冀东平原表层土壤重金属元素的空间变异及模拟研究

以冀东平原为例,运用地统计学方法和ArcGIS技术,分析了土壤中Cu、Pb、Cd、Zn、As、Hg、Cr、Ni等8种重金属的空间变异性和相关性;借助最优空间插值模型模拟它们的空间分布特征,对各重金属元素含量高值区形成的原因进行了初步判断。结果表明,研究区8种重金属元素的空间变异指标(C0/C+C0)的大小顺序为:CdHgAsPbCrCuZnNi,Cd属于空间弱相关,Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn属于中等程度的空间相关性,Ni具有较强的空间相关性。研究区土壤重金属元素Cu、Pb、As、Cr、Ni含量的最佳空间插值模型为完全样条径向基函数插值法,Cd、Hg为1次局部多项式插值法,Zn为2阶趋势效应的普通Kriging插值法。通过对研究区表层土壤中8种重金属的插值模拟,8种重金属元素在研究区的不同分布特征表明土壤母质的结构性因素和人为随机性因素共同作用造成了重金属元素在空间上的相关性差异。     

滨海开发带土壤重金属分布特征及来源分析

以江苏省大丰市为例,研究了土壤中8种重金属的空间分布特征及其与土地利用的关系,并通过主成分分析方法,对其可能的来源进行了探讨。结果表明:研究区8种土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni平均含量分别为17.40、74.38、18.14、0.105、55.58、8.33、0.074、25.73mg/kg,不同采样点之间变异不大。沿垂直海岸线方向,随距海岸线距离增加,Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、Ni 6种重金属含量逐渐升高,As含量逐渐降低,Cd含量则先升高、后降低。Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、Ni 6种重金属均在水田土壤中含量最高,Cd在旱地土壤中含量最高,As则在滩涂土壤中含量最高。相关分析表明,土壤As含量与其他重金属元素含量的相关性均不显著,土壤Cd含量与Zn、Pb、Hg、Cr含量的相关性显著,与Cu、As、Ni含量的相关性不显著,其他各元素间相关性均达极显著水平。基于主成分分析结果,认为研究区土壤Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、Ni 6种重金属元素含量受土壤母质影响较大,Cd含量与农业生产中磷肥施用关系密切,As含量的累积受磷肥施用的影响,但以水稻种植为主的耕作土壤As含量总体上呈下降趋势。本研究可为滨海开发带土地利用规划提供指导。     

长江三角洲地区土壤重金属污染的空间变异特征——以江苏省太仓市为例

城市化、工业化和农业集约化的发展影响着土壤环境和健康质量。本研究以位于长江三角洲地区的江苏省太仓市为典型区，采用地统计学方法对其耕层土壤中Cd、Cr、Cu、M、Hg、Pb、Zn和As等8种重金属结构特征和空间分布格局进行了分析，并用模糊数学法综合评价了土壤重金属的污染程度，结果表明：太仓市表层土壤Zn、Cu属强变异强度，呈对数正态分布；Cd、Ni、Hg、As、Cr和Pb属中等变异强度，呈正态分布。除Cd、Cr和Pb略低于背景值外，其他重金属均高于其背景值，其中以As污染指数和超标率最高。土壤重金属复合污染严重，模糊综合评价污染结果为一级。通过半方差函数模型拟合发现Hg、Cd符合球状模型，其他重金属均符合指数模型，8种重金属元素在一定范围内均存在空间相关性。采用Kriging最优内插法得到了耕层土壤重金属含量的空间分布图，发现土壤重金属含量与母质、土壤质地、有机质含量以及工业化、城市化和农业集约化程度密切相关。     

龙游硫铁矿区农田土壤重金属污染的空间 变异及在水稻中的积累

为了解浙江龙游硫铁矿区农田重金属污染状况,采集矿区265件农田土壤样品,分析8种重金属Cu、As、Hg、Zn、Cd、Ni、Pb、Cr元素全量,利用地统计学软件GS+9.0对研究区土壤各元素指标进行半变异函数拟合,并利用普通克里格法进行插值并绘制空间分布图。采集30件水稻籽粒样品,分析重金属在研究区中水稻籽粒的累积特征,并进行了健康风险评价。结果表明:矿区土壤中8种重金属元素的变异系数从0.72到1.76,离散程度较高。8种重金属的土壤空间半变异函数Cu、As、Hg元素符合指数模型,Zn、Cd、Ni、Pb符合球状模型,Cr符合高斯模型。元素Cu、Pb、Zn、Cr、Ni的块金值与基台值的比值C0/C0+C都小于0.25,说明空间变化主要受地质背景等因素影响;元素Cd、Hg和As的块金值与基台值的比值C0/C0+C在0.25~0.75之间,说明除了地质背景因素,人为活动等随机因素也有影响。矿区水稻籽粒中重金属Ni和Cd的变异系数最高,分别为0.95和0.87,说明Ni和Cd元素可能存在异常积累。矿区水稻籽粒对重金属的富集能力由大到小依次为Cd、Zn、Cu、Ni、As、Hg、Cr、Pb。健康风险评价结果表明矿区农田水稻籽粒中元素As、Cd的风险商大于1,存在潜在健康风险;而其他6种重金属Cu、Hg、Zn、Ni、Pb和Cr基本属于安全范围。     

工业区周边农田重金属污染评价及来源分析

以新疆北疆某工业区周边农田土壤为研究对象,采集0~20 cm土壤样品254个,测定了Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb、Cd共8种重金属含量。运用相关性分析和主成分分析探讨工业区周边农田土壤重金属的来源,运用GS+进行数据拟合,选取最佳模型,再进行克里格插值分析重金属的空间分布格局。结果表明,Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb和Cd的含量分别为45.00、28.53、55.66、73.57、13.39、2.17、15.38和0.50 mg kg~(-1)。测量的金属除Cr之外均超过土壤的背景值,只有Hg处于中度污染,其余元素都处于非污染,而研究区综合潜在生态风险程度为严重型。重金属空间分布表明,Ni、Zn、As、Hg和Pb在东部和南部含量较高。来源分析表明,Hg来源受研究区内工业活动的影响;Cr、Ni、Zn和Cd主要来自于化肥、农药和地膜等农业活动和土壤母质的共同作用;As、Hg和Pb主要来源是受研究区内工业活动的影响。     

河北省麻山药种植区土壤重金属元素空间分布特征

[目的]明确河北省麻山药种植区土壤重金属的空间分布特征以及土壤性状、社会经济因素对土壤重金属含量的影响。[方法]在研究区内通过网格法均匀分布取样获取土壤样本,室内试验得到样本的各元素含量;结合SPSS和ArcGIS 9.3软件的数据相关性、地统计学、空间分析等方法进行分析研究。[结果]从相关系数来看,除Cr以外,其他4种重金属在研究区内均呈现正相关关系;土壤数据中Cr,Pb,As服从正态分布,Cd,Hg经对数转换后服从正态分布;通过元素的块金效应分析发现,元素Hg在研究区的空间相关性最弱。[结论]河北省麻山药种植区土壤重金属含量与母质、土壤质地、有机质含量以及工业化、城市化和农村集约化程度密切相关。     

太原市污灌区土壤重金属污染现状评价

对太原市污灌区土壤重金属分布特征进行了分析评价,结果表明重金属Pb、Zn、Cu、Ni、Mn、Cr、As、Hg、Cd含量均值均未超过土壤环境质量标准（GB15618—1995）,但其平均值均显著高于太原市土壤背景值。各重金属间的相关分析表明,Pb、Zn、Cu、Ni、Mn、Cr、As、Cd之间呈极显著相关,说明这8种元素污染源可能相同。Hg是本区表层土壤重金属污染的主要因子,重金属元素的污染程度依次为Hg〉Cd〉Pb〉As〉Cu〉Zn〉Cr〉Mn〉Ni。土壤重金属单项污染指数均值均大于1,综合污染指数为2.81,总体上,污染水平为中度及其以上。各种重金属单因子污染指数和综合指数在研究区有相似的空间分布格局,总体分布趋势为东南部小店地区和中南部晋源区相对较高,南部清徐县相对较小;通过因子分析并结合污灌区污染源调查,表明Hg除受污水灌溉的影响外,燃煤释放的Hg可能是重要来源之一,Cd、Zn、Pb和Cu可能来自污水灌溉和大气沉降,以污水灌溉的贡献为主,Ni、Mn、As、Cr来自污水灌溉。Hg、Cd是太原市污灌区土壤中需要优先控制的重金属。     

山东省沂源县土壤重金属来源分布及风险评价

为建设高标准农田及保证食品安全,对土壤重金属污染状况进行精确评估极为关键。选取山东省山地丘陵区典型区域—沂源县为研究区,系统采集427个表层土壤样品(0~20 cm),测定了As、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Hg和Zn共10种重金属含量;采用多元统计分析和地统计分析方法,揭示了土壤重金属的主要来源;进一步分析得出研究区重金属的空间分布以及与成土母质、工业排放和农业生产污染之间的关系。研究表明:1)沂源县表层土壤中10种重金属元素的平均含量值均高于土壤背景值但未超过国家二级土壤元素限定值,存在一定程度的重金属富集。2)经主成分分析和单因素方差分析后将研究区重金属的来源主要分为3类:As、Co、Cu和Mn主要来源于成土母质,属自然源因子;Hg、Cd、Zn和Pb受到母质和工农业污染双重控制,属于混合来源;Cr和Ni主要是成土母质影响下的自然来源。3)自然来源重金属含量的高值区主要与石灰岩成土母质类型分布相一致,Hg、Cd、Zn和Pb元素含量的高值区与工业区分布基本一致。4)通过潜在生态风险评价,沂源县表层土壤目前处于中度潜在生态风险等级,其中Hg和Cd潜在生态风险最强,达到中度生态危害,其他元素具有轻微的潜在生态危害。研究中通过多元统计-地统计模拟分析法有效的揭示了土壤重金属污染源汇特征,可作为评估该区土壤污染现状和对土壤重金属污染进行风险评价的重要依据。     

常规农业村土壤重金属污染及潜在生态风险评价——山西寿阳县为例

以山西省寿阳县 7个典型常规农业村耕地为研究对象,采集耕作层 126个土壤样品,测定其 Cd、Hg、As、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn 8种重金属的含量。运用单因子污染指数法(P)、污染负荷指数法(PLI)和潜在生态风险评价法(RI)评价土壤重金属污染和潜在生态风险程度,应用空间插值法探讨土壤重金属污染和潜在生态风险空间分布,并对重金属污染的来源进行讨论。结果表明:该区域土壤除 As的平均含量低于山西省土壤元素背景值外,其余重金属元素平均含量均高于山西省土壤元素背景值,Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Cr和 Hg的平均含量分别为山西省元素背景值的1.03、1.03、1.13、1.15、1.55、1.72和 2.26倍。从单因子污染指数看,Hg属于中度污染,Cd、Cr、Zn、Cu、Ni、Pb为轻微污染,As则没有发生污染。从综合污染指数看,该区域土壤 8种重金属所有样点的 PLI平均为 1.09,总体上属于轻度污染。从综合潜在生态风险指数看,所有样点 8种重金属的 RI平均为151.47,属于中度生态风险水平,其中 Hg和 Cd为主要贡献因子,其他重金属的生态风险很低。该区域 PLI和 RI的空间分析显示,8种重金属污染和潜在生态风险均呈现一定的空间差异,但二者的空间分布格局基本一致。在局地自然地理条件基本一致的情况下,雾霾、燃煤、煤矿生产以及农业生产是造成该区土壤重金属含量增加的重要原因,而农户行为则可能是造成部分地块土壤重金属污染和生态风险突出的原因之一。     

冀东平原农田土壤重金属污染源分析与风险评价

【目的】通过研究冀东平原水稻田土壤中重金属来源、污染现状、空间分布特征和潜在的生态风险,实现重金属污染农田土壤的安全利用管控。【方法】以实地采集的水稻田土壤表层样品（0～20 cm）为研究对象,测定土壤中铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）和砷（As） 8种重金属元素含量。采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法和主成分分析、聚类分析等多元统计分析方法测算区域土壤重金属污染程度,并进一步分析重金属污染来源。【结果】以《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)(GB 15618—2018)》中的风险筛选值为重金属污染评价基准,冀东平原水稻田土壤部分区域受到明显污染威胁,从单一的重金属元素来看,Cd污染不容忽视,其超标率达到了23.2%,是区域内土壤污染的主要元素。从土壤重金属元素的空间分布来看,重金属污染主要分布在研究区的中部和西部,其中Cd污染严重区主要分布在中部区域。重金属污染元素来源解析结果表明,冀东平原水稻田土壤污染主要受人为活动影响,其次是成土母质,其中Cr和Zn主要以成土母质影响为主,Ni、Pb、Cu、Hg和As是成土母质...     

矿化垃圾施用林地重金属污染潜在生态风险评价

以矿化垃圾施用林地土壤为研究对象,采用Hakanson潜在生态风险指数评价法对5种重金属元素Cd,Hg,As,Cr,Pb的潜在风险进行评价,同时还对不同深度土壤重金属的迁移及污染程度进行了讨论.不同矿化垃圾添加量下0-90 cm土层的潜在生态风险综合评价结果表明,随着矿化垃圾添加量增加,土壤重金属污染有加重的趋势,25％与50％矿化垃圾添加量的土壤污染程度达到中等程度,1oo％矿化垃圾添加量的土壤达到重度污染程度.矿化垃圾对土壤造成的污染主要集中在0-50 cm土壤层内,对垂直方向50 cm以下土壤影响较小.Hg是矿化垃圾施用中最主要的污染因子.土壤剖面垂直方向重金属含量分析结果表明,Cd,Hg,As,Cr,Pb具有从土壤表层向下层递减的趋势.重金属元素Hg和Cr含量具有土壤表层富集的特征.矿化垃圾大量的施用可能会导致Hg和Cr土壤污染,但不会导致Cd,As,Pb在土层中累积与垂直迁移.     

贵州草海湿地周边耕地土壤与农作物重金属污染特征

采集草海湿地周边主要农作物可食部分及对应根系的土壤样品,分析测试了重金属Cd,Cr,Hg,Pb,As和Zn的含量,对比研究了土壤和作物中重金属污染水平及对重金属的富集能力。结果表明:土壤重金属元素Zn,As,Cr平均含量未超过贵州省土壤元素背景值,其他3种重金属Pb,Cd,Hg平均值分别是背景值的1.24,1.44,7.5倍;与中国《食品中污染物限量》标准相比,除Hg平均含量超标外,蔬菜中As,Cr,Zn,Cd和Pb平均含量处在可接受范围内。6种重金属的单因子污染指数的高低依次是Hg > Pb > Cd > As > Cr > Zn,葱和萝卜处于安全水平,其余农作物处于警戒线;不同种类作物中重金属富集特征差异较大,菠菜对As,Cd,Hg,Pb的富集系数比其余作物高,萝卜叶对Cr和Zn的富集能力较强,重金属Cr富集系数最低的是玉米,Zn和Hg富集系数最低的是萝卜根,Cd和Pb富集系数最低为马铃薯,As富集能力最低的为白菜。     

卧龙泉河流域土壤重金属污染的模糊评价

运用模糊评价模型对卧龙泉河流域土壤-植物重金属污染现状进行了评价,结果表明,卧龙泉河上游和中游地区土壤-植物重金属污染严重。其中,卧龙泉河上游土壤污染因子为Cu、Pb,水稻和玉米分别为Pb、Cu、C r、A s和Pb、C r、Hg;王家崴子地区土壤的污染因子主要为A s、Pb、Cd、Zn,水稻和玉米分别为Pb、Cu、Cd、C r、A s和Pb、C r、A s、Hg;氰化厂旱田土和靠山屯林地土为轻污染,污染因子分别为Pb、Zn、Cu、Hg和Hg、Pb;卧龙泉河下游万福旱田土和王家崴子西山坡林地土无污染。王家崴子和万福地区的韭菜Pb、Zn、Hg污染严重。同一地区不同植物的污染因子不同,不同地区水稻或玉米的的污染因子也不同。     

郑州市郊区土壤重金属污染评价分析

为揭示城市化过程对土壤环境质量的影响,本研究以郑州市郊区为例,对其表层土壤重金属Pb、Cr、Cd、Hg、As含量进行了测定分析,按照单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,根据土壤环境背景值标准进行了评价,并应用克里格插值方法对研究区内表层土壤污染的空间变异特征进行了分析。结果表明,研究区表层土壤中各种重金属均有超过背景值现象;其中Cr含量远远高于背景值,重度污染,为主要污染因子,Pb为轻污染,其它重金属处于警戒线等级;污染综合指数均超过1,处于轻污染以上等级;各重金属单因子污染指数和综合污染指数在郑州市郊区的分布特点各不相同。     

贵州万山汞矿区某农田土壤重金属污染特征及来源解析

研究采集万山汞矿区典型农田土壤样品,分析测试其Hg、As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni含量,利用综合污染指数法、地累积指数法和潜在生态危害指数法评估农田土壤的污染状况及生态风险,结合相关分析和主成分分析解析农田土壤中重金属的来源。结果表明,该农田土壤Hg、As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni的平均含量分别为4.29、117.6、0.43、59.06、48.99、43.77、29.13、18.80 mg kg~(-1)。土壤重金属综合污染指数为7.16,表明该农田土壤重金属重度污染,其中100%的位点Hg、As重度污染,66.7%的位点Pb轻度污染,25%的位点Cd轻度污染。土壤重金属的综合潜在生态危害指数为469.0,生态风险强,Hg对综合潜在生态危害指数的贡献率为78.30%,是该农田土壤生态风险的主要来源。该农田中重金属的来源包括:交通运输源、矿业污染源、农业污染源和自然活动源,主要污染物Hg来源于矿业活动,As来源于交通运输和矿业活动,Cd来源于农业活动,Pb来源于交通运输。     

湖南湘潭市土壤重金属污染调查与评价

对湘潭市土壤、不同土地利用类型及不同土壤类型土壤重金属Cu,Pb,zn,Cd,Cr,Hg,As污染现状进行了调查和分析.结果表明,湘潭市54个样本中镉、汞2种重金属属于重污染;铜、锌属于中污染;铬属于轻度污染;铅、砷属于尚清洁区.不同土地利用类型土壤中镉、汞污染严重,介于重污染与中污染之间,铅属清洁区或尚清洁区,其余介于轻度污染与尚清洁区之间.不同类型土壤中镉、汞污染严重,属重污染,锌属中污染,铅属清洁区或尚清洁区,其余介于轻度污染与尚清洁区之间.总之,湘潭市镉、汞污染严重,污染可能由工业三废、汽车尾气、化肥和污水灌溉造成的.     

宿州市矿区与耕地土壤重金属含量及其潜在生态风险评价

以调查宿州市矿区与耕地土壤的重金属污染状况数据为基础,按照有关标准和方法,对宿州市矿区与耕地土壤重金属潜在生态风险进行了评价,结果表明:宿州市矿区土壤重金属含量均值除Pb外,其它都大于耕地,且Hg、Cr含量远远超过耕地;从单因子污染指数看,矿区土壤重金属污染主要是Hg、Cr的污染,而耕地整体状况良好;从内梅罗综合污染指数的均值来看,矿区土壤全部被污染,耕地仅有6%中度污染,8%轻度污染;从潜在生态风险指数来看,矿区土壤属于中等风险等级,耕地属于低风险等级,各重金属元素对矿区土壤潜在生态风险贡献大小顺序为:矿区土壤Hg>Cd>As>Cr>Cu>Zn>Pb,Hg潜在生态风险最大。     

长江三角洲地区土壤盐酸可提取态重金属含量的空间变异特征

以江苏昆山市为典型区,对长三角地区土壤盐酸可提取态重金属含量的结构特征进行分析,得出该区盐酸可提取态重金属的空间分布格局并揭示了引起这种分布格局的成因和污染来源,结果表明：昆山市盐酸可提取态Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg属强变异,Ni和Co为中等变异。半方差函数模型拟合表明所有盐酸可提取态重金属元素均符合球状模型,8种重金属元素在一定范围内均存在空间相关性。采用Kriging最优内插法得到了盐酸可提取态重金属含量的空间分布格局,表明土壤盐酸可提取态重金属含量与工业活动、污水灌溉和大气降尘密切相关。通过主成分分析与地统计学相结合的方法,得出该区盐酸可提取态重金属由4个主成分构成,第一主成分为Cd、Cu、Pb、Cr和Zn,决定这一成分的主要因素为工业污水灌溉、大气降尘和元素地球化学特征;第二主成分为Ni,决定这一成分的主要因素为土壤内部因子;第三主成分为Hg,该成分主要受工业点源污染的影响;第四主成分为Co,该成分可能主要受地形影响。     

北京顺义区土壤重金属分布与环境质量评价

在北京顺义区采集了412份土壤表层样品,分析了其中7种重金属元素（Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As和Hg）的全量,采用单因子指数和内梅罗指数对土壤环境质量进行评价。结果表明,土样中As、Cd、Cr、Hg、Cu、Pb和Zn含量平均值分别为7.85、0.136、61.47、0.073、22.43、20.38mg.kg-1和69.75mg.kg-1,As、Cd、Cr、Cu和Zn含量平均值超过了北京地区环境背景值,但所有元素含量的平均值均未超出土壤环境质量一级标准。土壤中各重金属元素含量Shapiro-Wilk检验和相关性检验结果表明,研究区土壤中重金属Cr呈正态分布,Cd、Cr、Cu、Pb元素与As元素相关性显著。土壤各元素单因子污染指数排序为Zn〉Cr〉Cd〉Cu〉Pb〉As〉Hg,内梅罗综合污染指数平均值为0.745,达到了土壤环境质量评价分级标准Ⅱ级,污染等级为＂警戒线＂级;菜地、果园、荒地、林地、苗圃、设施农业用地和水浇地的土壤内梅罗指数分别为0.809、0.765、0.720、0.669、0.781、0.786和0.729,表现为菜地〉设施农业〉苗圃〉果园〉水浇地〉荒地〉林地。土壤环境质量总体安全,部分地区土壤重金属污染处于警戒水平。