基于APCS-MLR受体模型的农田土壤重金属源解析

2023年2月11日 by 没有评论

摘 要:定性、定量分析湘潭县农田土壤重金属的污染来源及源贡献率。以湘潭县农田土壤为研究对象,结合地统计学分析,利用数理统计方法[相关性分析、因子分析和绝对因子分析/多元线性回归(APCS-MLR)受体模型],解析了研究区域内镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)8 种重金属元素的来源及源贡献率。

结果表明:研究区域内8 种重金属元素中仅有Cd 含量平均值超出了农用地土壤污染风险筛选值(0.3 mg·kg-1,pH≤5.5),且Cd 的空间变异性较强,其次是Hg,两者均受人为活动影响较大。综合数理统计分析和地统计学分析,将土壤中8 种重金属元素的主要来源归结为3 个:工业源主要分布于湘潭县工矿企业密集的东北部,其对Cd、Pb、Zn、Hg 具有较大贡献率,分别为65.36%、49.21%、43.43%和22.12%;农业源对As、Hg、Pb 具有较大贡献率,分别为59.20%、24.97%和17.82%;自然源对Ni、Cu、Cr 具有较大贡献率,分别为86.73%、87.87%和89.67%。

研究区域内土壤重金属含量主要受工业活动和自然成土母质影响较大,应重点加强Cd 的来源控制,并加强管理和修复治理进度,降低其风险水平。受体模型和地统计学的结合使用能有效地定性、定量解析农田土壤重金属的来源与源贡献率。

(1)湘潭县农田土壤中Cd、Hg、Pb 含量的平均值分别超出湖南省各重金属背景值的7.29、1.67、1.62 倍,其余均接近于背景值。除Cd 外,其他7 种重金属Cr、As、Hg、Pb、Ni、Cu、Zn 含量的平均值均低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)所规定的对应重金属的土壤污染风险筛选值。农田土壤Cd 空间变异性较强,受人为活动影响大,在所研究的点位中超筛选值的点位占比为75.66%,因此,应严格控制Cd 的来源,加强治理,分区管理。

(2)通过相关性分析、因子分析和地统计学分析,湘潭县农田土壤中这8 种重金属的污染源大致分为工业源、自然源和农业源这3 种主要来源。由APCS-MLR 受体模型的定量源解析可知,工业源对Cd、Pb、Zn、Hg 具有较大贡献率,分别为65.36%、49.21%、43.43%和22.12%。农业源对As、Hg、Pb 具有较大贡献率,分别为59.20%、24.97%、17.82%。自然源对Ni、Cu、Cr 具有较大贡献率,分别为86.73%、87.87%、89.67%。

(3)本研究表明,传统统计学方法因子分析和APCS-MLR 的混合方法结合地统计分析,能较为快速和准确地定性、定量解析出湘潭县农田土壤重金属的来源与贡献率,为当地农田土壤重金属修复治理和科学管理提供理论依据。

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