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中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-02
1 问题分析
针对海量数据，应从整体上对污染程度进行评价。而内梅罗综合污染指数法评价土壤的综合污染，以突出最高一项污染指数的作用。在土壤中有很多重金属元素有相似的存在形式和传播途径，并且有相同的污染源，因此在进行通过数据分析，说明重金属污染的主要原因时，基于统计原理建立起来正态模型，不同的重金属有不同的传播方式，其大体分为大气传播、水体传播、固体传播，因金属元素在土壤中大部分以稳定形态存在，故忽略重金属元素在固体土壤中的传播。根据收集的信息和题目中的有关资料对重金属污染物的传播特征的分析，可将8种重金属污染物分为两类。一类是在大气中传播，而大气传播的污染物最终经空气沉降进入土壤；一类是在土壤中传播。对于在大气中传播的重金属污染物，文章建立重金属污染物在气体中扩散模型，根据所在的空间任意位置土壤表面的重金属污染物浓度的多少来确立污染源的位置，函数的最大值即为污染源的位置；同理建立了重金属污染物在土壤中的传播模型。
2 模型建立及求解
2.1 土壤的环境质量评价与分级
2.1.1 单因子指数法
2.1.3 评价分级标准
该文采用GB15618-1995《土壤环境质量标准》。土壤环境质量综合评价指数分级参考了《绿色食品产地环境质量现状评价纲要》中规定进行分级，等级划分为1等级属清洁水平适合发展有机食品；2级属尚清洁水平适合发展无公害食品生产；3级以后属于污染水平，不适宜无公害农产品的生产。
计算得到综合污染评价指标后，通过分析比较得出该城区的各个功能区重金属的污染程度由高至低排序为：工业区主干道区生活区公园绿地区山区。
2.2 重金属污染的原因分析
（2）计算标准化数据的相关系数阵，求出相关系数矩阵的特征值和特征向量。
（3）进行正交变换，使用方差最大法。得到5个主因子提供了源资料的87.756%的信息，满足因子分析的原则，而且从上表可以看出旋转前后总的累计贡献率没有发生变化，即总的信息量没有损失，采用此标准下的分析结果。
（4）确定因子个数，计算因子得分，进行统计分析。
2.2.2 金属元素污染原因
根据该市空间立体分布图和各功能区的分布图，结合各个功能区的分布特点，由重金属元素空间分布图分析可知：（1）主因子1体现出的三个主要变量因子为Ni、Cu Cr三种重金属元素。Ni元素广泛的分布在该城市各个功能区。分析可能是易于传播的污染介质造成的，如煤的燃烧产生的粉尘、颗粒，以及含有Ni元素的岩石的风化等；Cu元素及Cr元素分布在城市的西南方，分布着工业区、生活区、公园绿地区、主干道区。Cu、Cr两种金属元素是工业生产中所形成的废气、废水和固体排放物中均大量存在的污染物。（2）主因子2体现出两个主要变量因子为Pb、Cd，其在来源上关联较密切，两种重金属元素的最大值均出现在工业区。其在空间上近似可认为是一个带状的污染源，这主要因为Pb主要来自市中心交通汽车尾气的排放，而且在研究取得西北部有两个明显的富集中心，形成一个高值区。该市表层土壤中的Cd含量市中心地带比西北城区高，东南城区又比市中心地带高，恰好与当地的主风向相一致，表明大气中含Cd污染物的干湿沉降也是造成土壤Cd污染的一个重要原因。（3）主因子3体现出一个主要变量因子Hg。该金属元素在生活区分布含量偏高，污染较为严重，其主要的污染原因可为人类活动造成水体汞污染，来自氯碱、塑料、电池、电子等工业排放的废水。（4）主因子4体现出一个主要变量因子As，该金属元素在各个功能区的分布较平均，这是因为的污染源多样。大气含砷污染除岩石风化、火山爆发等自然原因外，主要来自工业生产及含砷农药的使用、煤的燃烧。含砷废水、农药及烟尘都会污染土壤。（5）主因子5体现出一个主要变量因子，的分布具有明显的特点，在城市的西部富集，产生一高值区，该部靠近工业区，工业上的三废是其富集的主要原因。
2.3 重金属污染物传播模型
3 大气―平均风速的廓线模式
大气扩散主要是风的作用，平均风速的廓线模式是随高度变化的。在大气扩散模型中平均风速的廓线模式定义为风速随高度变化的曲线。风速的线性数学表达方式成为风速廓线模式。根据我国《指定地方天气污染物排放标准的技术原则和方法》（GB/T 3840-1991）所制定的方法，采用米函数风速廓线模式。
幂函数分素廓线模式是在近地层、中性层、平坦下垫面的条件下推到出来的。该模式应用高度较高，可达到300m或更高的高度，且随应用高度增加，精度下降。
4 水体
6 模型评价及推广
6.1 模型评价
6.1.1 优点：运用主成分分析方法将多维因子纳入同一系统进行定量化研究、理论成熟的多元统计分析方法。通过分析变量之间的相关性，使得所反映信息重叠的变量被某一主成分替代，减少了变量数目，减少了变量数目，从而降低了系统评价的复杂性。再以方差贡献率作为每个主成分的权重，由每个主成分的得分加权即可完成对水质的综合评价。
6.1.2 缺点：题目所给数据有限且单一，所建模型不足以全面反映该市土壤环境污染特征。.对于模型三，仅考虑了金属元素传播的部分途径，具有局限性。
7 模型推广
模型一可推广用于投资风险评价；模型二可用于研究放射性物质的污染；模型三还可推广到研究病菌在空气中的传播；模型四可以推广到研究灰尘在空气中的扩散规律。
参考文献
一、问题的说明
现对A城市为例对土壤地质环境进行调查。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）进行取样和编号，并用GPS记录采样点的位置。应用专门仪器测试分析，获得每个样本所含的多种（8种）重金属元素的浓度数据。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。列出采样点的位置、海拔高度及其所属功能区、8种主要重金属元素在采样点处的浓度、8种主要重金属元素的背景值。
我们引用2011年全国数学建模大赛附录中的A城市城区土壤重金属的调查数据，建立数学模型，研究地区重金属污染源的确定方法。
二、问题的求解方法
由于土壤重金属污染呈扩散传播，既污染源附近重金属富集程度最高，距污染源越远，元素浓度越低，所以，污染最严重的地点既是污染源,运用等标污染负荷法，通过对污染物和污染源进行标化计算，得出一个量化指标，使指标的值在0~1之间，采用这个共同的指标能够来衡量各个重金属污染源或污染物污染能力的大小。
等标污染负荷法模型的建立与求解：
（1）处理数据。
每相邻五个取样点通过求取平均值，合并成一个较大取样点（即每五平方公里一个取样点），求得64个合并取样点，用于分析数据。
（2）建立模型。
1）进行符号说明：
（将As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn分别记为元素一至元素八）
1、Aij―样本点i的第j种元素的污染物浓度
2、Bj―第j种元素的自然值；
3、aij―区域内第i个取样点第j种重金属元素的等标污染负荷量aij （即污染物浓度与背景值之比：aij=Aij／Bj）
4、bi―样本点i的等标污染负荷量（即该取样点所有的重金属污染物等标污染负荷量之和：bi=(i=1,2,3,…64)
5、c―城区内的等标污染负荷量（即区域内所有取样点的等标污染负荷量bi之和：c=）。
6、ai―城区内样本点i等标污染负荷量的比值（即每个取样点等标污染负荷量bi与区域内的总等标污染负荷量c之比：ai=（i=1,2,3…64）
7、di―i个等标污染负荷量的比值a按从小到大依次叠加
8、x―取样点横坐标
9、y―取样点纵坐标
10、h―取样点海拔
补充：将bi和c带入公式ai=可得
ai=（i=1,2,3…64）
2）整理数据带入相应公式可得每个样本点等标污染负荷量的比值a
3）将城区内的等标污染负荷之比值ai由大到小依次排列，并将比值从小到大依次叠加得到di
4）将di从小到大排列，我们将最高的8个di列入下表得到表5-1：
样本号i 8 4 6 9 5 52 37 2
di值 0.607 0.635 0.662 0.691 0.719 0.777 0.84 1
表5-1等标污染负荷量的比值a按从小到大依次叠加
由表可知，取样点2的叠加值di超过90%。
5）于是从附录中找到2号取样点的5个原始样本的数据。
分别为i=6、7、8、9、10号样本。
再在这5个点中找出污染最重的区域。
上面的研究是对64个点的分析，下面的研究只对这五个点进行研究即可，研究方法和原理与上面的相同。
6）通过计算可得：
第八点污染最为严重，可将第八点作为污染源。
所以，该城区污染源为点x=2383m,y=3692m,h=7.及其附近区域。
7)在样本点较少或者用计算机进行计算时，不必进行第一步的样本点合并，直接求出di超过90%的原始样本点，作为重点污染源。
三、方法模型的总结和扩展
伴随《环境影响评价法》、《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等法律的出台，国家对环境污染的防治力度大大增强。确定污染企业的位置，
对环境污染的治理，有着关键性的作用，等标污染负荷法计算简便，原理清晰易懂，能够准确地确定污染源的位置，为有关部门寻找重点污染企业，提供了简便有效的方法。
参考文献
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中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）11-0256-01
随着工农业和城市化的快速发展，工业“三废”、农药、化肥的过量使用以及城市生活垃圾的大量排放，导致土壤受到不同程度的重金属污染，对人类健康和生存环境产生了严重的影响。因此，研究分析重金属对土壤的污染具有十分重要的意义。
中宁县位于宁夏回族自治区中部、宁夏平原南端，地处黄河两岸，属北温带大陆性季风气候区。中宁县是枸杞的发源地，有“中国枸杞之乡”的美誉。但是，随着中宁县铝镁合金及碳素、铝板稀土彩钢和铁锰加工业的快速发展，土壤的重金属污染越来越严重。通过对宁夏回族自治区中宁县舟塔乡万亩无公害枸杞示范园的土壤环境中重金属离子汞、砷、铅、镉、铬、铜的含量进行分析检测，以《国家土壤环境质量标准》（GB15618―1995）为评价标准，采用模糊数学模型对土壤重金属综合污染进行评价。
1 研究方法
1.1 样品采集与分析
为确保对中宁县枸杞地土壤重金属研究具有科学性和代表性，利用GPS定位，采样地点选择在中宁县舟塔乡万亩无公害枸杞示范园。考虑到土地利用状况和研究区内样品点分布的均匀性，在枸杞示范园内均匀分布120个点（图1）。将各采样点的土壤混匀，采用四分法取约500 g土样，将混合土样风干、剔除杂质后，研磨过20目和60目筛，然后测定重金属元素Hg、As、Pb、Cd、Cr、Cu的含量，试验及测试过程加入空白样、平行样以及国家标准物质进行质量分析控制。
1.2 评价标准
以黄河灌区平原土壤重金属含量为背景值，按照土壤环境质量标准划分为3类：Ⅰ类适用于国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水源地、牧场、茶园以及其他保护地区的土壤；Ⅱ类适用于一般农田蔬菜地、牧场、茶园、果园等土壤；Ⅲ类适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤以及矿产附近等地的农田土壤（蔬菜除外）[1]。
2 土壤环境质量评价
2.1 模糊关系矩阵及评价因子隶属度的建立
已知因子集为：U={U1，U2，…，Un}，U，U2，…，Un为参与评价的n个环境因子的数值。评价集V={V1，V2，...，Vn }，V1，V2，...，Vn为与U相应的评价标准集[2]。依据国家土壤环境质量标准（表1）。
2.2 各评价因子权重的确定
由于不同评价指标对环境的影响不同，所以权重也就不同。本文采用重金属的实测值与其相应分级标准的比值来计算权重[5]。计算公式如下：
从采样点1来看，一级土壤的隶属度是0.600，二级土壤的隶属度是0.181，三级土壤的隶属度是0.219。一级土壤的隶属度最大，因此该样品点土壤评价为一级。同理，120个样品点中，一级的样品数占68%，二级样品数占 18%，三级土壤样品数占14%。综上，该地区土壤环境质量评价为一级，符合无公害枸杞的产地环境要求[7]。
3 结语
从评价结果可以看出，评价区域的土壤环境质量为一级符合无公害枸杞生产基地土壤环境质量的要求，可以作为无公害枸杞生产地；但是同时也要注意土壤重金属污染的治理，提高和改善土壤质量[8]。
4 参考文献
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1 淋洗剂的分类
淋洗技术被广泛应用于土壤污染修复过程中，土壤淋洗技术就是利用淋洗剂对土壤污染物的溶解或迁移作用，将污染物与土壤分离，进入液相，以达到降低土壤中污染物含量的目的。目前，在污染土壤淋洗技术中应用的淋洗剂种类如下表：
2 淋洗剂在重金属污染土壤修复中的应用
2.1 无机淋洗剂
无机淋洗剂是通过酸解、离子交换或络合作用来破坏土壤的某些官能团，将重金属交换解吸下来，从土壤中分离出来。Nawarro等用水做淋洗剂，对重金属污染土壤进行淋洗，结果表明：Al、Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Zn的去除率分别为81.1%、82.4%、55%、84.7%、85.8%、51.7%、46.4%、83.4%，As、Se、Sb、Cd、Pb等元素淋洗后基本没有变化。Tuin等用0.1mol/LHCl对重金属污染土壤进行淋洗，具有较好的去除效果，Cu、Ni、Pb、Zn的去除率分别为92%、77%、79%、75%。Tampouris等通过土柱实验，用HCl+CaCl2溶液作为淋洗剂淋洗重金属污染土壤，该淋洗剂对Pb、Zn、Cd的去除率分别为94%、78%、70%，去除效果非常明显。
无机淋洗剂对土壤中的重金属的去除效果好、应用成本低、作用速度快。但有机酸淋洗重金属污染土壤，经常会破坏土壤的理化性质和生物结构，且强酸条件对处理设备的抗腐蚀性要求较高，因此在实际中具有一定的局限性。
2.2 螯合剂
螯合剂是通过与土壤溶液中的重金属离子相结合，改变土壤中重金属的存在形态，使重金属从土壤颗粒表面解吸，由不溶态转化为可溶态，提高重金属的可迁移性和生物活性。螯合剂一般分为人工螯合剂和天然螯合剂。
2.2.1 人工螯合剂
人工合成的螯合剂在很宽的pH范围内与大部分金属螯合形成水解性强且稳定的复合物。马宏瑞等[1]通过盆栽试验，研究了EDTA对制革污泥污染土壤中Cr（Ⅲ）的活化作用，结果表明EDTA处理土壤中Cr（Ⅲ）的溶解性提高了6～11倍。不同浓度的EDTA和EDDS对污染土壤中的Cd、Pb进行浸提，EDTA和EDDS对Cd的去除率分别为82.4%、46.8%，EDTA对Cd的去除率高于EDDS；在5～30 mmol/L范围内，相同浓度EDDS对Pb去除率高于EDTA，浓度为50 mmol/L时两种螯合剂对Pb的去除率无显著差异[2]。陈燕芳等[3]将碳酸氢铵-二乙三胺五乙酸（AB-DTPA）作为淋洗剂应用于受Cu、Zn、Cd污染的钠化膨润土，研究表明，AB-DTPA提取法具有很好的稳定性，而且能准确指示Cu、Zn、Cd元素在土壤中的有效态含量，同时AB-DTPA对土壤中Cu、Zn、Cd元素的提取率也适用于模拟试验中修复效果的平行对比。AB-DTPA提取法在重金属污染土壤修复模拟试验中的应用是可行的。
人工螯合剂价格昂贵，大多生物降解性也较差，且缺乏离子选择性，在淋洗过程易残留在土壤中而无法去除。另外，淋洗出的含有重金属的螯合剂的处理上还存在未解决的技术问题，这些因素限制了人工螯合剂在重金属污染土壤修复过程中的应用。
2.2.2 天然螯合剂
天然小分子螯合剂能通过与重金属离子形成可溶性络合物，降低土壤颗粒对重金属的吸附作用。梁金利等[4]通过室内模拟实验，采用土柱淋洗方法，研究草酸、柠檬酸、乙酸和酒石酸溶液对某电镀厂附近土壤中重金属的去除效果，结果表明，1 mol/L的草酸在土水比为1∶1，淋洗5h，淋洗4次的条件下可以达到最佳淋洗效果，Cu、Zn、Ni和Cr的去除率分别是99.6%、66.98%、88.7%和18.23%。易龙生等[5]以受Zn、Pb、Cu、Cd严重污染的土壤为研究对象，采用振荡淋洗技术研究了柠檬酸、酒石酸和草酸对土壤中重金属的去除效果，结果表明柠檬酸和酒石酸对Cd的去除效果最好，去除率分别为61.5%和55.25%，草酸去除能力低。柠檬酸和酒石酸对重金属的去除能力均依次为Cd>Zn>Pb>Cu，柠檬酸对重金属的去除率分别为59.5%、49.33%、43.48%、26.25%，酒石酸对重金属的去除率分别为58.75%、46.4%、35.86%、34.4%。
天然螯合剂生物降解性好，不会造成二次污染，是非常洁净的淋洗剂，但也因其价格较贵，难以用于实际修复工程。
2.3 表面活性剂
表面活性剂是利用自身的亲水、亲油和特殊吸附特性改变土壤表面性质，增强重金属离子在水中的溶液性和流动性，使污染因子由固相进入液相，将土壤中的重金属污染因子去除。目前，在土壤淋洗研究和实践中使用的表面活性剂主要分为有人工合成表面活性剂和生物表面活性剂。
2.3.1 人工合成表面活性剂
陈锋等[6]选用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十二烷基硫酸钠（SDS）、聚山梨脂（Tween-80）对被重金属Cr、Cd污染了的土壤的修复洗脱作用，以及被污染土壤对3种表面活性剂的吸附作用。淋洗实验结果表明，3种表面活性剂对土壤中的Cr、Cd有明显去除效果，聚山梨脂（Tween-80）对污染土壤中铬和镉的去除率分别为61.2%和37.06%。蒋煜峰等[7]选用十二烷基硫酸钠（SDS）、聚氧乙烯月桂醚（Brij35）和EDTA对土壤中Cd、Pb的解吸去除作用进行研究，结果表明，阳离子表面活性剂SDS和非离子表面活性剂Brij35对土壤中重金属解吸效果不大，加入SDS可使EDTA对C的的解吸量由由61.67%增加到79.68%、对Pb的解吸量由57.25%增加到89.65%。
人工合成表面活性剂的合理应用在重金属污染土壤的淋洗过程中也有很好的效果，但是由于价格昂贵、生物可降解性差而限制其在土壤修复中的应用。
2.3.2 生物表面活性剂
生物表面活性剂是微生物或植物在一定条件下培养时，在其代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的代谢产物。可欣等通过室内模拟试验，研究皂素在不同条件下对土壤中重金属去除效果的影响。结果表明，皂素溶液在质量分数为3%，pH值为5.0～5.5，振荡时间为12h时，污染土壤中4种重金属的去除率最大，分别为Cd93.5%，Pb2015%，Cu8.64%，Zn48.4%。Juwarkar等用鼠李糖脂去除污染土壤中的Pb和Cd，淋滤36h后，Cd和Pb的去除率分别达到92%和88%。
生物表面活性剂具有易生物降解、结构类型多、专一性强等优点，在淋洗剂中是一个很好的选择，但是由于生物表面活性剂的生产工艺复杂、产量很低、生产成本高等因素而限制了其在土壤修复过程中的使用。
3 结语
淋洗剂在在重金属污染土壤修复研究中已经广泛应用，但在运用淋洗剂对土壤重金属淋洗规模化应用中都不同程度上受到淋洗剂种类所呈现出来的效应、污染因子种类、土壤基本理化性质等方面的影响，使得淋洗剂的广泛应用受到一定的限制。如生物降解性差而引起土壤环境、水环境的二次污染；无机酸性淋洗剂改变土壤理化性质，破坏土壤结构和肥力。因此，开发新型易降解、无毒、无害的淋洗剂成为以后淋洗技术的研究重点。其次，加强对已经明确淋洗效果的淋洗剂进行复合使用技术的探索。对于异位淋洗技术则着重考虑淋滤液中淋洗剂的回收和重金属的提取，以提高经济效益。
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中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0188-02
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。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-Z
1 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。
步骤2：土壤重金属元素的描述性统计
根据已知各重金属的浓度数据求出土壤重金属元素浓度的数字特征，通过与该地区重金属元素的背景值比较，我们得出，该城市土壤中重金属的含量均超过了背景值。
步骤3：土壤重金属元素的空间分布
1）克里格（Kriging）插值模型原理。克里格（Kriging）插值法是地统计学中应用广泛的一种空间插值方法，也是精确度最高的一种方法。Kriging插值方法是在考虑了信息样品的形状、大小及其与待估块段相互间的空间分布位置等几何特征及品位的空间结构之后，为了达到线性、无偏和最小方差的估计，而对每一样品值分别赋予一定的权系数，最后进行加权平均来估计块段品位的方法。
2）运用Surfer8.0软件建立Kriging模型并绘制重金属空间分布图。我们在确定了克里格插值模型后，利用Surfer8.0软件绘制出土壤重金属元素的空间区域分布等值线图（见图1）（按顺序依次为As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）：
通过观察各等值线图可以得出，As、Cd及Pb元素分布较为广泛，其中，As和Cd元素主要分布在主干道区， Pb元素主要分布在工业区和主干道区，较为集中；Cr元素主要分布在工业区和主干道区，Cu元素主要分布在工业区，Hg元素主要分布在工业区，Ni和Pb元素在工业区的浓度值较高，Zn元素主要分布在工业区和主干道区。
步骤4：不同区域重金属元素的污染程度
利用单项污染指数法公式Pi=Ci/Si分析各区域的污染程度。其中，Pi为区域重金属i的单项污染指数；Ci为重金属i含量的实测值；Si为重金属i含量的评价起始值，以重金属i的背景值加上2倍标准偏差的结果表示。若Pi>1，则表示该区域受到污染。Pi>1的样点数在样点总数中所占的比例称为超标率，以超标率作为衡量污染程度的评价指标，并规定，超标率小于30%为轻微污染，大于30%且小于80%为中等污染，大于80%为重度污染。
2 重金属污染的主要原因分析
1.问题重述及分析
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益突出，土壤重金属污染所带来的环境问题受到人们越来越多的关注。我们对某城市土壤地质环境进行了调查，将所考察的区域划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点取表层土进行编号，并用GPS记录采样点的位置。应用专门仪器测试分析，获得每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。另一方面，按两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。结合所给数据，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是本模型的主要任务。
2.基本假设
假设一：采样点的数据充分反映了该城市土壤表层的重金属污染状况。
假设二：引用的数据，均真实可靠，无误差。
假设三：忽略海拔对浓度分布的影响。
3.符号说明
：n个指标构成的样本空间；X′：X经过标准化后的数据；X：第i个样本的第j个指标值；X：j指标的均值；δ：j指标的标准差；RI：总潜在生态危害指数；E：单因子潜在生态危害指数；C：某一重金属元素i的污染系数；C：表层土壤中元素i的实测含量；C：土壤元素的背景值；T：单个污染物的毒性系数。
4.模型的建立与求解
4.1数据分析及处理
针对该区域采样点的表层土壤重金属元素的含量数据，应用统计数手段及SPSS处理软件采用因子分析法对样本整体区域进行分析，结合分析结果进行Matlab制图，得出各元素在该区域内的空间分布。
研究采用多元统计数学方法之一的因子分析，它根据多个实测变量之间的相互关系，运用数学变换将多个变量转换为少数几个线性不相关的综合指标，从而简化数据处理，其目的在于对大量观测数据用较少的代表性的因子来说明众多变量所提取的主要信息，提出多个变量间的因果关系。因子分析在成因、来源问题研究上是一种非常有效的数学方法，可以用它解决很多环境问题。
4.2模型建立
因子分析过程步骤如下。
（1）原始数据的标准化，标准化的公式为X′=(X-X)/δ，其中X为第i个样本的第j个指标值，而X和δ分别为j指标的均值和标准差。标准化的目的在于消除不同变量的量纲的影响，而且标准化转化不会改变变量的相关系数。
（2）计算标准化数据的相关系数阵，求出相关系数矩阵的特征值和特征向量。
（3）进行正交变换，使用方差最大法。其目的是使因子载荷两极分化，而且旋转后的因子仍然正交。
（4）确定因子个数，计算因子得分，进行统计分析。
4.3模型求解
对该城区土壤地质环境重金属元素含量的数据标准化处理后，经SPSS13.0统计软件进行因子分析，可得出以下结果：Cr和Ni的相关性最好，相关系数最大，为0.716，其次为Pb和Cd，相关系数为0.660，以下依次是Cr和Cu，Pd和Cu的相关性较好，相关系数分别为0.532和0.520，Ni和Cu的相关系数为0.495，Pb和Zn相关系数为0.494，其他元素之间的相关系数相对较低。从成因上来分析，相关性较好的元素可能在成因和来源上有一定的关联。
因子分析的关键就是利用相关系数矩阵求出相应的因子的特征值和累计贡献率，用SPSS13.0统计软件计算可得出。
特征值和累计贡献率
在累积方差为93.156％（＞90％）的前提下，分析得到6个主因子，可以看到6个主因子提供了源资料的93.156％的信息，满足因子分析的原则，而且从上表可以看出旋转前后总的累计贡献率没有发生变化，即总的信息量没有损失。
为了更好地进行分析、评价，利用因子分析所得到的6个因子经过方差极大正交旋转后的城市表层土壤单点样样本在六个主因子上的得分可作出各个因子在空间分布的等值线图，能更直观地说明各个元素在空间平面上的分布特征。
4.4潜在生态危害评价
潜在生态危害评价是瑞典学者Hakanson建立的一套应用沉积学原理评价重金属污染及生态危害的方法。该方法不仅能够反映多种环境污染物的综合影响（用总潜在生态危害指数RI表示），而且能反映某一污染物的影响（用单因子潜在生态危害指数表示），并量化其潜在危害程度。根据RI和结合参考值，计算出8种重金属元素的毒性系数分别是：As=10，Cd=30，Cr=2，Cu=5，Hg=40，Ni=10，Pb=5，Zn=1。
参照重金属污染潜在生态危害指标与分级关系表可得各重金属在各城区内的危害程度。
从因子分析中，得出因子1和因子2可能为该市土壤重金属污染的最重要的污染源，可能对该市重金属污染的影响最大，因子3也对该市重金属污染有重要影响。结合潜在生态危害评价模型中关于E值和的RI的比较，得出Hg对整个市区的污染为最重要的。
由潜在生态评价模型可以看出因子2（Pb和Cd）对整个城市的污染程度仅次于Hg，而由各个因子在空间分布的等值线图中可以看到因子2呈带状分布污染比较严重，而最高污染程度主要分布在生活区。因子2污染的主要原因生活区居民生活的垃圾排放及废弃物等，其周围伴随有的工业区，说明工业的三废处理是因子2污染的主要原因。
其他重金属Cu Zn Ni Cr As均集中在工业区这表明由于工业排放导致工业区土壤重金属污染较为严重。
5.总结及建议
在城市的重金属污染物中Hg对环境的污染最为严重，且出现在交通区。因此，交通区附近可能有燃煤的电厂、电镀Hg的工厂或者是有色金属工业等工厂。所以，我们必须寻找处理工厂Hg污染问题的解决方法，可以通过用化学方法制出沉淀剂，然后建立实时监测点来检测Hg的浓度，一旦发现Hg的浓度超标时，就使用沉淀剂使Hg沉淀，并进行回收利用；也可以通过罚款、停产整改等制度对一些重污染企业进行惩治。其次，在生活中，破碎的灯管、劣质化妆品和煤中都含有Hg。所以，应该注意对生活垃圾的分类处理避免随意倾倒垃圾造成重金属污染，居民应该尽可能地使用清洁能源，减少煤的燃烧。
参考文献：
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中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-12-0239-2
0 引言
近些年，由于工业“三废”的排放和矿山的开采，同时伴随着污水灌溉、污泥农用和施含有重金属元素的肥料和使用农药等，我国土壤重金属污染越来越严重。重金属在土壤中一般不易随水淋失，不能被土壤微生物分解，相反生物体可以富集重金属，通过食物链传递危害人类健康旧。更为严重的是，土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，进入土壤的重金属元素，但当其积累量超过土壤承受能力或土壤容量时，就会对作物和人体产生危害，从而导致严重的生态问题[1]。三峡库区总面积5.42万km2，其中主要是山地，其次是丘陵，平地很少。三峡库区由于直接大面积淹水，水土流失严重，和其他地方相比较，更容易形成重金属的污染[2]。
1 实验材料与方法
采样点布置在1:5万地形图上，以1km2采样大格，在三峡库区三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺4个区域内，各采集160个土壤样品，每个采样点采集4处0-20cm厚的新鲜岩土，混合后按四分法取得1 kg样品。所有样品置于样品袋内带回实验室登记编号，然后风干、磨细、过筛、混匀。
2结果与分析
2.1 土壤重金属含量及分布特征
根据实验室测定的结果，分别计算出三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺土壤中8种重金属元素的含量总平均值如表所示，见表1。
由表1可知，各地区的总平均值中，重金属元素砷（As）、铬（Cr）、铜(Cu)低于三峡库区重金属背景值，汞（Hg）和背景值相当，镍（Ni）和铅（Pb）含量略高于背景值，而隔（Cd）和锌（Zn）含量明显高于背景值。比较三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺这4个地区的重金属元素，发现这四个地区8种重金属元素平均含量相差不多，只有白石铺地区的Hg元素含量和石宝寨地区的（Zn）含量略高于其他地区。
对于土壤重金属污染评价的方法讨论，目前国际上采用的比较先进的重金属污染评价的方法主要有Muller提出的地积累指数法，Tomlision提出的污染负荷指数法，Hakanson提出的潜在生态危害指数法，Hilton等提出的回归过量分析法等[3]。其中地积累指数法能够直观给出重金属的污染级别，明确体现出重金属的富集程度，但其侧重单一金属，未引入生物有效性和相对贡献比例及地理空间差异；而潜在生态危害指数法则弥补了上述不足，可综合反映出多种重金属对生态环境的影响，但其毒性响应系数带有主观性[4]。因此，本研究采用这两种方法来评价青城子铅锌矿区的土壤重金属污染，以便相互补充和参考。
2.2 地积累指数法评价
地积累指数法从环境地球化学角度出发评价土壤或沉积物中重金属的污染，除考虑到人为污染因素、环境地球化学背景值外，还考虑到由于自然成岩作用可能引起的背景值变动因素[5]。土壤或沉积物中元素i的地积累指数Igeo，i的计算公式为：Igeo，i=log[Ci/(kBi)],公式中Ci为元素i在土壤或沉积物中的含量；Bi为元素i的地球化学背景值；k为考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取的系数，用来表征沉积特征、岩石地质及其他影响，一般取值为1.5。地积累指数分为0-6共7个级别，表示污染程度由无至极强[6]。地积累指数分级标准与污染程度之间的相互关系,见表2。
由表1和上述公式得到各地区的地积累指数值，见表3。由表可知，三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺这四个地区除了重金属元素Cd有轻度污染外，其他7种重金属元素都没有给4个地区造成污染，污染程度为清洁。
2.3 潜在生态危害指数法评价
潜在生态危害指数法从沉积学角度出发对土壤或沉积物中的重金属污染进行评价，不仅考虑土壤或沉积物中的重金属含量，而且将重金属的生态效应、环境效应与毒理学联系在一起，既反映了某一特定环境下土壤或沉积物中各种污染物对环境的影响，也反映了土壤或沉积物中多种污染物的综合效应，并用定量方法划分出潜在生态危害程度[7]。土壤或沉积物中重金属潜在生态危害指数的计算方法如下：（1）Cf，i= Cs，i/Cn，i ；（2）Er，i= Tr，i×Cf，I ；（3）R=Er，I；Cf，i为土壤或沉积物中重金属元素i相对于环境背景值的污染指数；Cs，i为土壤或沉积物中重金属元素i的实测值；Cn，i为重金属元素i的背景参考值； Tr，i为重金属元素i的毒性响应系数，按Hakanson制定的标准，Zn，Cr，Cu，Pb，Ni,As，Cd，Hg的毒性响应系数分别为1，2，5，5，5，10，30，40[8]；Er，i为土壤或沉积物中重金属元素i的潜在生态危害指数；R为土壤或沉积物中多种重金属的综合潜在生态危害指数。根据潜在生态危害指数的大小，可将土壤中重金属的潜在生态危害程度分5个级别，见表4。
由表l以及Hakanson规定的毒性响应系数和公式得出各地区土壤中重金属的潜在生态危害指数，见表5。将表5与表4比较可知：总体来看，各地区的重金属元素的综合潜在生态危害指数R值都小于150，说明各地区综合污染程度为轻度。但论各地区单个重金属元素来看，重金属元素Cd 和Hg的潜在生态危害指数在40≤Er，i＜80的范围内，所以这2个元素的潜在生态危害程度为中度。比较三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺这四个地区，发现潜在生态危害程度都符合这样的强弱顺序：Cd＞Hg＞As＞Pb＞Ni＞Cu＞Cr＞Zn，而从R值的大小可以看出，重金属综合污染的强弱顺序是：白石铺＞石宝寨＞响水滩＞三汇场。
3 结论
（1）各地区重金属元素As、Cr、Cu低于三峡库区重金属背景值，Hg和背景值相当，Ni和Pb含量略高于背景值，而Cd和Zn含量明显高于背景值。比较三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺这四个地区的重金属元素得出四个地区8种重金属元素平均含量没有明显的差异。
（2）As和Hg在各个地区变异系数大，说明这四个区域内As和Hg元素的污染程度有较大的差异，特别是白石铺地区的Hg元素，变异系数达到89.1%，变异系数最小的元素是Cr。
（3）地积累指数法评价结果显示：三汇场、石宝寨、响水滩和白石铺这四个地区除了重金属元素Cd有轻度污染外，其他重金属都没有造成污染。
（4）潜在生态危害指数法评价结果显示：各地区的重金属元素的综合污染潜在生态危害程度都为轻度，以单个元素进行分析表明，Cd和Hg的潜在生态危害度为中度。纵观这4个地区，发现潜在生态危害程度都符合这样的强弱顺序：Cd＞Hg＞As＞Pb＞Ni＞Cu＞Cr＞Zn，而从R值的大小可以看出，重金属综合污染的强弱顺序是：白石铺＞石宝寨＞响水滩＞三汇场。
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中图分类号：X508；X825 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）20-4485-06
3 结论
1）从富集系数来看，麦西河重金属的污染程度变化趋势为Cd>Hg>Zn>Pb>Cu>Cr>As，且Zn、Pb、Cu和Hg最高值均出现于河道沉积物；Cr、As和Cd最高值出现在河岸水陆交错带土壤；各断面重金属含量分布呈集散状态，各点污染在空间梯度上向其四周呈辐射状递减，其分布特征与流域工农业布局密切相关。
2）相关分析表明，麦西河重金属Pb、Cr、Cu、Zn、As呈现相近的来源特征，Cd、Hg的主要来源可能与其他几种重金属不同。
3）研究区河道沉积物及土壤重金属污染的潜在生态危害系数分析显示，除Cd、Hg存在极强、很强、强及中等生态危害外，其余重金属属于轻微生态危害范畴。重金属的生态危害程度为Cd>Hg>Pb>Cu>As>Zn>Cr。
4）重金属的综合潜在生态危害指数结果，麦西河多数断面重金属存在极强或很强生态危害，其余断面存在中等生态危害，不同断面重金属的生态危害程度为富宏煤矿>鱼塘>翁贡村>供电厂>三山集团>将军碑>大石桥>红卫桥>白岩脚。
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作为人类发展的基础，土壤资源往往在城市化以及工业化的发展之下出现了不同程度的污染以及破坏。在这样的背景之下，我国的土壤容易受到重金属的污染而危害人类的生命安全。本文基于此，分析探讨国内外土壤重金属污染防治技术以及相关研究的发展。
1 土壤重金属污染预防的发展历程
1.1 预防体制
基于世界各国城市化以及工业化发展程度的日益加深，各国家普遍存在土壤重金属污染的问题。为了进一步促进各类问题的解决，世界各国加强了对于土壤重金属污染预防。关于土壤重金属污染预防的发展历程，笔者进行了相关总结，具体内容如下。
日本为了进一步促进土壤重金属污染问题的解决，颁布了《土壤环境标准》《土壤污染对策法》等法律法规，而我国自改革开放之后，逐步加强了对于环境问题的关注，并于1989年颁布《中华人民共和国环境保护法》，开始了我国土壤重金属污染问题的处理，随后中国在该法律的基础之上进行修订工作，从而实现了对于污染物排放的限制与处理。
1.2 预防技术
为了进一步实现按土壤重金属污染问题的解决，各国逐步提出了清洁生产的概念。在这样的背景之下，欧共体于1979年宣布推行工业清洁生产的政策。在这样的背景之下，该区域的农业生产部门加强了对于各类先进生产技术的运用，从而实现了农业的清洁生产，规避了农业化学产品的超量使用对土壤污染。
事实上，这种从源头上降低污染源的措施，能够降低了土壤中重金属离子的引入，从而实现了土壤资源的保护。
2 土壤重金属污染治理方法
目前，我国处于经济结构转型期间，土壤重金属污染的问题也较重。在这样的背景之下，为了实现我国社会的绿色、低碳、可持续发展，我国的有关部门加强了对于该类问题的解决。关于常见的土壤重金属污染治理方法，笔者进行了相关总结，具体内容如下。
2.1 工程治理法
所谓的工程治理法，指的是相关单位借助物理原理以及方法进行土壤重金属污染问题的解决。在传统的工程治理过程中，工作人员多借助换土、翻土等方法进行作业，但伴随着科学技术的不断变更，我国有关部门逐步采用淋洗法、电解法、热处理等办法进行作业。
一般而言，工程治理方法在运行的过程中具有效果显著等特点，但是其因为工程复杂、工程量等问题进而导致工程成本的进一步增加。此外，该方法在运用的过程中往往因为维护措施不到位而导致部分土壤中的金属元素被迁移到其他地区，造成土壤重金属污染面积的扩大，难以真正改善土壤的重金属污染现状。
以日本富士县神通川流域的土壤重金属污染防治为例，为了降低土壤中的镉元素，相关单位加强了对于工程治理法的运用。在这一过程中，工程单位去除污染区域15cm的表土，并压实心土，并采用淋洗法对污染土壤进行清洗。
2.2 农业治理
所谓的农业治理，指的是通过优化、完善传统的耕作管理制度，实现土壤重金属污染的降低。在这一过程中，工作人员需要依据重金属污染的实际状况而选择相应的植物种植，从而实现了对于土壤中重金属元素的消除。此外，在农业治理的过程中，作业人员还需要合理选择花费，从而降低土壤中的重金属元素。
学者林汲等人就通过实验分析发现了硅藻土有机肥能够实现对于Cd、Zn重金属离子的吸收，从而降低了土壤中的重金属离子。一般而言，该方法在运行的过程中普遍存在操作简便、费用低的特点，但是由于其仍旧未能够从根本上消除重金属污染，进而导致其只能够作为辅助手段进行处理。
在进行广西壮族自治^环江县废矿土壤污染治理的过程中，中科院地理所环境修复中心陈同斌率团队，借助蜈蚣草等植物开展了土壤重金属处理工作，并成功修复1280亩重金属污染农田。
2.3 生物治理
生物治理方法在运行的过程中主要借助生物生命代谢活动的开展，从而降低了环境中重金属污染的浓度。从而确保部分受到污染的土壤能够恢复到初始状态。一般而言，生物治理方法在运用的过程中因为参与治理的主角不同，故而分为动物修复、微生物修复以及植物修复。
所谓的动物修复技术，指的是有关部门以及人员利用土壤中的低等动物进行土壤中重金属的吸收，从而实现了土壤中重金属含量的进一步降低。相关的研究表明，蚯蚓的出现能够实现对于硒、铜元素的吸收。事实上，该方法在推行的过程中也具有一定的问题：诸如低等动物往往会将吸收的金属元素再次释放到土壤中，从而造成了二次污染。
微生物修复技术则是利用土壤中的微生物进行各类金属元素的吸收。目前，最为常用的微生物就是――真菌。真菌在生存的过程中往往能够分泌一定量的氨基酸、有机酸等物质，从而实现了对于重金属的溶解。目前，从相关的研究分析可以发现：微生物修复技术在运行的过程中具有较为光明的前景，且能够较好的实现我国土壤重金属问题的解决。
植物修复技术的运行原理主要是在污染的区域种植特定植物，从而借助植物的生长过程实现对于重金属的吸收以及化解。目前，植物提取技术获得了相关研究人员的重视，并由此促进了土壤重金属问题的解决。现阶段，最为常用的植物有遏蓝菜、高山甘薯等。
仍旧以日本富士县神通川流域的土壤重金属污染防治为例，土壤重金属处理单位在含镉100mg/kg土壤上进行苎麻的种植，从而由此实现对于土壤中镉元素含量的降低。该地区在采取生物法治理土壤重金属污染的过程中，实现了镉元素含量降低27.6%。
3 发展论述
为了进一步促进我国土壤重金属污染问题的解决，我国的有关部门需要从法律的角度出手，加强对于各类土壤重金属污染法律法规的制定。此外，我国还需要加强对于清洁生产的发展，并大力运用清洁能源。而在已经发生的土壤重金属污染问题，作业人员需要加强植物修复技术的运用。
4 结束语
为了进一步促进我国土地重金属污染问题的解决，我国的有关部门以及人员需要采取科学的方式进行问题解决。本文基于此，分析探讨土壤重金属污染预防的发展历程（预防体制、预防技术），并就常见的土壤重金属污染治理方法进行分析，最后论述了我国土壤重金属污染问题解决的措施。笔者认为，随着相关措施的落实到位，我国的环境问题必将得到显著的改善。
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随着我国工业化的不断加速，开发利用的重金属种类、数量和方式越来越多，涉及重金属的行业越来越多，再加上一些污染企业的违法开采、超标排污等问题突出，使重金属污染呈蔓延趋势，污染事件出现高发态势，表现出长期积累和近期集中爆发、历史遗留问题和新出现问题相交织的特点[1]。2011年2月，国务院批复了《重金属污染综合防治“十二五”规划》。体现了我国对重金属污染防治的高度重视。
铜陵市是一个有着三千多年开采历史的极具特色的有色多金属矿区，是我国重要的有色金属工业基地，有着悠久的采冶铜历史[2]。目前已形成以采、选、炼、加工为一体的“铜”产业链，对推动铜陵地区社会经济发展发挥了巨大作用.但也带来了一系列的重金属环境污染和生态破坏问题，对公众身体健康构成了潜在或现实的危害。铜陵县、铜官山区是国家60个重金属砷控制区之一，46家企业被列为环保部重点监控企业，重金属污染防治任务十分艰巨[3]。
1 铜陵重金属污染研究分布
目前有关铜陵重金属污染的研究，主要集中在矿区土壤、尾矿库、水及水体沉积物污染、大气沉降物及城区表土与灰尘和潜在生态风险的评估。
1.1 矿区土壤
土壤中的重金属，在自然情况下，主要来源于成土母岩和残落的生物物质。但是近代以来，工农业的快速发展，人类活动加剧了土壤重金属的污染，污染程度越来越重，范围越来越广。胡圆圆等[4]对铜陵铜官山铜矿区土壤重金属含量进行了研究。研究结果表明，铜官山铜矿区土壤Cu、Zn、As、Hg平均含量高于铜陵市土壤背景值，土壤已受Cu、Zn、As重污染，受Hg轻污染。
杨西飞[5]运用Matlab软件模糊推理系统（FIS）对铜陵矿区农田表层土壤重金属污染进行了评价，发现该矿区农田表层土壤普遍受到了重金属不同程度的污染，其中Cd污染最严重，其次是Cu，其它各元素依次为Pb>As>Zn>Hg。土壤中Hg、Cd、Cu和Pb元素在表层明显富集，各元素总量在不同深度均明显高于土壤自然背景值，Hg、Cd、Cu、Pb和Zn在垂向上呈递减趋势，且在横向上主要以洋河、顺安河和新桥河为中心向四周递减。不同形态重金属在总量中的百分含量随深度变化明显不同。
王嘉[6]对铜陵的两个矿区（狮子山区朝山金矿主井和铜陵县顺安镇新桥矿业公司主井）土壤重金属污染问题进行了较详细的研究，运用内梅罗指数法和地质累积指数法对研究区进行了现状评价，研究表明，As和Cd为严重超标污染物；As的致癌风险和非致癌风险都大，Cr的致癌风险最大；Cd、Hg、As对生态危害的潜在风险很大；所研究的两矿区均存在很高的致癌风险和生态风险，朝山金矿区相对更高些。
白晓宇等[7]运用地统计学分析手段对铜陵矿区土壤中若干重金属元素进行空间变异分析及空间插值和污染分析，结果表明，As、Cd、Pb、Zn元素的变异函数表现为各向异性，其方向性可能主要受矿床分布控制；Hg元素因受小尺度因子影响较大而呈现块金效应较大。As元素污染的主要是由于铜矿、铅锌矿、褐铁矿矿床及其开发；Cd元素的污染与铅锌矿床及其开发，以及农业污灌有关；Pb、Zn元素的污染与铅锌矿床及其开发密切相关。
1.2 尾矿库
铜陵市是安徽省境内重要的铜生产基地。在铜矿生产的同时，产出了大量尾矿堆存于附近的尾砂库中。尾矿库多建于山间谷地、河流上游地区，其下游是经济、农业发达地区。近几年来，随着经济发展和城市的扩容，部分郊区的尾矿库已经进入市区，尾矿库的环境效应及其安全性令人关注。徐晓春等[8]对安徽铜陵林冲尾矿库复垦土壤采样检测的结果表明复垦土壤中Cu的污染极其严重，As、Zn、Pb的污染较轻。徐晓春[9]还对铜陵凤凰山矿林冲尾矿库中重金属元素的空间分布特征及相关土壤、水系沉积物和植物中重金属元素含量变化进行了研究，发现长期堆存的尾矿会发生元素的次生淋滤与富集。
惠勇[10]等对铜陵市凤凰山尾矿库三个不同凤丹种植地进行了研究，结果表明，尾矿土壤中的Cu、Zn、Cd含量均较高，其中Cu、Cd的含量分别是国家土壤环境质量二级标准的1.04～1.30倍和6.58～9.34倍。矿区近年来种植的作物对重金属的吸收富集作用不明显。
王少华[11]等采集了铜陵市杨山冲尾矿库、尾矿库周边及较远距离土壤、水、植物样品，测定了其中的重金属含量，发现所采集的土壤、水和植物中都存在不同程度的As，Hg，Cu，Zn和Pb等元素的富集现象，且不同元素之间的富集程度也有所差异；重金属元素含量随着远离尾矿库，有逐渐递减的趋势。周元祥[12]等对杨山冲尾矿库尾砂重金属元素的迁移规律进行了研究，发现在自然风化条件下，Cu、As、Hg、Cd和Pb的淋滤迁移速度相对较快，Zn略慢；Zn、Pb、Hg和Cd在50～60 cm深处会发生二次富集；风化后尾砂中Cu、Pb、As和Hg以残渣态为主要赋存形式，其次为铁锰氧化态，其中Zn和Cd以铁锰氧化态含量在表层最高。
1.3 水及水体沉积物
水体及沉积物因其独特的环境特点，往往会成为重金属元素的“源”和“汇”，学者们也因此对其进行了众多研究。张敏[13]等通过测定长江铜陵段枯、丰水期江水中Cu、Pb、Zn和Cd不同形态的含量，分析了四种金属在江水中的存在形态分布，不同水期含量变化，水中悬浮物对金属吸附能力大小，以及近20年来含量的变化情况。发现长江铜陵段江水中各重金属总量丰水期时大于枯水期，重金属各形态含量之间均有差异。与近20年江水中的重金属背景值比较，长江铜陵段重金属含量有普遍升高的趋势。
徐晓春[14]等对相思河的重金属污染情况进行了调查和研究，采用潜在危害指数法对沉积物中重金属进行了评价。研究表明，相思河中下游受到的重金属污染明显比上游严重，Cu和Cd的富集系数和生态危害高。
李如忠[15]等对惠溪河滨岸带土壤重金属形态分布及风险评估进行了研究，研究表明，惠溪河滨岸带土壤中Cd和As达到极高风险等级，Cu为中等风险等级；根据综合污染及潜在生态风险贡献率水平，初步判定As和Cd为惠溪河滨岸土壤重金属污染治理和修复的优先控制对象。
王岚[16]等对长江水系表层沉积物重金属污染特征及生态风险性评价的研究中表明，安徽顺安河位点为极强生态危害范畴。
叶宏萌[17]对铜陵矿区的新桥至顺安河沉积物中五种重金属的全量和形态进行了研究，并结合环境条件分析了它们的横向和纵向迁移变化特征，研究表明该区域沉积物重金属中Cu、Zn、Pb、Cd的均值皆远超长江下游沉积物背景值，其中以Cu和Cd最显著。对重金属横向迁移分析发现，矿山重金属会随着沉积物的距离增加而显著降低，新桥河沉积物的迁移变化显著高于顺安河沉积物。在迁移过程中，Cu、Zn、Cr残渣态逐步增加，毒性减弱，Pb、Cd的活性态比例增大。重金属的纵向迁移分析结果表明，离矿山的位置远近对沉积柱金属的总量和形态起决定作用，矿区下游河流沉积物既受尾矿的影响，也受河流流域物质本身的影响。
1.4 大气沉降物及城区表土与灰尘
随着城市化进程的加快，而带来的交通污染以及其他方面的污染使得大气环境质量越来越差，大气环境污染问题越来越引起人们的注意。李如忠[18]利用美国国家环保局（US EPA）推荐的健康风险评价模型对铜陵市区表土与灰尘重金属污染健康风险进行了研究。研究表明，铜陵城区土壤和地表灰尘已遭受较为严重的重金属污染；不同功能用地的致癌风险均显著超过US EPA推荐的可接受风险阈值范围和国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的最大可接受风险值；铜陵市表土与地表灰尘已对公众身体健康构成危害；其中主导致癌与非致癌风险效应的主要污染因子是As，主要暴露途径是手-口摄入途径。
吴开明[19]用藓袋法对铜陵市大气重金属污染进行了研究，发现铜陵市Cu污染最严重，有色金属冶炼工业是铜陵市最主要的污染源，交通运输对大气重金属污染也日趋严重。
殷汉琴[20]对铜陵市大气降尘中铜元素的污染特征进行了研究，采用富集因子法定性地判断各采样点铜元素的来源，研究表明，铜陵市大气降尘中铜元素污染严重并且形成了以铜开采和冶炼企业为中心的污染区域。研究发现铜矿石的开采和冶炼对大气降尘中的铜元素污染贡献较大， 是主要的污染源。
2 重金属污染修复技术与控制措施研究
重金属在土壤、水体、大气、生物体中广泛分布。由于大气和生物体中重金属的特殊性及其主要直接或间接来源于土壤和水体，所以对于重金属的污染修复技术主要集中在对土壤和水体中的重金属污染进行修复。
重金属在土壤中不易随水淋溶，不能被微生物分解，具有明显的生物富集作用且土壤污染具有较长潜伏期；由于土壤、污染物及地域的复杂性，土壤一旦受到污染，其治理不仅见效慢、费用高，而且受到多种因素的制约。目前，治理土壤重金属污染的途径主要有两种：（1）改变重金属在土壤中的存在形态、使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；（2）从土壤中去除重金属[21]。围绕这两种途径展开的土壤重金属治理措施有物理及物化措施、化学措施、农业生态措施、生物修复等[21～23]。
王华等[24]对我国底泥重金属污染防治研究做了相应综述，提出目前我国底泥重金属污染治理的常用方法有工程治理方法、生物治理方法和化学治理方法。
重金属污染物进入水生生态系统后对水生植物和动物均产生影响，并通过食物链发生富集，引起人体病变，危害人类。目前水体重金属污染治理修复方法主要有物理方法、化学方法、物理化学方法、集成技术、生物方法等[25]。
为控制铜陵市重金属污染、提高环境质量，铜陵市环保局组织编制了《铜陵市重金属污染综合防治“十二五”规划》，该规划以国家《重金属污染综合防治“十二五”规划》为指导，落实源头预防、过程阻断、清洁生产、末端治理的全过程综合防治理念，提出了一系列重金属污染防治措施，以求能遏制重金属污染趋势，改善区域环境质量，保护人民身体健康和环境权益。
3 结语
对铜陵市重金属污染研究情况进行了介绍，对重金属污染防治措施与修复技术经行了总结。根据目前研究结果表明，铜陵市重金属污染已比较严重。Cd、As、Cu和Pb为主要的污染元素，Hg虽然含量较低，但因为其毒性较大，亦当引起足够的重视。矿石的开采和冶炼以及尾矿的堆积成为铜陵市重金属污染的主要来源，所以首先应控制源头，治理矿石的开采和冶炼，清理尾矿的堆积。由于植被等生物体对重金属具有良好的吸附阻拦作用，可在采矿厂四周设置重金属吸收强防护带，阻止污染向更远扩散。对于已经受到污染的土壤，可以采用生物方法、物理或化学方法去除。
健全重金属污染防治法律体系、做好污染综合防治规划和强化行政管理是防治重金属污染的重要管理手段。《铜陵市重金属污染综合防治“十二五”规划》的提出对铜陵市重金属污染防治具有重要的指导和实践意义。健全重金属污染防治法律体系，实施清洁生产，监督实施环境影响评价验收工作，开发研究重金属污染防治技术等是目前重金属污染防治的重要任务。
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重金属具有不易分解、易积聚的特点。如何科学地对土壤重金属污染进行评价，是污染治理的重要前提，以下就土壤重金属的污染及其评价方法进行分析。
一、土壤重金属污染的成因及特点
土壤是人类社会赖以存在和发展的根本前提，是最重要的基础资源。随着近现代工业的飞速发展，土壤中沉积了越来越多的废弃污染物。工业生产、居民生活垃圾的不合理处置以及矿产开采等，都会带来土壤重金属污染。从化学理论角度来讲，98%以上的金属都属于重金属，从环境保护学领域来讲，土壤重金属污染中的重金属主要包括汞、铅、锌、砷和镍等。
1、土壤重金属污染的成因。（1）自然原因。土壤重金属的形成不是单方面作用的结果，而是受多方面因素影响，在不同时期，其主要影响因素又不同。土壤形成初始时期，其重金属含量受成土母质的影响较大，母质中的重金属含量及组成直接决定了土壤重金属的值。随着土壤的发育，母质对其重金属值的影响逐渐减弱。与此同时，生物残落物的影响逐渐增强，受生物个体差异影响，其残落物也呈现出多样化的特点，对土壤重金属组成的影响程度也各不相同。大气沉降，如火山爆发、森林火灾等可能使许多重金属漂浮于空中，其中一些被植物叶片吸收，进而被微生物分解进入土壤，从而改变土壤的重金属含量与构成。（2）人为原因。研究人员对近30年的土壤重金属污染原因进行统计，分析发现随着工业化程度的不断加深，人类活动已经逐渐上升成为土壤重金属污染的主要来源。具体来讲，人类活动又突出表现在以下几个方面：首先废气、烟尘等大气污染。城市化进程的加快在反映国民物质生活水平提升的同时也带来一系列环境问题，城市交通、工业生产等向大气排放大量废气、烟尘，造成大气污染，通过大气沉降，这些物质进入土壤，造成土壤重金属污染。经调查研究发现，工矿生产集中区域、城市道路、铁路周围，土壤重金属污染往往格外严重。其次化肥农药在农业生产中的使用。为了缩短农作物生长周期，现代农业生产常会选择使用化肥农药，大量化肥与农药的使用在带来生产效益的同时，也将其中所含的重金属物质带入了农作物与土壤，造成土壤重金属污染，影响人体健康。再次水体污染。受水资源分布不均因素影响，在部分地区，农田灌溉需要引入工业废水和生活污水，这些未经合理处置的污水进入到农田，造成土壤重金属污染，由于污染水体中含有大量重金属物质，通过污水灌溉产生的土壤重金属危害破坏性更大，极易造成循环性水土污染。最后其他活动。含重金属的工业废弃物，城市居民生活垃圾的堆放，金属矿山酸性废水的排放等也会造成土壤的重金属污染。
2、土壤重金属污染的特点。依据化学金属元素相关理论，重金属性质稳定，极难被微生物降解，一旦进入土壤造成重金属污染，势必对农作物的品质和产量产生较大影响，加之其潜伏周期长，通过食物链的“生物富集效应”严重影响动物和人体的健康。有研究表明，低浓度的汞在小麦萌发初期能起到促进生长作用，但随着时间的延长，最终表现为抑制作用；砷有剧毒，可致癌；镉会危害人体的心脑血管。归纳起来，重金属污染有以下几个特点：（1）潜伏周期长，污染具有隐蔽性；（2）性质稳定，污染具有难降解性；（3）相互作用，污染具有协同性、扩散性。因此，重金属污染又有“化学定时炸弹”之称。
三、土壤重金属污染的评价方法
1、单因子指数法。借助综合指数法，可以对受测区域的重金属污染情况进行分级，指出土壤中污染最大的因素，但无法判定出不同元素对土壤污染的影响差别。根据这一方法计算出来的污染指数只能反映各种重金属元素对土壤的污染程度，而无法精确反映污染的质变特征。
2、污染负荷指数法。该指数是由评价区域所包含的主要重金属元素构成，它能够直观地反映各个重金属对污染的贡献程度，以及金属在时间，空间上的变化趋势.由Tomlinson等人提出污染负荷指数的同时提出了污染负荷指数的等级划分标准和指数与污染程度之间的关系，通过计算得打各重金属的污染负荷指数及可以得到各个功能区和该市的污染程度.
3、潜在生态危害指数分析。重金属元素是具有潜在危害的重要污染物，潜在生态危害指数法作为土壤重金属污染评价的方法之一，它不仅考虑土壤重金属含量，还将重金属的生态效应、环境效应与毒理学联系在一起，是土壤重金属评价领域广泛应用的科学方法
4、GIS技术在土壤重金属污染评价中的运用。GIS是由计算机硬件、软件及不同方法组成的系统，通过该系统，能够实现空间数据的采集、管理、处理、分析与建模，以解决复杂的规划和管理类问题。通过GIS技术，将不同类型的数据进行处理变换，根据客观需求对其进行空间分析和统计，最终建立各种应用模型，以便为研究决策提供依据。在对土壤重金属污染进行研究时，常利用GIS 技术的计算与图形显示功能，对受测区域指定采样点进行插值分析，实现土壤图数字化，建立空间与属性数据库，最终绘出污染物空间分布图，为土壤污染治理提供参考依据。
三、重金属污染土壤的危害与治理
土壤是人类赖以生存的最基本的自然资源之一，但现阶段严重的土壤污染，通过多种途径直接或间接地威胁人类安全和健康，开展城市环境质量评价，日益成为人类关注的焦点。
当土壤中的重金属含量达到一定程度，不仅会导致土壤污染、农业生产收益下降，通过径流，还会对水体（地表水、地下水）产生淋失作用，污染水资源、破坏水文环境；借助大气沉降，极易形成大气污染与水污染、土壤污染的“死循环”，进而影响人体健康。
根据重金属污染的隐蔽性、不可逆性及长期性等特点，与大气污染、水污染等环境问题相比，土壤污染的治理难度更大。现行的重金属污染土壤治理主要有生物法、化学法、工程治理法等方法，就目前科学技术发展形势来看，在治理方案设计上尚未形成统一标准，在实际操作中，不同的地理环境在方法的选用上存在区别，使用的技术也多种多样。从总体上来讲，治理污染土壤首先应查明污染成因，以《土壤环境监测技术规范》为指导，对污染区域进行实地分层采样调查，一般将受污染区域分为“污染源区”、“保护区”和“超标污染区”三个区域。无论采用何种方式，在对土壤污染进行治理时，应注意因地制宜，结合受污染区域的土质情况、土地使用性质与功能、重金属污染物含量与构成等特点，对治理效果、时间、经费等作出合理预期和科学规划，选择最佳方案。
结束语
随着社会发展，各行各业对重金属资源的需求与日俱增，与此同时，由生产而产生的重金属废弃物也逐渐增多，这些未能及时处理的废弃物作用于土壤，一旦其重金属含量超标，就会对土壤造成严重污染，进而破坏生态平衡。
参考文献：
