黑土區(qū)小流域土壤表層重金屬空間變異與分布格局研究.pdf

1、土地是人類生產生活的根本保障，是支撐人類社會發(fā)展進步的基礎。人類在對土地資源的開發(fā)利用過程中，會導致土壤中的重金屬含量及其空間分布發(fā)生不同程度的改變。經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人口的迅猛增加帶來的壓力迫使我們加大對土地資源的索取程度，為了保產增收而導致化肥農藥不合理投入從而引起的一系列農業(yè)清潔生產和環(huán)境安全問題，是當前土地資源科學配置、合理利用以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全穩(wěn)定和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的巨大障礙。準確掌握當前流域土壤中重金屬含量現(xiàn)狀，空間格局及其

2、影響因素，對提高區(qū)域糧食生產安全和改善生態(tài)環(huán)境質量具有重要的意義和作用。
　　選擇位于我國東北典型黑土區(qū)的海溝河小流域為研究區(qū)，以促進農業(yè)清潔生產和提升農業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力為研究背景，以經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學分析為研究基礎，集合“3S”技術及相關空間插值模擬方法，對流域土壤表層中重金屬Hg、Pb、Cd含量的空間變異特征、空間分布格局、影響因素與防治進行研究，主要得到以下結論:
　　(1)海溝河小流域土壤中三種重金屬Hg、Pb和C

3、d含量的平均值都要高于研究區(qū)所位于的松嫩平原土壤背景值，分別高出土壤背景值的5.26％、18.20％、213.13％，其中以重金屬Cd的平均含量最高，已超過國家規(guī)定的土壤無機污染物二級標準。統(tǒng)計結果顯示流域土壤中三種重金屬的含量都符合正態(tài)分布，可以進行地統(tǒng)計分析。分析結果表明三者的變異強度為Hg＞Pb＞Cd，變異系數(shù)分別是58.54％、25.65％、13.40％?？梢钥闯鯤g含量的變異系數(shù)最高，表示在所有樣點中重金屬Hg的含量相對比較離

4、散，分異特征較大。另外兩種重金屬Pb和Cd的變異系數(shù)較小，說明離散性相對較小，表明這兩種重金屬的空間分異差距相對較小，可能都受同一外界因素影響，具有相似的同源性。
　　(2)海溝河小流域土壤中重金屬Hg、 Pb和Cd含量的半方差函數(shù)理論模型依次對應高斯模型、高斯模型和球型模型，對應的擬合殘差分別為1.694E-08、29.8、8.615E-09，R2分別為0.945、0.732、0.764，表示這三種模型的擬合效果良好，能夠有效的

5、體現(xiàn)出研究區(qū)土壤中三種重金屬含量的空間分布與變異特征。塊金效應揭示了流域土壤中三種重金屬含量的空間變異受地形地貌、成土母質等結構性要素影響較小，受人類活動如開發(fā)利用、種植方式等隨機因素影響較大。
　　(3)以地形及環(huán)境因子為輔助變量進行的協(xié)同克里格插值和地理加權回歸克里格插值模擬得出的預測結果同普通克里格插值模擬的預測結果相比較，其相應的精度驗證誤差指標均有不同程度的降低。相比之下采用地理加權回歸克里格插值法得到的預測值的平均絕對

6、誤差、平均相對誤差和均方根誤差都要小于協(xié)同克里格插值和普通克里格插值，由于輔助變量相關性等原因導致誤差降低幅度不明顯，但還是能夠說明地理加權回歸克里格插值法同普通克里格插值法和協(xié)同克里格插值法相比能夠進一步提高流域土壤中三種重金屬含量的空間分布模擬精度，能為農業(yè)清潔生產、土壤重金屬污染防治等方面的提供準確的參考。
　　(4)在導致海溝河小流域土壤中重金屬含量的空間分布差異上，流域土壤的理化性質在一定程度上能夠影響土壤中各類重金屬的

7、含量，只是這種影響相對有限，具體表現(xiàn)為在酸性土壤中重金屬含量較高而且分布廣泛;在不同地形地貌影響下，土壤中重金屬集中分布在地勢較低且平坦的區(qū)域;不同土地利用方式是導致土壤重金屬空間分布差異的主要因素，表現(xiàn)為大部分耕地中都存在重金屬污染，且部分地區(qū)污染嚴重，建設用地與居民區(qū)次之;在不同因素距離的影響下與相關因素的距離越近土壤中重金屬空間分布越密集。
　　(5)海溝河小流域土壤中的重金屬Hg、Pb和Cd含量過高主要是由人為生產生活因素