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中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-02
1 問題分析
針對海量數據，應從整體上對污染程度進行評價。而內梅羅綜合污染指數法評價土壤的綜合污染，以突出最高一項污染指數的作用。在土壤中有很多重金屬元素有相似的存在形式和傳播途徑，并且有相同的污染源，因此在進行通過數據分析，說明重金屬污染的主要原因時，基于統(tǒng)計原理建立起來正態(tài)模型，不同的重金屬有不同的傳播方式，其大體分為大氣傳播、水體傳播、固體傳播，因金屬元素在土壤中大部分以穩(wěn)定形態(tài)存在，故忽略重金屬元素在固體土壤中的傳播。根據收集的信息和題目中的有關資料對重金屬污染物的傳播特征的分析，可將8種重金屬污染物分為兩類。一類是在大氣中傳播，而大氣傳播的污染物最終經空氣沉降進入土壤；一類是在土壤中傳播。對于在大氣中傳播的重金屬污染物，文章建立重金屬污染物在氣體中擴散模型，根據所在的空間任意位置土壤表面的重金屬污染物濃度的多少來確立污染源的位置，函數的最大值即為污染源的位置；同理建立了重金屬污染物在土壤中的傳播模型。
2 模型建立及求解
2.1 土壤的環(huán)境質量評價與分級
2.1.1 單因子指數法
2.1.3 評價分級標準
該文采用GB15618-1995《土壤環(huán)境質量標準》。土壤環(huán)境質量綜合評價指數分級參考了《綠色食品產地環(huán)境質量現狀評價綱要》中規(guī)定進行分級，等級劃分為1等級屬清潔水平適合發(fā)展有機食品；2級屬尚清潔水平適合發(fā)展無公害食品生產；3級以后屬于污染水平，不適宜無公害農產品的生產。
計算得到綜合污染評價指標后，通過分析比較得出該城區(qū)的各個功能區(qū)重金屬的污染程度由高至低排序為：工業(yè)區(qū)主干道區(qū)生活區(qū)公園綠地區(qū)山區(qū)。
2.2 重金屬污染的原因分析
（2）計算標準化數據的相關系數陣，求出相關系數矩陣的特征值和特征向量。
（3）進行正交變換，使用方差最大法。得到5個主因子提供了源資料的87.756%的信息，滿足因子分析的原則，而且從上表可以看出旋轉前后總的累計貢獻率沒有發(fā)生變化，即總的信息量沒有損失，采用此標準下的分析結果。
（4）確定因子個數，計算因子得分，進行統(tǒng)計分析。
2.2.2 金屬元素污染原因
根據該市空間立體分布圖和各功能區(qū)的分布圖，結合各個功能區(qū)的分布特點，由重金屬元素空間分布圖分析可知：（1）主因子1體現出的三個主要變量因子為Ni、Cu Cr三種重金屬元素。Ni元素廣泛的分布在該城市各個功能區(qū)。分析可能是易于傳播的污染介質造成的，如煤的燃燒產生的粉塵、顆粒，以及含有Ni元素的巖石的風化等；Cu元素及Cr元素分布在城市的西南方，分布著工業(yè)區(qū)、生活區(qū)、公園綠地區(qū)、主干道區(qū)。Cu、Cr兩種金屬元素是工業(yè)生產中所形成的廢氣、廢水和固體排放物中均大量存在的污染物。（2）主因子2體現出兩個主要變量因子為Pb、Cd，其在來源上關聯較密切，兩種重金屬元素的最大值均出現在工業(yè)區(qū)。其在空間上近似可認為是一個帶狀的污染源，這主要因為Pb主要來自市中心交通汽車尾氣的排放，而且在研究取得西北部有兩個明顯的富集中心，形成一個高值區(qū)。該市表層土壤中的Cd含量市中心地帶比西北城區(qū)高，東南城區(qū)又比市中心地帶高，恰好與當地的主風向相一致，表明大氣中含Cd污染物的干濕沉降也是造成土壤Cd污染的一個重要原因。（3）主因子3體現出一個主要變量因子Hg。該金屬元素在生活區(qū)分布含量偏高，污染較為嚴重，其主要的污染原因可為人類活動造成水體汞污染，來自氯堿、塑料、電池、電子等工業(yè)排放的廢水。（4）主因子4體現出一個主要變量因子As，該金屬元素在各個功能區(qū)的分布較平均，這是因為的污染源多樣。大氣含砷污染除巖石風化、火山爆發(fā)等自然原因外，主要來自工業(yè)生產及含砷農藥的使用、煤的燃燒。含砷廢水、農藥及煙塵都會污染土壤。（5）主因子5體現出一個主要變量因子，的分布具有明顯的特點，在城市的西部富集，產生一高值區(qū)，該部靠近工業(yè)區(qū)，工業(yè)上的三廢是其富集的主要原因。
2.3 重金屬污染物傳播模型
3 大氣―平均風速的廓線模式
大氣擴散主要是風的作用，平均風速的廓線模式是隨高度變化的。在大氣擴散模型中平均風速的廓線模式定義為風速隨高度變化的曲線。風速的線性數學表達方式成為風速廓線模式。根據我國《指定地方天氣污染物排放標準的技術原則和方法》（GB/T 3840-1991）所制定的方法，采用米函數風速廓線模式。
冪函數分素廓線模式是在近地層、中性層、平坦下墊面的條件下推到出來的。該模式應用高度較高，可達到300m或更高的高度，且隨應用高度增加，精度下降。
4 水體
6 模型評價及推廣
6.1 模型評價
6.1.1 優(yōu)點：運用主成分分析方法將多維因子納入同一系統(tǒng)進行定量化研究、理論成熟的多元統(tǒng)計分析方法。通過分析變量之間的相關性，使得所反映信息重疊的變量被某一主成分替代，減少了變量數目，減少了變量數目，從而降低了系統(tǒng)評價的復雜性。再以方差貢獻率作為每個主成分的權重，由每個主成分的得分加權即可完成對水質的綜合評價。
6.1.2 缺點：題目所給數據有限且單一，所建模型不足以全面反映該市土壤環(huán)境污染特征。.對于模型三，僅考慮了金屬元素傳播的部分途徑，具有局限性。
7 模型推廣
模型一可推廣用于投資風險評價；模型二可用于研究放射性物質的污染；模型三還可推廣到研究病菌在空氣中的傳播；模型四可以推廣到研究灰塵在空氣中的擴散規(guī)律。
參考文獻
一、問題的說明
現對A城市為例對土壤地質環(huán)境進行調查。將所考察的城區(qū)劃分為間距1公里左右的網格子區(qū)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(yè)活動的自然區(qū)取樣，將其作為該城區(qū)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(qū)、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(qū)土壤重金屬的調查數據，建立數學模型，研究地區(qū)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(qū)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(qū)內的等標污染負荷量（即區(qū)域內所有取樣點的等標污染負荷量bi之和：c=）。
6、ai―城區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)污染源為點x=2383m,y=3692m,h=7.及其附近區(qū)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(huán)境影響評價法》、《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》等法律的出臺，國家對環(huán)境污染的防治力度大大增強。確定污染企業(yè)的位置，
對環(huán)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(yè)，提供了簡便有效的方法。
參考文獻
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中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）11-0256-01
隨著工農業(yè)和城市化的快速發(fā)展，工業(yè)“三廢”、農藥、化肥的過量使用以及城市生活垃圾的大量排放，導致土壤受到不同程度的重金屬污染，對人類健康和生存環(huán)境產生了嚴重的影響。因此，研究分析重金屬對土壤的污染具有十分重要的意義。
中寧縣位于寧夏回族自治區(qū)中部、寧夏平原南端，地處黃河兩岸，屬北溫帶大陸性季風氣候區(qū)。中寧縣是枸杞的發(fā)源地，有“中國枸杞之鄉(xiāng)”的美譽。但是，隨著中寧縣鋁鎂合金及碳素、鋁板稀土彩鋼和鐵錳加工業(yè)的快速發(fā)展，土壤的重金屬污染越來越嚴重。通過對寧夏回族自治區(qū)中寧縣舟塔鄉(xiāng)萬畝無公害枸杞示范園的土壤環(huán)境中重金屬離子汞、砷、鉛、鎘、鉻、銅的含量進行分析檢測，以《國家土壤環(huán)境質量標準》（GB15618―1995）為評價標準，采用模糊數學模型對土壤重金屬綜合污染進行評價。
1 研究方法
1.1 樣品采集與分析
為確保對中寧縣枸杞地土壤重金屬研究具有科學性和代表性，利用GPS定位，采樣地點選擇在中寧縣舟塔鄉(xiāng)萬畝無公害枸杞示范園。考慮到土地利用狀況和研究區(qū)內樣品點分布的均勻性，在枸杞示范園內均勻分布120個點（圖1）。將各采樣點的土壤混勻，采用四分法取約500 g土樣，將混合土樣風干、剔除雜質后，研磨過20目和60目篩，然后測定重金屬元素Hg、As、Pb、Cd、Cr、Cu的含量，試驗及測試過程加入空白樣、平行樣以及國家標準物質進行質量分析控制。
1.2 評價標準
以黃河灌區(qū)平原土壤重金屬含量為背景值，按照土壤環(huán)境質量標準劃分為3類：Ⅰ類適用于國家規(guī)定的自然保護區(qū)、集中式生活飲用水源地、牧場、茶園以及其他保護地區(qū)的土壤；Ⅱ類適用于一般農田蔬菜地、牧場、茶園、果園等土壤；Ⅲ類適用于林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤以及礦產附近等地的農田土壤（蔬菜除外）[1]。
2 土壤環(huán)境質量評價
2.1 模糊關系矩陣及評價因子隸屬度的建立
已知因子集為：U={U1，U2，…，Un}，U，U2，…，Un為參與評價的n個環(huán)境因子的數值。評價集V={V1，V2，...，Vn }，V1，V2，...，Vn為與U相應的評價標準集[2]。依據國家土壤環(huán)境質量標準（表1）。
2.2 各評價因子權重的確定
由于不同評價指標對環(huán)境的影響不同，所以權重也就不同。本文采用重金屬的實測值與其相應分級標準的比值來計算權重[5]。計算公式如下：
從采樣點1來看，一級土壤的隸屬度是0.600，二級土壤的隸屬度是0.181，三級土壤的隸屬度是0.219。一級土壤的隸屬度最大，因此該樣品點土壤評價為一級。同理，120個樣品點中，一級的樣品數占68%，二級樣品數占 18%，三級土壤樣品數占14%。綜上，該地區(qū)土壤環(huán)境質量評價為一級，符合無公害枸杞的產地環(huán)境要求[7]。
3 結語
從評價結果可以看出，評價區(qū)域的土壤環(huán)境質量為一級符合無公害枸杞生產基地土壤環(huán)境質量的要求，可以作為無公害枸杞生產地；但是同時也要注意土壤重金屬污染的治理，提高和改善土壤質量[8]。
4 參考文獻
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1 淋洗劑的分類
淋洗技術被廣泛應用于土壤污染修復過程中，土壤淋洗技術就是利用淋洗劑對土壤污染物的溶解或遷移作用，將污染物與土壤分離，進入液相，以達到降低土壤中污染物含量的目的。目前，在污染土壤淋洗技術中應用的淋洗劑種類如下表：
2 淋洗劑在重金屬污染土壤修復中的應用
2.1 無機淋洗劑
無機淋洗劑是通過酸解、離子交換或絡合作用來破壞土壤的某些官能團，將重金屬交換解吸下來，從土壤中分離出來。Nawarro等用水做淋洗劑，對重金屬污染土壤進行淋洗，結果表明：Al、Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Zn的去除率分別為81.1%、82.4%、55%、84.7%、85.8%、51.7%、46.4%、83.4%，As、Se、Sb、Cd、Pb等元素淋洗后基本沒有變化。Tuin等用0.1mol/LHCl對重金屬污染土壤進行淋洗，具有較好的去除效果，Cu、Ni、Pb、Zn的去除率分別為92%、77%、79%、75%。Tampouris等通過土柱實驗，用HCl+CaCl2溶液作為淋洗劑淋洗重金屬污染土壤，該淋洗劑對Pb、Zn、Cd的去除率分別為94%、78%、70%，去除效果非常明顯。
無機淋洗劑對土壤中的重金屬的去除效果好、應用成本低、作用速度快。但有機酸淋洗重金屬污染土壤，經常會破壞土壤的理化性質和生物結構，且強酸條件對處理設備的抗腐蝕性要求較高，因此在實際中具有一定的局限性。
2.2 螯合劑
螯合劑是通過與土壤溶液中的重金屬離子相結合，改變土壤中重金屬的存在形態(tài)，使重金屬從土壤顆粒表面解吸，由不溶態(tài)轉化為可溶態(tài)，提高重金屬的可遷移性和生物活性。螯合劑一般分為人工螯合劑和天然螯合劑。
2.2.1 人工螯合劑
人工合成的螯合劑在很寬的pH范圍內與大部分金屬螯合形成水解性強且穩(wěn)定的復合物。馬宏瑞等[1]通過盆栽試驗，研究了EDTA對制革污泥污染土壤中Cr（Ⅲ）的活化作用，結果表明EDTA處理土壤中Cr（Ⅲ）的溶解性提高了6～11倍。不同濃度的EDTA和EDDS對污染土壤中的Cd、Pb進行浸提，EDTA和EDDS對Cd的去除率分別為82.4%、46.8%，EDTA對Cd的去除率高于EDDS；在5～30 mmol/L范圍內，相同濃度EDDS對Pb去除率高于EDTA，濃度為50 mmol/L時兩種螯合劑對Pb的去除率無顯著差異[2]。陳燕芳等[3]將碳酸氫銨-二乙三胺五乙酸（AB-DTPA）作為淋洗劑應用于受Cu、Zn、Cd污染的鈉化膨潤土，研究表明，AB-DTPA提取法具有很好的穩(wěn)定性，而且能準確指示Cu、Zn、Cd元素在土壤中的有效態(tài)含量，同時AB-DTPA對土壤中Cu、Zn、Cd元素的提取率也適用于模擬試驗中修復效果的平行對比。AB-DTPA提取法在重金屬污染土壤修復模擬試驗中的應用是可行的。
人工螯合劑價格昂貴，大多生物降解性也較差，且缺乏離子選擇性，在淋洗過程易殘留在土壤中而無法去除。另外，淋洗出的含有重金屬的螯合劑的處理上還存在未解決的技術問題，這些因素限制了人工螯合劑在重金屬污染土壤修復過程中的應用。
2.2.2 天然螯合劑
天然小分子螯合劑能通過與重金屬離子形成可溶性絡合物，降低土壤顆粒對重金屬的吸附作用。梁金利等[4]通過室內模擬實驗，采用土柱淋洗方法，研究草酸、檸檬酸、乙酸和酒石酸溶液對某電鍍廠附近土壤中重金屬的去除效果，結果表明，1 mol/L的草酸在土水比為1∶1，淋洗5h，淋洗4次的條件下可以達到最佳淋洗效果，Cu、Zn、Ni和Cr的去除率分別是99.6%、66.98%、88.7%和18.23%。易龍生等[5]以受Zn、Pb、Cu、Cd嚴重污染的土壤為研究對象，采用振蕩淋洗技術研究了檸檬酸、酒石酸和草酸對土壤中重金屬的去除效果，結果表明檸檬酸和酒石酸對Cd的去除效果最好，去除率分別為61.5%和55.25%，草酸去除能力低。檸檬酸和酒石酸對重金屬的去除能力均依次為Cd>Zn>Pb>Cu，檸檬酸對重金屬的去除率分別為59.5%、49.33%、43.48%、26.25%，酒石酸對重金屬的去除率分別為58.75%、46.4%、35.86%、34.4%。
天然螯合劑生物降解性好，不會造成二次污染，是非常潔凈的淋洗劑，但也因其價格較貴，難以用于實際修復工程。
2.3 表面活性劑
表面活性劑是利用自身的親水、親油和特殊吸附特性改變土壤表面性質，增強重金屬離子在水中的溶液性和流動性，使污染因子由固相進入液相，將土壤中的重金屬污染因子去除。目前，在土壤淋洗研究和實踐中使用的表面活性劑主要分為有人工合成表面活性劑和生物表面活性劑。
2.3.1 人工合成表面活性劑
陳鋒等[6]選用十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、聚山梨脂（Tween-80）對被重金屬Cr、Cd污染了的土壤的修復洗脫作用，以及被污染土壤對3種表面活性劑的吸附作用。淋洗實驗結果表明，3種表面活性劑對土壤中的Cr、Cd有明顯去除效果，聚山梨脂（Tween-80）對污染土壤中鉻和鎘的去除率分別為61.2%和37.06%。蔣煜峰等[7]選用十二烷基硫酸鈉（SDS）、聚氧乙烯月桂醚（Brij35）和EDTA對土壤中Cd、Pb的解吸去除作用進行研究，結果表明，陽離子表面活性劑SDS和非離子表面活性劑Brij35對土壤中重金屬解吸效果不大，加入SDS可使EDTA對C的的解吸量由由61.67%增加到79.68%、對Pb的解吸量由57.25%增加到89.65%。
人工合成表面活性劑的合理應用在重金屬污染土壤的淋洗過程中也有很好的效果，但是由于價格昂貴、生物可降解性差而限制其在土壤修復中的應用。
2.3.2 生物表面活性劑
生物表面活性劑是微生物或植物在一定條件下培養(yǎng)時，在其代謝過程中分泌出的具有一定表面活性的代謝產物?？尚赖韧ㄟ^室內模擬試驗，研究皂素在不同條件下對土壤中重金屬去除效果的影響。結果表明，皂素溶液在質量分數為3%，pH值為5.0～5.5，振蕩時間為12h時，污染土壤中4種重金屬的去除率最大，分別為Cd93.5%，Pb2015%，Cu8.64%，Zn48.4%。Juwarkar等用鼠李糖脂去除污染土壤中的Pb和Cd，淋濾36h后，Cd和Pb的去除率分別達到92%和88%。
生物表面活性劑具有易生物降解、結構類型多、專一性強等優(yōu)點，在淋洗劑中是一個很好的選擇，但是由于生物表面活性劑的生產工藝復雜、產量很低、生產成本高等因素而限制了其在土壤修復過程中的使用。
3 結語
淋洗劑在在重金屬污染土壤修復研究中已經廣泛應用，但在運用淋洗劑對土壤重金屬淋洗規(guī)?；瘧弥卸疾煌潭壬鲜艿搅芟磩┓N類所呈現出來的效應、污染因子種類、土壤基本理化性質等方面的影響，使得淋洗劑的廣泛應用受到一定的限制。如生物降解性差而引起土壤環(huán)境、水環(huán)境的二次污染；無機酸性淋洗劑改變土壤理化性質，破壞土壤結構和肥力。因此，開發(fā)新型易降解、無毒、無害的淋洗劑成為以后淋洗技術的研究重點。其次，加強對已經明確淋洗效果的淋洗劑進行復合使用技術的探索。對于異位淋洗技術則著重考慮淋濾液中淋洗劑的回收和重金屬的提取，以提高經濟效益。
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中圖分類號 TN914 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0188-02
隨著城市經濟的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加，人類活動對城市環(huán)境質量的影響日顯突出。對城市土壤地質環(huán)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(huán)境質量評價，研究人類活動影響下城市地質環(huán)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(qū)一般可分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)及公園綠地區(qū)等?，F對某城市城區(qū)土壤地質環(huán)境進行調查，為此，將所考察的城區(qū)劃分為間距1公里左右的網格子區(qū)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、編號，并用GPS記錄采樣點的位置。由于在地表各重金屬濃度的分布是相互影響的，并且受多種因素的多重影響，因此，我們應用因子分析法來研究重金屬污染的主要原因。地質環(huán)境是指由巖石圈、水圈和大氣圈組成的環(huán)境系統(tǒng)。各種元素在土壤中都是處于一個動態(tài)的循環(huán)過程。一是土壤本身含有一定的量，即土壤背景值，這一值是自然形成的；二是元素的輸入是多途徑、多層次的，如工業(yè)、生活污染等；三是輸入的元素會有一部分隨著河流沖刷、地表侵蝕、植物吸收等因素流失。
為了研究城市地質環(huán)境的演變模式，應該首先研究土壤中重金屬含量的輸入和輸出，這與該地區(qū)的地表河流分布，地勢分布，風向及降雨等因素有關，因此還需要測定各種因素的疊加所導致的元素輸入及輸出后的累積系數，這些可以通過分析該地區(qū)歷年的重金屬濃度分布數據來求出。結合各方面因素，我們建立了土壤重金屬含量的動態(tài)變化模型：
QT=Q0K?T+QK-Z
1 土壤重金屬空間分布及各功能區(qū)污染程度
由于測量得到的只是有限個采樣點的重金屬元素濃度值，不足以涵蓋整個城市的重金屬含量情況，因此，首先需要建立模型對已知數據進行空間插值，得到該城市內重金屬元素含量的總體情況，在此基礎上進一步求解出各種重金屬元素的空間分布并繪制空間分布圖，從而可以分析不同功能區(qū)內重金屬的污染情況。
步驟1：各功能區(qū)的地形特征
運用Kriging插值對數據進行處理，并繪制出該城市的海拔高度圖及各區(qū)域的地形特征圖，從而得出各功能區(qū)所處的海拔范圍，即居民區(qū)主要分布在海拔為0 m～20 m的區(qū)域，工業(yè)區(qū)、主干道區(qū)以及公園綠地區(qū)主要分布在海拔20 m～80 m范圍內，而山區(qū)主要分布在海拔高于80 m的范圍內。
步驟2：土壤重金屬元素的描述性統(tǒng)計
根據已知各重金屬的濃度數據求出土壤重金屬元素濃度的數字特征，通過與該地區(qū)重金屬元素的背景值比較，我們得出，該城市土壤中重金屬的含量均超過了背景值。
步驟3：土壤重金屬元素的空間分布
1）克里格（Kriging）插值模型原理?？死锔瘢↘riging）插值法是地統(tǒng)計學中應用廣泛的一種空間插值方法，也是精確度最高的一種方法。Kriging插值方法是在考慮了信息樣品的形狀、大小及其與待估塊段相互間的空間分布位置等幾何特征及品位的空間結構之后，為了達到線性、無偏和最小方差的估計，而對每一樣品值分別賦予一定的權系數，最后進行加權平均來估計塊段品位的方法。
2）運用Surfer8.0軟件建立Kriging模型并繪制重金屬空間分布圖。我們在確定了克里格插值模型后，利用Surfer8.0軟件繪制出土壤重金屬元素的空間區(qū)域分布等值線圖（見圖1）（按順序依次為As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）：
通過觀察各等值線圖可以得出，As、Cd及Pb元素分布較為廣泛，其中，As和Cd元素主要分布在主干道區(qū)， Pb元素主要分布在工業(yè)區(qū)和主干道區(qū)，較為集中；Cr元素主要分布在工業(yè)區(qū)和主干道區(qū)，Cu元素主要分布在工業(yè)區(qū)，Hg元素主要分布在工業(yè)區(qū)，Ni和Pb元素在工業(yè)區(qū)的濃度值較高，Zn元素主要分布在工業(yè)區(qū)和主干道區(qū)。
步驟4：不同區(qū)域重金屬元素的污染程度
利用單項污染指數法公式Pi=Ci/Si分析各區(qū)域的污染程度。其中，Pi為區(qū)域重金屬i的單項污染指數；Ci為重金屬i含量的實測值；Si為重金屬i含量的評價起始值，以重金屬i的背景值加上2倍標準偏差的結果表示。若Pi>1，則表示該區(qū)域受到污染。Pi>1的樣點數在樣點總數中所占的比例稱為超標率，以超標率作為衡量污染程度的評價指標，并規(guī)定，超標率小于30%為輕微污染，大于30%且小于80%為中等污染，大于80%為重度污染。
2 重金屬污染的主要原因分析
1.問題重述及分析
隨著城市經濟的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加，人類活動對城市環(huán)境質量的影響日益突出，土壤重金屬污染所帶來的環(huán)境問題受到人們越來越多的關注。我們對某城市土壤地質環(huán)境進行了調查，將所考察的區(qū)域劃分為間距1公里左右的網格子區(qū)域，按照每平方公里1個采樣點取表層土進行編號，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化學元素的濃度數據。另一方面，按兩公里的間距在那些遠離人群及工業(yè)活動的自然區(qū)取樣，將其作為該城區(qū)表層土壤中元素的背景值。結合所給數據，給出8種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布，并分析該城區(qū)內不同區(qū)域重金屬的污染程度是本模型的主要任務。
2.基本假設
假設一：采樣點的數據充分反映了該城市土壤表層的重金屬污染狀況。
假設二：引用的數據，均真實可靠，無誤差。
假設三：忽略海拔對濃度分布的影響。
3.符號說明
：n個指標構成的樣本空間；X′：X經過標準化后的數據；X：第i個樣本的第j個指標值；X：j指標的均值；δ：j指標的標準差；RI：總潛在生態(tài)危害指數；E：單因子潛在生態(tài)危害指數；C：某一重金屬元素i的污染系數；C：表層土壤中元素i的實測含量；C：土壤元素的背景值；T：單個污染物的毒性系數。
4.模型的建立與求解
4.1數據分析及處理
針對該區(qū)域采樣點的表層土壤重金屬元素的含量數據，應用統(tǒng)計數手段及SPSS處理軟件采用因子分析法對樣本整體區(qū)域進行分析，結合分析結果進行Matlab制圖，得出各元素在該區(qū)域內的空間分布。
研究采用多元統(tǒng)計數學方法之一的因子分析，它根據多個實測變量之間的相互關系，運用數學變換將多個變量轉換為少數幾個線性不相關的綜合指標，從而簡化數據處理，其目的在于對大量觀測數據用較少的代表性的因子來說明眾多變量所提取的主要信息，提出多個變量間的因果關系。因子分析在成因、來源問題研究上是一種非常有效的數學方法，可以用它解決很多環(huán)境問題。
4.2模型建立
因子分析過程步驟如下。
（1）原始數據的標準化，標準化的公式為X′=(X-X)/δ，其中X為第i個樣本的第j個指標值，而X和δ分別為j指標的均值和標準差。標準化的目的在于消除不同變量的量綱的影響，而且標準化轉化不會改變變量的相關系數。
（2）計算標準化數據的相關系數陣，求出相關系數矩陣的特征值和特征向量。
（3）進行正交變換，使用方差最大法。其目的是使因子載荷兩極分化，而且旋轉后的因子仍然正交。
（4）確定因子個數，計算因子得分，進行統(tǒng)計分析。
4.3模型求解
對該城區(qū)土壤地質環(huán)境重金屬元素含量的數據標準化處理后，經SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行因子分析，可得出以下結果：Cr和Ni的相關性最好，相關系數最大，為0.716，其次為Pb和Cd，相關系數為0.660，以下依次是Cr和Cu，Pd和Cu的相關性較好，相關系數分別為0.532和0.520，Ni和Cu的相關系數為0.495，Pb和Zn相關系數為0.494，其他元素之間的相關系數相對較低。從成因上來分析，相關性較好的元素可能在成因和來源上有一定的關聯。
因子分析的關鍵就是利用相關系數矩陣求出相應的因子的特征值和累計貢獻率，用SPSS13.0統(tǒng)計軟件計算可得出。
特征值和累計貢獻率
在累積方差為93.156％（＞90％）的前提下，分析得到6個主因子，可以看到6個主因子提供了源資料的93.156％的信息，滿足因子分析的原則，而且從上表可以看出旋轉前后總的累計貢獻率沒有發(fā)生變化，即總的信息量沒有損失。
為了更好地進行分析、評價，利用因子分析所得到的6個因子經過方差極大正交旋轉后的城市表層土壤單點樣樣本在六個主因子上的得分可作出各個因子在空間分布的等值線圖，能更直觀地說明各個元素在空間平面上的分布特征。
4.4潛在生態(tài)危害評價
潛在生態(tài)危害評價是瑞典學者Hakanson建立的一套應用沉積學原理評價重金屬污染及生態(tài)危害的方法。該方法不僅能夠反映多種環(huán)境污染物的綜合影響（用總潛在生態(tài)危害指數RI表示），而且能反映某一污染物的影響（用單因子潛在生態(tài)危害指數表示），并量化其潛在危害程度。根據RI和結合參考值，計算出8種重金屬元素的毒性系數分別是：As=10，Cd=30，Cr=2，Cu=5，Hg=40，Ni=10，Pb=5，Zn=1。
參照重金屬污染潛在生態(tài)危害指標與分級關系表可得各重金屬在各城區(qū)內的危害程度。
從因子分析中，得出因子1和因子2可能為該市土壤重金屬污染的最重要的污染源，可能對該市重金屬污染的影響最大，因子3也對該市重金屬污染有重要影響。結合潛在生態(tài)危害評價模型中關于E值和的RI的比較，得出Hg對整個市區(qū)的污染為最重要的。
由潛在生態(tài)評價模型可以看出因子2（Pb和Cd）對整個城市的污染程度僅次于Hg，而由各個因子在空間分布的等值線圖中可以看到因子2呈帶狀分布污染比較嚴重，而最高污染程度主要分布在生活區(qū)。因子2污染的主要原因生活區(qū)居民生活的垃圾排放及廢棄物等，其周圍伴隨有的工業(yè)區(qū)，說明工業(yè)的三廢處理是因子2污染的主要原因。
其他重金屬Cu Zn Ni Cr As均集中在工業(yè)區(qū)這表明由于工業(yè)排放導致工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染較為嚴重。
5.總結及建議
在城市的重金屬污染物中Hg對環(huán)境的污染最為嚴重，且出現在交通區(qū)。因此，交通區(qū)附近可能有燃煤的電廠、電鍍Hg的工廠或者是有色金屬工業(yè)等工廠。所以，我們必須尋找處理工廠Hg污染問題的解決方法，可以通過用化學方法制出沉淀劑，然后建立實時監(jiān)測點來檢測Hg的濃度，一旦發(fā)現Hg的濃度超標時，就使用沉淀劑使Hg沉淀，并進行回收利用；也可以通過罰款、停產整改等制度對一些重污染企業(yè)進行懲治。其次，在生活中，破碎的燈管、劣質化妝品和煤中都含有Hg。所以，應該注意對生活垃圾的分類處理避免隨意傾倒垃圾造成重金屬污染，居民應該盡可能地使用清潔能源，減少煤的燃燒。
參考文獻：
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中圖分類號：X522 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2010）-12-0239-2
0 引言
近些年，由于工業(yè)“三廢”的排放和礦山的開采，同時伴隨著污水灌溉、污泥農用和施含有重金屬元素的肥料和使用農藥等，我國土壤重金屬污染越來越嚴重。重金屬在土壤中一般不易隨水淋失，不能被土壤微生物分解，相反生物體可以富集重金屬，通過食物鏈傳遞危害人類健康舊。更為嚴重的是，土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點，進入土壤的重金屬元素，但當其積累量超過土壤承受能力或土壤容量時，就會對作物和人體產生危害，從而導致嚴重的生態(tài)問題[1]。三峽庫區(qū)總面積5.42萬km2，其中主要是山地，其次是丘陵，平地很少。三峽庫區(qū)由于直接大面積淹水，水土流失嚴重，和其他地方相比較，更容易形成重金屬的污染[2]。
1 實驗材料與方法
采樣點布置在1:5萬地形圖上，以1km2采樣大格，在三峽庫區(qū)三匯場、石寶寨、響水灘和白石鋪4個區(qū)域內，各采集160個土壤樣品，每個采樣點采集4處0-20cm厚的新鮮巖土，混合后按四分法取得1 kg樣品。所有樣品置于樣品袋內帶回實驗室登記編號，然后風干、磨細、過篩、混勻。
2結果與分析
2.1 土壤重金屬含量及分布特征
根據實驗室測定的結果，分別計算出三匯場、石寶寨、響水灘和白石鋪土壤中8種重金屬元素的含量總平均值如表所示，見表1。
由表1可知，各地區(qū)的總平均值中，重金屬元素砷（As）、鉻（Cr）、銅(Cu)低于三峽庫區(qū)重金屬背景值，汞（Hg）和背景值相當，鎳（Ni）和鉛（Pb）含量略高于背景值，而隔（Cd）和鋅（Zn）含量明顯高于背景值。比較三匯場、石寶寨、響水灘和白石鋪這4個地區(qū)的重金屬元素，發(fā)現這四個地區(qū)8種重金屬元素平均含量相差不多，只有白石鋪地區(qū)的Hg元素含量和石寶寨地區(qū)的（Zn）含量略高于其他地區(qū)。
對于土壤重金屬污染評價的方法討論，目前國際上采用的比較先進的重金屬污染評價的方法主要有Muller提出的地積累指數法，Tomlision提出的污染負荷指數法，Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數法，Hilton等提出的回歸過量分析法等[3]。其中地積累指數法能夠直觀給出重金屬的污染級別，明確體現出重金屬的富集程度，但其側重單一金屬，未引入生物有效性和相對貢獻比例及地理空間差異；而潛在生態(tài)危害指數法則彌補了上述不足，可綜合反映出多種重金屬對生態(tài)環(huán)境的影響，但其毒性響應系數帶有主觀性[4]。因此，本研究采用這兩種方法來評價青城子鉛鋅礦區(qū)的土壤重金屬污染，以便相互補充和參考。
2.2 地積累指數法評價
地積累指數法從環(huán)境地球化學角度出發(fā)評價土壤或沉積物中重金屬的污染，除考慮到人為污染因素、環(huán)境地球化學背景值外，還考慮到由于自然成巖作用可能引起的背景值變動因素[5]。土壤或沉積物中元素i的地積累指數Igeo，i的計算公式為：Igeo，i=log[Ci/(kBi)],公式中Ci為元素i在土壤或沉積物中的含量；Bi為元素i的地球化學背景值；k為考慮各地巖石差異可能會引起背景值的變動而取的系數，用來表征沉積特征、巖石地質及其他影響，一般取值為1.5。地積累指數分為0-6共7個級別，表示污染程度由無至極強[6]。地積累指數分級標準與污染程度之間的相互關系,見表2。
由表1和上述公式得到各地區(qū)的地積累指數值，見表3。由表可知，三匯場、石寶寨、響水灘和白石鋪這四個地區(qū)除了重金屬元素Cd有輕度污染外，其他7種重金屬元素都沒有給4個地區(qū)造成污染，污染程度為清潔。
2.3 潛在生態(tài)危害指數法評價
潛在生態(tài)危害指數法從沉積學角度出發(fā)對土壤或沉積物中的重金屬污染進行評價，不僅考慮土壤或沉積物中的重金屬含量，而且將重金屬的生態(tài)效應、環(huán)境效應與毒理學聯系在一起，既反映了某一特定環(huán)境下土壤或沉積物中各種污染物對環(huán)境的影響，也反映了土壤或沉積物中多種污染物的綜合效應，并用定量方法劃分出潛在生態(tài)危害程度[7]。土壤或沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害指數的計算方法如下：（1）Cf，i= Cs，i/Cn，i ；（2）Er，i= Tr，i×Cf，I ；（3）R=Er，I；Cf，i為土壤或沉積物中重金屬元素i相對于環(huán)境背景值的污染指數；Cs，i為土壤或沉積物中重金屬元素i的實測值；Cn，i為重金屬元素i的背景參考值； Tr，i為重金屬元素i的毒性響應系數，按Hakanson制定的標準，Zn，Cr，Cu，Pb，Ni,As，Cd，Hg的毒性響應系數分別為1，2，5，5，5，10，30，40[8]；Er，i為土壤或沉積物中重金屬元素i的潛在生態(tài)危害指數；R為土壤或沉積物中多種重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數。根據潛在生態(tài)危害指數的大小，可將土壤中重金屬的潛在生態(tài)危害程度分5個級別，見表4。
由表l以及Hakanson規(guī)定的毒性響應系數和公式得出各地區(qū)土壤中重金屬的潛在生態(tài)危害指數，見表5。將表5與表4比較可知：總體來看，各地區(qū)的重金屬元素的綜合潛在生態(tài)危害指數R值都小于150，說明各地區(qū)綜合污染程度為輕度。但論各地區(qū)單個重金屬元素來看，重金屬元素Cd 和Hg的潛在生態(tài)危害指數在40≤Er，i＜80的范圍內，所以這2個元素的潛在生態(tài)危害程度為中度。比較三匯場、石寶寨、響水灘和白石鋪這四個地區(qū)，發(fā)現潛在生態(tài)危害程度都符合這樣的強弱順序：Cd＞Hg＞As＞Pb＞Ni＞Cu＞Cr＞Zn，而從R值的大小可以看出，重金屬綜合污染的強弱順序是：白石鋪＞石寶寨＞響水灘＞三匯場。
3 結論
（1）各地區(qū)重金屬元素As、Cr、Cu低于三峽庫區(qū)重金屬背景值，Hg和背景值相當，Ni和Pb含量略高于背景值，而Cd和Zn含量明顯高于背景值。比較三匯場、石寶寨、響水灘和白石鋪這四個地區(qū)的重金屬元素得出四個地區(qū)8種重金屬元素平均含量沒有明顯的差異。
（2）As和Hg在各個地區(qū)變異系數大，說明這四個區(qū)域內As和Hg元素的污染程度有較大的差異，特別是白石鋪地區(qū)的Hg元素，變異系數達到89.1%，變異系數最小的元素是Cr。
（3）地積累指數法評價結果顯示：三匯場、石寶寨、響水灘和白石鋪這四個地區(qū)除了重金屬元素Cd有輕度污染外，其他重金屬都沒有造成污染。
（4）潛在生態(tài)危害指數法評價結果顯示：各地區(qū)的重金屬元素的綜合污染潛在生態(tài)危害程度都為輕度，以單個元素進行分析表明，Cd和Hg的潛在生態(tài)危害度為中度。縱觀這4個地區(qū)，發(fā)現潛在生態(tài)危害程度都符合這樣的強弱順序：Cd＞Hg＞As＞Pb＞Ni＞Cu＞Cr＞Zn，而從R值的大小可以看出，重金屬綜合污染的強弱順序是：白石鋪＞石寶寨＞響水灘＞三匯場。
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中圖分類號：X508；X825 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）20-4485-06
3 結論
1）從富集系數來看，麥西河重金屬的污染程度變化趨勢為Cd>Hg>Zn>Pb>Cu>Cr>As，且Zn、Pb、Cu和Hg最高值均出現于河道沉積物；Cr、As和Cd最高值出現在河岸水陸交錯帶土壤；各斷面重金屬含量分布呈集散狀態(tài)，各點污染在空間梯度上向其四周呈輻射狀遞減，其分布特征與流域工農業(yè)布局密切相關。
2）相關分析表明，麥西河重金屬Pb、Cr、Cu、Zn、As呈現相近的來源特征，Cd、Hg的主要來源可能與其他幾種重金屬不同。
3）研究區(qū)河道沉積物及土壤重金屬污染的潛在生態(tài)危害系數分析顯示，除Cd、Hg存在極強、很強、強及中等生態(tài)危害外，其余重金屬屬于輕微生態(tài)危害范疇。重金屬的生態(tài)危害程度為Cd>Hg>Pb>Cu>As>Zn>Cr。
4）重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數結果，麥西河多數斷面重金屬存在極強或很強生態(tài)危害，其余斷面存在中等生態(tài)危害，不同斷面重金屬的生態(tài)危害程度為富宏煤礦>魚塘>翁貢村>供電廠>三山集團>將軍碑>大石橋>紅衛(wèi)橋>白巖腳。
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作為人類發(fā)展的基礎，土壤資源往往在城市化以及工業(yè)化的發(fā)展之下出現了不同程度的污染以及破壞。在這樣的背景之下，我國的土壤容易受到重金屬的污染而危害人類的生命安全。本文基于此，分析探討國內外土壤重金屬污染防治技術以及相關研究的發(fā)展。
1 土壤重金屬污染預防的發(fā)展歷程
1.1 預防體制
基于世界各國城市化以及工業(yè)化發(fā)展程度的日益加深，各國家普遍存在土壤重金屬污染的問題。為了進一步促進各類問題的解決，世界各國加強了對于土壤重金屬污染預防。關于土壤重金屬污染預防的發(fā)展歷程，筆者進行了相關總結，具體內容如下。
日本為了進一步促進土壤重金屬污染問題的解決，頒布了《土壤環(huán)境標準》《土壤污染對策法》等法律法規(guī)，而我國自改革開放之后，逐步加強了對于環(huán)境問題的關注，并于1989年頒布《中華人民共和國環(huán)境保護法》，開始了我國土壤重金屬污染問題的處理，隨后中國在該法律的基礎之上進行修訂工作，從而實現了對于污染物排放的限制與處理。
1.2 預防技術
為了進一步實現按土壤重金屬污染問題的解決，各國逐步提出了清潔生產的概念。在這樣的背景之下，歐共體于1979年宣布推行工業(yè)清潔生產的政策。在這樣的背景之下，該區(qū)域的農業(yè)生產部門加強了對于各類先進生產技術的運用，從而實現了農業(yè)的清潔生產，規(guī)避了農業(yè)化學產品的超量使用對土壤污染。
事實上，這種從源頭上降低污染源的措施，能夠降低了土壤中重金屬離子的引入，從而實現了土壤資源的保護。
2 土壤重金屬污染治理方法
目前，我國處于經濟結構轉型期間，土壤重金屬污染的問題也較重。在這樣的背景之下，為了實現我國社會的綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展，我國的有關部門加強了對于該類問題的解決。關于常見的土壤重金屬污染治理方法，筆者進行了相關總結，具體內容如下。
2.1 工程治理法
所謂的工程治理法，指的是相關單位借助物理原理以及方法進行土壤重金屬污染問題的解決。在傳統(tǒng)的工程治理過程中，工作人員多借助換土、翻土等方法進行作業(yè)，但伴隨著科學技術的不斷變更，我國有關部門逐步采用淋洗法、電解法、熱處理等辦法進行作業(yè)。
一般而言，工程治理方法在運行的過程中具有效果顯著等特點，但是其因為工程復雜、工程量等問題進而導致工程成本的進一步增加。此外，該方法在運用的過程中往往因為維護措施不到位而導致部分土壤中的金屬元素被遷移到其他地區(qū)，造成土壤重金屬污染面積的擴大，難以真正改善土壤的重金屬污染現狀。
以日本富士縣神通川流域的土壤重金屬污染防治為例，為了降低土壤中的鎘元素，相關單位加強了對于工程治理法的運用。在這一過程中，工程單位去除污染區(qū)域15cm的表土，并壓實心土，并采用淋洗法對污染土壤進行清洗。
2.2 農業(yè)治理
所謂的農業(yè)治理，指的是通過優(yōu)化、完善傳統(tǒng)的耕作管理制度，實現土壤重金屬污染的降低。在這一過程中，工作人員需要依據重金屬污染的實際狀況而選擇相應的植物種植，從而實現了對于土壤中重金屬元素的消除。此外，在農業(yè)治理的過程中，作業(yè)人員還需要合理選擇花費，從而降低土壤中的重金屬元素。
學者林汲等人就通過實驗分析發(fā)現了硅藻土有機肥能夠實現對于Cd、Zn重金屬離子的吸收，從而降低了土壤中的重金屬離子。一般而言，該方法在運行的過程中普遍存在操作簡便、費用低的特點，但是由于其仍舊未能夠從根本上消除重金屬污染，進而導致其只能夠作為輔助手段進行處理。
在進行廣西壯族自治^環(huán)江縣廢礦土壤污染治理的過程中，中科院地理所環(huán)境修復中心陳同斌率團隊，借助蜈蚣草等植物開展了土壤重金屬處理工作，并成功修復1280畝重金屬污染農田。
2.3 生物治理
生物治理方法在運行的過程中主要借助生物生命代謝活動的開展，從而降低了環(huán)境中重金屬污染的濃度。從而確保部分受到污染的土壤能夠恢復到初始狀態(tài)。一般而言，生物治理方法在運用的過程中因為參與治理的主角不同，故而分為動物修復、微生物修復以及植物修復。
所謂的動物修復技術，指的是有關部門以及人員利用土壤中的低等動物進行土壤中重金屬的吸收，從而實現了土壤中重金屬含量的進一步降低。相關的研究表明，蚯蚓的出現能夠實現對于硒、銅元素的吸收。事實上，該方法在推行的過程中也具有一定的問題：諸如低等動物往往會將吸收的金屬元素再次釋放到土壤中，從而造成了二次污染。
微生物修復技術則是利用土壤中的微生物進行各類金屬元素的吸收。目前，最為常用的微生物就是――真菌。真菌在生存的過程中往往能夠分泌一定量的氨基酸、有機酸等物質，從而實現了對于重金屬的溶解。目前，從相關的研究分析可以發(fā)現：微生物修復技術在運行的過程中具有較為光明的前景，且能夠較好的實現我國土壤重金屬問題的解決。
植物修復技術的運行原理主要是在污染的區(qū)域種植特定植物，從而借助植物的生長過程實現對于重金屬的吸收以及化解。目前，植物提取技術獲得了相關研究人員的重視，并由此促進了土壤重金屬問題的解決。現階段，最為常用的植物有遏藍菜、高山甘薯等。
仍舊以日本富士縣神通川流域的土壤重金屬污染防治為例，土壤重金屬處理單位在含鎘100mg/kg土壤上進行苧麻的種植，從而由此實現對于土壤中鎘元素含量的降低。該地區(qū)在采取生物法治理土壤重金屬污染的過程中，實現了鎘元素含量降低27.6%。
3 發(fā)展論述
為了進一步促進我國土壤重金屬污染問題的解決，我國的有關部門需要從法律的角度出手，加強對于各類土壤重金屬污染法律法規(guī)的制定。此外，我國還需要加強對于清潔生產的發(fā)展，并大力運用清潔能源。而在已經發(fā)生的土壤重金屬污染問題，作業(yè)人員需要加強植物修復技術的運用。
4 結束語
為了進一步促進我國土地重金屬污染問題的解決，我國的有關部門以及人員需要采取科學的方式進行問題解決。本文基于此，分析探討土壤重金屬污染預防的發(fā)展歷程（預防體制、預防技術），并就常見的土壤重金屬污染治理方法進行分析，最后論述了我國土壤重金屬污染問題解決的措施。筆者認為，隨著相關措施的落實到位，我國的環(huán)境問題必將得到顯著的改善。
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中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0137-03
隨著我國工業(yè)化的不斷加速，開發(fā)利用的重金屬種類、數量和方式越來越多，涉及重金屬的行業(yè)越來越多，再加上一些污染企業(yè)的違法開采、超標排污等問題突出，使重金屬污染呈蔓延趨勢，污染事件出現高發(fā)態(tài)勢，表現出長期積累和近期集中爆發(fā)、歷史遺留問題和新出現問題相交織的特點[1]。2011年2月，國務院批復了《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》。體現了我國對重金屬污染防治的高度重視。
銅陵市是一個有著三千多年開采歷史的極具特色的有色多金屬礦區(qū)，是我國重要的有色金屬工業(yè)基地，有著悠久的采冶銅歷史[2]。目前已形成以采、選、煉、加工為一體的“銅”產業(yè)鏈，對推動銅陵地區(qū)社會經濟發(fā)展發(fā)揮了巨大作用.但也帶來了一系列的重金屬環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題，對公眾身體健康構成了潛在或現實的危害。銅陵縣、銅官山區(qū)是國家60個重金屬砷控制區(qū)之一，46家企業(yè)被列為環(huán)保部重點監(jiān)控企業(yè)，重金屬污染防治任務十分艱巨[3]。
1 銅陵重金屬污染研究分布
目前有關銅陵重金屬污染的研究，主要集中在礦區(qū)土壤、尾礦庫、水及水體沉積物污染、大氣沉降物及城區(qū)表土與灰塵和潛在生態(tài)風險的評估。
1.1 礦區(qū)土壤
土壤中的重金屬，在自然情況下，主要來源于成土母巖和殘落的生物物質。但是近代以來，工農業(yè)的快速發(fā)展，人類活動加劇了土壤重金屬的污染，污染程度越來越重，范圍越來越廣。胡圓圓等[4]對銅陵銅官山銅礦區(qū)土壤重金屬含量進行了研究。研究結果表明，銅官山銅礦區(qū)土壤Cu、Zn、As、Hg平均含量高于銅陵市土壤背景值，土壤已受Cu、Zn、As重污染，受Hg輕污染。
楊西飛[5]運用Matlab軟件模糊推理系統(tǒng)（FIS）對銅陵礦區(qū)農田表層土壤重金屬污染進行了評價，發(fā)現該礦區(qū)農田表層土壤普遍受到了重金屬不同程度的污染，其中Cd污染最嚴重，其次是Cu，其它各元素依次為Pb>As>Zn>Hg。土壤中Hg、Cd、Cu和Pb元素在表層明顯富集，各元素總量在不同深度均明顯高于土壤自然背景值，Hg、Cd、Cu、Pb和Zn在垂向上呈遞減趨勢，且在橫向上主要以洋河、順安河和新橋河為中心向四周遞減。不同形態(tài)重金屬在總量中的百分含量隨深度變化明顯不同。
王嘉[6]對銅陵的兩個礦區(qū)（獅子山區(qū)朝山金礦主井和銅陵縣順安鎮(zhèn)新橋礦業(yè)公司主井）土壤重金屬污染問題進行了較詳細的研究，運用內梅羅指數法和地質累積指數法對研究區(qū)進行了現狀評價，研究表明，As和Cd為嚴重超標污染物；As的致癌風險和非致癌風險都大，Cr的致癌風險最大；Cd、Hg、As對生態(tài)危害的潛在風險很大；所研究的兩礦區(qū)均存在很高的致癌風險和生態(tài)風險，朝山金礦區(qū)相對更高些。
白曉宇等[7]運用地統(tǒng)計學分析手段對銅陵礦區(qū)土壤中若干重金屬元素進行空間變異分析及空間插值和污染分析，結果表明，As、Cd、Pb、Zn元素的變異函數表現為各向異性，其方向性可能主要受礦床分布控制；Hg元素因受小尺度因子影響較大而呈現塊金效應較大。As元素污染的主要是由于銅礦、鉛鋅礦、褐鐵礦礦床及其開發(fā)；Cd元素的污染與鉛鋅礦床及其開發(fā)，以及農業(yè)污灌有關；Pb、Zn元素的污染與鉛鋅礦床及其開發(fā)密切相關。
1.2 尾礦庫
銅陵市是安徽省境內重要的銅生產基地。在銅礦生產的同時，產出了大量尾礦堆存于附近的尾砂庫中。尾礦庫多建于山間谷地、河流上游地區(qū)，其下游是經濟、農業(yè)發(fā)達地區(qū)。近幾年來，隨著經濟發(fā)展和城市的擴容，部分郊區(qū)的尾礦庫已經進入市區(qū)，尾礦庫的環(huán)境效應及其安全性令人關注。徐曉春等[8]對安徽銅陵林沖尾礦庫復墾土壤采樣檢測的結果表明復墾土壤中Cu的污染極其嚴重，As、Zn、Pb的污染較輕。徐曉春[9]還對銅陵鳳凰山礦林沖尾礦庫中重金屬元素的空間分布特征及相關土壤、水系沉積物和植物中重金屬元素含量變化進行了研究，發(fā)現長期堆存的尾礦會發(fā)生元素的次生淋濾與富集。
惠勇[10]等對銅陵市鳳凰山尾礦庫三個不同鳳丹種植地進行了研究，結果表明，尾礦土壤中的Cu、Zn、Cd含量均較高，其中Cu、Cd的含量分別是國家土壤環(huán)境質量二級標準的1.04～1.30倍和6.58～9.34倍。礦區(qū)近年來種植的作物對重金屬的吸收富集作用不明顯。
王少華[11]等采集了銅陵市楊山沖尾礦庫、尾礦庫周邊及較遠距離土壤、水、植物樣品，測定了其中的重金屬含量，發(fā)現所采集的土壤、水和植物中都存在不同程度的As，Hg，Cu，Zn和Pb等元素的富集現象，且不同元素之間的富集程度也有所差異；重金屬元素含量隨著遠離尾礦庫，有逐漸遞減的趨勢。周元祥[12]等對楊山沖尾礦庫尾砂重金屬元素的遷移規(guī)律進行了研究，發(fā)現在自然風化條件下，Cu、As、Hg、Cd和Pb的淋濾遷移速度相對較快，Zn略慢；Zn、Pb、Hg和Cd在50～60 cm深處會發(fā)生二次富集；風化后尾砂中Cu、Pb、As和Hg以殘渣態(tài)為主要賦存形式，其次為鐵錳氧化態(tài)，其中Zn和Cd以鐵錳氧化態(tài)含量在表層最高。
1.3 水及水體沉積物
水體及沉積物因其獨特的環(huán)境特點，往往會成為重金屬元素的“源”和“匯”，學者們也因此對其進行了眾多研究。張敏[13]等通過測定長江銅陵段枯、豐水期江水中Cu、Pb、Zn和Cd不同形態(tài)的含量，分析了四種金屬在江水中的存在形態(tài)分布，不同水期含量變化，水中懸浮物對金屬吸附能力大小，以及近20年來含量的變化情況。發(fā)現長江銅陵段江水中各重金屬總量豐水期時大于枯水期，重金屬各形態(tài)含量之間均有差異。與近20年江水中的重金屬背景值比較，長江銅陵段重金屬含量有普遍升高的趨勢。
徐曉春[14]等對相思河的重金屬污染情況進行了調查和研究，采用潛在危害指數法對沉積物中重金屬進行了評價。研究表明，相思河中下游受到的重金屬污染明顯比上游嚴重，Cu和Cd的富集系數和生態(tài)危害高。
李如忠[15]等對惠溪河濱岸帶土壤重金屬形態(tài)分布及風險評估進行了研究，研究表明，惠溪河濱岸帶土壤中Cd和As達到極高風險等級，Cu為中等風險等級；根據綜合污染及潛在生態(tài)風險貢獻率水平，初步判定As和Cd為惠溪河濱岸土壤重金屬污染治理和修復的優(yōu)先控制對象。
王嵐[16]等對長江水系表層沉積物重金屬污染特征及生態(tài)風險性評價的研究中表明，安徽順安河位點為極強生態(tài)危害范疇。
葉宏萌[17]對銅陵礦區(qū)的新橋至順安河沉積物中五種重金屬的全量和形態(tài)進行了研究，并結合環(huán)境條件分析了它們的橫向和縱向遷移變化特征，研究表明該區(qū)域沉積物重金屬中Cu、Zn、Pb、Cd的均值皆遠超長江下游沉積物背景值，其中以Cu和Cd最顯著。對重金屬橫向遷移分析發(fā)現，礦山重金屬會隨著沉積物的距離增加而顯著降低，新橋河沉積物的遷移變化顯著高于順安河沉積物。在遷移過程中，Cu、Zn、Cr殘渣態(tài)逐步增加，毒性減弱，Pb、Cd的活性態(tài)比例增大。重金屬的縱向遷移分析結果表明，離礦山的位置遠近對沉積柱金屬的總量和形態(tài)起決定作用，礦區(qū)下游河流沉積物既受尾礦的影響，也受河流流域物質本身的影響。
1.4 大氣沉降物及城區(qū)表土與灰塵
隨著城市化進程的加快，而帶來的交通污染以及其他方面的污染使得大氣環(huán)境質量越來越差，大氣環(huán)境污染問題越來越引起人們的注意。李如忠[18]利用美國國家環(huán)保局（US EPA）推薦的健康風險評價模型對銅陵市區(qū)表土與灰塵重金屬污染健康風險進行了研究。研究表明，銅陵城區(qū)土壤和地表灰塵已遭受較為嚴重的重金屬污染；不同功能用地的致癌風險均顯著超過US EPA推薦的可接受風險閾值范圍和國際輻射防護委員會（ICRP）推薦的最大可接受風險值；銅陵市表土與地表灰塵已對公眾身體健康構成危害；其中主導致癌與非致癌風險效應的主要污染因子是As，主要暴露途徑是手-口攝入途徑。
吳開明[19]用蘚袋法對銅陵市大氣重金屬污染進行了研究，發(fā)現銅陵市Cu污染最嚴重，有色金屬冶煉工業(yè)是銅陵市最主要的污染源，交通運輸對大氣重金屬污染也日趨嚴重。
殷漢琴[20]對銅陵市大氣降塵中銅元素的污染特征進行了研究，采用富集因子法定性地判斷各采樣點銅元素的來源，研究表明，銅陵市大氣降塵中銅元素污染嚴重并且形成了以銅開采和冶煉企業(yè)為中心的污染區(qū)域。研究發(fā)現銅礦石的開采和冶煉對大氣降塵中的銅元素污染貢獻較大， 是主要的污染源。
2 重金屬污染修復技術與控制措施研究
重金屬在土壤、水體、大氣、生物體中廣泛分布。由于大氣和生物體中重金屬的特殊性及其主要直接或間接來源于土壤和水體，所以對于重金屬的污染修復技術主要集中在對土壤和水體中的重金屬污染進行修復。
重金屬在土壤中不易隨水淋溶，不能被微生物分解，具有明顯的生物富集作用且土壤污染具有較長潛伏期；由于土壤、污染物及地域的復雜性，土壤一旦受到污染，其治理不僅見效慢、費用高，而且受到多種因素的制約。目前，治理土壤重金屬污染的途徑主要有兩種：（1）改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)、使其固定，降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性；（2）從土壤中去除重金屬[21]。圍繞這兩種途徑展開的土壤重金屬治理措施有物理及物化措施、化學措施、農業(yè)生態(tài)措施、生物修復等[21～23]。
王華等[24]對我國底泥重金屬污染防治研究做了相應綜述，提出目前我國底泥重金屬污染治理的常用方法有工程治理方法、生物治理方法和化學治理方法。
重金屬污染物進入水生生態(tài)系統(tǒng)后對水生植物和動物均產生影響，并通過食物鏈發(fā)生富集，引起人體病變，危害人類。目前水體重金屬污染治理修復方法主要有物理方法、化學方法、物理化學方法、集成技術、生物方法等[25]。
為控制銅陵市重金屬污染、提高環(huán)境質量，銅陵市環(huán)保局組織編制了《銅陵市重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，該規(guī)劃以國家《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》為指導，落實源頭預防、過程阻斷、清潔生產、末端治理的全過程綜合防治理念，提出了一系列重金屬污染防治措施，以求能遏制重金屬污染趨勢，改善區(qū)域環(huán)境質量，保護人民身體健康和環(huán)境權益。
3 結語
對銅陵市重金屬污染研究情況進行了介紹，對重金屬污染防治措施與修復技術經行了總結。根據目前研究結果表明，銅陵市重金屬污染已比較嚴重。Cd、As、Cu和Pb為主要的污染元素，Hg雖然含量較低，但因為其毒性較大，亦當引起足夠的重視。礦石的開采和冶煉以及尾礦的堆積成為銅陵市重金屬污染的主要來源，所以首先應控制源頭，治理礦石的開采和冶煉，清理尾礦的堆積。由于植被等生物體對重金屬具有良好的吸附阻攔作用，可在采礦廠四周設置重金屬吸收強防護帶，阻止污染向更遠擴散。對于已經受到污染的土壤，可以采用生物方法、物理或化學方法去除。
健全重金屬污染防治法律體系、做好污染綜合防治規(guī)劃和強化行政管理是防治重金屬污染的重要管理手段?！躲~陵市重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》的提出對銅陵市重金屬污染防治具有重要的指導和實踐意義。健全重金屬污染防治法律體系，實施清潔生產，監(jiān)督實施環(huán)境影響評價驗收工作，開發(fā)研究重金屬污染防治技術等是目前重金屬污染防治的重要任務。
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重金屬具有不易分解、易積聚的特點。如何科學地對土壤重金屬污染進行評價，是污染治理的重要前提，以下就土壤重金屬的污染及其評價方法進行分析。
一、土壤重金屬污染的成因及特點
土壤是人類社會賴以存在和發(fā)展的根本前提，是最重要的基礎資源。隨著近現代工業(yè)的飛速發(fā)展，土壤中沉積了越來越多的廢棄污染物。工業(yè)生產、居民生活垃圾的不合理處置以及礦產開采等，都會帶來土壤重金屬污染。從化學理論角度來講，98%以上的金屬都屬于重金屬，從環(huán)境保護學領域來講，土壤重金屬污染中的重金屬主要包括汞、鉛、鋅、砷和鎳等。
1、土壤重金屬污染的成因。（1）自然原因。土壤重金屬的形成不是單方面作用的結果，而是受多方面因素影響，在不同時期，其主要影響因素又不同。土壤形成初始時期，其重金屬含量受成土母質的影響較大，母質中的重金屬含量及組成直接決定了土壤重金屬的值。隨著土壤的發(fā)育，母質對其重金屬值的影響逐漸減弱。與此同時，生物殘落物的影響逐漸增強，受生物個體差異影響，其殘落物也呈現出多樣化的特點，對土壤重金屬組成的影響程度也各不相同。大氣沉降，如火山爆發(fā)、森林火災等可能使許多重金屬漂浮于空中，其中一些被植物葉片吸收，進而被微生物分解進入土壤，從而改變土壤的重金屬含量與構成。（2）人為原因。研究人員對近30年的土壤重金屬污染原因進行統(tǒng)計，分析發(fā)現隨著工業(yè)化程度的不斷加深，人類活動已經逐漸上升成為土壤重金屬污染的主要來源。具體來講，人類活動又突出表現在以下幾個方面：首先廢氣、煙塵等大氣污染。城市化進程的加快在反映國民物質生活水平提升的同時也帶來一系列環(huán)境問題，城市交通、工業(yè)生產等向大氣排放大量廢氣、煙塵，造成大氣污染，通過大氣沉降，這些物質進入土壤，造成土壤重金屬污染。經調查研究發(fā)現，工礦生產集中區(qū)域、城市道路、鐵路周圍，土壤重金屬污染往往格外嚴重。其次化肥農藥在農業(yè)生產中的使用。為了縮短農作物生長周期，現代農業(yè)生產常會選擇使用化肥農藥，大量化肥與農藥的使用在帶來生產效益的同時，也將其中所含的重金屬物質帶入了農作物與土壤，造成土壤重金屬污染，影響人體健康。再次水體污染。受水資源分布不均因素影響，在部分地區(qū)，農田灌溉需要引入工業(yè)廢水和生活污水，這些未經合理處置的污水進入到農田，造成土壤重金屬污染，由于污染水體中含有大量重金屬物質，通過污水灌溉產生的土壤重金屬危害破壞性更大，極易造成循環(huán)性水土污染。最后其他活動。含重金屬的工業(yè)廢棄物，城市居民生活垃圾的堆放，金屬礦山酸性廢水的排放等也會造成土壤的重金屬污染。
2、土壤重金屬污染的特點。依據化學金屬元素相關理論，重金屬性質穩(wěn)定，極難被微生物降解，一旦進入土壤造成重金屬污染，勢必對農作物的品質和產量產生較大影響，加之其潛伏周期長，通過食物鏈的“生物富集效應”嚴重影響動物和人體的健康。有研究表明，低濃度的汞在小麥萌發(fā)初期能起到促進生長作用，但隨著時間的延長，最終表現為抑制作用；砷有劇毒，可致癌；鎘會危害人體的心腦血管。歸納起來，重金屬污染有以下幾個特點：（1）潛伏周期長，污染具有隱蔽性；（2）性質穩(wěn)定，污染具有難降解性；（3）相互作用，污染具有協(xié)同性、擴散性。因此，重金屬污染又有“化學定時炸彈”之稱。
三、土壤重金屬污染的評價方法
1、單因子指數法。借助綜合指數法，可以對受測區(qū)域的重金屬污染情況進行分級，指出土壤中污染最大的因素，但無法判定出不同元素對土壤污染的影響差別。根據這一方法計算出來的污染指數只能反映各種重金屬元素對土壤的污染程度，而無法精確反映污染的質變特征。
2、污染負荷指數法。該指數是由評價區(qū)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，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(qū)和該市的污染程度.
3、潛在生態(tài)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(tài)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(tài)效應、環(huán)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
4、GIS技術在土壤重金屬污染評價中的運用。GIS是由計算機硬件、軟件及不同方法組成的系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，能夠實現空間數據的采集、管理、處理、分析與建模，以解決復雜的規(guī)劃和管理類問題。通過GIS技術，將不同類型的數據進行處理變換，根據客觀需求對其進行空間分析和統(tǒng)計，最終建立各種應用模型，以便為研究決策提供依據。在對土壤重金屬污染進行研究時，常利用GIS 技術的計算與圖形顯示功能，對受測區(qū)域指定采樣點進行插值分析，實現土壤圖數字化，建立空間與屬性數據庫，最終繪出污染物空間分布圖，為土壤污染治理提供參考依據。
三、重金屬污染土壤的危害與治理
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(huán)境質量評價，日益成為人類關注的焦點。
當土壤中的重金屬含量達到一定程度，不僅會導致土壤污染、農業(yè)生產收益下降，通過徑流，還會對水體（地表水、地下水）產生淋失作用，污染水資源、破壞水文環(huán)境；借助大氣沉降，極易形成大氣污染與水污染、土壤污染的“死循環(huán)”，進而影響人體健康。
根據重金屬污染的隱蔽性、不可逆性及長期性等特點，與大氣污染、水污染等環(huán)境問題相比，土壤污染的治理難度更大?，F行的重金屬污染土壤治理主要有生物法、化學法、工程治理法等方法，就目前科學技術發(fā)展形勢來看，在治理方案設計上尚未形成統(tǒng)一標準，在實際操作中，不同的地理環(huán)境在方法的選用上存在區(qū)別，使用的技術也多種多樣。從總體上來講，治理污染土壤首先應查明污染成因，以《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》為指導，對污染區(qū)域進行實地分層采樣調查，一般將受污染區(qū)域分為“污染源區(qū)”、“保護區(qū)”和“超標污染區(qū)”三個區(qū)域。無論采用何種方式，在對土壤污染進行治理時，應注意因地制宜，結合受污染區(qū)域的土質情況、土地使用性質與功能、重金屬污染物含量與構成等特點，對治理效果、時間、經費等作出合理預期和科學規(guī)劃，選擇最佳方案。
結束語
隨著社會發(fā)展，各行各業(yè)對重金屬資源的需求與日俱增，與此同時，由生產而產生的重金屬廢棄物也逐漸增多，這些未能及時處理的廢棄物作用于土壤，一旦其重金屬含量超標，就會對土壤造成嚴重污染，進而破壞生態(tài)平衡。
參考文獻：
