重金属元素含量质量控制通过标样校准进行，标准样品为GSS-16(国家标准物质)。校准公式为：

其中，Cs为样品的实际含量，Cm为样品的测试含量，SS为标准样品(GSS-16)的实际含量，Sm为标准样品(GSS-16)的测试含量。

2.3.数据分析

重金属元素含量首先使用Mystat 12 软件进行基本统计分析，获取其最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数和正态分布检验p值。随后采用单因子指数[20]、地累积指数[21][33]和内梅罗综合污染指数[20][22][33]对重金属元素污染进行了评价，进而采用相关性[33]、聚类[33]、和因子分析[21][23][24]对污染来源进行了解析。

3.结果与讨论

3.1.元素含量

样品中重金属元素含量测定结果如表1。从表中可以看出，11种重金属元素的含量由大到小依次为Fe > Mn > Zn > Cr > Pb > Cu > Ni > As > Co > Hg > Cd，平均含量水平分别为：、451、156、71.2、44.2、36.6、20.1、17.8、12.4、0.356和0.267 mg/kg。

变异系数是概率统计中表征总体样本空间中单个样本的平均变异程度的变量，在土壤重金属污染的研究中常用于来衡量某元素受到外界影响的程度大小[25]。在本次研究中，As和Cu的变异程度较高(＞50%)，表明这两种元素的含量分布明显不均匀。Hg、Ni、Pb和Zn 具有中等变异程度(20%～50%)，表明这几种元素的含量也存在分布不均的情况[26]。由于变异程度反映的是空间分布的均匀化程度，因此，上述6种元素较高的变异程度可能表明其存在点源污染的可能。

除此之外，对数据进行正态分布检验得到的p值也能够反映出元素的分布特征。一般认为，p值 > 0.05时(变异系数小)，此时元素含量的分布符合正态分布，间接表明元素来源相对单一。而本次研究结果来看，As、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb和Zn的p值均 < 0.05，表明这些元素均存在多种来源(或点源污染)的可能。

3.2.土壤污染评价

3.2.1.单因子指数法

单因子指数(Pi)基于元素的实测数据Cs与该元素的环境背景值(Cb)相比较而得到[27]，定义如下：

前人研究表明，当Pi≤ 1时为无污染，1 3)。此外，根据表1还可以发现，虽然Co、Fe、Mn和Ni的整体(均值)Pi< 1，但其Pi的最大值均大于1，这种情况表明这几个元素存在较为明显的空间分布不均情况，进而间接说明这些元素也存在点源污染的可能。

3.2.2.地累积指数法

地累积污染指数是由Muller 提出的一种用于评价沉积物中重金属污染程度的定量性指标[30]。用于单元素污染评价，也可用于多元素评价，是如今土壤污染评价中的一个重要参数。其表达式为：

根据所得到的Igeo值，可将重金属污染程度分为6个等级：无污染(Igeo≤ 0)，轻度污染(0 5)[31]。根据表1可知：研究样品整体Co、Cr、Fe、Mn和Ni为无污染，As、Cd、Cu、Pb和Zn为轻度污染，而Hg为中度污染。但从Igeo的最大值来看，Hg 存在偏重污染，而As和Zn 存在中度污染，Cd、Cu和Pb 存在偏中度污染。

3.2.3.内梅罗综合污染指数法

与单因子指数和地累积指数不同，内梅罗综合污染指数(Pn)能更加全面的反映各种污染对土壤的不同作用，能较好地突出高浓度污染物对环境质量的影响[32]。其定义为：

根据所得Pn值的大小，可将其分为安全(Pn≤ 0.7)，警戒(0.7 ＜Pn≤ 1.0)，轻度污染(1.0 ＜Pn≤ 2.0)，中度污染(2.0 ＜Pn≤ 3.0)和重度污染(Pn＞ 3.0)[33]。对于本次研究样品而言，总体处于中度污染状态，而处于轻度、中度和重度污染水平的样品数分别为22、11和7个(表2)。

文章来源：《农业开发与装备》 网址: http://www.nykfyzb.cn/qikandaodu/2021/0105/594.html