【锡矿山周边土壤重金属的地球化学基线分析案例2600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\u17617锡矿山周边土壤重金属的地球化学基线分析案例 1166751.1累积频率曲线法 1218841.2标准化法 4174631.3迭代剔除法 5239731.4盒须图法 6260261.5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。累积频率曲线法采用经范凯等改进的判断方法来确定拐点，选取可决系数R2＞0.95来判定。【[1]范凯,韦朝阳,杨晓松.长沙市乔口镇土壤重金属地球化学基线值的厘定及应用[J].环境科学学报,2014,34(12):3076-3083.[1]伍福琳,陈丽,易廷辉,杨志敏,陈玉成.重庆市农地重金属基线值的厘定及其积累特征分析[J].环境科学,2018,39(11):5116-5126.】通过SPSS和Origin软件绘制相对累积频率曲线，从所得图形结果来看，Sb、Ni存在2个拐点，Zn、Pb、Cu、Cr都只存在唯一的拐点。观察并计算累积频率曲线拟合的R2及拐点位置，部分落在了曲线拟合线外，这可能是受到了人为的影响，根据拐点的表征意义，确定参与各元素环境基线值计算的样本数据，受影响的样本比例大约在20%~30%，各元素样品的累积频率基本在70%以上，可见受影响的比例较低，对研究区基线值的厘定不会造成较大的影响。可以看到每种元素最开始有部分较低含量的样本，可能与采样点类型和土壤母质有关，该值更接近于当地的土壤背景值，也有可能是元素的自然性输入水平受到缓慢面源污染累积。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。表SEQ表\*ARABIC10基于累积频率曲线法的基线值SbZnPbCuNiCr基线值（mg/kg）23.412112.59135.27123.32132.92291.762图SEQ图\*ARABIC15重金属累积污染曲线及拐点标准化法该方法的最重要的一步在于确定合适的参比元素，找到相关性较高的参比元素有助于拟合出更符合实际的回归方程，对后续的数据处理也更有利，得到的基线值也更加合理。以往的研究中，常用的标准化元素有Al、Fe、Li、La、Eu、Ti、V、Rb、Cs、Se、Sc、Sm等金属元素【[1]孙厚云,卫晓锋,甘凤伟,王恒,何泽新,贾凤超,张竞.承德市滦河流域土壤重金属地球化学基线厘定及其累积特征[J].环境科学,2019,40(08):3753-3763.】，根据本文研究区特点和实验条件，考虑矿业活动的影响和自然母质等因素后，选取了Fe元素作为标准化元素。做每种重金属元素含量与Fe元素含量的二维散点图，利用置信限95%以内的数据进行回归分析，拟合线性回归方程。该过程需要重复剔除95%预测区间外的数据点的操作，最后代入标准化元素含量的平均值，即可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。表SEQ表\*ARABIC11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）湖南土壤背景值Sby=13.9610x-5.87870.89323.19932.98Zny=-7.0617x+147.30950.721132.962295.00Pby=-0.4885x+39.86020.68138.864327.00Cuy=2.8439x+21.54970.67427.374927.30Niy=3.7936x+30.63000.83238.384532.00Cry=3.8308x+91.28020.76899.106968.00图SEQ图\*ARABIC14重金属元素与标准化元素散点图迭代剔除法经过5~8次迭代剔除异常值数据后，Zn、Pb、Cu、Cr服从正态分布，Sb、Ni服从对数正态分布，重金属正态分布QQ图如图。说明这些元素在研究区内可能存在不同程度的富集。用剔除后数据的平均值记为基线值，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\*ARABIC12基于迭代剔除法的基线值SbZnPbCuNiCr分布形式LNNNLN基线值（mg/kg）32.923128.10127.05524.97436.38797.735图SEQ图\*ARABIC16重金属正态分布Q-Q图盒须图法经过6~9次1.5倍四分位数距剔除异常值后，发现Sb、Zn、Ni元素的离群值较多，说明数据差异性较大，同样对剔除后的数据进行正态分布检验。最终得到元素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\*ARABIC13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全国基准值[]Sb23.2023.4132.9223.9225.862.980.73Zn132.96112.59128.10129.24125.7295.0066.00Pb38.8635.2727.0537.3834.6427.0022.00Cu27.3723.3224.9726.9825.6627.3020.00Ni38.3832.9236.3935.3835.7732.0024.00Cr99.1191.7697.7496.1096.1868.0053.00【[1]王学求,周建,徐善法,迟清华,聂兰仕,张必敏,姚文生,王玮,刘汉粮,刘东盛,韩志轩,柳青青.全国地球化学基准网建立与土壤地球化学基准值特征[J].中国地质,2016,43(05):1469-1480.】通过不同方法测算的基线值不尽相同，考虑到各个方法各有优劣，最终取四种方法得到的基线值的平均值作为综合基线值，则元素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。因前人尚未对该研究区进行地球化学基线测定，不能进行不同时期该地区基线值的对比。但对比对该研究区进行了重金属元素含量测定及污染水平评价的文献发现，本文元素含量介于现有研究之间，侧面说明本文实验结果的可靠性，符合实际情况。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，但是与背景值差异不大，Ni元素基线值略高于湖南土壤背景值，而其他元素则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。与2008-2014年开展的“全国地球化学基线计划”结果相比，测得的各元素基线值均高于全国地球化学基线值，分别是35.42、1.90、1.57、1.28、1.49和1.81倍。该地区基线值高于全国基线值说明了地壳母质等自然元素对土壤中元素丰度的影响。以地球化学方法确定的本研究区基线值作为评价标准能相对客观地反映冷水江市锡矿山周边土壤重金属污染累积程度，具有实际指导意义。虽然四种方法计算得到的基线值存在着差异，但是有一定的可比性，差异在可接受范围内。其中，Cu、Ni、Cr元素不同方法得到的基线值比较接近，而Sb、Zn、Pb元素得到的各基线值存在一定差异，这与元素含量的变异程度强弱符合。整体来看，各方法计算得到的基线值呈现出：标准化法＞迭代剔除法~盒须图法＞累积频率法，这与不同方法对高值的剔除要求有关。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