城市樣帶土壤環(huán)境磁學(xué)基本特征及其對土壤重金屬污染的指示性研究.pdf

1、隨著城市化進(jìn)程和人口增長，土地資源面臨巨大壓力，人們對環(huán)境的影響越來越大，人地關(guān)系也變得越來越復(fù)雜。由此造成土壤污染，不僅會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重生態(tài)威脅還會(huì)影響到人們的身體健康。特別是在城市，由于人口聚居，各種工業(yè)污染、廢水、廢氣更容易對人類健康產(chǎn)生影響。因此，對城市土壤環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)成為當(dāng)今環(huán)境科學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。對城市土壤環(huán)境監(jiān)測除了化學(xué)方法、生物修復(fù)等方法外，環(huán)境磁學(xué)由于其快速、不破壞樣本、便捷等優(yōu)點(diǎn)成為城市土壤污染研究新的方法。環(huán)境磁學(xué)原

2、理是通過測量土壤、沉積物、巖石和大氣塵埃等自然物質(zhì)的各種磁學(xué)參數(shù)，從中提取環(huán)境變化信息，進(jìn)而了解自然過程中人類活動(dòng)對環(huán)境的影響，預(yù)測環(huán)境長期變化趨勢。
　　本文以上海市城市土壤為研究對象，采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對研究區(qū)表層土壤磁化率和頻率磁化率空間特征進(jìn)行分析，同時(shí)對研究區(qū)土壤Cu、Cr、Mn、Pb、Zn和Fe這6種重金屬元素含量、土壤粒度和有機(jī)質(zhì)空間分布特征進(jìn)行比較，探索他們之間空間關(guān)系，通過研究得出主要結(jié)論如下:
　　1、樣帶

3、從城市中心區(qū)徐匯區(qū)、閔行區(qū)到城郊邊緣區(qū)奉賢區(qū)，土壤磁化率空間分布呈現(xiàn)“高—低—高”特征，最小值出現(xiàn)在奉賢區(qū)，為9.802×10-8m3kg，最高值出現(xiàn)在閔行區(qū)，為299.761×10-8m-3kg，均值為48.624×10-8m-3kg;頻率磁化率最高值出現(xiàn)在閔行區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)為5.877，最低值出現(xiàn)閔行區(qū)工業(yè)區(qū)0.103。
　　2、空間結(jié)構(gòu)分析表明，樣帶土壤中徐匯區(qū)土壤頻率磁化率遵從指數(shù)模型，閔行區(qū)遵從球狀模型，奉賢區(qū)遵從高斯模型，整

4、個(gè)樣帶遵從指數(shù)模型。低頻磁化率和頻率磁化率變異系數(shù)分別為80.426％和55.230％，說明樣帶尺度上土壤低頻磁化率具有強(qiáng)變異程度，頻率磁化率變異程度中等。
　　3、不同功能區(qū)土壤表層磁學(xué)特征統(tǒng)計(jì)顯示，低頻磁化率最小值出現(xiàn)在公園區(qū)為14.501×10-8m-3kg，最高值出現(xiàn)在工業(yè)區(qū)，為315.610×10-8m-3kg，均值為48.624×10-8m-3kg;不同功能區(qū)低頻磁化率的均值由大到小依次為交通道路(72.934×10-

5、8m-3kg)、工業(yè)區(qū)(67.512×10-8m-3kg)、居民區(qū)(48.619×10-8m-3kg)、農(nóng)業(yè)區(qū)區(qū)(39.240×10-8m-3kg)、公園區(qū)(30.375×10-8m-3kg)。
　　4、工業(yè)區(qū)有86.2％采樣點(diǎn)土壤低頻磁化率＜2％，尤其在工業(yè)區(qū)廠房以及工業(yè)區(qū)內(nèi)道路兩邊表層土壤中，土壤中磁性顆粒多為MD，而SP很少。說明工業(yè)區(qū)土壤磁性顆粒物主要來源于人為活動(dòng)，而非成土作用。交通道路、農(nóng)業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)靠近道路一側(cè)是頻率

6、磁化率的低值區(qū)，而公園區(qū)和居民區(qū)出入口，也是明顯低值區(qū)。
　　5、功能區(qū)尺度上，交通道路、工業(yè)區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)、居民區(qū)和公園區(qū)樣點(diǎn)磁化率大于100×10-8m-3kg樣點(diǎn)數(shù)超標(biāo)率分別為26.67％，16.92％、、4.55％、3.33％和2.63％。區(qū)級尺度上，閔行區(qū)磁化率大于100×10-8m-3kg樣點(diǎn)數(shù)超標(biāo)率為8.51％。樣帶尺度上，磁化率大于100×10-8m-3kg樣點(diǎn)數(shù)超標(biāo)率8.46％。交通道路、公園區(qū)、居民區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)頻率磁

7、化率小于3％樣點(diǎn)數(shù)分別占該樣塊樣點(diǎn)總數(shù)93.33％、86.84％、76.67％和72.73％，說明交通道路土壤受到的污染程度較高。
　　6、多尺度土壤磁學(xué)特征顯示，區(qū)級尺度和各功能區(qū)尺度上，土壤磁化率塊金系數(shù)均小于25％，具有強(qiáng)烈空間自相關(guān)性，以結(jié)構(gòu)性變異為主;樣帶尺度上土壤磁化率塊金系數(shù)為100％，空間相關(guān)性較弱，以隨機(jī)變異為主。功能區(qū)尺度上，交通道路、公園區(qū)、居民區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)土壤磁化率半方差函數(shù)遵從球狀模型，工業(yè)區(qū)土壤磁化率遵從

8、高斯模型。區(qū)級尺度上遵從球狀模型，樣帶尺度上土壤磁化率遵從線性模型，為純塊金形式，表明在樣帶尺度上，各采樣點(diǎn)土壤磁化率表現(xiàn)出較強(qiáng)獨(dú)立性和隨機(jī)性。
　　7、樣帶尺度上，土壤重金屬Cr、Mn和Fe變異系數(shù)分別為0.142、0.178和0.139，屬于弱變異強(qiáng)度;Cu、Pb和Zn變異系數(shù)分別為0.384、0.569和0.310，屬于中等強(qiáng)度變異。區(qū)級尺度上，閔行區(qū)土壤重金屬Cr、Mn和Fe變異系數(shù)分別為0.15、0.16和0.14，屬于

9、弱變異強(qiáng)度;Cu、Pb和Zn變異系數(shù)分別為0.33、0.62和0.29，屬于中等強(qiáng)度變異。說明土壤中Cu、Pb、Zn受外界干擾比較顯著，空間分異較大，可能是由于交通、工業(yè)、商業(yè)等城市建設(shè)用地等強(qiáng)烈人為活動(dòng)造成。
　　8、樣帶土壤磁化率與Cu、Cr、Mn、Pb、Zn、Fe相關(guān)系(數(shù)分別為0.230)、0.207、0.039、0.393、0.416、-0.056，相關(guān)系數(shù)大小順序?yàn)閆n＞Pb＞Cu＞Cr＞Mn＞Fe。不同功能區(qū)，交通道

10、路、公園區(qū)、居民區(qū)和工業(yè)區(qū)土壤Cu、Cr、Pb、Zn重金屬元素與磁化率具有顯著正相關(guān)。頻率磁化率與土壤重金屬含量相關(guān)性不明顯。城市土壤Cu、Zn、Pb等含量增加，土壤磁化率也隨之增加，因此，城市土壤磁化率大小可指示土壤中Cu、Zn、Pb等重金屬元素污染狀況。
　　9、城市土壤粒度及磁學(xué)特征，樣帶土壤粉粒平均百分比為79.995％，閔行區(qū)土壤粒度粉粒平均百分比為79.885％，說明樣帶和閔行區(qū)土壤粉粒占優(yōu)勢地位，粉粒變異系數(shù)也最小。

11、樣帶土壤磁化率與砂粒組顆粒含量呈顯著正相關(guān)，與粉粒組顆粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)。工業(yè)區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)土壤磁化率與土壤砂粒含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.493和0.555，交通道路、居民區(qū)和公園區(qū)土壤磁化率與沙粒含量相關(guān)性不明顯;交通道路、工業(yè)區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)土壤磁化率與土壤粉粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.276、-0.245和-0.501，居民區(qū)和公園區(qū)土壤磁化率與粉粒含量相關(guān)性不明顯。農(nóng)業(yè)區(qū)土壤磁化率χlf與土壤質(zhì)地粘粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)

12、，相關(guān)系數(shù)為-0.514，其他功能區(qū)與土壤粘粒含量相關(guān)性不明顯。
　　10、城市土壤有機(jī)質(zhì)及其磁學(xué)特征，有機(jī)碳的平均值為11.35g/kg，有機(jī)碳的變異系數(shù)為0.66，屬于中等強(qiáng)度變異。樣帶全氮平均值為1.4g/kg，全氮含量變化范圍為0.6～3.57g/kg，變異系數(shù)為0.33，屬于中等強(qiáng)度變異。樣帶土壤有機(jī)碳含量和土壤全氮含量相關(guān)系數(shù)為0.443，相關(guān)關(guān)系顯著。樣帶土壤有機(jī)碳含量與土壤磁化率呈顯著正相關(guān)，有機(jī)碳與磁化率相關(guān)系數(shù)