【《锡矿山周边土壤重金属的地球化学基线分析案例》2300字】

锡矿山周边土壤重金属的地球化学基线分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u1405锡矿山周边土壤重金属的地球化学基线分析案例 1230301.1基于累积频率曲线法的基线值 144151.2基于标准化法的基线值 3148421.3基于迭代剔除法的基线值 5199591.4基于盒须图法的基线值 6147561.5小结 7土壤重金属的地球化学基线表征土壤中重金属元素的一般含量水平，排除异常的重金属富集，可以看作是当前的土壤环境状态。与土壤背景值相比，重金属的环境地球化学基线可以包括受到人类活动的所带来的的扰动影响，而非毫无污染的自然状态。通常建立一个区域的重金属环境地球化学基线的核心是找到重金属含量分布异常值的下限。现在仍未有一个统一的标准方法可以用来确定基线值，而目前比较常用的方法有标准化法、统计学方法和地球化学对比方法。不同的方法在数据处理分析的过程中各有侧重，往往会得到不同的异常值下限，故本研究采用4种方法估算基线值，综合考虑各影响因素，得出更准确更有代表性的结果。基于累积频率曲线法的基线值通过绘制并计算6种重金属元素的累积频率曲线及拐点位置，得到重金属Zn、Pb、Cu、Cr的累积频率曲线都只存在唯一的拐点，各拐点的位置分别为139.831mg/kg，46.744mg/kg，29.014mg/kg，119.201mg/kg；根据拐点的表征意义，可以筛选出各个元素拐点之前的低含量样本参与到环境基线值的计算，其中，参与4种重金属环境基线计算的样本比例依次各占66.67%、83.02%、68.63%、86.79%，说明重金属Pb和Cr的异常富集采样点比例不高（均低于20%），而元素Zn和Cu的异常富集样点占比相对较高（约在31.37%~33.33%）；这些低含量样本所反映的是具有全局一致性的重金属变化趋势，其可能代表了4种元素的自然性输入水平，也可能代表的是缓慢累积的面源污染效应；拐点之后的重金属积累主要表征的是人为活动带来的差异性影响，通常指示存在点源污染。元素Sb、Ni存在2个拐点，将拐点之间的累积频率曲线分布与拐点前后两段的累积频率分布作形态对比，发现这2种元素在拐点之间的频率分布均与第一拐点前的频率分布具有类似的特征，因此，重金属Sb、Ni的基线值计算均由第二拐点之前的所有样点参与完成（分别为75.348、46.071），其各占样本比例72.92%和74.00%，反映重金属Zn、Cd的异常富集样点比例约占27%左右。根据对每种元素有效样点的平均含量计算，得到的基线值分别为23.412mg/kg，112.591mg/kg，35.271mg/kg，23.321mg/kg，32.922mg/kg，91.762mg/kg。图SEQ图\*ARABIC15重金属累积污染曲线及拐点基于标准化法的基线值该方法的核心在于确定合适的参比金属元素，以往的研究表明Al、Fe、Li、Ti、V、Rb、Sc等惰性金属元素是常用的标准化元素，根据本研究的研究区特点和实验条件，选取了Fe元素作为标准化元素。做重金属元素含量与Fe元素含量的二维散点图，并拟合线性回归方程。反复剔除95%预测区间外的数据点，直至没有异常数据点存在，再取95%置信区间内的数据点做回归，代入标准化元素含量的平均值，从而得到重金属元素的基线值，最终该方法确定的Sb、Zn、Pb、Cu、Ni、Cr元素的基线值分别为23.1993mg/kg，132.9622mg/kg，38.8643mg/kg，27.3749mg/kg，38.3845mg/kg，99.1069mg/kg。图SEQ图\*ARABIC14重金属元素与标准化元素散点图表SEQ表\*ARABIC9基于标准化法的基线值重金属元素线性回归方程R2基线值（mg/kg）Sby=13.9610x-5.87870.89323.1993Zny=-7.0617x+147.30950.721132.9622Pby=-0.4885x+39.86020.68138.8643Cuy=2.8439x+21.54970.67427.3749Niy=3.7936x+30.63000.83238.3845Cry=3.8308x+91.28020.76899.1069基于迭代剔除法的基线值采用2倍标准差迭代剔除法，剔除6种重金属元素含量的异常值，并做Shapro-Wilk分布形式和正态Q-Q图形式检验，保证多样点的重金属含量数据分布满足正态分布或对数正态分布。经多次反复剔除后，Zn、Pb、Cu、Cr元素的含量服从正态分布，Sb、Ni服从对数正态分布，说明这些元素在研究区内可能存在不同程度的富集。最终得到Sb、Zn、Pb、Cu、Ni、Cr的基线值分别为32.923mg/kg，128.101mg/kg，27.055mg/kg，24.974mg/kg，36.387mg/kg，97.735mg/kg。表SEQ表\*ARABIC10基于迭代剔除法的基线值SbZnPbCuNiCr分布形式LNNNLN基线值32.923128.10127.05524.97436.38797.735图SEQ图\*ARABIC16重金属正态分布Q-Q图基于盒须图法的基线值采用1.5倍四分位数距盒须图法剔除异常值，并做Shapro-Wilk分布形式检验，保证数据列满足正态分布或对数正态分布。其中，Sb、Zn、Ni元素的离群值较多，反映这些重金属元素在某种程度上受到了人为活动的影响，所以呈现出一定的数据差异性。经反复多次剔除，得到元素Sb、Zn、Pb、Cu、Ni、Cr的基线值分别为23.922mg/kg，129.239mg/kg，37.838mg/kg，26.977mg/kg，35.376mg/kg，96.098mg/kg。图SEQ图\*ARABIC17重金属元素盒须图小结表SEQ表\*ARABIC11不同方法测算的基线值结果标准化法累积频率曲线法迭代剔除法盒须图法综合基线值湖南土壤背景值Sb23.2023.4132.9223.9225.862.98Zn132.96112.59128.10129.24125.7295.00Pb38.8635.2727.0537.3834.6427.00Cu27.3723.3224.9726.9825.6627.30Ni38.3832.9236.3935.3835.7732.00Cr99.1191.7697.7496.1096.1868.00将通过不同方法测算的基线值取均值，得到元素Sb、Zn、Pb、Cu、Ni、Cr的基线值分别为25.86mg/kg，125.72mg/kg，34.64mg/kg，25.66mg/kg，35.77mg/kg，96.18mg/kg。对比湖南土壤背景值发现，只有Cu元素的地球化学基线值低于背景值，但是与基线值差别不大，Ni的基线值略高于湖南土壤背景值，其他元素均明显高于当地背景值，其中Sb的基线值达到背景值的8.7倍左右，说明研究区内重金属的累积效应是比较明显的。虽然各种方法计算得到的基线值存在着差异，但是有一定的规律性。其中，资江沉积柱中Sb、Cu、Ni、Cr元素各方法得到的基线值比较接近，与这些元素含量的变异程度较低符合；Sb、Zn、Pb元素的各基线值存在一定差异，与其变异率较高有关。标准化法得到的基线值均高于其他方法（Sb除外），该方法一方面排除了待测元素本身粒度及其他因素的干扰，但又受到标准化元素自身分布的影响；累积频率曲线法得到的基线值均低于其他方法（Pb除外），因该方法在计算时更注重寻找异常值的下限，参与基线计算的元素含量较其他方法偏低，从本次基线测算最终结果来看，盒须图法与最终得到的基线值最接近，该