王天依, 潘 穎, 于 淼*

1.遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 遼寧 大連 116029

2.阜新市高級(jí)中學(xué), 遼寧 阜新 123000

城市表土是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，同時(shí)也是人與環(huán)境交互活動(dòng)最頻繁、最強(qiáng)烈的特殊環(huán)境界面，對(duì)城市的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義[1]. 城市表土重金屬的富集對(duì)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及人體健康狀況有著十分重要的影響，而諸如能源燃燒、工礦業(yè)生產(chǎn)、廢水廢氣排放等強(qiáng)烈的人為活動(dòng)正在加劇重金屬的持續(xù)累積，有關(guān)城市表土重金屬污染的監(jiān)測(cè)已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)[2-4]. 研究表明，多數(shù)污染物在進(jìn)入城市表土系統(tǒng)的過(guò)程中，其表土磁學(xué)性質(zhì)往往會(huì)隨之發(fā)生變化，由此，可根據(jù)磁學(xué)參數(shù)特征初步評(píng)估表土的重金屬富集區(qū)域及累積程度[5-6].

磁測(cè)技術(shù)在土壤重金屬富集的識(shí)別方面具有無(wú)破壞、測(cè)試快、操作簡(jiǎn)便、靈敏度高等特點(diǎn)[7]. 不同磁學(xué)參數(shù)具有不同的環(huán)境意義，研究其數(shù)量特征及空間分布不僅可獲得重金屬富集的空間格局，甚至可以推斷其來(lái)源[8-9]. 磁測(cè)技術(shù)應(yīng)用于土壤學(xué)可追溯到20世紀(jì)60年代，并于70年代逐成系統(tǒng)，而我國(guó)則起步較晚，首次引入土壤磁學(xué)已近80年代[10]，隨著多年來(lái)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外有關(guān)土壤磁性發(fā)生機(jī)制和土壤磁測(cè)應(yīng)用方面的研究均取得了長(zhǎng)足進(jìn)步[11-14].

近些年，把磁化率與地球化學(xué)元素相結(jié)合，探究地球化學(xué)的磁指示性以及二者的數(shù)量相關(guān)性研究逐漸增多，已是地球科學(xué)發(fā)展中的新趨勢(shì)之一[12-14]. 例如：對(duì)河北省唐山市曹妃甸圍墾區(qū)表土的磁化率及重金屬的研究表明，磁化率可以有效指示Cu、Ni、Zn、V等重金屬的富集[15]；河南省開(kāi)封市表土重金屬污染分級(jí)與低頻磁化率具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并嘗試了依磁化率分級(jí)來(lái)指示污染程度[16]；某些有色金屬礦區(qū)周邊土壤磁化率與Pb、Zn、Cd含量的關(guān)系會(huì)因地區(qū)的不同而顯示出不同的相關(guān)關(guān)系[17]；工業(yè)生產(chǎn)、化石燃料燃燒等都會(huì)向大氣環(huán)境中排放金屬磁性顆粒物，從而導(dǎo)致土壤磁化率升高[18-19]. 顯然，表層土壤的磁學(xué)特征參數(shù)與其重金屬含量存在一定的相關(guān)關(guān)系. 在某些特定環(huán)境中，表土的磁化率參數(shù)往往對(duì)環(huán)境具有良好的指示性作用. 但是，煤炭城市表層土壤磁化率與重金屬元素含量間的關(guān)系受哪些因素控制，以及二者之間確定性的數(shù)量關(guān)系如何，目前的報(bào)道還比較少，需要進(jìn)一步研究探討.

遼寧省阜新市是典型的煤炭資源城市，采礦業(yè)歷史悠久，其城市表土重金屬富集的問(wèn)題也非常嚴(yán)重. 而目前有關(guān)該城市的多數(shù)污染研究主要側(cè)重于農(nóng)田、礦區(qū)[20-21]，研究?jī)?nèi)容多關(guān)注重金屬污染、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及人體健康風(fēng)險(xiǎn)等[22]. 相比之下，有關(guān)主城區(qū)表土磁學(xué)特征及其重金屬富集的指示性研究明顯不足. 因此，該研究通過(guò)對(duì)阜新市主城區(qū)表土進(jìn)行系統(tǒng)采樣，在分析其磁化率特征、重金屬(Cu、Zn、Cd、Hg)含量特征的基礎(chǔ)上，探究二者的相關(guān)性及定量關(guān)系，以期為該地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

阜新市位于遼寧省西北部(41°41′N～42°56′N、E121°01′E～122°56′E)，北鄰科爾沁沙地、東南接遼河平原、西連努魯爾虎山，地勢(shì)西北高、東南低. 研究區(qū)地處華北板塊的北緣東段，出露地層包括太古界、中太古界的鞍山群片巖、變粒巖，中元古界魏家溝侵入巖、變質(zhì)巖群，石炭系、侏羅系、白堊系的砂巖、頁(yè)巖層，以及第四系覆蓋的松散沉積. 區(qū)域土壤類型以褐土和棕壤為主，氣候類型屬半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)、冬季為西北風(fēng). 區(qū)域內(nèi)礦藏資源豐富，已探明礦種40余種，成礦地點(diǎn)超過(guò)400處，其中，海州露天礦曾以亞洲最大露天煤礦聞名，城市采掘業(yè)歷史尤為悠久. 此次研究區(qū)域?yàn)楦沸率兄鞒菂^(qū)，包括太平區(qū)、海州區(qū)、細(xì)河區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、高新科技園區(qū)及其緊鄰的阜蒙縣西端，面積約為150 km2，是阜新市人口密集、交通發(fā)達(dá)、社會(huì)交互活動(dòng)最為頻繁的區(qū)域.

1.2 樣品采集與預(yù)處理

參照HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的勘察方法，根據(jù)用地類型、人口密度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度等因素布設(shè)采樣點(diǎn)(見(jiàn)圖1). 以經(jīng)緯度確定采樣中心點(diǎn)，取表層(0～20 cm)土壤1份，同時(shí)向四周延伸至15 m處再采4份，并剔除礫石及動(dòng)植物殘?bào)w，再將5份土樣均勻混合后，經(jīng)四分法取1 kg混合樣，裝入聚乙烯密封袋作為待用樣品，共采集土樣75份. 實(shí)驗(yàn)室條件下，所有樣品經(jīng)自然風(fēng)干、過(guò)2 mm篩后，分別做磁化率和重金屬元素(Cu、Zn、Cd、Hg)含量的測(cè)試分析.

圖1 阜新市主城區(qū)表土采樣點(diǎn)示意

1.3 測(cè)試分析與數(shù)據(jù)處理

磁化率采用雙頻測(cè)量?jī)x(MS-2型，Bartington，英國(guó))測(cè)定. 將待測(cè)樣品裝入10 cm3的樣品圓盒并壓實(shí)、密封，稱其凈質(zhì)量后計(jì)算出密度值，再測(cè)試樣品的背景磁化率、低頻(0.47 kHz)容積磁化率和高頻(4.7 kHz)容積磁化率[23]. 測(cè)試過(guò)程需重復(fù)3次，并以平均值作為最終結(jié)果. 該研究采用質(zhì)量磁化率(χlf)、頻率磁化率(χfd)來(lái)描述表土樣品的磁學(xué)特征，計(jì)算公式：

χlf=κlf/ρ

(1)

χfd=[(κlf-κhf)/κlf]×100%

(2)

式中：χlf表示質(zhì)量磁化率，10-8m3/kg；χfd表示頻率磁化率，%；κlf和κhf分別為低頻和高頻時(shí)的容積磁化率，10-5；ρ為樣品密度，g/cm3. 其中，低頻(或高頻)容積磁化率κlf(或κhf)的校正方式為

κ=κ′-[(BG1+BG2)/2]

(3)

式中，κ為校正后的容積磁化率取值，κ′為低頻(或高頻)時(shí)容積磁化率，BG1、BG2分別為樣品測(cè)試前后的背景值.

Cu、Zn含量采用X熒光光譜掃描儀(Rigaku ZSX，理學(xué)會(huì)社，日本)測(cè)定，測(cè)試過(guò)程由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07425(GSS-11)和重復(fù)樣進(jìn)行質(zhì)量控制[24]，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<10%；Cd、Hg含量采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES，Thermo Fisher Scientific，美國(guó))測(cè)定，測(cè)試分析前分別對(duì)樣本進(jìn)行三酸(HNO3-HClO4-HF)消解和王水消解[25]，所有試驗(yàn)試劑均為優(yōu)級(jí)純.

采用Krigin插值法在ArcGIS 10.1軟件中實(shí)現(xiàn)磁化率及重金屬含量空間分布制圖；采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析及通徑分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 表土磁化率描述性統(tǒng)計(jì)及空間分布特征

2.1.1表土磁化率描述性統(tǒng)計(jì)分析

表土磁化率能夠反映表土中磁性礦物含量的多少，最為常用的磁化率參數(shù)是χlf和χfd. 阜新市主城區(qū)表土χlf為32.28×10-8～654.81×10-8m3/kg，平均值為196.88×10-8m3/kg(見(jiàn)表1)，相比其他資源型城市如臨汾市(79.6×10-8m3/kg)、克拉瑪依市(61.98×10-8m3/kg)，以及非資源型城市開(kāi)封市(125.70×10-8m3/kg)、杭州市(161×10-8m3/kg)等[26-28]，該研究區(qū)表土χlf的平均水平更高，且變化范圍較大. 阜新市主城區(qū)表土χfd為0.10%～7.85%，指示磁性顆粒粒徑差異較大. 通常情況下，若χfd<2%，表明土體顆粒中的超順磁顆粒占比極低(近乎不存在)；若χfd介于2%～10%之間，則意味著土體顆粒中混合著超順磁顆粒和粗顆粒，且磁性顆粒多集中于粗顆粒[29]. 該研究中，阜新市主城區(qū)表土平均χfd為2.41%，其中超過(guò)2%的樣本占55%，說(shuō)明所測(cè)表土中約有半數(shù)樣品的磁性顆粒來(lái)自粒度稍粗的組分.χlf和χfd的偏度分別為0.981和1.303，峰度分別為0.918、2.689，二者均為正偏，低值端離散程度強(qiáng)，但χfd的偏度更為顯著，峰的尖銳程度也更突出. 此外，χlf和χfd的變異系數(shù)(CV)分別為0.93和0.61，按照Wilding[30]對(duì)于變異系數(shù)的劃分標(biāo)準(zhǔn)(CV>0.36為高度變異，0.16

表1 阜新市主城區(qū)表土磁化率描述性統(tǒng)計(jì)

2.1.2表土磁化率空間分布特征

經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換并做K-S正態(tài)檢驗(yàn)后，進(jìn)行空間插值分析(見(jiàn)圖2). 結(jié)果顯示：χlf的高值區(qū)主要集中在阜新市主城區(qū)的中心及西北部，包括太平區(qū)海州露天礦附近、海州區(qū)、細(xì)河區(qū)及開(kāi)發(fā)區(qū)東北部，而高新區(qū)中部及東部的χlf明顯低于其他地區(qū).χlf的這種分布特點(diǎn)主要與阜新市主城區(qū)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)方式及強(qiáng)度有關(guān). 一般情況下，機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、金屬冶煉等人為活動(dòng)都會(huì)不同程度地導(dǎo)致磁性污染物進(jìn)入表土系統(tǒng)中，特別是工礦業(yè)活動(dòng)帶來(lái)的環(huán)境效應(yīng)尤為顯著. 居于主城區(qū)中心偏南的海州露天礦占地面積廣、開(kāi)采煤礦數(shù)量大，諸如洗煤、選煤、初加工、運(yùn)煤、燃煤發(fā)電等工商業(yè)活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大，這就造成了所處的太平區(qū)大范圍表土磁性物質(zhì)輸入增多，χlf處于較高水平. 在主城區(qū)西北部分布有大量相對(duì)低端的中小型制造工廠，同樣是磁性污染物質(zhì)的重要來(lái)源.

圖2 阜新市主城區(qū)表土χlf及χfd的空間分布

χfd高值區(qū)分布格局具有斑狀分布特點(diǎn)，多分布在主城區(qū)南部和西部的綠地、農(nóng)用地(見(jiàn)圖2). 與χlf的高值分布進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，χfd高值區(qū)域剛好對(duì)應(yīng)了χlf絕大多數(shù)的低值區(qū)域范圍.χlf與χfd的這種對(duì)應(yīng)分布特點(diǎn)在以往研究[28]中也有報(bào)道. 在土壤磁學(xué)的一般規(guī)律中，χfd越高，則超順磁顆粒濃度越高，指示受風(fēng)化成土越強(qiáng)，這在有關(guān)黃土-古土壤的磁學(xué)研究[31-33]中已有總結(jié)；若χfd很低，χlf卻較高，說(shuō)明土體中的超順磁顆粒貢獻(xiàn)極低，往往指示了磁性來(lái)源不是自然形成，而是人為活動(dòng)所導(dǎo)致. 阜新市主城區(qū)的中心地帶(以太平區(qū)海州露天礦及其周邊，并向西北方向延伸的海州區(qū)全部，細(xì)河區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)的大部分區(qū)域)恰是阜新市煤炭工業(yè)及多數(shù)工商業(yè)活動(dòng)的重要核心區(qū)，同時(shí)也是主城區(qū)人口密度最高、交通強(qiáng)度最大的區(qū)域，這就導(dǎo)致人為活動(dòng)帶來(lái)的磁性物質(zhì)輸入非常顯著，所以χlf呈現(xiàn)高值的區(qū)域多為χfd的低值區(qū).

2.2 表土重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)及空間分布特征

2.2.1表土重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)分析

阜新市主城區(qū)表土中Cu、Zn、Cd、Hg的平均含量分別為45.13、107.96、0.13和0.11 mg/kg(見(jiàn)表2)，相比北京市(35.49、145.68、0.49、0.87 mg/kg)[2]、沈陽(yáng)市(92.45、234.80、1.10、0.39 mg/kg)[35]等大型都市，阜新市表土的重金屬含量相對(duì)較低，但仍顯著高于遼寧省土壤背景值[34]. Cu、Zn、Cd、Hg的多樣本超標(biāo)率(即樣本含量高于背景值)分別為100%、85.33%、32%和96%，重金屬含量超標(biāo)現(xiàn)象明顯. 其中，Cu、Zn、Hg含量嚴(yán)重超標(biāo)，表明這3種重金屬在研究區(qū)內(nèi)普遍存在富集現(xiàn)象. Cu和Hg的平均含量超出背景值更多，分別是背景值的2.28和2.97倍，反映二者在近些年發(fā)生了更為明顯的區(qū)域性富集. 此外，根據(jù)重金屬含量的極值范圍及變異系數(shù)特征可知，研究區(qū)表土中Cu、Zn、Cd、Hg的變異程度均為高度變異(CV>0.36)[30]，表明阜新市主城區(qū)表土重金屬富集的空間差異性較大，尤其是元素Cd和Hg，變異系數(shù)分別高達(dá)1.32、0.93，說(shuō)明這2種元素存在著明顯的異常富集，點(diǎn)源污染特征極為明顯，這種點(diǎn)源污染很可能受控于社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng).

表2 阜新市主城區(qū)表土重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)

2.2.2表土重金屬含量空間分布特征

研究區(qū)內(nèi)Cu、Zn、Cd、Hg的含量具有不同的分布格局(見(jiàn)圖3). Cu含量的高值中心主要分布在阜新市主城區(qū)東南部，推測(cè)與太平區(qū)東部(海州露天礦東側(cè))大型工業(yè)建材園的生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)，如工廠廢料及區(qū)域揚(yáng)塵常都會(huì)導(dǎo)致Cu的富集；Zn含量的高值中心主要呈斑塊狀分布，由于主城區(qū)中部的海州區(qū)及附近區(qū)域的工商業(yè)交互活動(dòng)非常密集，且人口密度大，生活排廢量也較大，導(dǎo)致Zn富集現(xiàn)象明顯；Cd元素主要富集在海州區(qū)與太平區(qū)的西部以及開(kāi)發(fā)區(qū)的北部，在城市中部向西北—東南形成高值帶，而這些區(qū)域正是阜新建市以來(lái)的老城區(qū)，不僅工商業(yè)活動(dòng)歷史悠久，交通運(yùn)輸強(qiáng)度也非常高，一些電鍍、觸媒、塑料制品企業(yè)曾分布于此，Cd富集在很大程度上與此有關(guān). Hg含量的高值分布集中在高新區(qū)沿細(xì)河至太平區(qū)西部一帶，并由此中心線向西北、東南兩方向遞減，呈現(xiàn)一定的對(duì)稱性. 形成上述分布格局的原因較為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在Hg不同于其他重金屬元素，它在常溫環(huán)境下既可以為液態(tài)，也能以揮發(fā)態(tài)逸散到空氣中[3]，這種特殊的元素性質(zhì)決定了其空間分布的獨(dú)特性.

圖3 阜新市主城區(qū)表土重金屬Cu、Zn、Cd、Hg含量的空間分布

此外，Hg含量沿東北—西南軸線的高值分布還與阜新市主導(dǎo)風(fēng)向西南風(fēng)，以及河流發(fā)育走向、區(qū)域斷裂構(gòu)造方向都比較一致，暗示了Hg的富集在一定程度上受控于自然因素. 另外，從Hg的變異系數(shù)及超標(biāo)率均接近100%(見(jiàn)表2)可知，Hg元素的累積具有人為活動(dòng)帶來(lái)的異常富集特征，這些人為輸入主要來(lái)自煤炭采掘及燃煤發(fā)電等社會(huì)活動(dòng). 這些作業(yè)區(qū)正處在海州露天礦的西北部，即高值帶所覆蓋的城市中心區(qū)域，在常年主導(dǎo)風(fēng)向西南風(fēng)的作用下，主城區(qū)東北部的Hg富集最為嚴(yán)重. 當(dāng)然，在高新區(qū)有少數(shù)商砼企業(yè)及市民燃煤取暖也會(huì)不同程度地造成Hg富集. 此外，元素Hg在煤城西路附近都有一定范圍的高值分布，這與當(dāng)?shù)氐幕S活動(dòng)(現(xiàn)已停產(chǎn))有關(guān)，正是這種人為活動(dòng)和自然輸入的雙重影響，才形成了Hg元素的空間分布格局.

2.3 表土磁化率與重金屬含量的關(guān)系

2.3.1表土磁化率與重金屬含量的相關(guān)性分析

阜新市主城區(qū)表土磁化率與重金屬含量的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果(見(jiàn)表3)表明，χlf與Cu含量(P<0.01)、Zn含量(P<0.01)、Cd含量(P<0.05)均呈顯著正相關(guān). 其中，Cu、Zn含量與χlf的相關(guān)程度非常接近，說(shuō)明二者對(duì)χlf的影響近似等同；而Cd含量與χlf相關(guān)性的顯著程度相對(duì)較低，這與Cd含量數(shù)量級(jí)低所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)規(guī)律性不夠顯著有關(guān). Cu、Zn、Cd含量均與χlf呈顯著正相關(guān)的結(jié)論與學(xué)者在河南省開(kāi)封市[28]、浙江省杭州市[29]、貴州省赫章市[36]等地的研究結(jié)果非常一致，均表現(xiàn)為與社會(huì)性生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān). 結(jié)合該研究中3種重金屬的空間分布特點(diǎn)(高值區(qū)重合于主城區(qū)中心地帶、海州露天礦周邊)，即能發(fā)現(xiàn)其同源特征明顯，而χlf對(duì)此具有良好的正向指示性.χfd與Zn、Cd含量均呈顯著負(fù)相關(guān)(P均小于0.05)，根據(jù)現(xiàn)有共識(shí)[29]，低χfd指示重金屬的累積更多存在于粗顆粒中，而采礦、冶煉、化工、發(fā)電、運(yùn)輸、排廢等社會(huì)活動(dòng)往往是粗顆粒的主要來(lái)源，說(shuō)明本區(qū)表土Zn、Cd的累積與人為活動(dòng)顯著相關(guān)，χfd對(duì)Zn、Cd富集的負(fù)向指示性在類如河南省開(kāi)封市[28]、廣東省佛山市[37]等表土研究中也有印證. 此外，Hg含量與χlf或χfd均未呈現(xiàn)出顯著關(guān)聯(lián)性，雖然目前對(duì)于Hg與磁化率關(guān)系的研究相對(duì)較少，但其富集規(guī)律不同于其他元素的孤立特征已有報(bào)道[38]，這在很大程度上與Hg在常溫下能夠以液態(tài)或氣態(tài)賦存并相互轉(zhuǎn)換有關(guān).

表3 阜新市主城區(qū)表土磁化率與重金屬含量的Pearson相關(guān)性分析

2.3.2表土磁化率與重金屬含量的通徑分析

基于相關(guān)分析結(jié)果，在建立磁化率與重金屬含量定量關(guān)系的同時(shí)，采用通徑分析將簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)分解為直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)，以識(shí)別顯著影響磁化率的重金屬. 因χlf與Cu、Zn、Cd的含量均呈顯著正相關(guān)，故將3種重金屬含量設(shè)為自變量、χlf設(shè)為因變量做通徑分析. 為了排除自變量的共線性影響，采用逐步回歸法篩選顯著因子，由此建立2種模型(見(jiàn)表4). 其中，模型2的各參數(shù)均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，是Zn、Cu含量影響χlf的最優(yōu)解釋模型，其回歸方程的相關(guān)系數(shù)(R)為0.615、決定系數(shù)(R2)為0.378. 因此，可建立Zn、Cu含量關(guān)于χlf的最優(yōu)多元線性回歸方程，可表達(dá)為

表4 通徑分析的逐步回歸建模

χlf=-161.122+1.437[Zn]+4.729[Cu]

(R2=0.378，P<0.001)

(1)

式中，[Zn]和[Cu]分別表示Zn和Cu的含量.

對(duì)相關(guān)系數(shù)(R)的通徑分解(見(jiàn)表5)顯示，在直接影響χlf的重金屬中，Zn含量的直接通徑系數(shù)(0.357)略高于Cu含量的直接通徑系數(shù)(0.348)，而對(duì)于χlf的間接影響，Zn含量的間接通徑系數(shù)為0.181，略低于Cu含量的間接通徑系數(shù)(0.186)，說(shuō)明2種元素對(duì)于χlf的影響程度近似相同，且均表現(xiàn)為正效應(yīng). 此外，由Zn含量和Cu含量的間接通徑系數(shù)各占其直接通徑系數(shù)的51%和53%可知，二者對(duì)于χlf的影響在一定程度上是彼此協(xié)同、相互促進(jìn)的，同源性特征較為明顯. 有研究認(rèn)為，土壤中的Zn、Cu元素在礦物晶體的離子分型中同屬銅型離子，它們的離子構(gòu)型、地球化學(xué)行為都很相似[39]，同時(shí)，又都對(duì)硫元素具有較強(qiáng)的親和力，也被稱為親硫元素[40]，所以在表土中富集時(shí)，往往呈現(xiàn)出同源的復(fù)合污染特征.

表5 阜新市主城區(qū)表土χlf的重金屬含量通徑系數(shù)分解

分析表明，χfd與Zn、Cd含量均呈顯著負(fù)相關(guān)(P均小于0.05)，對(duì)其相關(guān)系數(shù)(R)進(jìn)行通徑分解分析，最終建立Cd含量與χfd的線性回歸方程，表達(dá)式為χfd=3.720-10.154[Cd](R2=0.143，F(xiàn)=6.352，Sig.=0.016). 同樣發(fā)現(xiàn)，回歸方程的決定系數(shù)(R2)及顯著性(P<0.05)均較低，推測(cè)原因可能是，除所選的元素較少之外，主要是χfd與超順磁顆粒有關(guān)，而超順磁顆粒僅占表土中的一部分，所以χfd與重金屬的定量關(guān)系相對(duì)較弱，即便如此，該定量關(guān)系的建立仍然對(duì)快速評(píng)估研究區(qū)的Cd富集具有一定的實(shí)用性.

根據(jù)Zn、Cu含量與χlf以及Cd含量與χfd所建立的線性回歸方程，可將重金屬的區(qū)域背景值代入，以估算具有重金屬富集指示意義的磁化率閾值. 即，將[Zn]=63.50 mg/kg、[Cu]=19.80 mg/kg及[Cd]=0.108 mg/kg分別代入關(guān)于χlf和χfd的線性回歸方程，可得χlf=23.76×10-8m3/kg，χfd=2.62%. 在對(duì)阜新市主城區(qū)的表土環(huán)境監(jiān)測(cè)及評(píng)估中，可依據(jù)χlf是否超過(guò)23.76×10-8m3/kg來(lái)粗略判斷表土中有無(wú)Zn或Cu的富集現(xiàn)象；依據(jù)χfd是否超過(guò)2.62%可推測(cè)該研究區(qū)域是否已發(fā)生Cd富集. 當(dāng)然，由于受所選元素及樣本量的限制，該磁化率閾值僅可作為一種簡(jiǎn)單參考，若能開(kāi)展高密度、多元素的取樣、測(cè)試工作，則會(huì)得到表土磁化率與重金屬含量間更為精確、可信的數(shù)量關(guān)系.

3 結(jié)論

a) 阜新市主城區(qū)表土χlf的平均值為196.88×10-8m3/kg，χfd的平均值為2.41%，磁化率參數(shù)特征表現(xiàn)為變幅大、變異強(qiáng).χlf高值分布主要集中在主城區(qū)中心及西北部，而χfd高值分布大體與χlf低值區(qū)對(duì)應(yīng)，且呈現(xiàn)出一定的斑狀分布格局特點(diǎn).

b) 阜新市主城區(qū)表土中Cu、Zn、Cd、Hg的平均含量分別為45.13、107.96、0.13、0.11 mg/kg，4種元素均表現(xiàn)為明顯富集，其含量是遼寧省土壤背景的2～3 倍. 其中，重金屬Cu、Zn、Cd的高值分布存在明顯的重合區(qū)域，主要集中在主城區(qū)中心或海州露天礦周邊，明顯受控于人為活動(dòng)的輸入；而Hg含量的高值分布主要集中在主城區(qū)東北—西南方向的對(duì)角線區(qū)域，推測(cè)受人為活動(dòng)和自然環(huán)境的雙重影響.

c) 阜新市主城區(qū)表土χlf與Zn、Cu含量的多元線性回歸方程為χlf=-161.122+1.437[Zn]+4.729[Cu]，χfd與Cd含量的回歸方程為χfd=3.720-10.154[Cd].χlf和χfd在區(qū)域背景值條件下的臨界閾值分別為23.76×10-8m3/kg和2.62%. 在實(shí)際工作中，可用實(shí)測(cè)磁化率與磁參數(shù)閾值作對(duì)比分析，以快速評(píng)估某些重金屬的富集狀況，但需說(shuō)明的是，更高信度的磁化率閾值需要更多元素、更大樣本量的支持，在后繼工作中應(yīng)當(dāng)在此方面重點(diǎn)加強(qiáng).