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摘要：温岭市土地质量的地质调查主要以耕地土壤为主，基于已取得的地球化学数据资料，在剔除一定异常值后，统计获得了耕地表层土壤中8个重金属元素的平均值、标准差和变异系数等地球化学参数，同步参考《浙江省土壤地球化学背景值》一书中表层土壤元素区域地球化学背景值，对温岭市重金属元素的地球化学特征及其相关性进行了研究对比。研究表明，一些地球化学性质相似的重金属元素仍呈现规律的组合，表现出良好的共同的消长关系和较好的相关性和聚集性，但又存在差异性，因此，研究土壤重金属元素的地球化学特征分布，并且除考虑区域背景外，还考虑长期人类活动对元素含量变化和分布产生的影响。
关键词：温岭市；土壤地球化学调查；重金属背景值；因子元素组合；相关性分析
土地质量地质调查中，土壤环境背景值是最基本的地球化学参数之一，具有非常重要的理论和实践意义[1]。通常认为，土壤环境背景值是指不受或者很少受人为活动影响或者现代工业污染的情况下，土壤化学组成或者元素的含量水平。由于人类活动与现代工业影响环境的普遍性，导致很难通过调查获得绝对的土壤环境背景值。因此，土壤环境背景值仅是相对的概念，包括自然背景部分和外源污染物部分，即调查分析时，排除明显污染和主要干扰后的地球化学特征值。
土壤环境背景值作为土壤地球化学的一项重要指标和基础数据，为后续土壤环境的评价、土壤分区的规律、影响因素的研究和局部异常区的圈定提供了基础数据[2]。土壤重金属背景值的确定有助于研究和评价不同环境、地质、地理条件下重金属的污染程度[3-5]，因此，本文以温岭市行政区域为例，对表层土壤重金属元素背景值以及各重金属元素间的组合特征、相关性进行了研究。
1土壤重金属元素背景值获取和计算
1.1调查区概况
调查区地处浙江省东南沿海台州湾以南，长三角地区的南翼，三面临海，属浙东南沿海丘陵平原及岛屿区，有“四山一水五分田”之称；调查区属于中亚热带季风气候，气候温和，四季分明，温湿适中；地势西高东低，西部和西南部为低山丘陵，北部、中部和东部为平原，地势平坦，河流纵横；在地质构造上属浙闽地的东部边缘，新华夏系第二个一级构造复式隆起带南段东侧，温州—温岭深大断裂以东的沿海地带；分布有泻湖相沉积物、滨海相（粉砂）淤泥、（中）酸性火山岩类风化物、富晶屑凝灰岩类风化物等8类成土母质，形成了红壤、黄壤、粗骨土、潮土、滨海盐土和水稻土等6种土壤类型[6]。调查涉及所有耕地及部分林地、园地区，面积约400 km2。
2002年5月~2005年10月，工作人员对该区域范围开展了1∶20万的浙江省农业地质环境调查，研究了土壤地球化学背景值，揭示了浙东沿海地区元素背景值的特点和规律，本文根据温岭市土地质量地质调查的结果，初步确定表层土壤重金属元素的背景值，并与前者获取的资料作相应的对比。
1.2土壤背景值样品的获取
本次土壤背景值规定统一采用土壤地球化学调查中的表层土壤样品作为统计的样品。研究对象以耕地为主，林地、园地适当调查，按照划分的地球化学异常区（采样密度11~12件/km2）、重要农业产区（采样密度9~10件/km2）、低山丘陵区（采样密度7~8件/km2）及一般耕地区（采样密度4~6件/km2）4类调查密度分区，并且均匀布设样品，表层土壤样品平均采样密度为9件/km2；每个样品由5个分样点等量均匀混合而成，并保证中心坑与四周分样点20~50m距离，采样时去除表面杂物，垂直采集地表0~20cm深的连续土壤样品，使用不锈钢铲直接采取，并保证上下均匀采集。样品中弃去动植物残留体、砾石、肥料团块等，且土壤样品原始质量大于2kg。
样品采集主要集中在上茬作物收获以后，下茬作物尚未施用底肥和种植以前，同时，避开雨季作业。
样品采集遵循代表性和典型性的原则，采集的样品在单元内具有代表性，特别是土地利用的情况[7]，如在控制单元内连片水稻种植区则不采集种植蔬菜或种植苗木、果树的土壤样品；采集样品离开公路、沟渠，同时还避开垃圾和可能存在污染的土壤，以及避开人工堆积土，如肥堆、粪坑、路边、地头、沟边等。现场条件允许或周边样点距离较大时，要求远离主干公路100m以上、一般公路50m以上、连片建筑50m以上、机耕路10m以上，田埂1m以上。
土壤样品干燥压碎后通过2mm（10目）的孔径筛，未过筛的土粒经过重新碾压过筛，直至全部样品通过2mm孔径筛为止。样品由辽宁省地质矿产研究所分析测试，测试指标全量20项，其中本次研究的重金属8项，严格执行了实验室内部和外部质量监控，数据分析质量可靠。
1.3样品分析项目和方法
根据土地质量地质调查的需求，满足规范要求并结合分析测试单位实际，采用X射线荧光光谱法(XRF)、等离子体质谱法(ICP-MS)和原子荧光光谱法(AFS)等分析方法，组合成先进、准确度和精密度高的分析体系和配套方案。土壤样品重金属元素分析方法与分析测试项目如下：
（1）X射线荧光光谱法(XRF)，分析项目为Cu、Pb、Zn、Ni、Cr共5项。
（2）等离子体质谱法(ICP-MS)，分析项目为Cd共1项。
（3）原子荧光光谱法(AFS)分析项目为As、Hg共2项。1.4数据处理与计算
依据已有资料和实际情况，调查区表层分析样品共3446件，即每个元素获得3446个数据。由于可能存在环境异常，同一元素有离群的高值和低值，且不是所有数据均能以正态分布的形式存在，因此，依据浙江省农业地质环境调查成果，基准值的求取进行地球化学分布检验。在满足正态分布状态下进行统计计算，首先初步剔除异常数据，计算出所有样品的平均值和标准偏差，按平均值±2倍标准偏差（X±2S）来剔除超出或低于这一范围的离群数据，使其符合正态分布的要求，以此构成相应单元的背景区间以及背景值。
2数据处理结果与讨论
2.1表层土壤重金属元素地球化学特征
由于调查区内平原区分布区域较广，其占调查比例最大，按上述数据处理和计算方法，样本数据也相对具有代表性，并逐步剔除异常高值和低值后，计算出整个行政区耕地为主的范围内覆盖的区域土壤各重金属元素或指标的背景值及统计参数，计算出来的平均值可以作为该行政区单元正常的背景值，见表1。
由表1看出，总体重金属元素平均值含量均稍高于台州市背景值，由此说明该元素在土壤环境中的存在和含量相对稳定，不易迁移转化，或者说迁移转化的水平处于动态平衡中；空间分布上重金属元素的空间变化整体稳定，其与台州市变异系数统计比较，变异系数或高或低，其中Cr、Ni仍然超过40%，空间变异性强烈揭示了局部地方依旧存在重金属电源输入，且短期内未能改变。综上所述，土壤短期内受人类活动影响较小，局部区域依然保留着原来受人类活动影响的重金属输入现象，因此，当前统计的背景值能反映真实的背景情况。
2.2主因子确定及元素组合
因子分析是用少数几个因子描述许多指标或因素之间的联系，即：用较少几个因子反映原始数据的大部分信息的统计方法。该方法将多个具有错综复杂关系的因子归结为数量较少的几个综合因子，这些少数的综合因子可代表大多数因子的信息。本文通过提取大量数据的信息特征，了解代表性信息的分布情况。
本次选择As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn等主要重金属元素进行因子分析。通过方差最大旋转法，并结合正交旋转载荷矩阵系数，统计中特征值方差贡献百分比累积大于80%的水平提取主因子F1、F2，即可代表了大部分原始数据所提供的信息，见表2、表3。
对各重金属元素相关系数统计（表4），运用R型聚类分析方法，结合主因子载荷分布图（见图1、图2），揭示了2种不同的元素组合形式：F1因子0.7以上代表的Cr-Ni组合①，F2因子0.5以上代表的Cd-Cu-Pb-Zn组合②。
对上述组合进行相关性分析，表明组合②Cd、Cu、Pb、Zn本身作为亲硫元素组合，具有一定的聚合性，且存在高度同源性，高背景浓集区主要集中在温岭市北西一带；组合①Cr、Ni元素极显著相关，高度同源，高背景浓集区主要分布在两个区域，一片分布于横峰街道-泽国镇一带，一片分布于新河镇-箬横镇一带，富集程度高度集中。各重金属元素地球化学图显示的元素空间变异特征与上述分析相互印证，且对比前人浙东沿海丘陵平原区不同因子相关元素组合表5，显示本次组合总体与前人研究结果呼应。
3结语
（1）通过温岭市土地质量的地质调查，本文初步给出调查区表层土壤重金属土壤地球化学背景值，并与前人资料进行对比分析后，整体背景值符合温岭市的现状，但后续对全区的其他表层测试元素数据背景值研究仍需要注意考虑地质背景、物质来源等因素的影响，且人类活动影响范围广泛，绝对意义上的土壤背景值难以获得，需反复剔除异常值后，方可以从总体上反映该区土壤元素地球化学的背景特征。
（2）通过全区的重金属元素聚类分析和不同因子元素组合与载荷的对比分析，得出该区表层土壤重金属元素组合特征，不仅与前人研究成果相互呼应，还表明在长期的自然营力和人类活动影响下，表层土壤元素发生了迁移、分散和富集，由于该特点，造成重金属元素相关性显著等特征。通过因子分析，通常同一因子中的元素群相关性良好，具有同样的来源，如农药、交通、废品回收、金属拆解等活动常产生重金属富集，不同污染源具有特定的污染元素组成，在此基础上，仍需对大量元素、各类有益有害元素等组合相关性深入研究，为项目的亮点和提高服务。
（3）调查区表层土壤元素化学组成因成土作用和人为扰动等有所差异，通常在自然状态下，元素的含量缓慢变化，但是由于人类活动直接或间接的影响，表现出表层土壤元素的表生迁移活动较强。因此，需要进一步研究不同土壤类型受人类活动影响的程度，并在后续研究过程中分区统计各类元素，查清全区的土壤元素背景，对比相关标准值，判断调查区内的污染区，并且确定污染元素组合特征及范围，为土壤环境污染源地追踪和查证等相关研究提供基础依据。
参考文献
[1]董岩翔,郑文,周建华,等.《浙江省土壤地球化学背景值》,北京,地质出版社,2007.5.
[2]浙江省国土资源厅.《浙江省县级土地质量地质调查技术要求（试行）》,2017.3.
[3]汪庆华,董岩翔,周国华,郑文,等.浙江省农业地质环境调查成果报告,2008.10.
[4]曹雪琴,万军伟,陈雯,等.土壤元素背景值的研究-以南方某区域为例.安全与环境工程,2009.3,16（2）：27-32.
[5]汪庆华,董岩翔,周国华,等.浙江省土壤地球化学基准值与环境背景值.生态与农村环境报，2007,23（2）81-88.
[6]王国强,章卫星,等.温岭市土地质量地质调查野外验收总结报告.2018.9.
[7]韦继康,刘华军,徐明忠,王江,等.宁波市土地资源地质环境调查评价报告.2013.6.
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