土壤重金属空间变异的研究方法

综述了土壤重金属空间变异的研究方法及其进展,包括地统计学方法、GIS技术、经典统计学、分形理论和空间自相关分析方法在重金属空间分析中的应用,并分析和讨论了这些研究方法的优势和不足。同时,根据当前土壤重金属空间分析采用较多的地统计学方法的应用范围和特点,提出在应用中应考虑各变量在不同尺度的空间特征及其转化,应根据不同的研究内容和研究目标,选择适宜的研究方法。可为土壤重金属污染和土壤重金属的空间变异研究提供资料借鉴和参考。     

沱江上源支流土壤重金属污染空间相关性及变异解析

为探究沱江上源支流土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr 5种重金属的空间变异及其相关性,运用Global Moran’s I和Anselin Local Moran’s I空间关联指数进行相关性分析,并利用半变异函数云分析其空间结构,最后利用克里金法对污染空间进行预测,并分析其变异成因。结果表明:研究区土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr 5种重金属含量大部分处于较低水平,且平均值均未超过国家土壤环境质量标准(GB 15618—2018)风险筛选值;土壤重金属含量与空间均呈现正相关的特点;除Hg外其他重金属产生聚类特征的可能性均很大,但从局部冷热点及异常值分析可知,Hg也存在聚类特征;Cd、Pb的空间连续性较好、相关性强烈且变程最长,As、Cr次之,Hg最差;重金属含量空间变异与企业分布、污水灌溉、大量施肥以及其他自然因素具有一定的相关性。     

浙江省慈溪市农田土壤重金属污染初步研究

以经济快速发展的浙江省慈溪市为研究区,研究了农田土壤中重金属铜、锌、镉和铅的含量与分布状况。利用单项污染指数法对其进行评价,应用ILWIS3．2软件研究土壤重金属的空间变异性,应用ARCGIS地统计分析模块中的Kriging方法进行空间插值作图。结果表明,慈溪市农田土壤中铜、锌、镉、铅4种元素含量的平均值均超出当地背景值,但单因子评价结果显示,4种元素皆属轻度污染,其污染指数处于中度污染程度以上的样点数较少,土壤并未形成大面积中度或其以上污染。空间分析研究结果表明,铜、锌、镉和铅的基台值与块金值的比值分别为42．6％、64．2％、47．6％和26．3％,4种元素在土壤中均表现出中等的空间相关性。空间插值结果图反映了4种元素在当地土壤中分布的高值区均位于城市发展较快,工业发达的中、南部地区,其分布均呈现由南向北逐渐递减的规律。土壤中4种元素的主要来源与当地剧烈的人为活动有关。     

污染场地周边农田土壤重金属含量的空间变异特征及其污染源识别

采用地统计软件GS+和地理信息系统(geographic information system,GIS)相结合的方法,研究浙江省北部某电池厂(污染场地F1)和火电厂(污染场地F2)周边农田表层土壤(0～20cm)和亚表层土壤(20～40cm)汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)6种重金属的含量及其空间变异特征;通过反距离权重(inversedistance weighting,IDW)空间插值分析方法对未测点土壤重金属含量进行最优估计,并对这些重金属的来源进行初步识别。结果表明:对于污染场地F1,土壤Cd污染比较突出,有91%表层土壤样点Cd质量分数超过国家《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)的2级标准值(Cd>0.3mg/kg);而且F1表层土壤Cd和Pb质量分数具有相似的空间分布特征,随着与污染场地距离的增加重金属含量逐渐降低;同时F1表层土壤Cd和Pb的质量分数均极显著大于亚表层土壤,说明污染场地F1周边农田表层土壤重金属Cd和Pb污染主要来自外源污染,且污染源可能是污染场地F1;对于污染场地F2,土壤Cd和Hg污染比较突出,分别有63%和11%表层土壤样点Cd和Hg质量分数超过国家《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)的2级标准值(Hg、Cd>0.3mg/kg),F2表层土壤Hg质量分数极显著大于亚表层土壤,说明污染场地F2周边农田表层土壤重金属Hg超标主要来自外源污染。综上可见,污染场地周边农田土壤重金属污染与污染场地的影响密切相关,应该引起高度重视。     

沈阳市土壤重金属的空间变异规律分析

运用地统计学采样和分析方法,研究了沈阳市土壤重金属污染的空间变异特征及其规律。结果表明,土壤4种重金属平均值含量最大的为铅,最小的为铬,变异系数大小顺序为铜〉锌〉铅〉铬。经理论模型的最优拟合,发现锌、铜的最佳拟合,模型为指数模型,铅的最佳拟合模型为球状模型,铬的最佳拟合模型为线形模型。4种重金属中锌、铜的空间相关性较强,其空间变异主要是由结构性因素引起的;铅的空间相关性适中,其空间变异是由结构性因素和随机性因素共同作用的;铬的空间结构性最弱,其变异主要是由随机性因素引起的。     

土壤重金属(CuZnCd)复合污染的研究现状

从土壤重金属复合污染对植物生长的影响、重金属复合污染的表征方式及重金属污染土壤的防治措施3个方面进行较全面的阐述 ,并对今后研究的发展方向提出一些看法     

县域尺度土壤重金属含量的空间变异——以富阳市为例

运用地统计学和GIS相结合的方法,以浙江省富阳市为例,研究了县域尺度内农田耕作层(0～20 cm)土壤中重金属含量的空间变异.结果表明,采用普通Kriging方法对富阳市农田表层土壤中Cu,Zn,Pb和Cd这4种重金属的含量进行局部空间插值后,前三种重金属呈现出一致的空间分布格局,而Cd的空间分布比较破碎.土壤中重金属含量超过国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)二级的区域集中于厂矿周围.因此从空间分布情况来看,富阳市乡镇企业厂矿周围的农田土壤的重金属污染问题需要引起更多的关注,也为进一步对这些污染场地确定污染范围以及开展污染土壤的风险评估奠定了基础.     

土壤重金属复合污染的生态效应研究综述

近年来,土壤重金属污染问题日益严重,已从传统的单一重金属元素污染转变为重金属的复合污染。从土壤重金属复合污染对土壤中重金属元素的迁移转化、土壤微生物群落结构、土壤酶活性以及植物生理的影响等方面阐述了其生态效应,并对存在的问题和发展前景提出见解。     

土壤重金属空间变异的研究方法*

 综述了土壤重金属空间变异的研究方法及其进展,包括地统计学方法、GIS技术、经典统计学、分形理论和空间自相关分析方法在重金属空间分析中的应用,并分析和讨论了这些研究方法的优势和不足。同时,根据当前土壤重金属空间分析采用较多的地统计学方法的应用范围和特点,提出在应用中应考虑各变量在不同尺度的空间特征及其转化,应根据不同的研究内容和研究目标,选择适宜的研究方法。可为土壤重金属污染和土壤重金属的空间变异研究提供资料借鉴和参考。     

铅锌冶炼厂周边土壤重金属的空间分布特征研究

采用地统计学与GIS相结合的方法,分析了某铅锌冶炼厂周边土壤6种重金属(As、Cr、Zn、Cu、Pb、Fe)的含量分布、空间结构及其分布特征。结果表明:冶炼厂周边土壤重金属污染程度不同,重金属污染主要以Pb、Cr、Zn为主,其次为As、Cu、Fe;各采样点的Pb、Zn、Cr含量变异程度较大,变异系数分别为50%、36%、37%;As、Cu、Fe在各采样点之间的含量差异较小,变异系数小于20%;Pb与Zn具有较强的相关性,说明铅锌冶炼厂对周边土壤重金属有重要贡献。在空间分布上,Cu和As的块金值和基台值之比大于75%,空间相关性较弱;Zn、Fe、Pb、Cr 4种重金属的块金值和基台值之比都小于25%,空间相关性强。     

钗黛实为同根生——从原型批评理论看“钗黛一体”

在重金属迁移建模研究成果的基础上,考虑土壤对重金属的吸附特性,推导出土壤重金属复合污染物迁移转化整体模型.为求解该模型,分别引进Langmuir等温竞争吸附模型与土壤水分迁移模型.最后,以重金属Zn和Cd为例,数值模拟其在土壤中的垂向迁移过程,并利用MATLAB 画出相关图形.     

三种不同类型土壤上水稻对Cu、Pb和Cd单一及复合污染的响应

水稻对重金属有较强的吸收能力,本文采用温室盆栽试验研究了Cu、Pb和Cd在中国土壤环境质量标准Ⅲ级水平(Pb:400mg kg-1;Cd:1.0 mg kg-1;Cu:100 mg kg-1)时于3种不同类型土壤上对水稻生长和吸收Cu、Pb及Cd的影响.结果表明,在红壤上,Cu处理显著降低了稻谷产量,Pb和Cd本身对稻谷产量影响不大,但Pb显著增加了Cu的毒性;Cu或Cd的共存对Pb在稻米中含量的影响较小,但其含量也均超过国家食品卫生标准(0.4 mg kg-1);在Cu-Cd、Pb-Cd和Cu-Pb-Cd处理中,稻米Cd含量较Cd单独存在时分别增加了135%、84%和126%.在红壤性水稻土上,仅有Pb和Cu-Pb-Cd处理与对照相比降低了稻谷产量;Cu-Pb-Cd处理稻米中Pb或Cd含量较Pb或Cd单独存在时分别增加了141%和360%;Pb或Cu分别与Cd共存时,对稻米Cd含量影响不显著.在乌栅土上,各处理对稻谷产量影响均不大,且多数表现为增加.Cu、Pb和Cd对水稻的毒性是红壤＞红壤性水稻土＞乌栅土.稻米中Cu、Pb和Cd含量与土壤NH4OAc提取态Cu、Pb和Cd含量之间均达到极显著线性相关.     

我国东部地区农田土壤重金属污染概况

随着经济和社会的高速发展,农田土壤重金属污染对粮食安全及人类的身体健康构成巨大威胁。为了解我国东部地区农田土壤重金属的污染现状,基于东部地区农田土壤重金属污染数据,采用半方差函数分析及克里金(Kriging)插值手段,通过内美罗(Nemerow)综合污染指数和地累积指数等土壤重金属评价方法,对我国东部地区农田土壤重金属砷(As)、铬(Cr)、镉(Cd)、汞(Hg)及铅(Pb)的污染概况进行综合分析。结果表明东部地区重金属Hg污染最为严重,均值为中国土壤Hg元素背景值的2.8倍,近30%东部地区处于Hg中度污染水平;其次为Cd,均值为背景值的2倍,50%以上东部地区处于Cd污染警戒线,半方差分析结果显示Cd污染受人类活动影响最强;广东省农田土壤重金属综合污染最为严重,内美罗综合污染指数高达0.854,克里金插值结果显示As、Cd、Hg及Pb的高值区域均在广东省有所分布。     

茶园土壤重金属空间分异及风险评价

为研究武夷山茶园土壤重金属分布的空间变异性,采集武夷山不同生态区域条件下的茶园土壤样品,检测其Cu、Zn、 Pb、 Cr、 Cd、 As和Hg元素含量,并运用单项污染指数法、综合污染指数法和潜在生态危害指数法对不同区域茶园土壤重金属进行风险评价。结果表明：茶园土壤中不同种类元素的含量差异显著,不同生态条件下同种元素也具有一定的空间分异特征。其中,自然保护区茶园土壤Cd和Hg累积最为显著;生态区茶园土壤的Cu、 Zn、 Pb和Cr有一定累积;景区茶园土壤的Pb、 Cr、 Cd和As含量符合有机茶产地环境条件标准,但Hg略微累积。土壤综合污染指数评价的结果表明,保护区污染最为严重,生态区次之,景区尚无污染。各区域污染物的分担情况也不尽相同,其中各区域中Hg的分担率都较高(>25%)。潜在生态风险指数评价的结果显示, Cu、 Zn、 Pb、 Cr和As在各茶园的风险等级为“低”,属于轻微生态危害; Cd和Hg在保护区的风险等级以“重”为主,在生态区分别以“中”和“较重”为主,在景区则以“低”和“中”为主。各区域综合潜在生态风险危害大小为：保护区>生态区>景区,并应警惕Cd和Hg的潜在生态风险。     

药用植物种植与生产地重金属污染分析与评价

【目的】研究药用植物种植与生产地重金属污染状况,为药用植物质量控制和GAP基地的建设提供依据。【方法】以陕西南部汉中地区典型的药用植物种植基地与生产地16个样点土壤以及4个样点水样为研究对象,分析土壤及水样的基本理化性质和重金属元素（V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Pb）含量,采用地累积指数法和潜在生态风险指数法评价土壤重金属元素的污染状况,通过相关性分析、冗余分析和主成分分析探明土壤理化性质与重金属元素的关系以及重金属元素的来源。【结果】不同样点的土壤pH、有机质、总磷和总氮含量有明显差异。研究区所有土壤样点中,除Se元素之外,其余11种金属元素（V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb）含量均未超过当地土壤背景值,研究区样点土壤Se含量最高为1.83 mg/kg,但也未超过土壤富Se含量最高限值（3.0 mg/kg）,因而不存在超标现象。4个样点水体pH为6.78~7.52;水体Ni元素含量均超标,可知样点水体中Ni是主要污染元素。地累积指数法结果表明,研究区除了1个样点（城固天然谷药业）土壤中的Cd呈无污染 中污染程度外,其余样点均无重金属污染。潜在生态危害指数法结果显示,整个研究区土壤重金属潜在风险为轻度风险,风险主要来源于土壤中Cd。主成分分析结果表明,研究区土壤中V、As、Cd 和Pb的来源与大气沉降和废水排放相关,Mn、Fe、Co、Zn、Ni和Cu主要源于成土母质以及自然积累,Se来源与当地农业活动作用相关。【结论】汉中地区药用植物种植与生产地环境中重金属元素总体呈无污染或轻微低污染状态,适合药用种植与生产,但在今后的种植和生产中应控制土壤Cd元素的污染,降低土壤重金属污染生态风险。     

贵州乌蒙山区设施土壤重金属污染风险评估与来源解析

为评价贵州乌蒙山区设施蔬菜基地土壤重金属污染程度和生态风险,选取研究区种植面积较大的4个设施蔬菜基地为研究对象,共采集144个大棚土样和68个露天土样,测定土壤pH及Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni含量,分析研究区设施菜地土壤重金属的污染程度和生态风险,并运用多元统计（简单相关分析和主成分分析）与剖面分异法综合分析研究区设施菜地耕层土壤重金属污染的主要来源。结果表明,研究区设施蔬菜种植会加速土壤酸化,与露天菜地土壤相比,设施菜地耕层土壤pH降低了0.24。研究区设施菜地与露天菜地耕作层土壤重度污染样点占比分别为53.57%与42.86%,中等以上生态风险样点占比分别为82.14%与57.14%,土壤Cd是研究区最主要的污染因子与生态风险因子。研究区设施菜地耕层土壤中As、Pb、Cr、Cu、Ni主要来源于成土母质风化,Cd、Hg、Zn主要来源于成土母质风化与农业投入品。综上所述,研究区设施菜地受重金属污染程度高于露天菜地,尤其应控制外源Cd、Hg、Zn的投入,并加强农产品重金属监测,为贵州乌蒙山区设施农产品安全生产提供了理论支撑。     

华县公路两侧农田土壤重金属的分布特征与污染评价

为了解关中灌区农田土壤重金属的累积与分布特征,以华县农田土壤为研究对象,按照地理信息要求布点采样,分析表层土壤中5种重金属的含量,运用单因子污染指数进行评价.结果显示:土壤中Pb、Cu、Rb、Sr和Zr元素的平均值分别为71.33 mg/kg、42.96 mg/kg、82.38 mg/kg、293.04 mg/kg和142.04 mg/kg,其中Rb、Sr、Zr的平均值均小于背景值,表明此区域土壤未受到这3种重金属污染,而Pb、Cu元素的平均值均明显高于背景值,表明研究区受到了重金属Pb、Cu元素不同程度的污染.说明,在调查区域内农业土壤已经出现一定程度的污染.必须采取修复措施,加强对该地区污染的防治工作,避免对人体健康造成危害.     

重金属污染对菜心芽长与根仲长的生态毒性效应

以菜心种子和3种不同土壤介质（灰黄泥土、灰泥土、黄壤）为材料,研究重金属Cu、Zn、Pb和Ni单一污染和复合污染对菜心种子发芽率、芽长与根伸长的生态毒性效应。结果表明,同一浓度下,菜心种子发芽率、芽长和根伸长对重金属的生态毒性敏感程度依次为：根伸长〉芽长〉发芽率;重金属对菜心根伸长的生态毒性大小顺序为：Ni〉Cu〉Zn〉Pb;土壤中有机质和养分含量对菜心根伸长的抑制率呈显著负相关,土壤pH对菜心根伸长的抑制率相关性不显著。Cu、Zn、Pb、Ni复合污染对菜心根伸长的抑制效应表现为协同作用,其结果是复合污染的整体生态毒性效应增强。     

包头某铜厂周边土壤重金属分布特征及来源分析

通过测定包头某铜厂周边4方向不同水平距离及深度处64个土壤样品中Cu、Cd、Pb、Zn、Mn、Cr 6种重金属含量,探讨其空间分布特征及可能来源。结果表明,铜厂周边土壤中6种重金属均已呈现不同程度的富集,其中Cu、Cd、Pb污染普遍且严重,且Cu受人为活动干扰最为强烈。6种重金属含量分布主要取决于其所在位置距铜厂的水平距离和土层深度,其中:0~20 cm表层土壤中重金属含量随水平距离增加呈现先增大后减小的规律,Pb、Cr和Cu、Zn、Mn分别在100 m和300 m处达到峰值;在距铜厂不同水平距离的样品中,各重金属含量均随土层深度增加而减小,但相距50 m处减小缓慢,100 m、300 m处减小迅速。土壤重金属来源解析表明,铜厂周边土壤中Cr、Cd、Cu来自复合污染源,Pb、Zn的外源污染主要来自交通源,Mn主要来自自然源。