南京师范大学泰州学院本科毕业论文
红色——交通区 绿色——公园绿地区
由图3-11可以看出，工业区域Cu要素严重超标，此外As、Cd、Pb 元素也存在较明显超标斑块，其余三种重金属超过标准值的斑点相对较少。在 Cd、Cr、Cu 三幅图上，均出现了概率较高的黄色蓝色区域。特别是Cd，在整幅图面上，只有少部分区域超标的概率小于50%，预示了Cd要素在五个区域的严重污染。其他三种重金属元素，As、Hg及Pb，存在特定斑点区域超标，几率在60%上（黄色系以上色彩表示），但大部分研究区域污染程度较轻。从8个变量的空间分布趋势图，可以看出As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Hg和Zn具有相似的空间分布模式：高值位于工业区，空间模式相对平滑和规律，说明这些元素的空间分布主要受自然因素控制。Cd、As、Cr、Cu、Ni、Pb、Hg和Zn的高值分布基本一致，几个极高值区分散在工业区域和交通区域，这些极高值区主要受特别的人类活动影响。铅的高值区相对较大，主要位于工业区、生活区和交通区。总之，城市周边的工业区生产活动，城市附近频繁的人类活动给环境带来较大的影响，污染很严重。
2.3 采样区重金属污染定量分析
2.3.1采样区土壤重金属污染指数分析
采用单因子指数法和内梅罗综合指数法[11]分别计算该地区5个区域的重金属污染指数。计算结果如下表： 表2 采样土壤重金属污染指数计算结果
功能区 生活区 工业区 山区 主干道路区 公园绿地区
单因子指数
As 1.742 2.014 1.122 1.586 1.739
Cd
Cr
Cu 3.743 9.662 1.312 4.713 2.287
Hg 2.658 18.353 1.170 12.766 3.285
Ni 1.491 1.611 1.256 1.432 1.243
Pb 2.229 3.001 1.179 2.049 1.958
Zn 3.435 4.028 1.062 3.520 2.235
内梅罗综合指数
2.230 2.226 3.024 1.723 1.172 1.257 2.769 1.873 2.158 1.408
3.1707 13.5330 1.2531 9.4262 2.7340
由上表可以看出各个区域均受到了重金属不同程度的污染，其中受污染程度大小依次为：工业区、主干道路区、生活区、公园区和山区，与我们问题一所建立的污染综合评价模型吻合。尤其是工业区的Cu、Hg和主干道路区的Hg污染，使得环境质量指数分别达到了18.353、9.662和12.766，污染已经达到很严重的地步。究其原因，主要重金属污染来源于工业活动产生的重金属颗粒物的干湿沉降和道路交通。
2.3.2 重点污染区域分析
下面针对污染严重的工业区的统计数据，我们运用统计学的方法进行分析。该地区工业区土壤中重金属的统计结果如下表：
表3 工业区土壤重金属的描述统计结果
重金属名称 As Cd Cr Cu Hg Ni
平均值 7.25 393.11 53.41 127.54 642.36 19.81
最小值 1.61 114.5 15.4 1.27 11.79 4.27
最大值 21.87 1092.9 285.58 2528.48 13500 41.7
标准差 4.24 237.58 44.00 414.94 2244.07 8.37
12
变异系数 58.48276 60.43601 82.38158 325.3411 349.3477 42.25139
偏度 1.6 1.64 4.23 5.61 5.44 0.62
峰度 6.04 5.41 22.87 32.94 31.68 2.94
背景值 3.6 130 31 13.2 35 12.3
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Pb Zn 93.04 277.93 31.24 56.33 434.8 1626.02 85.37 350.83 91.75623 126.2296 2.95 2.82 11.49 10.17 31 69 该区域土壤中8中重金属元素的平均值均超出了对应元素的背景值，其中元素Hg和Cu的平均值分别为背景值的18.35和9.66倍，说明该地区受重金属Hg和Cu的污染严重，而As、Cd和Pb的平均浓度也超出了背景值2—3倍，说明此三种金属的污染也较严重。从整体上说明该区土壤环境质量已受到相当程度的污染，进而说明该区重金属的污染不容忽视。从8中金属的变异系数看，Ni的变异系数较小，As和Cd属中等变异，其余变异系数均较大，这种变异系数的差异反映了各种元素在当地土壤中含量的变化程度的大小。说明该区重金属元素与相邻区域流动较为频繁。从一个侧面也说明，该地区工业的发展对环境的污染较为严重，甚至影响到了其他区域的环境质量。从偏度值上看，8中元素的偏度值均大于0，说明这些元素分布的峰向右倾斜，从其峰度值上看，峰度值均大于0，说明其分布比正态分布的高峰更加陡峭。
2.3.3 海拔高度对重金属污染浓度的影响分析
利用MATLAB绘图来分析海拔高度对重金属元素污染浓度的影响。我们以工业区和山区为例，分别作出8种元素在两种功能区内浓度与海拔关系的折线图（图12，图13，图14和图15），对比两种功能区内相同元素的浓度以及每个功能区中同一元素在不同海拔的浓度后，不难发现8种重金属元素在山区中的浓度明显比在工业区的浓度高许多，海拔较低的地区的重金属元素的浓度比海拔高一些的地区的要高。因此，我们可以得出海拔越高，重金属元素的浓度越低。
图12 工业区As、Cd、Cr、Cu元素的浓度与海拔关系图
图13 工业区Hg、Ni、Pb、Zn元素的浓度与海拔关系图
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图14 山区As、Cd、Cr、Cu元素的浓度与海拔关系
图15 山区Hg、Ni、Pb、Zn元素的浓度与海拔关系图
2.4 采样区重金属污染传播特征分析
2.3.1重金属污染物在各区域间传播的变异性分析
利用数据，我们分别计算在不同的区域的重金属污染物的变异系数，如下表（单位：%）
表4 采样区重金属的变异系数 重金属 As变异系数 Cd变异系数 Cr变异系数 Cu变异系数 Hg变异系数 Ni变异系数
生活区 34.29 63.35 156.32 95.47 110.6 30.87
工业区 58.48276 60.43601 82.38158 325.3411 349.3477 42.25139
山区 44.49 51.46 63.13 61.97 68.01 67.48
主干道路区 56.73 67.61 140.57 193.24 487.95 66.91
公园区 32.31 84.07 34.01 75.13 195.04 32.53
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Pb变异系数 Zn变异系数
104.66 187.18
91.75623 126.2296
48.51 42.22
51.20 158.44
75.51 149.71
可见，生活区中As和Ni变异系数较小，其余元素变异系数较大，说明在生活区土壤内Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn六种元素的变化程度较大，生活区重金属污染受人为因素影响较大；Ni的变异系数较小，As和Cd属中等变异，其余变异系数均较大，说明在工业区Cr、Cu、Hg、Pb、Zn五种元素的变化程度较大，工业区重金属污染受人为因素影响较大；山区中的变异系数均处在中等变异附近，可见山区中的重金属元素变化幅度相对稳定，受人为因素影响较小；主干道区内的重金属元素变异程度都在中等以上，尤其Cr、Cu、Hg、Zn变异系数都很大，意味着主干道区区内重金属元素的流动较大，受人为因素影响较大；公园区内As、Cr、Ni变异系数较小，相对比较稳定，而其余五种元素变异程度比较大，受人为因素影响较大。
2.3.2 重金属污染指数的空间变异性分析
为分析重金属污染物的传播特征，我们研究重金属污染指数的空间变异性[15]。半方差函数在原点处的数值称为块金常数C0，它由测定误差和小于最小采样尺度的非连续性变异引起，属于随机变异；基台值C0?C1通常表示系统内的总变异，它是结构性变异和随机性变异之和。块金值C0与基台值C0?C1之比是反映区域化变量空间异质性程度的重要指标, 又称为块金效应. 该比值用以反映空间变异影响因素中区域因素(自然因素)和非区域因素(人为因素)的作用。当C0/?C0?C1??25%时，表明变量的空间变异以结构性变异为主，变量具有很强的空间相关性；当25%?C0/?C0?C1??75%时，变量为中等程度空间相关；C0/?C0?C1??75%时，变量的空间变异以随机变异为主，变量的空间相关性很弱[3]，利用题目数据，我们可得土壤重金属污染指数的相关参数如下：
表5 采样区土壤重金属污染指数的相关参数
重金属元素
As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn
C0
0.034 1.782 0.0014 0.0298 0.0213 0.0105 0.0458 0.0354
C0?C1
3.965 0.0029 0.0798 0.0223 0.1451 0.0697 0.1356 0.0912
C0/?C0?C1?
0.008575 614.4828 0.017544 1.336323 0.146795 0.150646 0.337758 0.388158
可见该地区重金属元素As、Cr、Hg、Ni的空间变异以结构性变异为主，具有很强的空间相关性；Pb、Zn为中等程度空间相关；Cd、Cu的空间变异以随机变异为主，空间相关性很弱。
综上分析重金属污染物的传播具有与其他污染物不同的传播途径和传播规律，并且在传播过程中具有空间变异性。
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