城市地质环境的演变模式及其与重金属元素的关系

制约城市发展的地质环境条件主要有, 一是场地的稳定性考虑地震~ 火山及地震效应作用在城市建设规划时选择稳定性条件好的场地; 二是地基稳定性评价研究建筑物地基岩土体的质量及空间分布主要是地基的强度和变形问题; 三是地形地貌条件地貌受地质构造控制现代地貌是地球内外地质营力长期作用的结果所以地基土层分布~ 外力地质作用< 现象> 的类型和强度都取决于地貌条件; 四是自然资源情况水是城市生存~ 发展最基本和必要的保证[4] 如矿产资源~ 景观资源和水陆港口资源的开发利用诞生和繁荣了我国的钢城马鞍山\ 铜都铜陵市\ 煤城淮南和淮北市\ 石油城玉门和大庆市\ 风景旅游城市黄山\ 港口城市天津\ 青岛和美国的新奥尔良市等O 城市地质研究包括城市选址\ 规划和建设所遇到的工程地质环境问题9以及城市建设和发展过程中由于地质环境反馈作用而产生的问题当今时代9随着各国城市化进程的不断加快9城市化建设导致了越来越多的环境地质问题9例如由于过量开采地下水引起地面沉降和建筑物开裂9深埋地下污染源因迁徙弥散引起地下水水质恶化而直接威胁着城市水资源[ ]O 大规模基础工程建设导致大面积植被破坏而引起水文地质条件恶化9此外9废物堆放\ 路基工程\ 基坑工程\ 地下洞室及结构工程等还涉及边坡与围岩稳定性问题以及对周围地质环境的影响等[6-7]O目前9我国城市化进程中引发的环境地质问题突出表现在地表水环境恶化问题\ 地下水污染与污染源迁移问题\ 地下水开采引起地面变形与沉降及其治理问题[S]\ 地下结构工程施工安全性问题\ 高层建筑基坑开挖问题\ 打入式桩和强夯问题\ 桩基与土体共同作用及深基坑抗震问题等几方面O 1. 地表水环境恶化问题随着城市化不断发展9我国城市地表水环境问题日益突出9主要表现在, 一是城市水灾害问题9由于防洪体系不健全9许多城市在遭受暴雨\ 台风袭击后常常造成巨大的经济损失和灾难; 二是水资源短缺问题9我国水资源的特点是大气降水时间上分布不均匀9如降水量年际的差异和一年中各季节的变化大9常常造成旱涝灾害9并且诱发其它的自然灾害或地质灾害O 水资源在地域上分布不均匀9且年际\ 年内的变化大9蓄调能力弱9因此水资源更紧缺9我国干旱\ 半干旱和沿海地区的水资源短缺问题已成为制约城市发展的因素之一0 水环境污染~ 水质恶化使部分水资源失去了可利用价值更加剧了用水矛盾0随着经济的发展沿海各大中城市都存在着水量不足的情况0 例如深圳市现有人口258. 53 万人按人均0. 25m3/c 计算深圳年需水量6. 6 亿m3 但深圳目前供水能力仅为2. 3 亿m3 ; 且经济的高速发展一方面造成水资源严重不足另一方面也造成水资源的污染0据统计深圳各大水源均受到不同程度的污染个别水库的有关指标已超过国家规定的标准0。

不同地质环境条件下土壤中重金属迁移转化规律分析土壤是生态系统中的重要组成部分，它不仅是农业生产的基础，也承担着重要的环境功能。

然而，由于人类活动和自然因素的影响，土壤中的重金属含量逐渐增加，对人类健康和生态系统稳定性产生了严重威胁。

因此，研究不同地质环境条件下土壤中重金属的迁移转化规律，对于合理利用土壤资源、保护环境和人类健康具有重要意义。

在不同地质环境下，土壤中重金属的迁移转化规律受多种因素影响。

首先，地质构造和岩石类型决定了土壤中重金属的起源和含量。

不同岩层中的矿石含有不同的重金属元素，当岩石经过风化和侵蚀等过程，矿石中的重金属就会进入土壤中。

例如，富含铁的岩石中的铁和镉、铅等重金属元素可能会被释放到土壤中，而岩石中的铝和钾等元素则一般不容易溶解和迁移。

其次，土壤类型对重金属的迁移转化过程也有重要影响。

不同土壤类型之间的颗粒组成、结构及其化学性质的差异，导致了土壤对重金属的吸附、解吸和迁移能力不同。

例如，粘土质土壤对于重金属的吸附能力较强，而沙质土壤的吸附能力较弱。

此外，土壤pH值、有机质含量、离子交换能力等因素也能影响土壤中重金属迁移转化的过程。

酸性土壤中，重金属与酸性离子结合较多，易溶解于土壤水分中，增加了其迁移转化的风险；而碱性土壤中，重金属一般以沉淀的形式存在，不容易被植物吸收。

此外，土壤水分条件对重金属迁移转化也有一定影响。

水分可以影响土壤中重金属的可溶性，进而影响其活性和可移动性。

干旱条件下，土壤中的重金属往往以团聚体或粘结体的形式存在，对植物吸收不易；而水分过多时，土壤中的重金属元素会随水分的流动而迁移。

生物因素也是影响土壤中重金属迁移转化的重要因素之一。

土壤中的微生物和植物具有一定的生物修复能力，可以通过吸收、转运、和降解等途径减少重金属的残留。

例如，一些具有重金属耐受性的植物，如金合欢、桤木等，可以通过根系吸收土壤中的重金属元素，并将其转运至茎和叶部，从而减少了土壤中的重金属含量。

城市表层土壤重金属污染分析摘要本文旨在对城市土壤地质环境的重金属污染状况进行分析，建立模型对金属污染物的分布特点、污染程度、传播特征以及污染源的确定进行有效的描述、评价和定位。

对于重金属空间分布问题，首先基于克里金插值法，应用Surfer 8软件对各数据点的分布情况进行模拟，得到了直观的重金属污染空间分布图形；随后，分别用内梅罗综合污染指数以及模糊评价标准和模型对城区内不同区域重金属的污染程度进行了评判。

对于金属污染的主要原因分析问题，基于因子分析法、问题一的结果和对各个金属污染物的来源分析等因素，判断出金属污染的主要原因有：工业生产、汽车尾气排放、石油加工并推测该区域是镍矿富集区。

随后讨论了污染源之间的相互关系和不同金属的污染贡献率。

针对污染源位置确定问题，我们建立了两个模型：模型一以流程图的形式出现，基于污染传播的一般规律建立模型，求取污染源范围，模型作用更倾向于确定污染源的位置；模型二基于最小二乘法原理，建立了拟合二次曲面方程，在有效确定污染源的同时也反映了其传播特征，模型更加清楚，理论性也更强。

在研究城市地质环境的演变模式问题中，我们对针对污染源位置确定问题所建模型的优缺点进行了评价，同时建立了考虑了时间，地域环境和传播媒介的污染物传播模型，从而反映了地质的演变。

综上所述，本文模型的特点是从简单的模型建立起，强更准确的数学模型发展，逐步达到目标期望。

关键词：重金属污染，克里金插值最小二乘法因子分析流程图一、问题重述1.1问题背景随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，人类活动对城市环境质量的影响日显突出。

对城市土壤地质环境异常的查证，以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式，日益成为人们关注的焦点。

评价和研究城市土壤重金属污染程度，讨论土壤中重金属的空间分布，研究城市土壤重金属污染特征、污染来源以及在环境中迁移、转化机理，并对城市环境污染治理和城市进一步的发展规划提出科学建议，不仅有利于城市生态环境良性发展，有利于人类与自然和谐，也有利于人类社会健康和城市可持续发展[1]。

承诺书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。

我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。

我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。

如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。

我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： A我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：04505所属学校（请填写完整的全名）：德州学院参赛队员(打印并签名) ：1. 翟明元2. 张小凤3. 邹菲指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)：赵学杰高秀莲日期： 2011 年 9 月 12 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：编号专用页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：基于系统综合评价的城市表层土壤重金属污染分析摘要本文针对城市表层土壤重金属污染问题，首先对各重金属元素进行分析，然后对各种重金属元素的基本数据进行统计分析及无量纲化处理，再对各金属元素进行相关性分析，最后针对各个问题建立模型并求解。

针对问题一，我们首先利用EXCEL 和 SPSS 统计软件对各金属元素的数据进行处理，再利用Matlab 软件绘制出该城区内8种重金属元素的空间分布图最后通过内梅罗污染模型：2/12max22⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=P P P 平均综，其中平均P 为所有单项污染指数的平均值，m ax P 为土壤环境中针对问题二,我们首先利用EXCELL 软件画出8种元素在各个区内相对含量的柱状图，由图可以明显地看出各个区内各种元素的污染情况，然后再根据重金属元素污染来源及传播特征进行分析，可以得出工业区及生活区重金属的堆积和迁移是造成污染的主要原因，Cu 、Hg 、Zn 主要在工业区和交通区如公路、铁路等交通设施的两侧富集，随时间的推移，工业区、交通区的土壤重金属具有很强的叠加性，受人类活动的影响较大。

地质和地球化学发现指南以解释金属态分布金属的分布在地壳中起着至关重要的作用，对于地质与矿产资源的评估和开发具有重要意义。

地球化学是研究地球中化学元素的存在和运移规律的学科，可以通过研究地球化学特征和地质背景来解释金属的形态和分布。

本文将介绍一些地质和地球化学发现的指南，以帮助我们更好地解释金属态分布。

首先，了解地质背景是探索金属分布的重要前提。

不同地质背景的形成过程和成因条件，对金属元素的赋存形式和分布规律有着重要影响。

例如，构造运动和火山喷发等地质作用可以将地壳深部富含金属元素的矿脉或岩浆喷发到地表，形成金属矿床。

而沉积作用会将金属元素通过水流或海洋运动向特定区域输送并沉积，形成沉积矿床。

因此，深入了解地质背景是解释金属态分布的重要开端。

其次，地球化学特征对金属的赋存状态和分布范围提供了重要线索。

地球化学特征是指元素在地球体系中的化学性质和地球化学过程的作用。

例如，硫化物、氧化物、氢氧化物和碳酸盐等是金属元素常见的矿物赋存形式。

此外，不同元素的离子半径、电荷、价态以及亲合力等也会影响金属元素的赋存状态。

通过对地球化学特征的系统研究可以发现金属元素的富集规律，为金属元素的勘探和开发提供指导。

进一步，地球化学分析方法是研究金属元素形态和分布的重要手段。

地球化学分析是对地球样品中元素组成进行测定和分析的技术方法，可以从岩石、矿物、土壤和水体等样品中获取元素含量和分布的信息。

常用的地球化学分析方法包括X射线荧光光谱分析、电感耦合等离子体质谱分析和扫描电子显微镜等。

利用这些分析方法，我们可以定量测定金属元素的含量，并进一步研究其在地球中的形态和分布规律。

此外，地质历史和环境演变对金属元素的赋存和分布也有着重要影响。

地质历史是指地球在漫长历史时间尺度上的地质事件和地球系统变化，如大陆漂移、山脉抬升和海洋气候变化等。

环境演变包括自然和人为因素对地球环境的改变，如气候变化、水文循环和土地使用等。

地质历史和环境演变对金属元素的赋存和分布产生影响，例如气候变化会导致土壤酸碱度变化，进而影响金属元素的迁移和富集。

收稿日期：2009-05-15录用日期：2009-06-30基金项目：现代农业产业工程技术评价与标准体系框架项目（No.200903009-06）作者简介：宋成军（1979—），男，博士，E -mail:songchengjun 232@ ；*通讯作者（Corresponding author ），E -mail:zhangyuhua@土地利用/覆被变化（LUCC ）与土壤重金属积累的关系研究进展宋成军，张玉华*，刘东生，李想，张艳丽，徐哲农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所，北京100125摘要：土壤重金属污染是世界性环境问题之一.土地利用/覆被变化（LUCC ）是最主要的环境演变驱动因子之一.为明晰LUCC 对土壤重金属积累和污染的影响，根据前人研究，从场地、县域和流域/区域尺度总结了LUCC 和土壤重金属污染的关系.研究发现，三个尺度上土地利用方式和覆被类型/格局是控制土壤重金属空间积累和分布的重要因子，土地利用/覆被可以直接吸纳或吸附重金属，亦能通过改变土壤物理、化学和生物性质从而控制重金属在土壤中的移动性和活性，造成土壤中重金属的积累直至污染.此外，论文阐明了LUCC 在土壤重金属污染风险预测、规避和污染土壤修复中的重要作用，最后提出了在实践中通过调整土地利用/覆被类型进行污染土壤修复的建议.寓景观生态学思想于土壤重金属污染防治过程是一种新的有效途径.关键词：土地利用/覆被变化；土壤；重金属积累；尺度；土壤修复文章编号：1673-5897（2009）5-617-08中图分类号：X 144，X 53文献标识码：AResearch Review of the Relationship between Land Use/Cover Change and Heavy Metal Accumulation in SoilSONG Cheng -jun ，ZHANG Yu -hua *，LIU Dong -sheng ，LI Xiang ，ZHANG Yan -li ，XU ZheInstitute of Energy and Environmental Protection,Chinese Academy of Agricultural Engineering,Beijing 100125Received 15May 2009accepted 30June 2009Abstract ：Soil heavy metal pollution is one of the world ’s most critical environmental problems,and land use/cover change （LUCC ）is one of the strongest environmental driver factors.In order to clarify the influences of LUCC on heavy metal accumulation and pollution in soil,according to previous research,the relationship between LUCC and soil heavy metal accumulation was generalized at site scale,county scale and region scale.The results showed that land use type and cover type/pattern were one important determinant factor for spatial accumulation and distribution of heavy metal in soils.The land use/cover could directly absorb heavy metals,and dominate the mobility and availability of heavy metals through impacting the physio -chemical and biological properties and then cause their accumulation and pollution in soil.Due to great significance of LUCC in decreasing and avoiding the environmental risk from soil pollution,it was highlighted in soil remediation application.Eventually,LUCC is proposed to remedy contaminated ndscape ecology is a new effective way in the soil heavy metals pollution prevention and control process.Keywords ：land use/cover change ；soil ；heavy metal accumulation ；scale ；soil remediation2009年第4卷第5期，617-624生态毒理学报Asian Journal of EcotoxicologyVol .4,2009No .5,617-624生态毒理学报第4卷土壤重金属污染是世界性的环境问题之一，它导致土壤环境质量恶化，严重危害生态系统的良性循环和人类的生存环境，对人类社会可持续发展构成严重威胁，长期以来倍受环境学家的关注.人类活动对重金属在环境或者生态系统中的积累、分布、运移等行为影响巨大（Derome and Nieminen,1998;Imperato et al.,2003;De Vries et al.,2007）.因为土地利用/覆被变化（Land use/ cover change,LUCC）直接反映了人类活动的影响，所以LUCC和土壤重金属积累必然有密切联系. LUCC导致的土壤重金属环境效应已经成为LUCC环境效应的一个重要方面（于兴修等,2004;田宇鸣和李新，2006）.该领域以往研究主要集中在LUCC对土壤肥力和生产力的影响机制上（郭旭东等，2000;黄泽春等，2002;Zhou et al.,2008），而忽视了LUCC对土壤重金属积累和污染产生过程的影响.LUCC与土壤重金属积累、污染过程的关系随尺度变化而表现出一定的差异，构成了一个多尺度表现形式的复杂等级体系（Cairns and Niederlehner,1996），要想阐明LUCC对土壤重金属累积与污染过程的影响，达到有效调控和防治重金属污染的目的，必须从场地-县域-流域/区域甚至全球尺度辨识两者之间的相互作用及其机制.本文从场地、县域和流域/区域三级尺度分析了LUCC与土壤重金属积累关系的研究进展，既为土壤重金属污染控制、趋势预测和生态修复提供参考，也会加深景观生态学中格局-过程-设计关系的理解，同时也会促进景观生态学基本原理在景观生态毒理学（Landscape Ecotoxicology）中的应用.1研究进展综述1.1场地尺度植被是LUCC的重要介质.植物在控制重金属积累和污染中的作用受到环境学家的广泛关注. Zhu等（1999）发现高羊茅（Festuca arundinacea）和大须芒草（Andropogon gerardii）与无植物的对照相比明显地降低了污染土壤滤液中的铅浓度，表明了植物对土壤中重金属的稳定作用.李红艳等（2003）通过比较铜矿渣上菊科植物的铜含量，发现滨蒿（Artemisia scoparia）能固定污染土壤，减少重金属流失，而艾蒿（Artemisia argyi）具有很强的铜蓄集潜力.固氮类植物根系分泌有机酸，降低土壤pH，可以增大重金属的移动性，有利于植被根系吸收，从而消减污染土壤的重金属含量.一些维管或者隐花植物可以从土壤或者大气中大量富集重金属，减少土壤中的重金属积累，如各种重金属的超富集植物.从上面分析来看，单株植物一方面通过根际表面吸收或固定化作用，从而降低重金属淋失，另一方面，通过根际有机酸活化作用、根际微生物活化或者有机质分解增加重金属淋失，而重金属的累积取决于两种作用的强度.以往单株植被研究多偏重于富集效应或者淋失效应，目前国外学者开始关注植物对土壤中重金属积累综合效应的研究，并在恢复实践中开始选择既能固定土壤又能从中大量富集重金属的植物（Schnoor, 2000）.Vervaeke等（2004）通过研究生长在缺氧的河流沉积物中的柳树发现，柳树根系既能固定沉积物中的重金属，又能使镉、锌、铜的淋失率增大，从而有效降低沉积物中的重金属含量.可见，针对特定重金属污染物，通过筛选并恢复对其有超稳定和超萃取特性的植被，可以减弱土壤中重金属污染物的移动性和毒性，减小其伴随土壤水蚀、风蚀和淋失的总量，超富集植物还能从土壤中大量摄取重金属，实现重金属的从土壤到植物的有效转移，从而控制或者稳定污染区面积（Vangronsveld et al.,1995;Wong,2003;Remon et al.,2005）.植物是土壤重金属积累的重要控制因素，其主要控制因子包括植物生活型、植被覆盖度、植物生物学特性和植物根系特征等.不同植物生活型对重金属的截留能力不同，松类乔木叶面可以有效地过滤大气中的重金属（Fowler et al.,1989）.梁涛等（2003）研究了太湖西苕溪流域5种土地利用类型下土壤重金属随暴雨的径流迁移过程，发现松林土壤重金属的流失量最小，菜地和桑园土壤重金属的流失量最高.刘晓辉等（2007）研究了不同覆被类型下土壤的重金属含量，发现灌木、乔木、菜地、裸地下土壤的重金属含量依次有显著地提高.可见，植物生活型控制着重金属元素在土壤中的迁移强度，其机制可能为植被的冠层及其表面，尤其是表面腺体组织，能吸附大量的重金属（Wittig,1993;Rautio and Huttunen,2003），植被覆盖度的增加会使植被冠层及其表面吸纳大量大气沉降带来的重金属，是大气污染的有效汇，可以有效地阻止重金属在表层土壤沉降积累.植被覆盖度减小，穿透水增大，重金属元素伴随降雨的输入而增大；然而随着覆盖度的减小，土壤重金属随着618宋成军等：土地利用/覆被变化（LUCC）与土壤重金属积累的关系研究进展第5期水土流失加剧而增加.因此，找到既能使穿透水达到最大，又能使土壤重金属流失最小的临界植被盖度值，就可以有效地控制重金属在植被下的迁移.基于冠层下径流对土壤重金属的运输和迁移的临界植被盖度的研究很少见.植被及其凋落物能够改变表土的物理、化学、生物和水文性质（徐宪立等，2006），如，土壤pH、电导率、土壤质地、可溶性有机质、酶活性和径流速率等（Luttermann and Freedman,2000;黄泽春等，2002;Remon et al., 2005;De Vries et al.,2007;Xia et al.,2009），这些性质的改变进一步影响重金属的移动性、生物有效性和毒性，从而影响土壤污染程度.富含重金属的植被凋落物积聚在土壤中，矿化后释放到土壤中，腐殖质层中的有机质可以通过吸附和化合作用有效地固持重金属（Alloway,1995;Salemaa, 2003），使土壤重金属总量增大（Derome and Nieminen,1998;Nieminen et al.,1999）.农业用地类型决定了重金属带入的强度，因此场地尺度上，农业用地类型对农田土壤重金属的积累有重要影响.研究表明，菜地、污灌农田和设施农地的土壤重金属含量普遍高于常规农田（陆安详等，2007;李恋卿等，2003）.陆安详等（2007）研究了北京市某生态农场的4个田块中土壤重金属的含量分布特征，发现菜地含量明显高于大田，而不同大田土壤重金属含量没有显著差异.农业活动的集约化和机械化使土壤重金属有了迅速增加，改变了其均质性的空间格局.王学军等（1997）研究了北京市东郊污灌区表层土壤微量元素的小尺度（面积为0.5km2）空间结构，发现菜地中铜和铅浓度高于水稻田，距离污灌口越近重金属浓度越高.李恋卿等（2003）研究发现设施农地表层土壤有效性铅和铜含量高于常规农地.工矿企业及其废物堆放场地往往形成点污染源，影响范围超过数公顷，形成重金属污染场地（Polluted sites）. Chang（1999）和Lin等（2001）指出一个2.69km2的场地上，重金属空间分布格局和厂矿及灌溉沟渠的位置显著相关.Blake等（2007）研究景观修复对Fendrod湖底沉积物的重金属污染影响后，认为掩埋于修复景观下的矿山废料增加了土壤中重金属的异质性，降雨的空间变异进一步促进了部分土壤中的重金属释放，使得重金属污染过程变得复杂.由此可见，土地利用以改变植物种类和植被类型为核心内容，改变了覆被（尤其是植被）组成及其结构，促进或者减缓了生态水文过程，进而改变了土壤理化性质、土壤和植被特性，最终改变了多种来源的重金属的迁移和扩散过程，造成其在土壤中的积累，这表明土地利用在场地尺度上是影响重金属空间积累和分布格局的重要驱动因子.1.2县域尺度工业、交通及农业活动等在县域尺度上都是重金属的重要释放源，对土壤重金属的累积特点具有重要影响.释放源的特点和空间格局决定了土壤中重金属的积累特点.工矿企业的缀块状分布往往形成以工矿为中心的污染点，距离污染点越近，土壤重金属积累越高；交通活动往往沿路域形成条带式的重金属污染格局；集约化农田利用也加速了农田生态系统的重金属输入.松散型景观形状（长宽比很大或边界弯延曲折）比紧密型形状更有利于物质交换，因此，农用地和交通用地更易造成周边土壤重金属的积累.Lin等（2002）分析了台湾省昌华县土壤重金属污染和景观格局的关系，发现土壤铬、镉和镍浓度和景观多样性指数呈显著正相关，而景观多样性和城市化程度（工厂数量）正相关，表明了城市化和工业化对污染格局有很大影响.城市土壤经过人类长期高度集约化土地利用的影响，重金属的积累和污染的原因较多，而工业活动的影响最为重要.金属矿物的开采利用，铅、镉、汞已成为主要的危害人类和环境的有毒物质.潘根兴等（2000）研究了江苏省吴县不同环境下土壤铜和铅的活化率，发现工业发展对土壤环境带来了强烈的重金属污染冲击.Imperato等（2003）研究了那不勒斯市城市土壤，发现工业区土壤铜、铅和锌含量显著超过居住区，工业区铜的含量甚至接近铁路和轨道旁土壤.康玲芬等（2006）通过对兰州西固区5种土地利用类型下的土壤重金属含量进行研究发现，铅、锌、铜、镉和汞的含量在不同土地利用类型下差异显著，综合污染指数为：工业区>农业>道路两侧>居民区>公园.可见，矿业等工业活动相关的土地利用方式伴随着重金属元素的大量释放，不仅造成了工业区土壤重金属的大量积累，而且工业废气和粉尘沉降及工业废水灌溉导致了受体土壤重金属的积累.李恋卿等（2003）和荆旭慧等（2007）在太湖地区以乡镇环境为单元，研究了不同土地利用对水稻土耕作层重金属积累的影响，发现工业环境下农田619生态毒理学报第4卷表层土壤重金属有效态含量、总量和污染指数均高于非工业环境.Liu等（2003）通过对绍兴县进行梯度取样，发现城市菜地重金属含量及其移动性高于郊区菜地.张金屯和Pickett（1999）对纽约城区Bronx、郊区Westchester和农区Litechfield3县的森林土壤进行取样，研究了土壤森林景观和重金属含量的关系，发现从市中心到农区，森林景观格局的变化以及土壤重金属变化格局相一致.重金属释放源可视为景观中的景观战略点，将给重金属污染土壤修复和生态恢复带来先手、空间联系及高效的优势，在受污生态系统的某些关键地段进行修复和恢复措施具有重要意义.可见，县域尺度的土壤重金属含量的空间分布具有明显的空间异质性，主要受城市产业布局、功能分区及距污染源距离的影响.虽然县域尺度上重金属积累和工业活动的相关性非常明显，但县域尺度的基于LUCC的重金属迁移和积累预测研究十分少，尤其景观要素的结构和格局对土壤重金属的输移过程的影响研究仍然是一个空白，需要进一步深入的探讨.1.3流域/区域尺度在区域和生态系统层面上，LUCC和重金属的空间分布的关系更加复杂，土壤母质和成土过程的影响已经占主导作用.区域上岩石风化和人类活动是重金属的重要输入源（Ross,1994）.多数研究是从不同土壤类别下，不同土地利用方式和覆被类型及其格局对重金属在土壤中的积累和分布的影响方面进行探讨.由于LUCC和重金属污染过程伴随着强烈的人类活动，而城市又是人口密集、活动强烈、土地利用/覆被变化剧烈的地域，因此，区域尺度上LUCC与土壤重金属积累和污染关系的研究集中在城市土壤研究上.城市土壤的重金属含量远比未利用地和乡村径流中的污染物含量高（Sartor et al.,1974）.Imperato等（2003）研究发现那不勒斯市工业区土壤铜、铬、铅和锌浓度明显高于公园和居住区.张民和龚子同（1996）对比了我国菜园和粮田土壤剖面中重金属元素的含量与分布，发现菜园土壤铜、锌、铅、铁、锰平均含量明显高于粮田，锌、铅和铜的污染和菜园的土地利用方式显著正相关.陈同斌和郑袁明等（2005）通过对北京市大规模的取样调查，系统探索了土地利用方式对土壤砷、铅、镉、镍和铬等重金属的积累规律，发现城市土壤中砷、铅和镉有普遍积累，在果园、菜园和稻田土壤积累尤为显著.徐京萍等（2006）以九台市为例，分析了黑土地区菜地、旱地和水田中的铬含量，结果表明菜地和水田土壤铬含量明显高于背景值，而旱地和背景值相差不大.Zhou等（2008）研究了宜兴市不同农业用地对表层土壤重金属积累和分布的影响，发现重金属在菜地和稻田中有显著积累，并造成了铜、汞和镉的污染，而茶园和竹林土壤积累不明显.以上分析表明土地利用方式决定了工业用地的工业活动类型和强度，以及农业用地的施肥量和耕作管理制度，而这些因素进一步导致了某种土地利用类型下土壤的重金属含量空间分异.另外，区域尺度的LUCC对水土流失过程会产生很大影响，加上降雨和大气沉降的时空变异，造成“源”和“汇”景观在特定条件下相互转化，而重金属的积累及其生态效应取决于景观的源汇特性（Johnson,2004），重金属的积累是其迁移扩散过程的直接结果，作为一类物质流，其迁移扩散过程往往为景观格局决定（傅伯杰等，2008），所以“源汇”格局改变引起重金属污染格局改变.另外，为了服务于流域管理，许多研究提出了流域重金属污染预报模型，用于模拟不同土地利用/覆被情景下的重金属积累和迁移效应.这些模型把土地利用/覆被格局与污染过程紧密联系起来，为土地利用规划、农业用地结构调整和污染风险评价提供了重要依据.Keller等（2001）基于农业用地类型提出了PROTERRA-S经验模型，可以评价100km2农业用地上的镉、锌和铜积累.地统计学方法和地理信息系统技术成为获取和分析大尺度数据的重要手段，为研究区域性的LUCC和重金属运移、积累和污染的空间格局的关系（比如景观格局和重金属空间分布）提供了有效技术手段.如，地统计学将空间坐标和土壤重金属属性值结合，选用优化的半变异函数模型来描述土壤重金属属性的空间模式，再通过Kriging插值法预测未采样地点的重金属空间特征，揭示变量的区域空间格局.再如，数字土壤信息系统（Soil information system）是PROTERRA-S模型的一个基础数据集，同样也基于GIS技术支持（Keller et al.,2001）.土地利用类型等景观指标很容易进行遥感监测，因此遥感也为土壤重金属积累和污染的大尺度监测620宋成军等：土地利用/覆被变化（LUCC）与土壤重金属积累的关系研究进展第5期和分析提供了有效工具.基于GIS技术可以将多个监测时间的LUCC特征和重金属污染格局进行叠加，实现景观格局和污染格局的动态分析，从而找到二者之间的相互作用机制，揭示土壤重金属的污染水平，确定污染物类型，分析重金属污染发生以及变化规律，为污染防治、景观规划与设计提供依据.景观生态学注意到了污染物在生态系统中的的异质性，以缀块、基质和廊道等基本原理，为土壤中重金属积累和污染及其生态效应和风险评价提供了多尺度分析的理论基础.模型预测是景观生态毒理学的核心内容之一（Cairns and Niederlehner,1996），但是基于景观格局及人类干扰条件下的LUCC对土壤重金属运移及其污染的风险评价模型研究还很少，严重制约了景观生态毒理学的应用.同一重金属元素在不同土地利用类型下的移动速率不同，而移动速率是重金属运移的重要参数，通过在景观格局/土地利用变化模型或者水土侵蚀预报模型中引入重金属移动速率等相关参数，从而实现重金属在土壤中的输入和输出量估算.不同的土地利用/覆被类型及其搭配组合控制生态系统中重金属元素的输入和输出能力各异，构成重金属污染的源-汇镶嵌格局，合理的土地利用/覆被类型及其搭配组合有利于重金属在生态系统或者景观间的截持或者运移.所以通过优化土地利用/覆被格局可以最大限度地控制或者减弱重金属在土壤中的积累和分布，明确景观毒理生态学中的毒物-景观要素-景观格局-生态过程关系，从而有助于甚至达到重金属污染防治、风险预测、甚至修复污染土壤的目的.2问题和展望目前国内外已针对LUCC与土壤重金属的积累和污染关系进行了大量的研究，其成果为土壤重金属污染控制和修复积累了宝贵的参考资料，但仍有较多问题尚需深入探讨.植被是重金属迁移的重要控制因素，重金属污染区域（如矿山）可作为研究的天然试验场地，但其植被往往已经被破坏，因此研究相对较少，其控制过程和机理研究需要加强.LUCC的生态效应主要体现在对生态系统功能和结构的影响，景观多样性是生态系统结构和功能的重要度量指标，也是景观生态学研究的重要内容，需要将其与土壤重金属积累和污染联系起来进行研究，景观多样性原理将会为土壤重金属污染、修复和风险预测提供有价值的理论指导.以往研究多以点源污染来处理土壤重金属污染，随着LUCC的加剧，重金属大量暴露或者富集于地表土地，随着径流发生造成面源污染（郭旭东等，2000），而景观格局对重金属污染过程至关重要.土地覆被类型及其格局对重金属面源污染的影响也将成为土壤重金属污染研究的一个新方向，景观格局/土地利用变化模型和土壤侵蚀模型为重金属积累和风险评估的量化研究提供了方法支持.阐明LUCC和土壤重金属污染的过程及其控制机制，可以通过调整覆被类型或者配置适当的景观格局，从而基于特定土地利用类型（例如修复和农产品生产），减小或增大重金属在土壤中的富集，达到土壤修复或者规避环境/生态风险的目的.基于LUCC过程的土壤重金属的面源污染防治、调控和修复已成为生态学家和环境学家共同面对的新挑战.通讯作者简介：张玉华（1963—），女，农业部规划设计研究院能源环保研究所副所长、研究员，中国农学会资源与环境分会理事，国家注册咨询工程师，主要从事农村废弃物资源化利用和农村环境保护研究.ReferencesAlloway B J.1995.Soil processes and the behaviour of metals ［A］.//Alloway B J.Heavy Metals in Soils［C］.London: Blackie Academic&Professional,London,11-37Blake W H,Walsh R P D,Reed J M,Barnsley M J,Smith J. 2007.Impacts of landscape remediation on the heavy metal pollution dynamics of a lake surrounded by non-ferrous smelter waste［J］.Environmental Pollution,148（1）:268-280Cairns J J R,Niederlehner B R.1996.Developing a field of landscape ecotoxicology［J］.Ecological Applications,6（3）:790-796Chang T K,Shyu G S,Lin Y P,Chang N C.1999. 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土壤重金属怎么形成的原理土壤中的重金属是由多种因素综合作用形成的。

主要的因素包括地质作用、人为活动、大气降水、生物活动等。

以下将对这些因素进行详细说明。

首先，地质作用是形成土壤中重金属的主要因素之一。

在地球演化的过程中，地壳中含有不同种类的重金属矿物质，例如铜、锌、铅、镉等。

这些重金属矿物质会随着岩石的侵蚀和风化过程逐渐释放到土壤中。

同时，地壳运动和火山喷发等地质活动也会导致土壤中重金属含量的变化。

例如，火山喷发会释放大量的硫化物和氯化物等重金属化合物，这些物质在接触到空气和降雨后会进入土壤中。

其次，人类的活动也对土壤中重金属的含量产生了重要影响。

工业化和城市化的进程使得大量的工业废弃物和污水排放进入土壤中，其中含有丰富的重金属元素。

例如，工矿企业的废水中常含有铅、镉等重金属，如果不经过适当处理就会直接排放到土壤中。

此外，农业生产中使用的化肥和农药也会导致土壤中的重金属污染。

这些化肥和农药中通常含有微量的重金属元素，若使用不当会造成重金属的积累。

大气降水也是土壤中重金属形成的一个重要途径。

大气中的颗粒物和气态污染物可以通过雨水等降水过程沉积到土壤中，从而导致土壤中重金属的含量增加。

例如，大气中的铅粒子可以随着雨水沉降到土壤表面，并逐渐积累。

此外，大气中的酸性物质也会与土壤中的金属离子结合形成难溶性的沉淀，从而导致土壤中重金属的富集。

生物活动也在一定程度上影响了土壤中重金属的形成。

植物根系的生长和代谢会通过吸收和释放物质的过程导致土壤中重金属的迁移和转化。

有些植物对重金属具有富集和迁移的能力，这些植物被称为重金属超富集植物。

它们能够从土壤中吸取大量的重金属元素，并将其富集在根部和地上部分，从而改变土壤中重金属的分布。

此外，一些微生物也具有溶解和析出重金属的能力，从而影响土壤中重金属的形成和迁移。

总结起来，土壤中重金属形成的原理是多种因素综合作用的结果。

地质作用、人为活动、大气降水和生物活动等因素都会对土壤中重金属的含量和分布产生影响。

重金属积累在土壤表层原因【关于城市表层土壤重金属污染的数学模型分析】随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，人类活动对城市环境质量的影响日显突出。

对城市土壤地质环境异常的查证，以及如何应用查证获得的海量数据开展城市环境质量评价，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式，日益成为人们关注的焦点。

按照功能划分，城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等。

现对某城市城区土壤地质环境进行调查，为此，将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土（0～10厘米深度）进行取样、编号，并用GPS 记录采样点的位置。

由于在地表各重金属浓度的分布是相互影响的，并且受多种因素的多重影响，因此，我们应用因子分析法来研究重金属污染的主要原因。

地质环境是指由岩石圈、水圈和大气圈组成的环境系统。

各种元素在土壤中都是处于一个动态的循环过程。

一是土壤本身含有一定的量，即土壤背景值，这一值是自然形成的；二是元素的输入是多途径、多层次的，如工业、生活污染等；三是输入的元素会有一部分随着河流冲刷、地表侵蚀、植物吸收等因素流失。

为了研究城市地质环境的演变模式，应该首先研究土壤中重金属含量的输入和输出，这与该地区的地表河流分布，地势分布，风向及降雨等因素有关，因此还需要测定各种因素的叠加所导致的元素输入及输出后的累积系数，这些可以通过分析该地区历年的重金属浓度分布数据来求出。

结合各方面因素，我们建立了土壤重金属含量的动态变化模型：QT=Q0K?T+QK-Z1 土壤重金属空间分布及各功能区污染程度由于测量得到的只是有限个采样点的重金属元素浓度值，不足以涵盖整个城市的重金属含量情况，因此，首先需要建立模型对已知数据进行空间插值，得到该城市内重金属元素含量的总体情况，在此基础上进一步求解出各种重金属元素的空间分布并绘制空间分布图，从而可以分析不同功能区内重金属的污染情况。

步骤1：各功能区的地形特征运用Kriging插值对数据进行处理，并绘制出该城市的海拔高度图及各区域的地形特征图，从而得出各功能区所处的海拔范围，即居民区主要分布在海拔为0 m～20 m的区域，工业区、主干道区以及公园绿地区主要分布在海拔20 m～80 m范围内，而山区主要分布在海拔高于80 m的范围内。

环境科学中的重金属元素研究在过去几十年的工业化进程中，为了满足人类生活和生产需求，许多人类活动对环境产生了严重的影响。

其中，重金属元素排放是一种特别严重的环境污染。

重金属元素不仅会对地下水、土壤、大气和生态系统等环境要素造成极大的破坏，而且也是造成生物体生理功能紊乱、癌症、神经系统退化和生殖系统等健康问题的主要因素。

因此，环境科学中对重金属元素的研究无疑具有十分重要的意义。

1. 重金属元素的种类和来源重金属元素是一种密度较大、相对原子质量较高的元素，包括铜、铅、锌、汞、镉、铬等。

在自然界中，重金属元素普遍存在于地壳中、海洋中、岩石中、大气中、生物体中等环境要素之中。

对于有些人类活动来说，如燃烧煤炭、生产和应用电池、冶炼金属、制造化工原料等产生的废弃物中，会含有较高浓度的重金属元素。

个人和工业废水的排放、城市垃圾的填埋和焚烧等过程也会导致重金属元素的释放。

2. 重金属元素的影响重金属元素的累积效应是其对环境和生物体所带来的严重影响之一。

一旦进入环境中，重金属元素就会不断地在生物体、土壤和地下水中积累，进一步富集和扩散，对于环境进行危害。

此外，重金属元素还会进入到人体中，影响各个器官系统，对健康产生危害。

如铅中毒会导致神经系统受损，锰中毒会导致氧输送受阻，银化合物过量摄入会导致感觉器官受损，镉中毒会导致脊髓神经细胞损伤。

3. 重金属元素的治理与研究为了降低重金属元素对环境和人体的危害，需要人们采取相应的治理和研究措施。

治理需要针对重点行业和地区采取措施，如对于排放重金属元素的工厂和企业需要进行严格的限制，对于生活污水也需要进行处理。

同时，也需要采用科学技术，针对重金属元素的来源和特性进行分析和评价，设计合适的治理技术和措施，达到有效的治理目的。

对于重金属元素的科学研究，也是十分重要的一步。

尽管已经有很多研究人员对于重金属元素在环境和生物中的特性和影响展开了深入的研究，但是仍然有许多未知的因素。

因此，就需要进一步加强研究，包括对于重金属元素的迁移和转化机理、生物毒性、环境监测、治理技术等方面展开更加深入的研究，提高对于重金属元素的理解和治理能力。

城市地质环境的演变模式重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。

砷、硒是非金属,但是它的毒性及某些性质与重金属相似,所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。

环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷,还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。

随着全球经济化的迅速发展,含重金属的污染物通过各种途径进入土壤,造成土壤严重污染。

土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降,并可通过食物链危害人类的健康,也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。

因此引起世界各国的广泛重视。

目前,世界各国土壤存在不同程度的重金属污染,全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni 为100万t[1]。

中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染,如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地;。

南方相对较轻,如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。

土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。

从中国土壤资源状况看,到2000年底中国人均耕地仅为0.1 hm2,而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等,土壤资源将进一步减少。

因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染,改良土壤质量,将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。

本文主要从土壤中重金属污染物来源与分布、土壤中重金属污染物的现行治理方法入手,提出土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法。

旨在保护环境,提高土壤的环境质量。

1 土壤中重金属污染物来源与分布土壤中重金属的来源是多途径的,首先是成土母质本身含有重金属,不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。

此外,人类工农业生产活动,也造成重金属对大气、水体和土壤的污染。

1.1 大气中重金属沉降大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。

重金属对环境的影响分析随着人们生活水平的不断提高，现代化社会对自然资源的需求也越来越大。

但是，在满足人类需求的同时，各种污染物也在大量排放到环境中。

重金属作为一种重要的污染物之一，对环境影响非常大。

本文将从重金属的来源、对环境的危害以及预防措施等方面进行分析。

一、重金属的来源重金属是指相对于其他金属，其比重和原子量较大的金属，如铅、汞、钡、镉、铬等。

在自然界中，重金属的存在主要有两个来源。

一是地质过程，大量的重金属存在于土壤和岩石之中。

二是人为因素，工业生产和生活活动中的废物和污水中也会存在大量的重金属。

二、重金属对环境的危害重金属对环境的危害主要表现在以下几个方面：1、土壤污染：重金属对土壤的污染影响非常大，可以破坏土壤的生态平衡，降低土壤肥力，影响作物的生长和质量。

2、水源污染：工业废水和生活污水中的重金属，如果未经处理直接排入水源，会对水质造成严重的污染。

重金属对水生生物也有极大的危害，尤其是对静态水体内的生态系统影响更为严重。

3、空气污染：存在于工业废气和尘土并增加机车尾气等中的重金属，对空气质量的影响也是不容忽视的。

在远离源头的地区，人们依然可能通过呼吸和食入受到重金属的污染。

三、预防措施为了减轻重金属对环境的影响，需要采取一些措施来预防和减少污染。

1、加强监测：对重金属排放的监测和管理是必须的。

相关部门应建立完善重金属污染源监管体系，提高污染源排放标准，并定期进行检查和评估。

2、加强环境教育：加强环境教育，增强人们的环保意识。

人们应该从生活、生产的方方面面入手，减少污染和排放。

3、推广绿色生产：采用绿色生产方式，即加强环境管理和资源利用，提高技术水平和产品质量，减少污染和能源消耗。

4、加强治理：对于已经发生的重金属污染，需要采取有效的治理措施。

增大处理设备投资，加强污染物收集和处理技术的改进，尽可能减少重金属对环境造成的损害。

总之，重金属作为环境污染的一种重要因素，已经引起越来越多的关注和重视。

城市土壤重金属污染特征与危害分析引言：随着城市化进程的加快和工业化的发展，城市土壤重金属污染问题日益突出。

重金属污染对人类健康和生态环境造成了严重的威胁。

因此，深入分析城市土壤重金属污染的特征以及其对人类和环境的危害，具有重要的科学价值和社会意义。

一、城市土壤重金属污染的特征1. 污染源广泛：城市土壤重金属污染的主要来源包括工业排放、交通排放、农药使用、污水灌溉等多种途径。

这些污染源导致城市土壤中含有铅、镉、汞、铬等多种重金属元素。

2. 土壤类型差异明显：城市土壤的类型多种多样，包括砂质土壤、壤土、黏土等。

不同类型的土壤对重金属的吸附和迁移能力不同，因此城市土壤重金属污染的程度和特征也会有所差异。

3. 污染程度不均衡：城市土壤中的重金属污染程度通常呈现不均衡的分布。

工业、交通密集区域和附近的农业活动区域往往受到更严重的污染，而郊区和远离污染源的区域受到的污染较轻。

4. 污染物质浓度较高：研究表明，城市土壤中重金属的浓度通常高于农村地区和自然环境中的浓度。

特别是在工业区域和交通枢纽周围，重金属的含量往往超过了国家标准和环保要求。

二、城市土壤重金属污染的危害1. 人体健康风险：城市土壤重金属污染的主要危害是对人体健康的威胁。

重金属元素在土壤中积累并进入植物、水体和食物链，人类通过摄入食物或暴露于污染土壤中，容易出现中毒症状，如铅中毒、镉中毒等。

这些中毒症状包括神经系统疾病、肝肾损害、癌症等。

2. 生态环境破坏：城市土壤重金属污染对生态系统的破坏也是不可忽视的。

重金属的积累和迁移导致土壤中微生物数量和多样性减少，影响土壤的生物活性和氮、磷、钾等养分的循环。

此外，污染土壤中的重金属还会进入水体，影响水生生物的生存和繁殖。

3. 农作物安全问题：城市土壤中的重金属污染对农作物质量和安全也带来了严重的问题。

重金属积累在农作物中，通过食物链传递给人类，对人体健康构成潜在风险。

尤其是蔬菜、水果等直接食用的农产品，更容易受到重金属污染的影响。

大学生毕业优秀论文——城市表层土壤重金属污染特点分析（绝对原创,绝对经典）本科生毕业论文论文题目：城市表层土壤重金属污染特点分析作者：院系：专业：班级：指导教师：2013年5月22日Thesis GraduatesTopic ：Analysis on characteristics of soil heavy metal pollution in urban surfaceAuthor ：College ：Specialty ：Class ：Tutor ：May 22th, 2013郑重声明本人所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导教师的指导下独立研究并完成的。

除了文中特别加以标注引用的内容外，没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

特此郑重声明！指导老师（签名）：论文作者（签名）：2013年5月22日摘要随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加,人类活动对城市环境质量的影响日益突出. 本文包含五个方面的内容：第1章给出了给出了课题的研究背景,指出了重金属污染的危害性以及发展趋势的严重性；第2章用克里克插值方法绘制了八种重金属污染物的空间分布,并详细论述了各种重金属污染物空间分布的特点.另外给出了重金属污染程度评价的地累积指数法,评价了各重金属在各功能区的污染情况,结果与实际吻合；第3章讨论了重金属污染的主要原因,把该城区的八种重金属污染物基本上分成了三类：与交通污染源相关的元素有Pb、Cu、Zn；与燃煤源有关的元素有As、Cr、Ni；与工业生产有关的元素有Hg和Cd等.另外还讨论了重金属污染传播的特征,得出主要是扩散形式的传播；第4章是本文的核心内容,文中建立了“基于BP神经网络的遗传算法寻优模型”,最终绘制了各重金属的污染源的分布图,它们与之前的分析吻合.第5章进行了总结和展望,首先对全文进行了总结,其次分析了模型的优缺点,最后给出了需要考虑的一些其他数据信息,指出了分析的可能方法.关键词：等值线图,地累积指数法,BP神经网络,遗传算法IAbstractWith the rapid development of city economy and city population continues to increase, the impact of human activities on the environmental quality of the city is increasingly prominent. This article contains five aspects:The first chapter introduces the research background on the subject, points out the seriousness of the harm of heavy metal pollution and development trend; the second chapter by Crick interpolation method of drawing the distribution of eight kinds of heavy metal pollutants in the space, and discusses in detail the characteristics of various heavy metal spatial distribution of pollutants. Evaluation of heavy metal pollution degree is giventhe geo-accumulation index method, evaluation of the pollution of heavy metals in the each function area, the results are consistent with the fact; the third chapter discusses the main reasons of heavy metal pollution, eight of heavy metal pollutants in the city basically divided into three categories: associated with traffic pollution source elements are Pb, Cu, Zn; related to coal source elements have As, Cr, Ni; associated with industrial production elements are Hg and Cd. In addition, the characteristics of heavy metal pollution of communication are discussed in this paper, it is mainly diffusion forms of communication; the fourth chapter is the core content of this article, this paper established the "genetic algorithm BP neural network optimization model based on", the final draw the distribution map of the heavy metals pollution source, analyze them and before anatomists. The fifth chapter is a summary and outlook, firstly summarizes the whole thesis, followed by the analysis of the disadvantages of the model and finally gives the need to consider some other data, the method of analysis.Keywords:contour map, geo-accumulation index method, BP neural network, genetic algorithmII目录第1章问题描述 (1)1.1课题来源 (1)1.2选题背景及意义 (1)1.3论文的研究框架 (3)第2章重金属元素的空间分布及污染程度分析 (4)2.1 模型的基本假设和符号说明 (4)2.2 重金属元素的空间分布 (4)2.2.1问题分析 (4)2.2.2各重金属元素的空间分布 (5)2.2.2不同区域重金属污染程度分析 (12)第3章重金属污染的主要原因及传播特征 (15)3.1重金属污染的主要原因 (15)3.2金属污染物的传播特征 (16)第4章污染源位置的确定 (18)4.1问题分析 (18)4.2 BP神经网络 (18)4.2.1 BP神经网络概述 (18)4.2.2 BP神经网络的MA TLAB实现 (20)4.2.3 BP神经网络结果分析 (22)4.3基于神经网络的遗传算法求解模型 (26)4.3.1遗传算法概述 (26)4.3.2基本遗传算法的描述 (27)4.3.3遗传算法的MATLAB实现 (29)第5章总结和展望 (33)5.1全文内容总结 (33)5.2模型的优缺点分析 (33)5.3城市地质环境演变模式的进一步分析 (34)致谢 (35)参考文献 (35)附录 (37)黄冈师范学院本科学位论文第1章问题描述1.1课题来源本论文题目及数据来源于“2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛题A题——城市表层土壤重金属污染分析”,下面是建模原题.按照功能划分,城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等,不同的区域环境受人类活动影响的程度不同.现对某城市城区土壤地质环境进行调查.为此,将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域,按照每平方公里1个采样点对表层土（0~10厘米深度）进行取样、编号,并用GPS 记录采样点的位置.应用专门仪器测试分析,获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据.另一方面,按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样,将其作为该城区表层土壤中元素的背景值.通过数学建模来完成以下任务：(1) 给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布,并分析该城区内不同区域重金属的污染程度.(2) 通过数据分析,说明重金属污染的主要原因.(3) 分析重金属污染物的传播特征,由此建立模型,确定污染源的位置.(4) 分析你所建立模型的优缺点,为更好地研究城市地质环境的演变模式,还应收集什么信息？有了这些信息,如何建立模型解决问题？问题的数据较占篇幅,这里省略,也不列在附录,需要的话在网上很容易获取.1.2选题背景及意义从2005年12月开始，一个由中国、美国、加拿大三国研究人员组成的团队，在北京、上海等7个城市购买了78种“当地销量最好的香烟”，经过检测，除了铬含量持平外，中国香烟中的铅、镉、砷等3种物质都远远高于加拿大香烟。

关于城市表层土壤重金属污染的研究摘要本文通过某城市5大功能区不同位置、不同海拔处8种重金属元素浓度的数据，对该城市各功能区土壤地质环境建立模型进行了详细客观的分析。

对于问题一，采用matlab绘制四维表现图，即通过mesh(x,y,z,Con)语句(辅以colorbar 命令)来绘制三维“地貌特征图”，叠加第四信息“重金属元素采样浓度”的表现方法描述重金属元素的空间分布特征。

这样，既保持了几何地貌的原型，又体现了重金属浓度的空间分布状况。

为分析不同区域的污染程度，建立了富集因子模型将8种重金属元素污染程度分为五级，再根据熵的定义确定权重建立模糊综合评价模型，得到各功能区各元素污染程度的权重，结合污染级数说明了不同区域不同重金属元素的污染程度。

对于第二问，首先对第一问中得到的权重进行排序，得到重金属元素不同的污染程度，同时建立主成分分析模型，得到的元素污染程度的排序与第一问中污染元素的排序高度相似，确定模型的稳定性后，查询相关资料，判断出产生该重金属污染的主要物质，合理判断出重金属元素污染的主要原因。

对于第三问，建立了空间分布的正态模型，通过拟合的传播方程分析重金属污染物的传播特征，而建立的空间分布的正态模型不能精确的表述污染“源”和“汇”的问题，考虑了两种方法解决模型中的这一弊端，即：在三维正态模型的基础上，再次建立一维重金属传播模型，得到距离与重金属元素迁移关系，从而确定污染源或者对多个正态分布进行叠加以确定污染源。

考虑模型的实用性与推广性，本文选择了后者。

对于第四问，通过重金属的三种传播形式研究了城市地质环境的演变模式。

通过对以上问题的研究，本文得出这样一些结论：重金属元素空间分布并不均匀，5大功能区As都是中度污染，工业区Cu元素污染比较严重，主干道路区Pb污染较为严重。

本文还阐述了重金属的传播特征，各重金属元素污染源的位置以及该城市地质环境的演变模式。

关键词：四维表现图富集因子模糊综合评价主成分分析一维重金属传播目录Ⅰ问题重述 (3)Ⅱ问题分析 (3)Ⅲ模型假设 (4)Ⅳ符号说明 (5)Ⅴ模型建立与求解 (5)4.1问题1的建模与求解 (5)4.1.1重金属元素的空间分布 (5)4.1.2不同功能区重金属污染程度判定 (7)4.1.2.1模型一富集因子法建模与求解 (7)4.2.2模型二模糊综合评价法建模与求解 (9)4.2.2.1方法及模型介绍 (9)4.2.2.2模型的建立与求解 (12)4.2问题2的建模与求解 (13)4.2.1概括分析重金属污染的主要原因 (13)4.2.2模型三重金属污染主要原因的主成分分析探源 (15)4.2.2.1主成分分析原理 (15)4.2.2.2计算相关系数矩阵 (16)4.2.2.3计算特征值与特征向量 (16)4.2.2.4主成分贡献率及累积贡献率 (16)4.2.2.5计算主成分载荷 (17)4.3问题3的建模与求解 (18)4.3.1模型四三维的非线性多项式拟合 (18)4.3.1.1空间分布的正态模型 (18)4.3.1.2传播特征方程 (19)4.3.2模型五一维重金属传播模型 (20)4.3.2.1模型的建立 (20)4.3.2.2重金属污染物排放量的确定 (21)4.4问题4的建模与求解 (21)4.4.1重金属的传播形式 (21)4.4.2数学模型的建立 (22)Ⅵ模型评价与改进 (23)参考文献 (24)Ⅰ问题重述近年来，随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，城市重金属污染问题日渐突出。

城市土壤重金属分布与地理环境关系问题研究进展吴新民;焦华富;李善青;陆志敏【期刊名称】《安庆师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2009(015)004【摘要】城市土壤重金属与地理环境关系研究主要集中在以下三个方面:城市土壤重金属受土地利用方式的影响,形成土壤重金属元素全量以及形态在城市不同功能区存在差异;自然地理因素如土壤矿物质组成、质地、pH、有机质以及成土环境往往是重金属积累的诱因,城市土壤在人为活动影响下,在土壤剖面上形成独特的垂直方向上的分布特征;城市土壤重金属的类型、分布特点还受城市活动强度的影响形成特殊的时间平衡模型,城市化过程的快速发展往往会打破城市土壤重金属积累--迁移平衡.目前对于城市土壤重金属污染与城市地理环境之间因果关系的综合研究,特别是自然地理环境的承载力方面的研究有待于进一步加强,通过自然地理环境的承载力阈值来调节人为活动强度对城市可持续发展有着重要意义.【总页数】6页(P69-74)【作者】吴新民;焦华富;李善青;陆志敏【作者单位】安徽师范大学,国旅学院,安徽,芜湖,241000;池州学院,化学材料与工程实验中心,安徽,池州247100;安徽师范大学,国旅学院,安徽,芜湖,241000;池州学院,化学材料与工程实验中心,安徽,池州247100;池州学院,化学材料与工程实验中心,安徽,池州247100【正文语种】中文【中图分类】S151.9【相关文献】1.城市土壤重金属分布特征和健康风险评价研究进展 [J], 刘健;曾悦2.基于综合主成分模型的城市土壤重金属空间分布与传播特征研究 [J], 蒋诗泉;刘中侠;蒋诗平3.石家庄城市土壤重金属空间分布特征及源解析 [J], 崔邢涛;栾文楼;宋泽峰;马云超4.典型矿业城市土壤重金属污染的垂直分布规律研究——以武安市为例 [J], 曹羽飞;黄亚楠;丁九龙5.城市土壤不同颗粒中重金属的分布及其对人体吸入重金属的影响 [J], 张慧敏;王丽平;章明奎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

A题城市表层土壤重金属污染分析随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，人类活动对城市环境质量的影响日显突出。

对城市土壤地质环境异常的查证，以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式，日益成为人们关注的焦点。

按照功能划分，城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等，分别记为1类区、2类区、……、5类区，不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。

现对某城市城区土壤地质环境进行调查。

为此，将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土（0~10 厘米深度）进行取样、编号，并用GPS记录采样点的位置。

应用专门仪器测试分析，获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。

另一方面，按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样，将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。

附件1列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，附件2列出了8种主要重金属元素在采样点处的浓度，附件3列出了8种主要重金属元素的背景值。

现要求你们通过数学建模来完成以下任务：(1)给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。

(2)通过数据分析，说明重金属污染的主要原因。

(3)分析重金属污染物的传播特征，由此建立模型，确定污染源的位置。

(4)分析你所建立模型的优缺点，为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应收集什么信息？有了这些信息，如何建立模型解决问题？城市表层土壤重金属污染分析摘要本文主要研究重金属对城市表层土壤污染的问题,我们根据题目所给定的一些数据和信息分析并建立了扩散传播模型、自然沉降模型、对比模型和转换模型解决问题。

针对重金属的空间分布问题，先拟出该城区地势图，根据所给数据绘出该地区的三维地势及采样点在其上的空间分布图。

再利用MATLAB 散乱插值法得到8种重金属元素的空间分布。

其次，通过单因子污染指数法和内梅罗综合指数法两种方法，得出城区内不同区域重金属的污染程度：工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山区。

城市化背景下的重金属污染与生态风险近年来，随着城市化进程的加速推进，城市人口不断增加，城市面积不断扩大，城市化背景下的重金属污染问题也日益凸显。

重金属污染对生态环境和人类健康造成了巨大的风险和威胁。

本文将从城市化背景下的重金属污染现状、污染源与传播途径、生态风险与防控措施等方面展开论述，以期加深对这一问题的认识。

一、重金属污染现状城市化进程中，工业生产、交通运输、建筑施工等活动释放出大量的重金属污染物，如铅、汞、镉等。

这些重金属污染物在大气、水体和土壤中积累，进而进入食物链，最终对生态系统和人类健康产生危害。

据统计，全球范围内有超过200个城市的土壤受到了重金属污染，其中包括一些大城市如上海、北京等。

这些城市的土壤中重金属含量超过了国家标准，给城市居民的生活带来了潜在的健康风险。

二、污染源与传播途径城市化背景下的重金属污染主要来自于工业排放、交通尾气、建筑垃圾等。

工业企业是重金属污染的主要源头，工业废水和废气中的重金属成分较高。

此外，交通尾气中的重金属物质也是城市重金属污染的重要来源。

汽车尾气中的铅、汞等重金属物质通过大气降尘进入土壤和水体，进而进入食物链。

同时，建筑垃圾中的重金属物质也会渗透到土壤中，对环境造成污染。

重金属污染的传播途径主要有大气传播、水体传播和食物链传播。

大气传播是指重金属物质通过空气中的颗粒物、气溶胶等途径进入土壤和水体。

水体传播是指重金属物质通过工业废水、生活污水等途径进入水体，进而对水生生物造成危害。

食物链传播是指重金属物质通过植物吸收和食物链传递进入人体，对人体健康产生影响。

三、生态风险与防控措施城市化背景下的重金属污染给生态环境和人类健康带来了严重的风险。

重金属物质在生态系统中积累，会导致土壤质量下降，影响植物生长，破坏生态平衡。

同时，重金属物质进入食物链后，会对人类健康产生慢性毒性作用，引发多种疾病，如铅中毒、镉中毒等。

为了减少城市化背景下的重金属污染对生态环境和人类健康的风险，需要采取一系列的防控措施。