污染水稻土中有效态重金属的空间分布及影响因子

利用地统计学方法,选择江西省贵溪铜冶炼厂污染区,研究了表层水稻土中有效态重金属的空间变异特征和影响因素.分析表明,土壤有效态Cu、Cd、Pb为中等空间相关性,有效态Zn为弱空间相关性.有效态Cu、Cd分别与有效态Zn和有效态Pb呈显著相关,表现出复合污染的特征.土壤有效态重金属的空间分布有明显的各向异性.土壤有效态重金属的长轴方位角(西北-东南和东北-西南)与污染物的扩散方向(渠道和偏东风向)相近.随污染源距离的增加,土壤有效态Cu含量降低,而有效态Cd和Pb含量增加,有效态Zn含量在西北和东南两个方向上增加.相关分析表明,影响污染区水稻土中重金属有效态含量空间分布的主要因子是离污染源的距离和地形,其次是土壤的吸附能力(土壤SO42-含量)以及土壤pH,土壤有机质和土壤孔隙性的影响较小.     

南京沿江典型蔬菜生产系统土壤重金属异常的源解析

以南京沿江典型蔬菜生产系统为研究对象,通过测定并分析表层土壤、剖面土壤、肥料及大气降尘中重金属含量,揭示了土壤重金属异常的空间变异特征以及土壤重金属的来源。结果表明,(1)研究区表层土壤镉(Cd)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)和铬(Cr)平均含量均高于南京市土壤背景值,部分样点土壤Cd含量超过了国家土壤环境质量标准的二级标准,在土壤中呈现较高的累积;(2)除Cr以外,其他表层土壤重金属均呈现东南偏高西北偏低的空间分布特征,与土壤有机质的空间分布规律一致;(3)土壤重金属累积和分布状况与研究区的地形、周边工农业布局以及风向有关;(4)除土壤重金属累积的自然背景原因以外,农业施肥和大气沉降对土壤重金属的累积具有非常重要的贡献。     

空间分析在土壤重金属污染研究中的应用

空间分析技术是土壤重金属污染研究中的一个重要工具。与经典数据统计分析方法学相比,空间分析考虑了数据的空间位置和空间关联性,能挖掘土壤重金属在二维甚至三维空间上的空间分异和时空变异特征,并对这些结果进行可视化使之以更加直观的形式呈现出来。本文概述了探索性空间数据分析(ESDA)、空间回归分析、地统计学及空间插值分析、空间随机模拟等主要空间分析理论和方法。在此基础上,综述了空间分析在土壤重金属污染调查采样设计、空间统计分析、空间变异分析及制图、土壤重金属污染来源解析及污染不确定性研究等方面的应用和研究动态,介绍了一些应用于土壤重金属污染研究的空间分析新方法,并就空间分析方法在土壤重金属研究中的应用前景和发展趋势做了展望。     

污染场地土壤重金属含量的空间变异特征及其污染源识别指示意义

在面积约10.9km2的重金属污染场地以网格法采集了174个表层土壤样品,测定了7种重金属含量。采用地统计学软件GS 和地理信息系统相结合的方法,研究了这些重金属含量的空间变异性。通过Kriging内插法对未测点重金属含量进行最优估计,并对这些重金属的来源进行了初步识别。结果发现,在研究区内7种重金属具有相似的空间分布特征,污染场地特殊的污染源分布状况、污染程度和地理条件导致点状污染源增大了重金属的空间结构性,呈现出与非典型污染区不同的特征。冶炼厂高炉粉尘排放对重金属的贡献明显高于母质等内在因素,是研究区重金属的主要来源。     

污水灌区耕层土壤中铅、镉的空间变异特征

随着污水灌溉面积的迅速扩大 ,污灌区土壤重金属污染问题日趋严重 ,其中Ｃｄ、Ｐｂ的污染问题十分突出[1 ,2 ] ,了解污水灌区土壤重金属的空间分布特征是防治土壤污染、合理进行污水灌溉的重要前提。地统计学作为一门新的空间分析方法[2 ] ,它特别适于对区域化变量空间变异特征     

农田土壤重金属污染主要来源识别研究

利用对比法和地统计学与地理信息系统结合的方法研究广东省北部某水泥厂周边农田土壤中重金属的主要来源。通过分析采样点位表层土壤(0~20cm)和深层土壤(20~40cm)中镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、汞(Hg)的含量及空间变异特征,利用Kriging插值分析方法对未测点土壤含量进行最优估计,结果表明,农田土壤重金属Cd污染最为严重;耕作层土壤Cd、Pb、Hg全量都大于底层;对比法和地统计学分析结果表明,该区域农田土壤重金属含量以水泥厂和公路为中心呈辐射状分布,可确定为该区域土壤重金属的主要污染来源。     

苏南村镇土壤重金属空间变异性研究

土壤重金属污染日趋复杂化,通过村镇级小尺度重金属空间变异的研究,能更为精确的掌握重金属的污染状况,有助于开展更具针对性的防治措施。基于地统计学和GIS技术,研究了苏南Y镇土壤表层8种重金属含量空间变异性。结果表明:Pb、As、Hg服从正态分布,其他元素经转换后服从。其中,Ni和Cr经Johnson变换后效果较好。8种重金属元素的空间相关性及结构性变异程度由高到底的顺序为:AsPbCdNiCrHgZn,而Cu的空间相关性非常弱,在区域内具有恒定的变异。总体来看,Y镇土壤重金属污染较为严重,Ni、Cd、Hg的均值超过土壤环境质量二级标准,其他均未超标。溯源分析结果表明,Y镇土壤重金属污染以复合污染为主。污染主要来自东南部金属加工厂、纺织厂,北部化工厂、机械制造、玻璃厂及西部包装厂等工业污染源,因此应重点对这些排污企业进行整治。     

基于GIS的黄淮海平原典型潮土区土壤重金属积累研究

以黄淮海平原典型潮土区——河南省封丘县为例,基于GIS数据统计分析方法和地统计学空间插值方法,其目的是为了:(1)明确土壤重金属Cr、Hg、As、Cu、Zn的当前含量水平及其历史变化趋势;(2)通过与潮土自然背景值(背景值)、国家土壤环境质量标准一级标准(一级标准)和绿色食品产地环境质量标准(绿色标准)的比较,阐明各重金属元素符合不同标准的土壤面积及其空间分布;(3)在上述研究基础上采用内梅罗综合指数法定量评价基于一级标准的土壤重金属综合环境质量及其县域分布.结果表明,5种重金属含量平均值除Hg与背景值相当外,其余均略高于背景值而远低于一级标准,除As外,土壤Cr、Hg、Cu、Zn含量均有随年限增加的趋势;占全县土壤总面积98％以上的Cr、As、Zn含量,100％的Hg含量,91％以上的Cu含量符合一级标准,超过99％以上的土壤符合绿色标准;基于一级标准的内梅罗综合指数进一步表明封丘地区土壤综合环境质量良好,仅有不足3％的土壤受到轻度污染.表明就重金属污染角度,当前状况下的封丘土壤适宜种植各类农作物,但个别超过绿色标准的地点应引起重视并及时采取防治措施.     

郴县东西河流域重金属污染农田的防治技术和生态利用模式

调查了湖南省郴县东西河流域尾矿重金属的污染状况，分析了土壤与水体中重金属的形态分布特征，将污染区分为轻、中、重三个区域并在不同的污染区提出了相应的防治技术。试验结果表明，利用农业生态工程技术来防治多金属复合污染获得了较好的治理效果和经济效益。     

设施蔬菜生产系统重金属积累特征及生态效应

研究土壤重金属的空间变异特征,可以揭示人为活动对土壤中重金属积累特征的影响,进而为土壤利用、污染风险评价提供重要的基础资料.选取南京市郊区一处典型的设施蔬菜生产系统为研究对象,测定了土壤、灌溉用水、肥料、蔬菜等介质中重金属砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pb)、锌(Zn)含量,研究了土壤中重金属的空间变异及积累特征,分析了积累产生的原因,讨论了系统中作物的重金属积累效应.结果表明:(1)与露天蔬菜地相比,设施蔬菜地土壤重金属Cu、Hg、Pb、Zn均产生明显的累积,且土壤中Cu、Hg、Pb平均含量超过温室蔬菜产地环境质量评价标准.(2)农用投入品的大量输入对土壤性质的空间变异产生了明显影响,而土壤Cu、Hg、Pb、Zn也呈现与之一致的空间变异特征,且这些元素与土壤性质存在显著相关性.(3)土壤性质的变化和重金属的积累对叶菜类作物重金属吸收影响较大,且前者更为重要.     

污灌区土壤重金属空间结构与分布特征

该文探讨了地统计学插值模型应用于土壤重金属污染评价的适用条件,分析了北野场污灌区土壤重金属的正态分布特征和主导分布趋势,提出了不同重金属因子适宜的地统计插值模型。结果表明:土壤重金属空间变异系数处于12%～37%之间,整体变异性不大;Pb、Cd等因子的块金效应分别为0.90、0.87,空间相关性较弱,受人为随机因素的影响较大,As、Cr、Zn、Cu值等因子的块金效应分别为0.52、0.51、0.51和0.46,空间相关性中等,受人为随机因素和空间结构因素的共同作用,Hg和Ni的块金效应分别为0.253和0.06,空间相关性较强,受空间结构性因素的影响较大,可能受原生地质的影响较大。污灌区重金属含量存在增加趋势,灌区土壤重金属含量自北向南总体呈现较少趋势,这与灌区上下游灌溉保证率不同有关,表明长期污水灌溉可导致土壤重金属富集,但与全国其他污灌区相比,北野场污灌区土壤重金属污染相对较轻,应加强污水处理利用避免土壤重金属污染。     

基于地理探测器的寻乌县土壤微量元素影响因子分析

为了对江西省赣州市寻乌县土壤硼(B)、硒(Se)、锰(Mn)、铜(Cu)4种微量元素的空间分布特征进行探究,同时分析影响其分布的因子,基于寻乌县2018年采集的572个表层土壤(0 ~ 20 cm)样点数据,采用描述性统计分析、相关性分析、地统计分析、地理探测器等方法进行分析。结果表明,根据《土地质量地球化学评价规范》划分标准,寻乌县4种微量元素中,土壤全量Se含量处于适中或较高的水平,不存在缺乏和过剩的情况,而土壤全量B、Mn和Cu含量处于较缺乏或缺乏的水平;由半方差函数分析的结果来看,B、Se、Mn、Cu的块金效应依次为11.82%、35.27%、49.75%和17.46%,表明4种微量元素中,B和Cu表现出较强的空间变异程度,而Se和Mn则为中等程度的空间变异。地理探测器的结果表明,重金属元素砷(As)含量、高程、土壤亚类和土属、成土母质对4种微量元素均有显著影响(P<0.05),其中As含量和土属对4种微量元素的解释能力较强,是影响寻乌县4种微量元素的主要因子;土壤重金属元素As含量、土地利用类型、植被覆盖度、植被类型以及土属、成土母质等成土因子均与坡度、坡向等地形因子有着非线性增强的交互作用。本研究结果为调节寻乌县土壤微量元素含量提供了理论支撑。     

Spatial variability of the chemical characteristics of a trace-element-contaminated soil before and after remediation

This study addresses the spatial and temporal variability of soil properties before and after the application of organic and inorganic amendments in a trace-element-polluted soil using statistics and geostatistical methods. The experiment took place in a plot (20×50 m) affected by the acid toxic pyritic sludge from the Aznalcóllar mine (Seville, Spain) in April 1998. Soil samples from 0- to 15-cm depth were collected within 48 locations, on a 14×45 m grid in 2002 and 2003, respectively. The samples were analysed for pH, total organic carbon, total sulphur and total, available and soluble As, Cd, Cu, Pb and Zn concentrations. Classic statistical and geostatistical methods were used to assess variability in contamination levels.All soil properties determined in the plot showed a large variability with high coefficients of variation. In both years, mean values of total concentrations of As, Cd, Cu, Pb and Zn were higher than the background values in the area. In general, amendment application increased soil pH and total organic carbon content and decreased heavy metal solubility, however it did not have a clear effect on total and available trace-element contents. Experimental semivariograms were developed to determine the spatial dependence of soil properties and were adjusted to spherical and linear models with nugget effect. Then, the spatial distribution of the different variables was estimated by kriging to design contour maps. These contour maps can help to identify the pollution patterns and delineate the range of contamination. A spatial similarity pattern among total As and Pb (the lesser mobile elements) and total S content was found in both samplings revealing a correspondence between the contamination and spots of residual sludge. Levels of metal pollution were influenced by soil pH. Despite those clean-up efforts the soil still presents significant levels of pollution related to the presence of remaining sludge in the soil.The kriging-interpolated maps were a very valuable tool in studying pollution and monitoring soil parameters after amendment application at field scale.     

黄骅市土壤重金属空间变异特征及污染评价

为研究工业和经济高速发展对环渤海滨海生态脆弱区土壤质量的影响,以黄骅市为研究区,利用地统计学方法对黄骅市表层土壤中的Pb,Hg,Cd,Cr,As,Cu,Zn,Ni共8种重金属空间分布特点和污染状况进行了分析。结果表明:（1）Pb,Cd,Cu元素样点平均含量超过河北省土壤背景值,其他元素含量平均值均未超过,所有元素含量平均值都在国家土壤质量二级标准的范围内。（2）根据变异函数拟合发现,Pb,Hg,Cd,Cr,As,Cu共6种元素拟合于指数模型,Zn,Ni两种元素拟合于球状模型;Pb,Cd,Zn基底效应值为25%～75%,空间自相关程度一般,其空间分布格局受到一定外界干扰。其他元素基底效应值均在25%以下,空间自相关性比较强,空间分布格局受外部影响相对较小。（3）根据克里格内插预测发现,Pb,Cd,Cu整体含量高,区域离散分布;Cr,Zn,Ni整体含量低,连续集中分布;As元素成岛状分布,分布集中于几个区域;Hg成散点状分布于黄骅全县。（4）通过计算内梅罗污染指数可知,黄骅市土壤内梅罗污染指数大部分处于1.0～2.0,属于轻度污染状态;吕桥镇中部和齐家务乡西部污染指数最高,属于污染最严重的地区。工业生产和地质环境是影响土壤重金属元素空间分布的主要原因。     

我国水蚀区坡耕地土壤重金属空间分布及其污染评价

土壤重金属污染已成为威胁国家粮食安全的重要因素,为探讨我国东部水蚀区坡耕地土壤重金属空间分布特征及污染状况,依据土壤类型、土壤质地等因素选取了36个采样点,采用单因子污染指数法和内梅罗污染指数法,以《土壤环境质量标准》（GB15618—2008）二级标准为评价依据,研究了As,Cd,Cr,Cu,Ni,Pb,Zn 7种土壤重金属元素的空间分布特征及污染程度。结果表明:（1）Cd超标率高达13.9%,是东部水蚀区最主要的土壤重金属污染元素,As,Cr,Cu元素的污染概率较高,为5.6%;（2）长江以南地区的坡耕地重金属污染程度显著高于长江以北地区,南方山地丘陵区是我国水蚀区六个二级分区中污染最严重的区域,其次为四川盆地及周围山地丘陵区、云贵高原区、东北低山丘陵和漫岗丘陵区、西北黄土高原区、北方山地丘陵区;（3）湖南宁远和广东湛江两点综合污染指数最高,分别为2.73和2.51,属中污染水平;（4）36个采样点中污染水平处于安全、警戒线、轻污染、中污染的比例分别是77.8%,8.3%,8.3%和5.6%,表明我国东部水蚀区绝大多数坡耕地（86.1%）重金属含量未达到污染水平,但仍有13.9%的坡耕地受到不同程度的土壤重金属污染。研究结果对明确我国水蚀区坡耕地土壤重金属污染现状,保护农业生态环境,保障粮食安全具有重要意义。     

基于空间结构特征的土壤Cu、Pb来源解析—以北京市东南郊污灌区为例

【目的】 本研究旨在通过分析污染物空间结构特征解析典型污灌区土壤重金属污染成因。 【方法】 本文以北京市东南郊污灌区为例,在整个区域均匀布点,按1 km × 1 km密度采样,共采集土壤样品376个。每个样点为10 m × 10 m正方形,在四个顶点和中心点取0—20 cm表层土壤,均匀混合后用四分法从中选取1 kg土壤,作为代表该点的混合样品。Cu和Pb重金属含量采用原子吸收火焰法进行测定,利用Variowin2.0和ArcGIS10.2软件分析重金属空间结构及分布特征,解析其污染成因。 【结果】 研究区域土壤Cu和Pb空间结构均为套合结构,其块金值与基台值的比值在25%～75%之间。Cu和Pb的空间分布与河流走向密切相关,在西北–东南方向空间相关性较强,其高值区主要分布在研究区域中北部的凉水河流域、西部的永定河流域以及通州的东北部。 【结论】 污水灌溉和成土母质是研究区域土壤重金属的主要来源。由污水灌溉等小尺度因素主导的土壤Cu和Pb元素空间自相关距离分别为11.35 km和9.49 km;由成土母质等大尺度因素主导的空间自相关距离分别为26.65 km和31.70 km。通过分析不同尺度因素对区域土壤重金属含量空间分布的影响,可揭示土壤重金属污染成因,这种思路可为其他区域开展土壤重金属污染成因研究提供借鉴。      

南太行典型区小流域土壤铅含量空间分异及影响因素分析

为揭示小流域尺度土壤铅（Pb）含量的空间分异规律及影响机制，提高土壤污染修复与管控效率。该研究以蟒河小流域为研究区，采集121份土壤表层（0～20 cm）样品和15份环境辅助样品，利用经典统计学、地统计学和地理探测器等模型方法对土壤Pb空间分异特征及其影响因素展开研究。结果表明：1）蟒河小流域土壤Pb含量的平均值为110.40 mg/kg，高于区域背景值，部分点位超过农用地土壤污染风险筛选值，存在污染风险；2）土壤Pb含量变异程度为强变异，且不同方向均存在较强的变异程度，南-北（0°）和东北-西南（45°）变异在空间变异中占主导作用，变异程度受成土母质、地形等结构性因素影响大。3）经验贝叶斯克里金空间插值显示土壤Pb含量整体由西南向东北带状逐步增加，局部特征明显，东北部山前平原和中部平原区域是土壤Pb污染风险监测的重点区；4）地质类型和土地利用对土壤Pb含量空间分布差异具有最强解释力，叠加距矿山距离和工业距离等因素后，其交叉作用影响程度显著增加，地质地形、大气等自然因素叠加工矿企业及农业生产等复杂环境下区域重金属污染综合研究是未来面临并需要研究的重要内容。该研究可为南太行典型区复杂环境下土壤重金属污染防治与修复治理提供精准支撑。     

经济发达地区耕地景观格局对土壤重金属污染风险的影响分析

探讨耕地景观格局对土壤重金属污染风险的影响有利于丰富耕地可持续利用和保护路径,对维护国家粮食安全和景观生态安全具有重要意义。该研究以经济发达地区嵊州为研究对象,基于土地利用数据、耕地分等成果和93个样点采样数据,测算耕地重金属镉（Cd）、铅（Pb）和汞（Hg）污染水平和耕地景观格局指数,采用逐步回归模型和空间回归模型分析耕地景观格局与重金属污染的关系。结果表明：1）研究区各土壤重金属因子污染指数及内梅罗综合评价指数的均值范围为0.22～0.42,Cd、Pb和Hg污染风险依次降低,整体污染风险较低,单个重金属污染指数变异系数均大于0.5,污染风险较高地区呈现团状聚集空间分布特征。2）耕地重金属污染与景观格局在城乡和道路梯度上存在明显的空间关联关系。3）耕地不同类型重金属污染与耕地景观格局各类指数呈现显著相关关系,耕地景观斑块规模、破碎度以及斑块形状复杂度与耕地重金属污染呈显著负相关关系,耕地景观聚集度与耕地重金属污染污染呈显著正相关关系。该研究进一步深化耕地景观格局与土壤重金属污染的定量关系,可为从景观格局优化路径控制土壤重金属污染提供参考。     

沿海滩涂区土壤重金属含量分布及其有效态影响因素

为揭示沿海地区土壤重金属含量的空间分布特征及其与自然、人为因素的关联,以近年来围垦开发强度较大的江苏沿海某滩涂区为研究对象,采用经典统计与地统计相结合的方法研究了表层土壤主要重金属Pb、Cr、Cd、As全量与有效态含量状况及其空间分布,分析了沿海滩涂区土地利用方式对重金属含量的影响,探讨了重金属有效态含量与土壤理化性质的相关性。结果表明:目前研究区土壤环境质量状况良好,土壤Pb、Cr、Cd、As均呈累积趋势但基本都低于土壤环境质量一级标准值;土地利用方式不同程度地影响了Pb、Cr、Cd全量与有效态含量,As全量与有效态含量受土地利用方式影响较小;研究区土壤Pb、Cr、Cd全量与Pb、Cr有效态含量具有明显的趋势效应,且研究区土壤重金属全量与有效态含量的空间分布受大尺度的潮汐作用与小尺度的人为因素的共同控制;土壤Pb、Cr、Cd有效态含量与黏粒含量、阳离子交换量和p H显著负相关,与有机质呈显著正相关,土壤As有效态含量仅与土壤p H显著正相关。本研究为沿海滩涂区土壤重金属源头减量、活性钝化、污染消减与风险防范提供科学依据。