泰安市農(nóng)田土壤重金屬的空間分布及光譜特征研究.pdf

1、魯中山區(qū)位于山東省中南部，是山東省地勢(shì)最高的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)地貌類型復(fù)雜，土地利用方式多樣，屬于山東的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)。泰安市是魯中南山區(qū)的代表區(qū)域，泰安市土壤污染的研究還處于起步階段，尚缺乏系統(tǒng)的研究和探討。本研究以山東省泰安市為研究區(qū)，以耕層土壤中的Pb、Cu、Zn、Cr、Ni、Cd和Hg七種元素作為主要研究對(duì)象，主要的研究結(jié)果如下：
　　 (1)利用因子分析法對(duì)泰安市110個(gè)農(nóng)田表層土壤(0～20cm)的7種重金屬(Cr、Zn、Cu

2、、Ni、Pb、Cd、Hg)元素進(jìn)行分析，提取了3個(gè)主因子。結(jié)合泰安市工業(yè)企業(yè)分布情況，對(duì)比因子分析中的3個(gè)主因子，整理分析其可能來(lái)源，并對(duì)土壤中重金屬污染進(jìn)行了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。結(jié)果表明，泰安市農(nóng)田土壤重金屬的累積現(xiàn)象比較明顯，尤其是Hg、Ni、Cu，三者最大值均超過(guò)了國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)性分析表明Zn與Ni、Zn與Cu、Ni與Cr之間分別呈顯著正相關(guān)，Zn與Hg呈顯著負(fù)相關(guān)。因子分析顯示，研究區(qū)土壤中的Zn、Cu、Ni、Cr

3、主要來(lái)源于工礦業(yè)活動(dòng)，農(nóng)業(yè)活動(dòng)和居民生活則對(duì)Cd和Hg的影響較大，商業(yè)活動(dòng)對(duì)Pb污染貢獻(xiàn)最大。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果是Cr、Zn、Ni、Pb這四種元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均處于低危害水平，Hg、Cd、Cu則均存在不同程度的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
　　 (2)采用ArcGIS中地統(tǒng)計(jì)分析模塊研究土壤中重金屬分布的空間變異性，應(yīng)用Kriging方法進(jìn)行空間插值作圖。結(jié)果表明：研究區(qū)土壤中的重金屬含量除Ni(超國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)樣點(diǎn)數(shù)5個(gè))、Cu(超

4、國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)樣點(diǎn)數(shù)3個(gè))和Hg外其余均未超出國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。土壤重金屬含量的變異系數(shù)較大的是Pb和Cu，其余重金屬變異系數(shù)相對(duì)較小。空間分布上，Cu的空間相關(guān)性較強(qiáng)，Cr、Zn、Ni、Pb和Cr居中，而Hg較弱。插值結(jié)果顯示，土壤中Cd污染由西向東加重的趨勢(shì)，高含量區(qū)主要集中在東部的新泰市，Pb的污染范圍比較廣，Cu的含量由東向西逐漸增加，高含量區(qū)主要是新泰市，Cr的分布為西部和東部高而中部較低，即高含量區(qū)具體到新泰市和

5、東平縣，Zn和Ni的高含量區(qū)主要集中在東部的新泰市，Hg的分布趨勢(shì)是由北向南逐漸增加，高含量區(qū)集中在南部的寧陽(yáng)縣。
　　 (3)初步了解了實(shí)驗(yàn)室土壤光譜特征。在600～800nm波段，土壤高光譜曲線陡直上升，之后上升變緩，在1455～1820nm波段形成一個(gè)反射率較高的平臺(tái)，然后開(kāi)始下降，從2140nm開(kāi)始呈現(xiàn)逐級(jí)跌落的趨勢(shì)。
　　 (4)運(yùn)用多元逐步回歸法、光譜微分技術(shù)等，對(duì)采集的71個(gè)土壤樣品光譜反射率進(jìn)行各種變換處

6、理，在探索研究土壤多種元素含量與光譜反射率之間的相關(guān)性基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)土壤中Cr和Hg與土壤高光譜線性關(guān)系較強(qiáng)，因此著重建立了基于實(shí)驗(yàn)室土壤高光譜特征的Cr和Hg含量的預(yù)測(cè)模型。其中Cr元素以反射率倒數(shù)的對(duì)數(shù)的二階微分建立的估測(cè)模型，其決定系數(shù)R2最大，為0.773，且均方根誤差RMSE最小為2.0457，估測(cè)精度達(dá)到了90.1％；Hg元素以446nm、476nm、2227nm、2496nm平方根一階導(dǎo)數(shù)的光譜反射率建立的模型最好，其決定系