廣州市城市森林土壤重金屬污染狀況及其評價

生態(tài)環(huán)境 2008, 17(1): 210-215 Ecology and Environment E-mail: 基金項(xiàng)目： 國家科技部 “十一五” 林業(yè)科技支撐計劃項(xiàng)目 （ 2006BAD03A1701）； 中國林業(yè)科學(xué)研究院重點(diǎn)預(yù)研課題專項(xiàng)補(bǔ)助項(xiàng)目（ 2006） ； 廣州市林業(yè)局森林生態(tài)效益監(jiān)測項(xiàng)目內(nèi)容 （ 2007）； 廣州地區(qū) “青山綠地城市林區(qū)林帶” 環(huán)境生態(tài)效益監(jiān)測項(xiàng)目內(nèi)容 （ 2005-2008） 作者簡介： 潘勇軍 （ 1971 ）， 男 ， 土家族 ， 助理研究員 ， 碩士 ， 主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究 。 E-mail: 收稿日期： 2007-09-07 廣州市城市森林土壤重金屬污染狀況及 其 評價 潘勇軍 1， 陳步峰 1， 肖以華 1， 吳敏 2， 史欣 1， 徐猛 1 1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所 , 廣東 廣州 510520； 2. 廣州市林業(yè)局 , 廣東 廣州 510030 摘要 ： 城市森林土壤 能 儲淤城市環(huán)境中的重金屬污染元素 ， 影響土壤環(huán)境質(zhì)量 。 文 章 對廣州市的城市森林區(qū)域中土壤重金屬的污染狀況進(jìn)行研究 ， 應(yīng)用單項(xiàng) 污染元素指數(shù) 和綜合污染指數(shù) 對廣州市城市森林土壤進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價 ， 結(jié)果表明 ： 廣州市機(jī)場高速林帶林區(qū)土壤中 As、 Pb、 Cd 三 重金屬污染元素超標(biāo) ， 廣深鐵路林帶林區(qū)土壤中 Cd 重金屬元素超標(biāo) , 其他各林區(qū)嚴(yán)格控制環(huán)境重金屬污染物未超標(biāo) ； 帽峰山森林公園土壤重金屬綜合污染指數(shù)最低 ， 表明森林群落對重金屬污染元素的消減作用明顯 。 土壤酶活性可以表征森林 土壤中重金屬污染 狀況 ， 森林土壤中 As、 Cu、 Zn 含量與過氧化氫酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)性 ； 對可能影響城市森林土壤重金屬含量因素 的 10 個因子進(jìn)行主成分分析 ， 建立 了城市 森林土壤環(huán)境質(zhì)量評價綜合模型 。 關(guān)鍵詞 ： 城市森林土壤 ； 重金屬 ； 土壤環(huán)境質(zhì)量 ； 土壤酶 ； 主成分分析 中圖分類號： X173 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-2175（ 2008） 01-0210-06土壤具有生產(chǎn)植物產(chǎn)品與凈化污染物質(zhì)的雙重特殊功能，土壤中存在著大量有機(jī)、無機(jī)膠體，活的微生物和土壤動物，進(jìn)入土壤的污染物質(zhì)通過土壤物理、化學(xué)和生物等過程，可不斷被吸附、分解、轉(zhuǎn)化和遷移，而使土壤具有一定的凈化能力，是一個良好的 “活性過濾器 ”。但土壤環(huán)境的凈化能力是有限的，當(dāng)進(jìn)入土壤環(huán)境污染物質(zhì)的數(shù)量與速度超過它的凈化能力或土壤環(huán)境容量時，土壤遭受污染的同時亦失去 “凈化器 ”的作用，并將要影響植物產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量。 自 20 世紀(jì)中期，隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，城市化趨勢日益加 劇，由此出現(xiàn)的城市重金屬環(huán)境污染問題逐漸成為人類關(guān)注的焦點(diǎn)。城市森林作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對城市生態(tài)環(huán)境的改善起著舉足輕重的作用，城市森林作為城市生態(tài)系統(tǒng)中最具有生命力的結(jié)構(gòu)單元，是重金屬污染物的巨大儲存庫，儲存環(huán)境中大約 90的來自各方面的重金屬污染物質(zhì)。 廣州市城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速， 工業(yè)化廢氣、廢電器及生活垃圾廢棄、重金屬污染等區(qū)域環(huán)境負(fù)荷日趨嚴(yán)峻， 土壤重金屬污染已是經(jīng)濟(jì)社會與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展凸現(xiàn)的生態(tài)問題。目前，人們僅對與生活息息相關(guān)的農(nóng)業(yè)用地土壤重金屬的環(huán)境質(zhì)量評價及重金屬的生物有效性關(guān)注較多 ，而認(rèn)為城市森林土壤重金屬污染狀況對人類生活影響不大，對城市森林土壤重金屬污染的環(huán)境質(zhì)量評價研究較少 1、2。本文研究了廣州市 6 處城市森林區(qū)域樣地土壤中重金屬的污染狀況，利用土壤重金屬元素污染指數(shù)對廣州市城市森林土壤進(jìn)行了環(huán)境質(zhì)量評價，對可能影響土壤重金屬污染的因素如土壤酶活性、土壤理化性質(zhì)等進(jìn)行分析，旨在摸清廣州市城市森林土壤中重金屬含量狀況及其污染程度，影響土壤質(zhì)量的因素，為比較城市林業(yè)用地與農(nóng)業(yè) 用地土壤重金屬污染提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為解決城市環(huán)境重金屬污染，尤其是利用城市森林處理城市廢棄物， 修復(fù)污染土壤的 和改良土壤環(huán)境質(zhì)量提供新的思路。 1 研究區(qū)域概況 廣州市位于廣東省中部，地理位置為北緯230224 232553，東經(jīng) 1130836 1133452之間，地處南亞熱帶，屬南亞熱帶典型的季風(fēng)海洋氣候，冬暖夏涼，雨量充沛。年平均氣溫為 21.8 ，夏季長達(dá) 6 7 個月，最熱月 (7 月 )平均氣溫 28.4 ，最冷月 (1 月 )平均氣溫 13.3 ，年平均降雨量為1 700 mm， 4 9 月為雨季，占全年降雨量的 80%，其中 6 月最多，超過 280 mm。帽峰山森林公園原生植被為南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林， 現(xiàn)為人工植被和天然次生植被的混合體，已形成針闊混交林、闊葉混交林和南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林。 其余均為近幾年?duì)I造的 “青山綠地” 工程林帶林區(qū)，林木生長旺盛，主要樹種有尾葉桉 (Eucalyptus urophylla)、高山榕 (Ficus altissima)、海南蒲桃 (Syzygium umini)、海南紅豆 (Ormosia pinnata)、人面子 (Dracontomelin dao) 、細(xì)葉榕 (Ficus microcarpa)、 紅花羊蹄甲(Bauhinia blakeana)、海芒果 (Cerbra manghas)、印度紫檀 (Pterocarpus indicus)等，平均胸徑 9.3 cm、平均高 5.9 m；林下灌木平均高 3.2 m、草本 0.56 m，潘勇軍等：廣州市城市森林土壤重金屬污染狀況及其評價 211 初步形成林帶森林群落林分。 2 研究方法 2.1 土壤 重金屬 元素 分析方法 在每個樣地內(nèi)多點(diǎn) (3 個 )分層 (020 cm、 2040 cm、 4060 cm、 60 80 cm、 80 cm 以下 )采集土樣，土壤被帶回實(shí)驗(yàn)室按四分法縮分再經(jīng)風(fēng)干，磨細(xì)過100 目篩后裝瓶備測。土壤經(jīng)濃硝酸氫氟酸高氯酸加熱消化，冷卻后再用鹽酸溶解定容的方法進(jìn)行前處理。 有機(jī) C： 重鉻酸 鉀 -硫酸消化法測定；全 N：半微量凱氏測定；全 P：高氯酸 硫酸溶液 鉬抗比色法測定；重金屬元素 Cu、 Zn、 Pb、 Cd 用原子吸收光度法 測定； As 用二乙基二硫代氨基甲酸銀比色法 測定 。 2.2 森林土壤重金屬污染狀況評價方法 本文采用單因子污染指數(shù)與綜合污染指數(shù)表征方法來評價森林土壤重金屬的污染程度。 單因子污染指數(shù)采用如下公式 3： Ci/C 0 Ci C1 Pi = 1 + (Ci - C1)/(C2 - C1) C1 C i C2 2 + (Ci - C2)/(C3 - C2) C2 C i C3 式中 Pi 第 i 種污染物的單因子指數(shù)； Ci 第 i 種污染物的測定值 ； C1、 C2、 C3 分別為國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的一級、二級和三級標(biāo)準(zhǔn)值。 綜合污染指數(shù)采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法： 22m a x2ii PPP 式中 P 綜合評價指數(shù)； Pi 第 i 種污染物的單因子指數(shù)； Pimax 最嚴(yán)重污染物的單因子指數(shù)。 2.3 土壤酶活性的測定 方法 土壤酶活性的測定：酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定；過氧化氫酶活性采用 KMnO4滴定；脲酶采用擴(kuò)散滴定法測定；蛋白酶活性采用茚三酮比色法測定；轉(zhuǎn)化酶活性以 0.1N的 Na2S2O3滴定法測定；脫氫酶活性采用三苯基甲比色法 4-5。 3 研究結(jié)果與分析 3.1 城市森林土壤重金屬污染狀況 森林土壤是環(huán)境重金屬污染物的巨大儲存庫，通過土壤膠體吸附、絡(luò)合和沉淀作用，以及土壤微粒的交換和機(jī)械截留作用，對重金屬污染物起到凈化和緩沖功能，儲存環(huán)境中大約 90%的來自各方面的重金屬污染物質(zhì)。森林土壤對重金屬的緩沖性包括系統(tǒng)本身對污染物的自凈能力，反映了重金屬元素進(jìn)入土壤后，與系統(tǒng)中生物和非生物間的關(guān)系及其有效性 6。珠江三角洲地區(qū)城市工業(yè)發(fā)達(dá)，重金屬污染嚴(yán)重， 城市 森林土壤對環(huán)境中重金屬吸附與儲淤作用尤為重要。 廣州市城市森林 6 處樣地土壤中重金屬 污染狀況見表 1，森林土壤中 As 含量最高的是 JC1（機(jī)場高速公路林帶） 、 JC2 樣地（機(jī)場高速公路 對照菜地 ）達(dá) 17.8 mgkg-1、 22 mgkg-1，最低是 MFS 樣地（帽峰山）為 2.63 mgkg-1。其他 Cu、 Zn、 Pb、 Cd 元素也是 JC1、 JC2 樣地（機(jī)場高速公路林帶）含量最高。 GC 樣地（廣從公路林帶） Cu 含量最低為 3.47 mgkg-1、 JS 樣地（金山大道林帶） Zn 含量最低為18.12 mgkg-1、 GS 樣地（廣深鐵路林帶） Pb 含量最低為 1.123 mgkg-1； MFS 樣地（帽峰山森林公園 ）Cd 含量最低為 0.135 mgkg-1。各樣地土壤中 Cd 元素含量變異系數(shù)最大，高達(dá) 363和 138，其次是 Pb，為 87和 86， Cu 和 As 的變異系數(shù)較小。在所研究的區(qū)域內(nèi)， As 元素的變異系數(shù)最大，其次是 Pb， Cu 元素的變異系數(shù)最小。森林土壤中重金屬元素的含量與土壤的立地條件有很大關(guān)系，不同的研究區(qū)域土壤重金屬元素的差異大。 3.2 城市森林土壤污染評價模式 廣州市城市森林土壤重金屬污染評價，在土壤單項(xiàng)指數(shù)評價基礎(chǔ)上采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價某樣地土壤綜合污染，使用國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來評價土壤環(huán)境質(zhì)量 。 與其他綜合評價法相比，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法突出了最大的污染物對環(huán)境質(zhì)量的影響和作用。通過單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行計算， 6 個采樣點(diǎn)的評價結(jié)果見表 2。 表 1 廣州市城市森林土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計 Table 1 Descriptive statistics of heavy metal concentration in the soils of urban forest in Guangzhou 樣地 w(As)/(mgkg-1) w(Cu)/(mgkg-1) w(Zn)/(mgkg-1) w(Pb)/(mgkg-1) w(Cd)/(mgkg-1) 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù) 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù) 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù) 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù) 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù) JC1 17.8 3.83 0.22 13.48 2.206 0.16 72.96 6.26 0.09 42.36 10.15 0.24 0.46 0.04 0.49 JC2 22 6.04 0.27 13.78 1.54 0.11 78.5 23.13 0.29 39.62 14.44 0.36 0.82 0.02 0.43 MFS 2.63 0.184 0.07 6.99 2.25 0.32 32.95 9.91 0.3 3.858 3.34 0.87 0.135 0.49 3.63 GC 2.83 0.753 0.267 3.47 1.94 0.60 32.22 15.1 0.47 8.944 7.7 0.86 0.142 0.03 0.21 GS 3.91 1.65 0.422 8.12 3.82 0.47 20.37 9.18 0.45 1.123 0.26 0.23 0.288 0.066 0.23 JS 3.39 0.345 0.102 9.49 2.44 0.26 18.12 4.1 0.23 1.292 0.27 0.21 0.144 0.198 1.38 212 生態(tài)環(huán)境 第 17 卷第 1 期（ 2008 年 1 月） 按元素污染指數(shù)的大小劃分污染等級，作為土壤污染評價的客觀依據(jù)，即可按各單因子污染物的分指數(shù)（ P）的大小順序排列，區(qū)分各污染物的影響和污染程度 7。比較重金屬單因子污染指數(shù)可以看出， JC1、 JC2 號樣地 As、 Pb、 Cd 的單污染物指數(shù)大于 1，該重金屬元素超標(biāo)。 GS 樣地 Cd 元素超標(biāo)，其余樣地的重金屬元素均小于 1，嚴(yán)格控制環(huán)境重金屬污染物未超標(biāo)。從綜合污染指數(shù)可以看出 JC2號樣地污染最嚴(yán)重，其次是 JC1 號樣 地，帽峰山森林公園綜合污染指數(shù)最低。 JC1、 JC2 號樣地毗鄰機(jī)場高速公路，車流量大，每分鐘達(dá) 43 輛，汽車尾氣是土壤中 As、 Pb、 Cd 污染元素的重要來源 8。 JC1號樣地為林區(qū)土壤， JC2 號樣地為對照區(qū) 菜地 土壤，土壤重金屬污染較林區(qū)土壤嚴(yán)重 。 用評價模式對土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價的結(jié)果是一些定量的綜合質(zhì)量指數(shù)，為了給這些定量的數(shù)字賦予環(huán)境質(zhì)量狀況的實(shí)際含義，必須進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量的分級，一般根據(jù)綜合質(zhì)量指數(shù) P 值劃分質(zhì)量等級 9： 參照夏增祿等污染物污染等級的劃分方法，結(jié)合該地區(qū)土壤重金屬的含量水平，確定污染等 級劃分標(biāo)準(zhǔn) 10，見表 3。通過對各樣地重金屬綜合污染評價， MFS、 GC、 JS 樣地重金屬綜合污染指數(shù)小于 0.6，表明該地區(qū)未受到污染。 GS 三 樣地重金屬綜合污染指數(shù)大于 1，該地重金屬污染處于 輕度污染 水平； JC1 樣地重金屬綜合污染指數(shù) 為 1.81，為 中 度污染水平 ， JC2 號樣地為污灌區(qū)農(nóng)田蔬菜種植區(qū)，重金屬污染指數(shù)最高為 2.20，屬于重度污染水平 。 水土污染是珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)目前影響較大的環(huán)境地質(zhì)問題，廣州市對近郊的污灌區(qū)進(jìn)行調(diào)查表明土壤中 Cd、 Pb、 Hg、 Zn 等重金屬含量均超過廣東省土壤背景值， Cd 含量平均達(dá) 2.1 mgkg-1，最嚴(yán)重的達(dá) 640 mgkg-111, 12。本研究是對廣州市城市 森林土壤中重金屬污染狀況進(jìn)行研究評價，表明森林群落對重金屬污染元素的消減作用明顯，森林土壤中重金屬的污染狀況要優(yōu)于農(nóng)業(yè)土壤，從而思考城市污灌區(qū)土壤的處理是否可以應(yīng)用造林來代替種植蔬菜等生產(chǎn)方式。 3.4 城市森林土壤養(yǎng)分與重金屬元素的關(guān)系 土壤中的養(yǎng)分元素與重金屬元素存在相關(guān)性，城市森林土壤有機(jī)質(zhì)對重金屬元素具有絡(luò)合作用，有機(jī)質(zhì)含量越高，對重金屬絡(luò)合作用越強(qiáng)，吸附的重金屬也越多。 通過對城市土壤養(yǎng)分元素和重金屬 污染元素進(jìn)行相關(guān)分析，從表 4 可以看出，土壤中 As、 Cu、Zn、 Pb 含量與土壤中 pH 值呈顯著正相關(guān)性，土壤中重金屬含量通常受土壤酸堿性的影響很大，一方面隨著 pH 升高，可增加土壤表面負(fù)電荷對重金屬離子的吸附；另一方面則生成沉淀，使其重金屬有效態(tài) 逐漸降低 13。 森林土壤中重金屬 與 K 含量呈正相關(guān)性。 Cd含量與土壤 C、 N 呈顯著正相關(guān)性， Cu 含量與土壤中 P 含量呈正相關(guān)性。土壤中有機(jī)肥（ N、 P、 K）不僅可以改善土壤的理化性質(zhì)，而且可以影響重金屬在土壤中的形態(tài)及植物對其的吸收，由于有機(jī)肥中大量的官能團(tuán)的存在，可促進(jìn)土壤 中的重金屬離子與其形成重金屬有機(jī)絡(luò)合物， 森林土壤中有機(jī)質(zhì)含量高， 增加 了 土壤對重金屬的吸附能力，提高土壤對重金屬的緩沖性，從而減少植物對其的吸收，阻礙重金屬進(jìn)入食物鏈 14。 3.5 城市森林土壤重金屬污染元素與土壤酶活性的相關(guān)性 3.5.1 城市森林 土壤重金屬污染元素與土壤酶活性相關(guān)性分析 土壤中產(chǎn)生專一生物化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑，土壤酶一般吸附在土壤膠體表面或呈復(fù)合體存在，表 4 重金屬污染元素與土壤養(yǎng)分間相關(guān)關(guān)系 Table 4 The correlation between the soil nutrient and the contents heavy metals in forest soil 元素 N P K C S pH As -0.224 0.324 0.542* 0.356 0.334 0.857* Cu 0.041 0.572* 0.766* 0.136 0.493 0.843* Zn -0.118 0.334 0.527* 0.282 0.183 0.852* Pb -0.117 0.377 0.619* 0.282 0.058 0.835* Cd 0.912* -0.032 0.258 0.948* 0.114 -0.369 注： N=16 *. Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed). *. Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed). 表 3 珠江三角洲森林土壤重金屬污染等級劃分標(biāo)準(zhǔn) Table 3 The Classification standards for the heavy metal of forest soil in Pearl River Delta 污染指數(shù) 污染等級 污染指數(shù) 污染等級 3.0 嚴(yán)重污染 表 2 森林土壤重金屬污染指數(shù) Table 2 The pollution indices of heavy metals in forest soil 樣地 As 污染 指數(shù) Cu 污染 指數(shù) Zn 污染 指數(shù) Pb 污染 指數(shù) Cd 污染 指數(shù) 綜合污 染指數(shù) JC1 1.11 0.39 0.73 1.03 2.23 1.81 JC2 1.28 0.39 0.79 1.02 2.74 2.20 MFS 0.18 0.20 0.33 0.11 0.68 0.54 GC 0.19 0.10 0.32 0.26 0.71 0.57 GS 0.26 0.23 0.20 0.03 1.88 1.46 潘勇軍等：廣州市城市森林土壤重金屬污染狀況及其評價 213 部分存在于土壤溶液中，而以測定各種酶的活性來表征。土壤酶是土壤營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝的重要參與者 15。土壤酶的活性大致反映了某 一種土壤生態(tài)狀況下生物化學(xué)過程的相對強(qiáng)度；測定相應(yīng)酶的活性，可以間接了解某種物質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)化情況。土壤酶類對重金屬的抑制或激活 作用比較敏感，土壤酶活性可作為土壤污染的重要生物活性指標(biāo) 16。 森林土壤中重金屬 污染元素含量與土壤酶活性有密切關(guān)系，森林土壤中 As、 Cu、 Zn 含量與土壤中過氧化氫酶 活性 呈顯著的負(fù)相關(guān)性，與脲酶、酸性磷酸酶呈負(fù)相關(guān)性，僅與蛋白酶呈正相關(guān)性，但相關(guān)性不 大，見表 5。土壤中過量的 重金屬強(qiáng)烈的抑制土壤過氧化氫酶的活性，表明土壤過氧化氫酶活性可以靈敏的反映土壤重金屬污染狀況 17，可以表征森林土壤中 As、 Cu、 Zn 污染狀況的一個指標(biāo)。 重金屬在土壤中 的積累，能全部或部分抑制許多生化反應(yīng)，改變反應(yīng)方向和速度，從而破壞土壤原有的有機(jī)物或無機(jī)物所固有的化學(xué)平衡和轉(zhuǎn)化18。土壤酶活性對土壤重金屬反映比較敏感， Pb、As、 Cu、 Zn 對土壤酶活性有一定程度的抑制作用，本研究中發(fā)現(xiàn)土壤重金屬對土壤中的過氧化氫酶的抑制作用較大，呈顯著負(fù)相關(guān)性。造成重金屬對土壤酶活性的抑制作用機(jī)理，可能與酶活性分子中的活性部位巰基和含咪唑的配體等結(jié)合，形成較穩(wěn)定的絡(luò)合物，產(chǎn)生了與底物的競爭性抑制作用有關(guān)或者可能由于重金屬抑制了土壤中微生物的生長繁殖，減少微生物體內(nèi)酶的合成和分泌量 最終導(dǎo)致土壤酶活性降低 4,15。酶體作為蛋白質(zhì)，需要一定量的重金屬離子作為輔基，此時重金屬能促進(jìn)酶活體中心與底物間的配位結(jié)合，使酶分子與其活性中心保持一定的專性結(jié)構(gòu)，改變酶催化反應(yīng)的平衡性質(zhì)和酶蛋白的表面電荷，從而可增強(qiáng)土壤脲酶酶活性，即可以表現(xiàn)出一定的激活作用 19。 3.6 城市森林土壤環(huán)境污染因素分析 土壤環(huán)境質(zhì)量是各種彼此相關(guān)的環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果，具有多元函數(shù)關(guān)系，對土壤環(huán)境質(zhì)量變化有的是直接的，有的是間接的。 對森林土壤中監(jiān)測的 10個因子，利用 spss軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，尋求對森 林土壤進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價模型 20。 遵循 主成分個數(shù)提取原則即主成分對應(yīng)的特征值大于 1的前 m個主成分提取 3個主成分 。 通過表（初始因子載荷矩陣）可以看出 pH、 P、 As、 Cu、 Zn、Pb在第一主成分上有較高載荷，說明第一主成分基本反映了這些指標(biāo)的信息； N、 C、 Cd在第二主成分上有較高載荷，說明第二主成分基本反映了土壤中N、 C、 Cd的信息； K在第三主成分上有較高載荷。所以提取三個主成分可以反映全部指標(biāo)的信息。 用主成分載荷矩陣中的數(shù)據(jù)除以主成分相對應(yīng)的特征值開平方根便得到三個主成分中每個指標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)， 就可以得 出主成分表達(dá)式 ： 以每個主成分所對應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重計算主成分綜合模型： 3321 32321 21321 1 FFFF 得出主成分綜合模型： 10987654321 0096.0228.02414.01777.02037.02303.0076.0177.0302.00653.0 xxxxxxxxxxF 根據(jù)主成分綜合模型即可計算綜合主成分值，并對其按綜合主成分值進(jìn)行排序，即可對各地區(qū)森林土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評價比較。 4 結(jié)論 應(yīng)用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法對廣州市城市森林土壤重金屬污染進(jìn)行分析和評價，廣州市城市森林土壤重金屬污染狀況僅處于輕度表 5 重金屬污染元素與土壤酶活性相關(guān)關(guān)系 Table 5 The correlation between the soil enzyme activities and the contents of heavy metals in forest soil 元素 蛋白酶 轉(zhuǎn)化酶 酸性磷酸酶 過氧化氫酶 脲酶 As -0.024 -0.574* -0.170 -0.828* -0.480 Cu 0.259 -0.261 -0.03 -0.625* -0.265 Zn 0.051 -0.443 -0.011 -0.756* -0.318 Pb 0.039 -0.464 -0.020 -0.725 -0.426 Cd 0.080 0.119 -0.072 0.315 0.443 注： N=16 *. Correlation is significant at the 0.05 level(2-tailed). *. Correlation is significant at the 0.01 level(2-tailed). 109876543211 14.0427.0421.03871.0431.00041.0258.0326.0158.0291.0 xxxxxxxxxxF 109876543212 482.0129.0111.00457.0154.0582.0177.0227.0532.0089.0 xxxxxxxxxxF 10987654321 295.0184.0238.0055.0092.0347.0488.0244.0367.0508.03 xxxxxxxxxxF 表 6 森林土壤重金屬污染評價主成分分析結(jié)果 Table 6 The results of the principal component analysis for the evaluation of heavy metal contamination 元素 主成分 1 2 3 pH 0.611 0.133 -0.686 TN 0.332 0.793 0.494 TP 0.684 0.338 -0.330 TK -0.540 -0.264 0.659 TOC 0.085 8 0.868 0.468 As 0.904 -0.230 0.124 Cu 0.811 -0.068 2 0.074 65 Zn 0.883 -0.165 0.321 Pb 0.896 -0.193 0.249 Cd -0.294 0.718 -0.398 214 生態(tài)環(huán)境 第 17 卷第 1 期（ 2008 年 1 月） 污染水平或污染預(yù)警水平，較污灌區(qū)土壤質(zhì)量好，從而可以為城市土壤重金屬污染區(qū)的采用 “以林代農(nóng) ”的利用方式提供新思路，確保城市生態(tài)安全。 土壤環(huán)境質(zhì)量與 土壤的各種因子彼此相關(guān)的，土壤 pH值、土壤養(yǎng)分元素含量、土壤酶活性及土壤的溫濕度均能影響土壤重金屬污染元素的含量。 森林 土壤中 重金屬 含量與土壤 pH值呈顯著正相關(guān)性，土壤中 與 K含量呈正相關(guān)性， Cd含量與土壤 C、 N呈顯著正相關(guān)性， Cu含量與土壤中 P含量呈正相關(guān)性。森林土壤中 As、 Cu、 Zn含量與土壤中過氧化氫酶活性呈顯著的負(fù)相關(guān)性 ，土壤過氧化氫酶活性可以表征森林土壤中 As、 Cu、 Zn污染狀況的。 5 討論 對城市森林土壤植物 生態(tài)系統(tǒng) 進(jìn)行 以科學(xué)為基礎(chǔ)的定量化評價，是從一個期望狀態(tài)到因人類活動而導(dǎo)致的不期望狀態(tài)逆 向變化的可能性評價。要求對生態(tài)系統(tǒng)背景值進(jìn)行監(jiān)測和對逆向變化最具有潛力的各種指標(biāo)進(jìn)行評價 ，影響城市土壤環(huán)境質(zhì)量的因素較多，評價時對有可能影響土壤環(huán)境質(zhì)量的因子盡可能考慮全面。 由于城市人為活動劇烈，對 城市 土壤環(huán)境污染類型多樣， 森林土壤中 土壤酶活性是表征土壤 重金屬污染 狀況 的 指標(biāo)之一，還 可以尋求更多的表征因子來監(jiān)測土壤 植物系統(tǒng)對 環(huán)境 壓力 做 出響應(yīng) 的指標(biāo)體系。 土壤環(huán)境質(zhì)量評價是對各彼此相關(guān)的環(huán)境因素綜合評價，建立環(huán)境質(zhì)量評價模型， 評價模型是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分析的組成部分 ， 當(dāng)預(yù)測各種環(huán)境災(zāi)害或各種干擾與作為結(jié)果而發(fā) 生 的各種系統(tǒng)變化之間的關(guān)系時，模型對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價是不可缺少的。 參考文獻(xiàn) ： 1 王廣林 , 王立龍 , 沈章軍等 . 冶煉廠附近水稻田土壤重金屬污染與土壤酶活性的相關(guān)性研究 J. 安徽師范大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 )2004, (3): 310-313. 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