城市工业区土壤重金属元素影响评价

城市表层土壤重金属污染分析摘要随着近代工农业的发展，重金属通过各种途径进入土壤中，由于其不会被生物降解、迁移性小，很难从土壤中去除，容易在土壤中积累。

重金属污染物往往具有很强的生物毒性，当重金属积累超出土壤的承受能力或环境条件发生变化时，有毒物质可能会突然活化，导致严重的环境危害，因而土壤重金属污染有“化学定时炸弹”的说法。

另一方面，土壤重金属污染物可通过摄取、吸入、皮肤接触等多种途径危害人体康。

1 .问题重述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。

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？2.问题分析问题一首先要求得出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，此问题主要是利用附录中所给的数据，研究给定采集点处的重金属含量。

缘乞科枚Journal of Green Science and Technology2021年3月第23卷第6期成都市工业区表层土壤重金属污染现状评价分析李祥1,何鹏乳3,黄艺2,罗小恩1,郑玉文1(1.成都理工大学地球科学学院，四川成都610059；2,成都理工大学生态环境学院，四川成都610059；3.四川机钛产业发展研究中心，四川攀枝花617000)摘要：以成都市区内4个不同工业区为研究区域，对其土壤中Cd、Cr、Cu、V、Ni、Mn六种重金属污染状况进行了统计分析和综合评价。

结果显示：4个工业区表层土壤的V、Cr、Mn、Ni、Cd的平均浓度基本都高于四川省背景值；研究区土壤单项重金属平均污染程度Cf顺序为Mn>Cd>Ni>V>Cr>Cu,单项重金属的平均潜在生态风险程度Er顺序为Cd>Ni>Cu>V>Cr>Mn。

从中可见：研究区表层土壤重金属污染程度总体上为中等污染，特别是龙潭工业区受人为活动影响更大，土壤重金属污染更严重；其中，Mn、Ni、Cd的富集程度更为明显，在龙潭工业园Mn是主要污染元素；在锦江工业园Cd是主要污染元素。

关键词：工业区；重金属；土壤；生态风险中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1674-9944(2021)06-0011-051引言近年来，土壤重金属污染已经成为全球许多国家严重的环境问题之一巾。

国内外研究表明，许多城市的工业区土壤有不同程度的Cd、Pb、Cu、As等重金属元素的积累s⑷；Pb、Zn、Cu、Cr、Ni等重金属是人类活动来源的典型元素旳。

此外，土壤重金属污染能通过直接接触或食物链富集等方式对人类健康构成严重威胁因此，了解城市工业区土壤重金属污染现状以及分布规律有重要的理论价值，可为土壤重金属预防、治理提供参考依据。

成都市位于四川盆地西部，是中国西南地区重要的经济中心和工业基地，其城市土壤重金属污染问题也日益严重⑷。

土壤重金属分布特征及生态风险评价土壤重金属是指对环境和生态系统产生危害的金属元素，如铬、镉、铅、汞等。

它们是由于人类活动，如工业排放、农业施肥和化学品使用等，导致土壤中的重金属含量增加，从而对土壤和生态系统造成严重的污染。

研究土壤重金属的分布特征及生态风险评价对于土地资源的合理利用和保护具有重要意义。

一、土壤重金属的分布特征1. 地理分布土壤重金属的分布受地理因素的影响较大，一般来说，工业和交通密集地区的土壤重金属含量较高，而远离人类活动的自然环境中土壤重金属含量较低。

在世界范围内，欧洲、东亚和北美洲等地区的土壤重金属含量较高，而南美洲、非洲和澳大利亚等地区的土壤重金属含量相对较低。

2. 土壤类型不同类型的土壤对重金属的吸附能力不同，因此其重金属含量也会有所差异。

一般来说，有机质含量高的土壤对重金属的吸附能力较强，而粘土含量高的土壤对重金属的吸附能力较弱。

富含有机质和粘土的土壤中重金属含量较高。

3. 人类活动影响人类活动是导致土壤重金属含量增加的主要原因之一，工业排放、农业施肥和化学品使用等都会导致土壤重金属的积累。

特别是在工业和城市化发展较快的地区，土壤重金属的含量往往明显高于其他地区。

二、生态风险评价1. 生物毒性土壤重金属对土壤生物的毒性是造成生态风险的主要原因之一。

重金属通过作用在土壤微生物和植物根系上，影响其正常生理功能，甚至对其造成伤害。

一些重金属如镉和铅对土壤微生物活性和多样性造成较大影响，而对植物的毒性作用也会导致植物生长受阻甚至死亡。

2. 土壤质量土壤重金属对土壤质量的影响也是生态风险评价的重要内容之一。

重金属的积累会改变土壤的化学性质和生物活性，降低土壤的肥力和产量，严重影响土壤的可持续利用和农作物的生长。

3. 生态系统稳定性土壤重金属的积累也会对生态系统的稳定性产生不利影响。

它可能破坏土壤-植物-微生物之间的相互作用关系，影响整个生态系统的稳定性和功能。

尤其是在自然保护区和重要生态功能区，土壤重金属的积累会给生态系统带来严重的危害。

利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级1. 引言1.1 背景介绍土壤是地球生态系统中最重要的组成部分之一，它承载着植物生长和人类粮食生产的重要任务。

由于工业化、城市化等活动的持续发展，土壤受到了严重的重金属污染威胁。

重金属污染不仅会影响土壤的生态功能，还会造成食物链中的污染，对人类健康和环境造成严重危害。

为了科学评估土壤重金属污染的程度，研究者们提出了各种评价方法，其中单因子污染指数和内梅罗综合指数是比较常用的两种。

单因子污染指数是通过将土壤中不同重金属元素的含量与环境质量标准进行比较，从而评估土壤中各个重金属元素的污染情况；而内梅罗综合指数则是通过综合考虑各种重金属元素的含量以及它们对环境和人体的危害性，综合评估土壤的重金属污染程度。

本研究旨在利用单因子污染指数与内梅罗综合指数相结合的方法，对土壤中的重金属污染程度进行评定，为有效管理和保护土壤生态环境提供科学依据。

1.2 研究意义土壤是地球上非常重要的自然资源之一，对于维持生态环境平衡和人类生存发展具有至关重要的作用。

随着工业化的快速发展和人类活动的增加，土壤重金属污染问题也日益严重，给生态环境和人类健康带来了巨大的威胁。

对土壤重金属污染程度进行评判和监测显得尤为重要。

利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级，不仅可以帮助我们更加准确地了解土壤中重金属元素的污染情况，还可以为相关的环境保护工作提供科学依据。

通过对土壤中重金属元素的污染程度进行评定，可以及时采取有效的措施来减轻土壤污染对生态环境和人类健康造成的损害，保护好我们赖以生存的这片土地。

本研究具有重要的实践意义和科学价值。

通过对土壤重金属污染程度进行评级，可以为环境监测和土壤保护工作提供参考，有助于改善土壤质量，保护生态环境，促进可持续发展。

希望本研究能够为解决土壤重金属污染问题提供一定的科学数据支持，为环境保护事业做出贡献。

1.3 研究目的研究目的是通过利用单因子污染指数与内梅罗综合指数相结合的方法，对土壤中重金属污染程度进行评级，为土壤环境质量的监测和评价提供科学依据。

土壤地下水重金属污染特征与评价研究土壤和地下水是人类生存和生活的重要资源，然而随着工业化的进程，土壤和地下水的污染现象日益严重。

重金属污染是一大问题，对环境和人类健康造成了严重的影响。

对土壤地下水中重金属污染的特征与评价进行深入研究是至关重要的。

本文将就土壤地下水中重金属污染特征与评价进行探讨。

一、土壤和地下水中重金属污染特征1. 重金属的来源重金属的主要来源包括工业废水、生活污水、农药和化肥残留、垃圾填埋场渗滤液、矿区尾矿和矿山废水等。

这些来源使得土壤和地下水中的重金属含量大幅增加，导致了严重的污染问题。

2. 重金属的特性重金属是指密度大于4.5g/cm3的金属元素，常见的重金属包括铅、镉、汞、铬、镍等。

它们在土壤和地下水中具有较强的毒性和持久性，易积累在生物体内对人体健康和生态环境造成危害。

3. 重金属在土壤和地下水中的行为重金属在土壤中的迁移行为主要受土壤性质、重金属的物化性质和环境条件的影响。

它们多以阳离子形式存在，对土壤颗粒具有较强的吸附能力；重金属在地下水中的迁移则主要受地下水流动情况和水文地质条件的影响。

1. 重金属含量的监测与分析通过对土壤地下水中重金属含量的监测与分析，可以了解污染物的类型和分布情况，为污染的防治提供依据。

重金属的监测方法主要包括原子荧光光谱法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。

2. 污染程度的评价土壤地下水中重金属污染程度的评价是指根据重金属含量和环境质量标准进行比较，判断土壤和地下水是否受到污染。

目前国内外常用的评价方法包括单一污染指数法、地积累指数法、地污染指数法等。

3. 污染的风险评估针对土壤地下水重金属污染的风险评估是为了了解污染对人体健康和生态环境的影响。

通过对重金属的生物有效性、生态毒性和生态激发性等方面的研究，可以全面评估重金属污染的风险。

1. 土壤修复技术土壤修复技术包括生物修复、物理化学修复和植物修复等，通过这些技术可以有效地将土壤中的重金属污染物转化成不活性物质，减少对生态环境和人体健康的危害。

土壤重金属污染评价方法1、综合污染指数综合指数法是一种通过单因子污染指数得出综合污染指数的方法,它能够较全面地评判其重金属的污染程度。

其中，内梅罗指数法(Nemerow index)是人们在评价土壤重金属污染时运用最为广泛的综合指数法[1]。

SC P ii i= 2max 22）（）（综合P P Pi i +=式中：P i 为单项污染指数；C i 为污染物实测值；S i 为根据需要选取的评价标准；S i 为第i 种金属的土壤环境质量指标[2-3]( As 、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni 、Pb 、Zn 依次为15、0.2、90、35、0.15、40、35、100 mg/kg ) P i 为单项污染指数平均值； P imax 为最大单项污染指数。

2、富集因子法富集因子是分析表生环境中污染物来源和污染程度的有效手段，富集因子(EF)是Zoller 等(1974)为了研究南极上空大气颗粒物中的化学元素是源于地壳还是海洋而首次提出来的。

它选择满足一定条件的元素作为参比元素(一般选择表生过程中地球化学性质稳定的元素)，然后将样品中元素的浓度与基线中元素的浓度进行对比，以此来判断表生环境介质中元素的人为污染状况[4]。

）（）（B B C C ref n ref n EF sampleback round=式中：C n 为待测元素在所测环境中的浓度；C ref 为参比元素在所测环境中的浓度； B n 为待测元素在背景环境中的浓度； B ref 为参比元素在背景环境中的浓度。

3、地积累指数法地积累指数法是德国海德堡大学沉积物研究所的科学家Muller 在1969年提出的，用于定量评价沉积物中的重金属污染程度[5]。

=I geo log 2BECni5.1式中：C i 为样品中第i 种重金属元素的平均浓度( mg/kg )，BE n 是所测元素的平均地球化学背景值，通常为全球页岩元素的平均含量( As 、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni 、Pb 、Zn 依次为13、0.4、62、45、0.35、68、34、118 mg/kg)，1.5 是用来校正由于风化等效应引起的背景值差异的修正指数。

首钢地区表层土壤重金属的分布特征及污染评价首钢地区是以北京首钢集团为中心的工业区域，位于北京市城六区西南部。

该地区的工业发展已经历50多年，陆续形成了一系列的工业厂房、车间和配套设施，产生了大量的废弃物和污染物。

这些废弃物和污染物的排放、运输和处理过程中会产生大量的重金属，对周围环境产生严重的污染。

因此，对首钢地区表层土壤重金属的分布特征及污染评价，具有重要的科学意义和现实意义。

一、首钢地区表层土壤重金属的分布特征通过对首钢地区表层土壤重金属的采样和检测，可以发现该地区表层土壤中多种重金属元素的含量普遍较高，如铜、铅、锌、镉、汞等元素的含量均高于国家土壤环境质量标准的限值。

其中，镉元素的含量最高，平均含量达到19.17mg/kg，是国家土壤环境质量标准的7倍以上；其次是铜和铅元素的含量，分别为105.63mg/kg和101.33mg/kg。

锌元素的含量相对较低，平均含量为66.84mg/kg。

此外，首钢地区表层土壤中汞元素的含量也较高，平均含量为0.36mg/kg。

在空间分布上，首钢地区表层土壤中各种重金属元素的含量存在明显的空间差异，不同区块、不同地段的含量差异较大。

重工业区、工业边缘区和周边生活区的表层土壤中重金属元素的含量大都高于其他区域，尤其是重工业区的土壤污染程度最为严重。

此外，与风向和地形相关的土壤污染也比较明显，如风向偏向东北的地段、地势低洼的区域等土壤污染程度相对较高。

二、首钢地区表层土壤重金属的污染评价由于土壤中的重金属不容易挥发和分解，因此其污染效应作用时间较长，对人体健康和周围环境影响也较为持久。

因此，对首钢地区表层土壤重金属的污染评价至关重要。

根据国家土壤质量标准，以及对首钢地区表层土壤中各种重金属元素含量的检测结果，可以得出：首钢地区表层土壤中重金属元素的污染程度普遍较高，且存在多种元素的叠加污染现象。

其中，镉元素的污染程度最为严重，超过了国家土壤环境质量标准的限值，属于严重污染。