基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的農(nóng)田土壤重金屬空間分析與模擬.pdf

1、農(nóng)田土壤重金屬污染已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)環(huán)境研究和保護(hù)的重點之一。開展區(qū)域農(nóng)田土壤重金屬含量的空間分析與模擬研究，對防治土壤重金屬污染，提高土壤環(huán)境質(zhì)量，保障人體健康等均具有重要的現(xiàn)實意義。 本文以天津市武清區(qū)北部的10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究對象，在調(diào)查采樣和分析測試的基礎(chǔ)上，對5種土壤重金屬元素(銅、鋅、鉛、砷和汞)的含量進(jìn)行統(tǒng)計分析、半方差函數(shù)結(jié)構(gòu)分析、方向效應(yīng)分析和趨勢效應(yīng)分析。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用確定性空間插值法和地統(tǒng)計學(xué)Kriging插值法

2、對研究區(qū)域5種重金屬含量進(jìn)行空間內(nèi)插。通過對不同種空間插值方法的誤差精度的比較，篩選出最佳的插值模型。最后，利用最優(yōu)空間插值模型對研究區(qū)域 5 種土壤重金屬元素進(jìn)行空間模擬，生成空間分布趨勢圖。 主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括： (1)統(tǒng)計分析：研究區(qū)域土壤5種重金屬元素除Cu和As含量外，其它三種重金屬含量均高于該地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量背景值。5種重金屬元素含量的總體變異程度表現(xiàn)為：Hg>Cu>Pb>Zn>As。土壤As元素基本

3、服從正態(tài)分布，土壤Cu、Zn、Pb、Hg 基本上服從對數(shù)正態(tài)分布。從相關(guān)性分析看 Cu、Zn、Pb、As、Hg之間均呈正相關(guān)性，表明這五種重金屬之間同源性很高。從主成分分析得出，第一主成分C<,1>與Pb、Hg、Cu、Zn密切相關(guān)，第二主成分C<,2>大小主要由As決定。 (2)半方差函數(shù)結(jié)構(gòu)分析：研究區(qū)域土壤重金屬Cu和Zn元素的半方差函數(shù)可用Rational Quadratic來擬合，Pb、As、Hg元素分別用 Spher

4、ical、Exponential、Hole Effect來擬合。5種重金屬元素的空間變異指標(biāo)(C<,0>/C+C<,0>)的大小順序為：Hg>Cu>Zn>As>Pb，表明Hg元素屬于空間弱相關(guān)，其它四種重金屬元素均屬于中等程度的空間相關(guān)。變程大小的比較表明，5種元素空間自相關(guān)范圍為Zn>Hg>Pb>Cu>As。 (3)方向效應(yīng)分析：Cu 元素、Zn元素、Pb 元素和Hg元素含量在各自的最優(yōu)擬合模型下均存在各向同性，而As元素含

5、量表現(xiàn)出存在各向異性。 (4)趨勢效應(yīng)分析：Cu元素、Zn元素、Pb元素、As元素、Hg元素含量的分布均具有二階趨勢效應(yīng)。 (5)不同種空間插值方法比較：研究區(qū)域土壤重金屬元素Cu、Zn、Pb、As、Hg含量的最佳空間插值方法分別為張力樣條函數(shù)、3次反距離加權(quán)、2階趨勢效應(yīng)的析取Kriging、3次反距離加權(quán)、2次局部多項式。 (6)研究區(qū)域土壤5種重金屬含量進(jìn)行空間模擬，建立空間柵格數(shù)據(jù)庫，生成5種重金屬

6、元素含量的空間趨勢分布圖。從圖中可以清晰的辨認(rèn)出各種重金屬元素在研究區(qū)域中的含量范圍及分布趨勢。 本文借助GIS技術(shù)、地統(tǒng)計學(xué)方法和空間插值技術(shù)，將土壤重金屬含量數(shù)據(jù)作為區(qū)域化變量，分別應(yīng)用不同種插值方法對其進(jìn)行估值，并對各種插值方法進(jìn)行對比分析，旨在為土壤重金屬空間分析與模擬研究做出方法上的嘗試。研究結(jié)果揭示了研究區(qū)域5種重金屬元素的空間變異規(guī)律和空間分布情況，為指導(dǎo)當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘傥廴究刂乒芾砗娃r(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地布局提供科學(xué)依據(jù)