随着城市化和工业化进程的加快，城市重金属污染日益严重。传统的化学分析方法虽然准确，但由于测试量大、耗时、成本高，因而无法应用于大范围的环境污染监测。环境磁学方法是一种新兴的地球物理方法，因其具有测试快、简便、经济、较准确等特点而快速发展起来，但磁学方法在重金属污染监测方面仍局限于定性研究。要实现磁学的重金属污染监测从定性研究向定量化迈进一步，其关键突破点是建立磁学方法与化学方法之间的联系，从而实现大区域环境污染的定量化评价。

地质与地球物理研究所张春霞副研究员与博士后期间的合作导师黄宝春研究员等在国家自然科学基金资助下，基于系统的环境磁学理论和方法并结合显微观察、地球化学及统计学分析手段，对湖南省娄底市钢铁厂周围河流沉积物进行了系统研究。她们在研究过程中引入了统计学分析方法，对重金属元素与磁学参数进行综合分析，实现了城市河流沉积物中不同污染来源重金属元素的有效区分，揭示出污染来源的重金属元素主要包括Pb，Zn, Cd, Cu, Fe, Cr，Mo和V等(图1a)；这些重金属元素的污染负荷指数（PLI）与表征磁性矿物含量的饱和等温剩磁（SIRM）显著相关，从而建立了磁学参数与重金属污染评价指数之间的定量化关系(图1b)。在传统地球化学中污染负荷指数具有明确的分级，数值越大，污染级别越高。污染负荷指数等值线图(图2)指示，除西北部地区无污染外，整个城市范围重金属元素均为高度污染，河流上游无污染，中游污染程度极高，随着河水的流动，污染范围进一步扩大。这就提供了一种用磁学方法对重金属污染进行大范围定量化评价的方法和范例。

图1：a)重金属元素与磁学参数聚类分析图 b)磁学参数饱和等温剩磁(SIRM)与人类活动来源重金属污染负荷指数(PLIathro)相关性图

图2：河流沉积物重金属污染负荷指数等值线图，其中，PLI:<1 无污染; 1-2 轻度污染；2-3 中度污染； 3-4 中高度污染；4-5 高度污染；>5极高度污染

该工作将磁学方法与化学方法有机结合，从磁学角度实现了大范围重金属污染定量化评价，在实现城市环境状况、污染程度、污染源、环境治理及将来环境变化的快速监控方面，具有重要的应用价值和现实意义。

该研究成果近期发表在国际知名的环境学期刊Environmental Pollution上（Zhang et al. Assessment of heavy metal pollution from a Fe-smelting plant in urban river sediments using environmental magnetic and geochemical methods. Environmental Pollution, 2011, 159: 3057-3070）

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