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以浙江省某重金属污染场地为研究对象,以网格法采集了174个表层土壤样品,测定了9种元素的含量和典型样品铅稳定同位素组成。通过传统地统计学、稳健地统计学与空间点格局分析、多元统计分析等手段对其元素含量进行处理,从污染源的地理位置和类型信息两个方面对土壤重金属来源进行定性判断,并应用绝对主成分得分一多元线性回归(APCS/MLR)方法定量计算各类源的贡献值。主要研究结果如下:
传统地统计学结果表明Cu、Zn、Pb、Cd、As、Se和Hg具有相似的空间分布特征,重金属浓度与污染源具有密切关系,冶炼厂高炉粉尘排放对Cu、Zn、Pb、Cd、As、Se和Hg的贡献明显高于母质等内在因素,是研究区7种元素的主要来源;而Fe和Mn主要由母质因素决定。污染场地特殊的污染源分布状况、污染程度和地理条件致使点状污染源增大了重金属的空间结构性,呈现出与非典型污染区不同的特征。
与Matheron估计量相比,Genton稳健估计量得到的变异函数具有更小的块金效应,能够消除或减弱特异值对变异函数的影响。Cu、Zn、Pb、Cd、As、Se和Hg的空间特异值以簇状形式存在,与该区域冶炼高炉的位置具有很好的相关性,说明冶炼行为及其相关过程是7种元素的重要来源。Fe和Mn空间特异值的出现主要是由研究区内两种土壤类型中两种元素含量的差异导致的。
运用蒙特卡罗模拟进行最近邻体分析,对重金属空间特异值形成的点格局进行识别。与Clark和Evans的最近邻体分析方法相比,该方法不需要进行边缘校正,同时不受研究区形状的影响。结果表明,由于污染源的分布决定了空间特异值分布及其空间点格局,因此最近邻体距离方法分析空间点格局时易受到污染源分布的影响,分析过程中必须通过人为的预判进行校正。
土壤铅主要源于人为排放源和土壤母质。污染土壤中铅稳定同位素是冶炼年限内所有冶炼高炉的综合反映,而采集的粉尘样品只能代表某一段时间内某几个冶炼高炉的情况,不能完全反映整个冶炼时期铅沉降的同位素组成特征,因此未能鉴别出粉尘为铅进入土壤的重要途径。
主成分分析结果显示,土壤中污染物具有不同的迁移特性,可能导致受体土壤中物质组成与排放源发生偏离,在利用多元统计进行来源识别时容易产生错误的结果。土壤理化性质影响着污染物在土壤环境中的迁移转化,因此在进行土壤污染物来源识别时,土壤理化性质能够为我们提供非常重要的信息。土壤重金属与有机质之间的相关关系可能是由两种不同的机理导致的,分别是与有机质之间的吸持作用和与有机质的外部共源性。
由于传统多元线性回归对特异值不具有稳健性,因此APCS/MLR在污染物强烈变异的土壤环境中的应用受到限制。