上海城市土壤重金屬空間變異結(jié)構(gòu)和分布特征.pdf

1、隨著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市土壤重金屬的積累與污染問(wèn)題日益凸顯,直接關(guān)系到土壤質(zhì)量和人類生存質(zhì)量,研究城市或者郊區(qū)土壤重金屬的分布狀況可為保護(hù)生態(tài)環(huán)境和建設(shè)宜居環(huán)境提供一定的理論依據(jù)。為揭示城市化、工業(yè)化等人為活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響,本文選擇能反映上?！俺?郊-鄉(xiāng)”梯度差異的城市樣帶,采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)表層土壤樣品Cu、Zn、Pb、Cr、Mn5種重金屬的空間變異結(jié)構(gòu)和分布特征進(jìn)行了尺度效應(yīng)分析和梯度差異分析,對(duì)土壤重金屬污染狀況做

2、出評(píng)價(jià),得出主要結(jié)論如下：
　　 ⑴研究樣帶內(nèi)5種土壤重金屬元素空間分析結(jié)果表明,土壤Cu、Cr、Mn、Pb、Zn均屬中等變異性,土壤Pb變異系數(shù)最大。5種重金屬元素在一定范圍內(nèi)均存在空間相關(guān)性,其中Mn有明顯的空間自相關(guān),Zn為中等程度空間相關(guān),Cu、Cr、Pb空間相關(guān)性弱,說(shuō)明Cu、Cr、Pb以隨機(jī)變異為主,受人類活動(dòng)的影響和干擾大。在樣帶范圍內(nèi)土壤Cu呈條帶狀分布,由中心城區(qū)向郊區(qū)遞減。Cr、Mn呈島狀分布,由中心向四周輻

3、射狀遞減.Pb、Zn空間分布表現(xiàn)出條帶狀和島狀分布相結(jié)合的特點(diǎn).
　　 ⑵土壤重金屬污染狀況分析表明,土壤Cr、Zn、Pb污染相對(duì)嚴(yán)重,Cr、Zn、Pb和Mn樣點(diǎn)超標(biāo)率均在45％以上,其中Cr的超標(biāo)率達(dá)到86.2％。土壤Cr、Zn、Pb、Mn和Cu之間均具有極顯著的相關(guān)性,土壤重金屬之間表現(xiàn)為復(fù)合污染或者具有同源性。利用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度。樣帶區(qū)內(nèi),Cu、Pb、Zn都體現(xiàn)出從市區(qū)到郊區(qū)污染程度減

4、輕的規(guī)律,污染程度由高到低均為:徐匯區(qū)、閔行區(qū)、奉賢區(qū)。研究區(qū)內(nèi)復(fù)合污染指數(shù)P()在0.78～5.08之間,75.7％的樣點(diǎn)綜合污染指數(shù)在1～2之間,屬于輕度污染。5％的樣點(diǎn)綜合污染指數(shù)大于2,屬于中度以上污染。土壤重金屬污染程度總體上體現(xiàn)“城-郊-鄉(xiāng)”的梯度差異,也反映了工業(yè)區(qū)分布、城市交通、廢棄物排放等對(duì)城市土壤重金屬分布的影響。
　　 ⑶不同研究尺度下城市土壤重金屬含量各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)特征值和變異系數(shù)均存在明顯差異。樣帶尺度上土壤

5、Mn、Cr呈正態(tài)分布,Cu、Pb、Zn含量服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。而校園和區(qū)級(jí)尺度下五種土壤重金屬均符合正態(tài)分布。樣帶尺度上,土壤Mn有明顯空間自相關(guān),土壤Cr、Zn、Pb、Cu空間相關(guān)性很弱。區(qū)級(jí)尺度上,土壤Cr、Zn、Cu有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性,土壤Pb有明顯空間自相關(guān),土壤Mn空間相關(guān)性很弱。校園尺度上,土壤Pb有強(qiáng)烈空間相關(guān)性。土壤Zn有明顯空間自相關(guān),土壤Cr、Cu、Mn空間相關(guān)性很弱。
　　 ⑷不同尺度重金屬空間變異結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出

6、不同變異規(guī)律。校園尺度和區(qū)級(jí)尺度下土壤重金屬均存在較好的空間結(jié)構(gòu),樣帶級(jí)尺度下的五種重金屬中的三種(Cu、Pb租Zn)在空間分布上呈純塊金形式,樣本之間體現(xiàn)出隨機(jī)性和獨(dú)立性,未能有效揭示土壤重金屬元素的空間變異結(jié)構(gòu)。不同研究尺度下城市土壤重金屬含量的空間分布特征有明顯的差異。樣帶尺度上,土壤Cu、Pb、Zn的分布總體上比較相似,呈島狀與條帶狀相結(jié)合的特點(diǎn),土壤Cr、Mn呈島狀分布。區(qū)級(jí)尺度上土壤Cu、Cr、Zn的空間分布特征呈島狀,土壤

7、Pb、Mn含量的空間分布總體上呈條帶狀分布。校園尺度上,土壤Cu、Cr、Mn呈條帶狀分布,土壤Zn、Pb呈島狀分布。工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、企業(yè)廢棄物排放和交通業(yè)發(fā)展是影響土壤重金屬污染的重要因素。
　　 ⑸對(duì)“城-郊-鄉(xiāng)”梯度上土壤重金屬污染的比較分析表明,徐匯區(qū)內(nèi)土壤Cu、Cr、Zn具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性,土壤Pb具有明顯的空間自相關(guān),土壤Mn的空間相關(guān)性很弱；閔行區(qū)內(nèi)土壤Mn具有明顯空間自相關(guān),土壤Cr、Cu、Pb、Zn在閔行區(qū)內(nèi)以隨

8、機(jī)變異為主,空間相關(guān)性很弱:奉賢區(qū)內(nèi)土壤Cu、Pb、Zn具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性,土壤Mn具有明顯空間自相關(guān)性,土壤Cr表現(xiàn)出中等程度的空間相關(guān)性。從徐匯區(qū)、閔行區(qū)到奉賢區(qū),由中心城區(qū)到遠(yuǎn)郊,隨著城市化水平降低、人為干擾強(qiáng)度的減弱,土壤Cu、Pb、Zn的變異程度在減弱,影響其空間分布特征的結(jié)構(gòu)性因素在增強(qiáng)。在城郊結(jié)合部,隨著城市化、工業(yè)化的快速推進(jìn),隨機(jī)因素特別是強(qiáng)化的人為活動(dòng)干擾引起土壤重金屬污染的空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的變異。
　　

9、⑹半方差函數(shù)分析表明,徐匯區(qū)土壤Cu、Pb、Zn符合球狀模型,土壤Cr符合指數(shù)模型,土壤Mn符合線性模型；閔行區(qū)內(nèi)土壤Mn符合指數(shù)模型,土壤Cr符合線性模型,土壤Cu、Pb、Zn的半方差擬合模型均為線性模型,表現(xiàn)為純塊金形式；奉賢區(qū)內(nèi),土壤Mn符合球狀模型,土壤Cr和Pb符合線性模型,土壤Cu符合高斯模型,土壤Zn符合指數(shù)模型。作為完全城市化地區(qū)的徐匯區(qū)和以農(nóng)業(yè)用地為主的奉賢區(qū),土壤Cu、Cr、Mn、Pb、Zn總體上均表現(xiàn)出明顯的空間相

10、關(guān)性,而作為城郊結(jié)合部的閔行區(qū),受到強(qiáng)烈的人為活動(dòng)影響和干擾,土壤Cu、Cr、Pb、Zn均表現(xiàn)出樣點(diǎn)之間較強(qiáng)的隨機(jī)性和獨(dú)立性,空間相關(guān)性很弱。徐匯區(qū)內(nèi)土壤Cu、Cr、Zn的空間分布特征呈島狀,土壤Pb、Mn含量的空間分布總體上呈條帶狀分布;閔行區(qū)內(nèi)土壤Cr、Mn、Pb、Zn的空間分布特征呈多島狀,土壤Cu含量表現(xiàn)為島狀與條帶狀相結(jié)合、由西北向東南方向遞減的分布特征；奉賢區(qū)內(nèi)土壤Cu和Zn呈條帶狀與島狀相結(jié)合的分布特征,土壤Cr、Mn、P

11、b均呈條帶狀,由北向南遞減。城市化程度、工業(yè)園區(qū)的分布、企業(yè)廢棄物排放和交通污染源是影響土壤重金屬形成此分布現(xiàn)狀的重要因素。
　　 ⑺研究區(qū)域內(nèi)土壤磁化率均值由大到小分別為徐匯69.31×10-8 m3／kg,閔行50.90×10-8 m3／kg,奉賢37.48×10-8 m3／kg。由徐匯、閔行到奉賢,土壤低頻質(zhì)量磁化率由中心城區(qū)向城市遠(yuǎn)郊遞減。樣帶和閔行境內(nèi)土壤磁化率與土壤Cu、Zn、Pb、Cr之間均具有顯著相關(guān)性。土壤重金