基于重金属总量试验分析和数据结果,借助SPSS软件对研究的5种重金属(Pb、Zn、Cr、Cu和Cd)的总量数据结果进行了统计分析,详见表2.1。由表2.1可知,基于Kolmogorov-Smirnov(K-S)正态分布检验,先导区土壤中Cu、Pb、Cd和Cr的总量数据均符合正态分布(p>0.05),而Zn的总量数据经log10()函数转化后也符合正态分布,故Zn的总量数据属于对数正态分布。在数据分析前需要特别注意以下数理原则:数学期望(平均值)是表征随机变量样本总体大小特征的统计量。当随机变量样本分布服从正态分布时,算术平均值可作为此变量样本的数学期望;当随机变量样本分布不服从正态分布时,可通过假设检验来判断变量样本是否服从对数正态分布。如随机变量样本分布服从对数正态分布时,几何平均值可作为此变量样本的数学期望,[18]以下研究均遵循上述原则。
表2.1 城镇土壤重金属总量的初步统计分析 (mg/kg)
注:a《中国土壤元素背景值》,1990[19];b《湖南土壤背景值及研究方法》,1988;[20]c《土壤环境质量标准(GB15618—1995)》
由表2.1可知,先导区土壤中Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的平均值分别为29.75 mg/kg、98.74 mg/kg、26.67 mg/kg、3.10 mg/kg和85.74 mg/kg。与中国土壤元素背景值[19]相比,先导区土壤中Cu、Zn、Pb、Cd和Cr总量均值都分别高于其对应的背景值22.6 mg/kg、74.2 mg/kg、26.0 mg/kg、0.097 mg/kg和61.0 mg/kg;参比于湖南省土壤土壤元素背景值,土壤中Cu、Zn、Cd和Cr均超过其对应的湖南省土壤背景值25 mg/kg、96mg/kg、0.07 mg/kg和68mg/kg,而Pb略低于其湖南省背景值30 mg/kg,故可初步判断该区域一定有人为源重金属输入。以中国《土壤环境质量标准(GB15618—1995)》中各重金属的对应限值为参照,Cu、Zn、Pb和Cr的总量均值低于其对应的土壤环境质量一级标准值,而Cd的总量均值则超过了其对应的土壤环境质量三级标准值,且超标达3.1倍。
变异系数(Coefficient of variation,CV)反映了总体样本中个采样点某属性的平均变异程度,一般认为变异系数高的总样本更可能是受局部人为活动扰动,并认为在CV≤10%时,总样本属于弱空间变异度;在10%<CV<100%时,总样本属于中等空间变异度;CV≥100%时,总样本属于强空间变异度。先导区土壤的5种重金属中Zn的变异系数最大,为104.57%,属于强空间变异度,而其他4个重金属均属于中等空间变异度,其CV值的降序排列为:Cd>Pb>Cr>Cu。综上,先导区表层土壤可能已经受到了不同程度的Zn和Cd富集污染,关于先导区土壤中重金属的空间特征的将下章节进行研究分析。(www.xing528.com)
先导区土壤重金属平均含量与国内外部分城镇土壤中重金属平均含量[21-34]的对比分析列于表2.2。由表2.2可知,先导区土壤Cu含量与芬兰的图尔库市、北京市、长春市、石家庄市和伊朗的斯坦省土壤中的Cu共处于相对较低的含量水平;Zn含量与长春市、郑州市、北京市和斯坦省基于都处于相对较低水平;先导区与斯坦省、芬兰Pb含量都处于相对较低水平;Cd含量仅次于黎巴嫩,处于相对较高的含量水平;Cr的含量与乌鲁木齐、沈阳市土壤Cr含量较为接近,属于相对相对较高的含量水平。鉴于不同检测方法所得结果间对比的不确定性(主要来源于不同的预处理、消解和检测方法),故同时列出各研究中重金属总量分析的检测方法。
表2.2 国内外城镇土壤中各重金属的含量 (mg/kg)
注:ICP-MS:电感耦合等离子体质谱(Inductively coupled plasma mass spectrometry);ICP-OES:电感耦合等离子体发射光谱仪(Inductively coupled plasma optical emission spectrometer);GFAAS:石墨炉原子吸收光谱法(Graphite furnace atomic absorption spectrometry);ICP-AES:(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy);AAS:原子吸收光谱法(Atomic absorption spectroscopy)
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