基于土壤学知识的主成分分析判断土壤重金属来源（可编辑）

基于土壤学知识的主成分 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 判断土壤重金属来源（可编辑） 基于土壤学知识的主成分分析判断土壤重金属来源 维普资讯 ////0>. . . 地 理 科 学 第 卷第 期 .,年 月 基于土壤学知识的主成分分析判断 土壤重金属来源 赵彦锋 ,郭恒亮 ,孙志英 ,史学正 ,吴克宁 .郑州大学自然资源与生态环境研究所,河南郑州; .中国科学院南京土壤研究所 土壤与农业可持续发展国家重点实验室,江苏南京; .中国地质大学,土地科学技术系, 北京; .郑州大学环境与水利学院,河南郑州 摘要:以无锡城乡交错区和郑州市郊区为例,基于土壤学知识,在主成分分析中综合运用土壤基本理化性质和 土壤重金属数据对土壤重金属的主要来源进行分析,讨论不同采样 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 对主成分分析结果的影响。结果表明: 基于土壤学知识的主成分分析有助于增强对数据分析结果的解释,区分土壤重金属的不同来源,但运用该法时 应考虑到采样方案对分析结果的影响 关 键 词:主成分分析;土壤重金属;来源;土壤学知识 中图分类号: ./ ./ . 文献标识码: 文章编号: ?? ? 分析元素存在的形态、元素在土壤剖面的分 系。 等在捷克斯洛伐克东北部山地采集 布、元素在空间上的分布变异是常用的判断土壤重 个样点土样,分析 种重金属元素含量,结果表 金属来源的方法 一 ,其中第一种方法受化学分析 明, 、 、 、 、 、 主要来源于自然地质因 方法的影响较大 ,第二种方法的基本假设是:自 素,而 、 、 主要来源于人为污染 。 然风化来源的元素在土壤剖面下层的含量更大,而 研究表明,主成分分析在区分土壤元素主要来 污染来源的元素在表层含量较高。这种假设并不 源方面的优势,即不需要对元素形态进行细致分 析,对数据量没有特别要求,也勿需与历史数据对 总是正确的,因为某些污染元素的组分也会沿剖面 向下迁移,而对于洪、冲积物母质土壤而言,剖面不 比,即可判断出那些土壤元素含量受到人为因素的 同层次物质的来源本来就可能不一致。第三种方 明显影响。多数研究者运用主成分分析时只是针 法主要是通过地统计学等方法作图寻找污染源,这 对研究目标元素,忽视了从专业知识出发挖掘其它 种方法需要的数据量较大,本身无法剔除土壤元素 土壤分析数据反映的信 息,如土壤基本理化性质等 自然空间变异造成的影响 。与上几种方法相 也提供给研究者大量关于土壤发生的自然地质条 比,主成分分析法是同时分析所有元素,最终将多 件、母质状况和人为影响强度等信息。作为一种统 个分析项目构成的整个数据矩阵在多维空间的变 计分析方法,主成分分析结果与样本的代表性关系 异归纳为几种少数互不相关的潜在因素的影响,同 很大,而样本代表性问题在此类研究中讨论较少。 因此,本文尝试在主成分分析中挖掘运用土壤基本 时也将原有的分析项目分别与几个潜在的影响因 子建立相关关系】 。过去这种方法在地球化学 性质反映的信息,通过对不同采样方案的比较,探 领域处理数据应用很广 ,近几年在土壤污染研 讨样本代表性对主成分分析结果的影响。 究中得到重视 ’。 。主成分分析结果显示, 、 研究区介绍、 、 、 、 、 在土壤中含量潜在决定因 子是开采硫矿, 、 、 、 、 、 都是与粘土含 本文以无锡城乡交错区和郑州市郊区的研究 量有关的元素, 、 、 与地质背景有较密切联 为例阐明基于土壤学知识的主成分分析的应用。 收稿日期? ? ;修订日期:一 ? 基金项目:欧盟项目,一 一? 、国家自然科学基金重大项目 、中国科学院 知识创新 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 重 要方向项目 一、河南省教育厅自然科学基础研究 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目资助。 作者简介:赵彦锋 一 ,男,河南洛阳人,博士,主要从事土壤资源和环境地 学研究。 ? : ..维普资讯 ////. 地 理 科 学 选择无锡城乡交错地带约 。的区域作为 研究区,该区工业发达,研究区内分布大小工厂余家,主要是钢铁厂、电镀厂、 铜网厂、化工厂等 图 ,其中城镇建成区集中分布的工厂概括为一 个大图斑。该区属亚热带季风海洋性气候,年均降 雨量。研究区范围内地形平坦,地面高 程 ? ,土壤类型相对单一,黄泥土 普通铁渗 水耕人为土 所占面积在 %以上,成土母质属河 湖相沉积物。采样区耕地类型主要是稻田和菜地。 .潮土; .褐土; .风沙土 图 郑州市郊区土壤采样点分布图. 匀分布的原则抽取 个土样;方案 随机抽取 个土样;方案 再次随机抽取 个土样;方案 随 机抽取 个土样。所有这 种抽样方法的分析结 果均与最大样本的分析结果进行比较。方案 、 的样点分布见图 ,不均匀采样方案的样点图略。 . 样品分析 土样带回后在室温自然风干、磨碎,依次过 、 、 目尼龙筛,密封贮存于塑料袋备用。无 锡研究区分析了土壤全量 、 、 、 、 和土 图 无锡城乡交错区位置和样点分布 壤粘粒. 含量、土壤、有机质、全.量氮、磷、钾和速效态氮、磷、钾。郑 州市郊区土壤 分析项目包括土壤重金属 、 、 、 、 和土 郑州市郊区面积约,是工业欠发达地 壤 、有机质、、全氮、速效氮、速效磷、缓效 区,属暖温带半湿润大陆性季风气候区,年降雨量 钾、速效钾。分析方法参见文献。 左右。地势自西南向东北倾斜,属浅山丘 结果与讨论 陵向平原过渡的交接地带。土壤母质在京广铁路 以西以洪积冲积物为主,主要发育土壤为褐土普 . 土壤基本理化性质所反映的自然和人为作用 通简育干润淋溶土 ;京广铁路以东以河流冲积物 信息 和风积物为主,主要发育土壤为潮土 石灰淡色潮 土壤基本理化性质通常指土壤粘粒含量、土壤 湿雏形土 图 。、土壤、土壤有机质和养分数据等。这些指 标受自然成土条件和人类耕作、施肥活动影响的程 采样和分析 度是不同的。一般而言,如果没有人为的改土、换 . 采样方案 土,土壤质地是受母质和风化程度控制的,土壤 选择 ?农业土壤进行研究。无锡采样 则与生物气候条件、母质类型和矿物组成有个,其中水稻田 个,菜地 个、撂荒地 关 ,因此土壤粘粒含量和土壤主要是自然 个。郑州市郊区采样 个,其中菜地 个,粮田 成土因素作用的结果,人为施肥和耕作对它们的作个。以无锡城乡交错区为例比较不同抽样方案 用是有限的。通过施肥而投入土壤的氮、磷、钾含 对主成分分析结果的影响,在个样本中按以下 量较多,但氮、磷、钾的地球化学特征不同,决定了 方法抽取 次样本分别进行主成分分析:方案 按 它们反映的自然和人为作用信息是不同的。氮肥, 照均匀分布的原则抽取 个土样;方案 按照均 特别是化学氮肥投入土壤后,由于硝化、反硝化、淋维普资讯 ////.期 赵彦锋等:基于土壤学知识的主成分分析判断土壤重金属来源几十倍表 ,而且钾肥的植物吸收效率较高,施 失、氨挥发和作物吸收等损失较多 ,因此局部地 肥对钾的整体含量不会有太大影响;? 中国是缺 区的土壤含氮量主要受土壤母质和土壤所处的地 钾矿资源的国家,钾肥的使用只是最近 几年来 形和水文条件影响 。磷则易于在土壤中聚集, 而且全磷的含量因为施肥会明显增加,无锡城乡交 才得到重视,而且使用钾肥并不普遍。甚至可能受 施肥影响较大的土壤速效钾仍与土壤的母质类型 错区随着稻田改菜地年限的增加,土壤速效磷和全 和颗粒组成密切相关 。因此,全钾含量可以 磷的含量持续增长 表 。因此对自然成土条件 一 很大程度上反映土壤母质和质地组成的信息。与 致的区域,磷含量可以表征人类施肥对土壤影响 的程度。钾虽然也能在土壤中固定,但由于以下原 全量养分相比,土壤速效养分更易反映农业土地利 用方式的影响 表 。 因:全钾反映的信息与磷不同:?钾是土壤粘土矿 物的主要组成元素,它在土壤中的含量比全磷要高 表 无锡城乡交错区水田和不同种植年限菜地的土壤基本性质 ? 同行字母的不同表示相应项目均值. 水平上差异显著 . 基于土壤学知识的主成分分析 可知,主成分 主要与土壤全磷和速效磷含量有 无锡城乡交错区土壤重金属来源分析。无锡 关,说明它主要反映了土地利用因素的影响;主成 城乡交错区土壤受到强烈的工农业活动的影响,土 分 上全钾和粘粒含量的载荷最大,说明它反映了 壤重金属含量呈现强烈的变异性 表 。但仅对 与土壤发生有关的自然因素。而 、 、 、 和 这 个元素进行主成分分析难以判断它们变异的共同受主成分 决定,该主成分与影响土壤发 主要来源是自然因素、土地利用还是工业活动。表 生的自然因素和影响土壤磷累积的农业土地利用 因素是无关的,但可以与当地四散分布的工业活动 显示,该地区菜地土壤全磷含量变化非常有规 律,即随着种植蔬菜年限的增加土壤全磷含量持续 联系起来,尤其是金属加工厂、钢铁厂和电镀厂等。 升高。如果能够判断土壤重金属变异与磷含量变 该结论说明了无锡城乡交错区土壤重金属含量的 变异主要是工业活动引起的。 异的相关性,则无疑可以说明土地利用方式对重金 属含量影响的程度。另外,土壤全钾、粘粒含量等 郑州市郊区土壤重金属来源分析。与背景值 则与土地利用方式无关。如果重金属与全钾和粘 相比,该区只有土壤 、 含量有明显的异常 表 粒含量受共同因素的影响较明显,则说明这些重金。对 、 、 而言,仅凭背景值比较还不能下 属含量变异主要来源于自然因素的影响。由表 结论,因为背景值本身变异也较大。用主成分分析 表 无锡城乡交错区土壤重金属含量 // 太湖流域农业土壤元素背景值引。维普资讯 ////. 地 理 科 学 卷 表 无锡城乡交错区土壤基本性质 壤全氮和碱解氮有关,而与土壤重金属关系不大。 和重金属含量的主成分分析 主成分 与土壤基本性质和养分含量关系不大,但与土壤 关系最密切, 、 在主成分 上也有 较大的正载荷。因此该主成分可能主要体现了外 源污染因素,如大气沉降、工业污染物点源排放等 的影响。主成分 上土壤速效钾、速效磷的载荷较 大,该主成分可以归结为土地利用方式不同 粮田 和菜地 导致的施肥量的差异。在主成分 上载 荷最大的重金属是 ,其次是 ,说明土壤 的 变异受种菜影响最大,土壤 一定程度上也受到 种菜的影响。另外,本研究发现郑州市北部出现、 高值区与该地区花园口、毛庄等几个镇较长 的蔬菜种植历史比较吻合 图略 。这可确定发现土壤缓效钾、土壤、土壤 在主成分 主要体现自然背景,同时发现不仅 、 的含量受 到污染因素影响, 、 也存在污染趋势,并对 有较大的正载荷 表 。因为当地钾含量仍受土、 、 、 的来源能进一步 甄别。 壤母质类型等影响”铷 ,主成分 可以命名为土 壤自然本底性质。主成分 主要与土壤有机质、土 表 郑州郊区土壤重金属含量/ /郑州市土壤元素背景值加。。 表 郑州市土壤基本性质和重金属的主成分分析 特点,同时也说明在该研究中采用土壤全钾和粘粒 含量代表较为稳定的自然因素是可以的。但各种 采样方法对全磷和土壤重金属的分析结果则不尽一 致。采用均匀取样方案时,土壤全磷和重金属的 平均值还比较稳定,但采用不均匀取样方案分析的 全磷和土壤重金属平均值则变异幅度较大,尤其是 采样数较少的方案 、 对 、 、磷的估计结果差 异较大。另外,主成分分析结果表明,均匀取样条 件下, 个土样 方案 和 个土样 方案 所 反映的信息基本是一致的,而且都与最大样本的分 析结果相符合 表 ,而不均匀采样方案的分析结 果与最大样本的分析结果不尽一致,几种重金属不 再同时与某一个主成分具有最大相关性 表 。 方案 与方案 有同样的采样数,本文仅采取方案 与方案 的结果。这说明人为因素影响复杂的 . 采样方案对分析结果的影响 地区,应该尽量采用比较均匀的采样布点方法才能 不同抽样方案对无锡城乡交错区土壤粘粒含 准确地 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 该区域土壤重金属含量的主要影响因 量、土壤全钾的估值结果较为一致 表 ,这体现 素。 了研究区范围小,区域内自然成土因素变化较小的维普资讯 ////.期 赵彦锋等:基于土壤学知识的主成分分析判断土壤重金属来源分析有助于解释土壤重金属污染来源,而且这解决 结 论 了由于土壤重金属元素较少而无法进行主成分分 在工业发达的无锡城乡交错区,土壤重金属表 析的问题。但是作为一种统计分析手段,主成分分 现出明显的含量异常,而且主成分分析表明,其含 析结果的可靠性与采样的代表性关系很大。在无 量变异均是由工业活动控制的。而工业欠发达的 锡城乡交错区不同土壤采样密度下,均匀的取样方 法均能够代表区域的整体特征,主成分分析结果较 郑州市郊区,土壤重金属含量低,主成分分析显示 稳定。而不均匀的取样对区域整体特征的反映有 某些重金属含量仍受自然过程控制。本研究表明, 从土壤学的基本知识出发,而不仅仅是从重金属元 较大的差异,分析结果也不稳定。因此,作者建议: 素的地球化学联系出发,把土壤重金属含量和土壤 ?土壤学者在应用主成分分析判断土壤重金属来 基本理化性质所反映的信息综合起来进行主成分 源时,应从土壤学专业的角度出发挖掘数据反映的