城镇土壤重金属的层次健康评估与管理探索

对源解析模型来说，原始数据的数据量及代表性直接影响模型的运算结果的可信度，另外模型本身以及模型参数的选择也会对结果造成不确定性，但在实际应用中，样品采集和分析往往有一定的局限性，致使数据的数量及代表性受到一定程度限制。本研究鉴于此次采样的实际情况，选取多种源解析方法对土壤中重金属进行进行解析，以期分析与降低模型选择所带来的不确定性，得到一个相对可信的来源解析结果。根据5.2.1中的基于皮尔逊相关分析、主成分分析和层次聚类分析的来源解析结果可知:三种方法结论对于Cu和Cd的来源识别均一致，而对于Zn、Pb和Cr的属性判断则不一致，故单单依靠上述多元统计分析结果来识别重金属来源的不确定性确实存在，在一些相关的文献中也证明了此推论。[5]

图5.2　先导区土壤重金属的层次聚类分析图

研究尝试通过3S技术和历史资料的搜集来进一步确定Zn和Pb、Cr的来源。首先，根据表2.1可知，先导区土壤中的Zn和Pb的平均含量跟其当地的土壤背景值比较接近，但Zn的变异程度属于强空间变异度，而Pb的变异程度属于中等空间变异度。Cr的平均含量则高于当地土壤背景值，其变异程度也属于中等空间变异度。此外，根据基于IDW插值的先导区土壤重金属的空间分布(图2.6)可知，先导区土壤中Zn的空间分布相对均匀，故其确实应与自然源有密切关系，但在F22、U14、W10和F2这些采样点附近Zn的富集程度较高，可能存在点源污染。由图2.6可知先导区土壤中的Pb分布与Zn分布有相似，土壤Pb的分布也较为均匀，并在U14、F14、F1、F4、U4和U5处富集程度较高。对于先导区土壤中的Cr来说，首先，Cr的分布特征较为独特，仅跟Cu的分布有相对明显的相似，这个结果与皮尔逊相关系数、因子分析和聚类分析的结论一致，由图2.6可知Cr在U2、U3、U8、U11和F7处富集程度较高，并且比较特殊的是Cr与Cu似乎有面污染趋势，或此处可能有长期点污染源。上述分析从侧面说明了先导区重金属污染的来源存在明显的空间特征性。(www.xing528.com)

为了进一步确定先导区土壤重金属的污染来源，本研究搜索了国内外知名文献资料数据库(包括中国知网、万方数据库、艾斯维尔数据库、施普林格数据库、威利数据库等)，搜索出相关文献63篇，总结得出现有文献中关于长沙市土壤重金属来源的解析结论基本包括以下三类:(1)As、Ni、Cd和Hg主要来源于工业生产、有色金属冶炼和煤炭的燃烧；Pb和Zn均具有较低的浓度和很低的空间变异度，故可能主要来源于自然源。[15-16](2)Ni、Cr、As和Mn主要来自于工业生产和有色金属冶炼；Pb、Cd和Hg主要来源于湘江附近的工业活动；Cu和Zn主要来源于自然源。[17](3)Cd和Zn主要来源于有色金属冶炼；Cu、Ni和Pb主要来源于自然源；Cr主要与原三汊矶附近的工业活动。[18]

综上所述，基于多元统计分析结果、3S技术下的空间分析结果和历史资料总结，研究初步识别Cd的污染来源主要为工业生产、湘江水灌溉和有色金属的冶炼；Cr和Cu有着类似的空间分布特征，可能均与三汊矶附近的工业活动有关，同时Zn、Cd在三汊矶附近也有相对高值点；Zn则主要与自然源和点源污染有关；结合图4.3可知，Pb则跟先导区主要交通干线和自然源均有一定相关。