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近十年来我国土壤重金属污染源解析方法比较

于旦洋 王颜红 丁茯 陈欣 王镜然

于旦洋, 王颜红, 丁 茯, 陈 欣, 王镜然. 近十年来我国土壤重金属污染源解析方法比较[J]. 土壤通报, 2021, 52(4): 1000 − 1008 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101202
引用本文: 于旦洋, 王颜红, 丁 茯, 陈 欣, 王镜然. 近十年来我国土壤重金属污染源解析方法比较[J]. 土壤通报, 2021, 52(4): 1000 − 1008 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101202
YU Dan-yang, WANG Yan-hong, DING Fu, CHEN Xin, WANG Jing-ran. Comparison of Analysis Methods of Soil Heavy Metal Pollution Sources in China in Last Ten Years[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(4): 1000 − 1008 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101202
Citation: YU Dan-yang, WANG Yan-hong, DING Fu, CHEN Xin, WANG Jing-ran. Comparison of Analysis Methods of Soil Heavy Metal Pollution Sources in China in Last Ten Years[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(4): 1000 − 1008 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101202

近十年来我国土壤重金属污染源解析方法比较

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101202
基金项目: 国家重点研发项目(2016YFD0800303)资助
详细信息
    作者简介:

    于旦洋(1996−),女,辽宁省大连市人,硕士研究生,研究方向为土壤重金属源解析。E-mail: 1164247337@qq.com

    通讯作者:

    E-mail: wangyh@iae.ac.cn

    dingfu@syuct.edu.cn

  • 中图分类号: X53

Comparison of Analysis Methods of Soil Heavy Metal Pollution Sources in China in Last Ten Years

  • 摘要: 根据土壤实际情况选择适当的源解析方法,对于判明土壤重金属污染物来源、有针对性地进行治理具有重要意义。重点归纳近十年国内场地土壤重金属污染源解析的研究进展,按不同土地利用类型、不同重金属对常用的污染源解析方法进行汇总,在阐述各种源解析方法优势和局限的基础上,重点就主成分分析法(PCA)、正定矩阵因子分解法(PMF)、绝对因子得分-多元线性回归法(APCS-MLR)、单一与多参数同位素示踪法的应用特点进行了比较。在明确场地土壤重金属污染源解析研究面临的挑战的同时,指出联合应用多种源解析方法、多参数同位素示踪法是未来土壤重金属污染源解析研究的发展趋势。
  • 图  1  由PMF和PCA解析出的土壤重金属的农业源谱图比较

    Figure  1.  Comparison of agricultural source spectra of soil heavy metals analyzed by PMF and PCA

    图  2  由PMF和PCA解析出的土壤重金属的降尘源谱图比较

    Figure  2.  Comparison of dust source spectra of soil heavy metals analyzed by PMF and PCA

    图  3  由PMF和PCA解析出的土壤重金属的自然源谱图比较

    Figure  3.  Comparison of natural source spectra of soil heavy metals analyzed by PMF and PCA.

    图  4  由PMF解析出的土壤重金属的工业源谱图

    Figure  4.  Industrial source spectrum of soil heavy metals analyzed by PMF

    图  5  由PMF和PCA解析出的土壤重金属不同污染源的相对贡献率对比

    Figure  5.  Comparison of the relative contribution rates of different pollution sources of soil heavy metals analyzed by PMF and PCA

    图  6  由APCS-MLR和Pb同位素示踪法解析出的土壤重金属不同污染源的相对贡献率对比

    Figure  6.  Comparison of the relative contribution rates of soil heavy metals from different pollution sources analyzed by APCS-MLR and Pb isotope tracing methods

    图  7  由APCS-MLR解析出的不同深度土壤重金属的交通源谱图

    Figure  7.  Traffic source spectra of heavy metals in soil at different depths analyzed by APCS-MLR

    图  8  由APCS-MLR解析出的不同深度土壤重金属的燃煤源谱图

    Figure  8.  The coal source spectra of heavy metals in soil at different depths analyzed by APCS-MLR

    图  9  由APCS-MLR解析出的不同深度土壤重金属的不明源谱图

    Figure  9.  Unknown source spectra of soil heavy metals at different depths resolved by APCS-MLR

    表  1  土壤主要重金属污染物来源

    Table  1.   Sources of major heavy metal pollutants in soil

    重金属污染物
    Heavy metal pollutant
    主要来源
    Main source
    土地利用类型
    Land use type
    文献数及来源
    Number and source of literature
    Pb 交通源(6),工业源(9),垃圾排放(1),冶炼(2),人为(1),化石燃料燃烧源(1),土壤母质(1) 工矿仓储用地(11) 24[11-34]
    交通源(1),工业源(2) 交通运输用地与工矿仓储用地(1),耕地与工矿仓储用地(1)
    交通源(3),工业源(4),农业源(5),化石燃料燃烧源(1) 耕地(6)
    交通源(3),工业源(2) 交通运输用地(4)
    交通源(1) 其他用地(1)
    Hg 交通源(2),工业源(3),农药(2),化学活动(1),化石燃料燃烧源(1),废水排放(1) 工矿仓储用地(4) 10[15, 20-22, 26, 29-30, 34-36]
    污灌(1) 耕地与工矿仓储用地(1)
    工业源(3),农药(1) 耕地(3)
    工业源(1) 交通运输用地(1)
    工业源(1) 其他用地(1)
    As 工业源(1),大气降尘(1),焚烧厂(1),废水排放(1),成土母质(2) 工矿仓储用地(3) 6[15, 29-30, 35, 37-38]
    交通源(1),工业源(1),农业源(1) 耕地(2)
    工业源(1) 其他用地(1)
    Ni 交通源(1),工业源(2),农业源(1),燃煤排放(1),化肥,农药(1),成土母质(3) 工矿仓储用地(5) 8[19, 21, 27, 29-31, 34, 39]
    工业源(1),农业源(1) 耕地(1)
    交通源(1),工业源(1) 交通运输用地(1)
    交通源(1) 其他用地(1)
    Zn 交通源(5),工业源(8),农业源(1),冶炼(2),人为(1),化学活动(1),化石燃料燃烧源(1),化肥,农药(1) 工矿仓储用地(10) 21[11, 16-19, 21, 23-34, 38-40]
    交通源(1),工业源(1),燃煤排放(1), 交通运输用地与工矿仓储用地(1),耕地与工矿仓储用地(1)
    交通源(2),工业源(4),农业源(4),化石燃料燃烧源(1) 耕地(5)
    交通源(3),工业源(2) 交通运输用地(3)
    化石燃料燃烧源(1) 其他土壤(1)
    Cd 交通源(4),工业源(9),农业源(1),垃圾排放(1)化学活动(1),化石燃料燃烧源(1),金属加工(3),电池厂(1),成土母质(2) 工矿仓储用地(11) 21[11, 18-32, 35-38, 41]
    交通源(1),工业源(1)燃煤排放(1) 交通运输用地与工矿仓储用地(1)
    交通源(1),工业源(3),农业源(5),化肥,农药(1) 耕地(7)
    交通源(2),工业源(2),农业源(1) 交通用地(2)
    Cr 交通源(5),工业源(8),农业(2),金属制品业和运输设备制造业的影响(1),成土母质(2),燃煤排放(1), 工矿仓储用地(9) 12[15, 17 ~ 19, 21, 27, 29-31, 39-40]
    交通源(2),农业源(1) 耕地(2)
    交通源(1),工业源(1) 交通运输用地(1)
    Cu 交通源(6),工业源(9),农业源(1),人为(1),化学活动(1),化石燃料燃烧源(1),土壤母质(1) 工矿仓储用地(11) 20[11, 15-19, 21, 23-27, 29-33, 38-40]
    交通源(1),工业源(1),燃煤排放(1) 交通运输用地与工矿仓储用地(1),耕地与工矿仓储用地(1)
    交通源(3),工业源(4),农业源(3),人为(1),成土母质(1) 耕地(5)
    交通源(2),工业源(1),人为(1),成土母质(1) 交通运输用地(2)
      注:表中括号内的数字代表涉及该条目的文献数量。
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    表  2  源解析方法与主要污染源

    Table  2.   Source analysis methods and main pollution sources

    方法
    Method
    主要污染源
    Main pollution source
    文献数及来源
    Number and source of literature
    采用率(%)
    Adoption rate
    多元统计分析 主成分分析法 工业源(6),交通源(8),自然来源(7),农业(2),燃煤排放(3),冶炼(1),金属制品业和运输设备制造业的影响(1),焚烧厂(3) 12[11, 16-17, 20, 22, 24, 30, 32, 35, 37, 45, 46] 17.1
    聚类分析法  工业源(1),交通源(2),自然来源(2),农业(1),燃煤排放(1),冶炼(1), 7[18-19, 25, 27, 34, 38-39] 10.0
    相关性分析  工业源(5),交通源(6),自然来源(6),农业(2),燃煤排放(2),冶炼(1),金属制品业和运输设备制造业的影响(1),焚烧厂(2) 7[23-24, 31, 33, 40, 47-48] 10.0
    正定矩阵因子分解法 工业源(5),交通源(2),自然来源(5),农业(5),燃煤排放(1),冶炼(1),降尘(1) 8[14, 34-35, 41, 45, 49-51] 11.4
    主成分分析/因子分析-多元线性回归法 工业源(1),交通源(2),自然来源(3),燃煤排放(3),冶炼(1),农业(1) 4[15, 28-29, 51] 5.7
    绝对因子得分-多元线性回归法 工业源(1),交通源(2),自然来源(2),燃煤排放(1) 2[36, 52] 2.9
    同位素示踪法 工业源(2),交通源(3),自然来源(3),农业(2),燃煤排放(2),冶炼厂的冶炼烟气粉尘(3),降尘(1),电镀工业废水(1),火力发电厂排出烟气(1),热电、焦化(1), 8[12-14, 49, 52-55] 11.5
    GIS成图法 工业源(4),交通源(6)自然来源(5),农业(3),燃煤排放(2),化学活动(1) 7[11, 16, 22, 26, 36, 40-41] 10.0
    UNMIX模型 交通源(1),自然来源(1),农业(1),燃煤排放(1),垃圾排放(1) 1[21] 1.4
    多种方法联用 工业源(9),交通源(8)自然来源(10),农业(6),燃煤排放(4),冶炼(4),废水排放(1),铅电池厂(1),降尘(1) 14[11, 14, 16, 21-22, 34-36, 40-41, 45, 49, 51-52] 20.0
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    表  3  源解析方法与土壤类型

    Table  3.   Source apportionment methods and soil types

    土壤类型
    Soil types
    PCACA相关性分析
    Correlation
    analysis
    PMFPCA/FA-MLRAPCS-MLR同位素示踪法
    Isotope tracer
    method
    GIS成图法
    GIS mapping
    method
    UNMIX模型
    UNMIX model
    多种方法联用
    Combination of
    multiple methods
    场地土壤 8 5 6 3 1 0 3 2 1 3
    部分场地土壤 0 0 0 0 0 0 0 2 0 2
    其他土壤 4 2 1 5 3 2 5 3 0 9
      注:表中数字代表涉及该条目的文献数量。
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    表  4  不同的土壤重金属源解析方法比较

    Table  4.   Comparison of different soil heavy metal source analysis methods

    方法
    Method
    优势
    Advantage
    劣势
    Disadvantage
    多元统计分析 主成分分析法 排放源可追踪次生或易变物质; 源解析结果存在不确定性;
    聚类分析法  源成分谱数据需求低 采样量大;
    相关性分析  鉴别因子数有限
    正定矩阵因子分解法 不需要测量源成分谱;
    遗漏和不精确数据的处理合理
    存在当污染源较多时,难以确定合理因
    子数
    主成分分析/因子分析-多元线性回归法 客观选择排放源;
    可追踪易变物质来源;
    不需要排放源的指纹谱信息
    常出现负值因子载荷和因子得分情况;
    污染源数目或种类较多时,应用受限
    绝对因子得分-多元线性回归法 解决了因子分析的不足之处 不能准确预测污染源的指纹谱图;
    采样量大
    同位素示踪法 精确度高,采样量少,辨别能力高;
    能表征重金属的迁移行为和污染贡献度
    需要同位素特征值信息;
    端元物质难确定
    GIS成图法 使源解析结果空间化;
    反映污染源的空间变化规律
    难以对沉积物重金属多源体系定量评价;
    取样量大
    UNMIX模型 克服了模型给出负值源贡献的缺点;
    从受体出发快速获取因子识别污染源
    样本量大;难以识别有相似贡献的源
    多种方法联用 对于参数的分析更加精准,相互补充,
    优势扩大
    难以定量;
    数据处理量大;
    采样数量多
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-12
  • 修回日期:  2021-01-06
  • 网络出版日期:  2021-08-24
  • 刊出日期:  2021-08-06

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