嘉峪关草湖区域土壤养分分布及与地形的关系

湿地土壤养分含量是维护湿地生态系统功能的基础,地形地貌是土壤养分含量的主要影响因素之一。文章以嘉峪关草湖湿地为例,运用地统计学方法和GIS技术建立了不同地貌类型(沼泽、盐沼、盐沼与沙丘过渡带、沙丘、戈壁)土壤养分的变异函数理论模型,采用Moran I系数分析了土壤养分的空间自相关性,以Kriging插值法研究了不同地貌类型土壤养分的空间分布特征,并探讨了土壤养分和地形因子(海拔、坡度、坡向)的相关性。结果表明:(1)嘉峪关草湖湿地土壤养分分布均符合正态分布,变异系数由大到小依次为速效钾(75.33%)>有效磷(43.55%)>铵态氮(32.31%),均属于较强的空间变异性,空间自相关强度由大到小依次为速效钾(90.4%)>有效磷(89.3%)>铵态氮(76.3%),且速效钾的空间集聚性更强烈,有效磷次之,铵态氮最弱;(2)嘉峪关草湖湿地土壤养分总体呈现西部高,东部低的特点,铵态氮和速效钾含量总体表现为草本沼泽>内陆盐沼>内陆盐沼与沙丘过渡带>戈壁>沙丘,而有效磷含量总体表现为草本沼泽>内陆盐沼>内陆盐沼与沙丘过渡带>沙丘>戈壁;(3)土壤养分和坡度均呈现出负相关,海拔和土壤养分均呈现出正相关性,铵态氮和速效钾均与坡向呈正相关,而有效磷和坡向呈极显著负相关。综上所述,地形地貌为西北干旱半旱地区湿地土壤养分的重要影响因素,了解嘉峪关草湖湿地土壤养分的空间分布及其与地形地貌的关系,可为草湖湿地土壤养分的有效保持和资源的高效利用提供依据。

兰州市耕地表层土壤重金属的积累特征及其影响因素分析

以兰州市耕地表层土壤中的As、Cd、Cr、Hg和Pb为研究对象,运用描述性统计、单因子积累指数、综合积累指数、地统计学方法和地理加权回归模型(GWR)相结合的方法,探究其积累现状、空间分布和其影响因素,为研究区重金属积累风险的精准管控提供科学依据.结果表明:(1)单因子积累指数显示,研究区Hg和Cd的积累程度最大,其次为Pb和As,Cr的最小;综合积累指数显示,重金属的积累率高达98.11%,其中54.81%为轻度积累,43.30%为中度和以上积累;可见,虽然兰州市耕地表层土壤不存在重金属污染问题,但是普遍存在积累现象,少部分地区有潜在的污染风险.(2)空间自相关分析显示,Cr、Hg和Pb单因子积累指数的空间自相关性中等,表明其受随机性因素和结构性因素的共同影响;其它2种重金属的空间自相关程度弱,表明其主要受随机性因素的影响,其中人为因素的影响较大.As和Cr单因子积累指数由西向东递减,Cd则由西向东递增,Hg单因子积累指数中间高四周低;综合累积指数从西北向东南增加,从中间向两边降低.(3)GWR分析表明,海拔高度、坡长、距河流距离、土壤有机质(SOM)含量、降水量、气温和地表温度都表现为正向驱动作用,其余因子都表现为负向驱动,并表现出显著的空间异质性和不稳定性(P<0.05).因子影响的大小依次为:土壤特征>地形特征>气候特征>位置特征>社会经济特征>植被特征,其中SOM含量的贡献率最大,海拔高度和气温的次之,NDVI值的最小;与其它特征因子相比,位置特征因子影响的空间异质性更强.

嘉峪关草湖湿地土壤水分含量与植被盖度的空间格局

土壤水分含量是植被格局形成和演变的主要因素。探讨干旱区盐沼湿地土壤水分含量的空间异质性,有助于揭示湿地植物的环境适应机理和土壤水分与湿地植物的相互关系。本研究利用地统计学方法建立了嘉峪关草湖湿地3个不同长势(植被盖度高、中、低)假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmites)单优种群斑块土壤(0～90 cm)水分含量与植被盖度的变异函数理论模型,以Kriging插值法绘制了土壤水分含量与植被盖度的空间格局分布图,采用Moran I系数确定了湿地土壤水分含量和植被盖度的空间自相关关系,分析了湿地土壤水分含量与植被盖度的空间异质性及其相互作用关系。结果表明:草湖湿地样地土壤的平均含水量为湖边>干湖>沙丘间平地;盐分平均含量为干湖>湖边>沙丘间平地;在斑块尺度上,土壤水分含量和植被盖度均符合正态分布;各层土壤水分含量和假苇拂子茅盖度的空间结构均具有明显的斑块状分布特点,且均存在高度的空间异质性; 3个样地各层土壤的水分含量和植被盖度均具有空间正相关性和空间集聚特征,60～90 cm土壤水分含量的空间集聚强度较0～30和30～60 cm土层更大,湖边样地植被盖度空间集聚特征更明显。假苇拂子茅最大限度利用土壤水分资源,提高了其对干旱生境的适应力,且在一定程度上影响小尺度土壤水分的空间分布格局。

兰州市耕地“五毒”重金属的风险评价与归因分析

耕地土壤的重金属有可能通过食物链网迁移转化危害生态环境和人体健康.目前,人们对兰州市耕地土壤重金属的生态环境和人体健康风险还不够清楚,从而影响对其有效管控.因此,以兰州市耕地表层土壤为研究对象,采用潜在生态风险危害指数评价As、Cd、Cr、Hg和Pb共5种重金属的生态环境风险,以USEPA提出的健康风险模型和推荐的标准评估其人体健康风险,用地理探测器探究风险空间分异的主要影响因子,以便为研究区重金属污染风险的精准管控提供科学依据.结果表明,研究区耕地表层土壤重金属对生态环境风险主要为中风险(65.25%),少部分为低风险(13.80%)和高风险(20.95%),低风险区主要位于永登县东南部、榆中县中部和北部以及皋兰县西南部;中等风险区在三县五区均有分布;高风险区位于永登县北和东南部、城关区南部、七里河东北部、西固区东部和榆中县中部.5种重金属不同暴露途径的非致癌与致癌风险均为:经口摄入>皮肤接触>呼吸摄入,总体上儿童高于成人.但是,“五毒”重金属的非致癌风险HI均小于1,表明它们对当地居民不存在不可接受的非致癌风险.As的致癌风险分别大于1×10^(-5)(儿童2.04×10^(-5))和小于1×10^(-4)(成人1.91×10^(-5)),说明其对当地居民存在可接受的中等致癌风险,且儿童的大于成人.地理探测器分析表明,采样季平均降水量对As和Cd人体健康风险空间分异的影响最大,GDP对Cr风险空间分异的影响最大,距铁路距离对Hg和Pb风险空间分异的影响最大;交互作用探测表明,各因子之间均为双因子增强,除主导因子起作用外,pH值、坡度和海拔高度等其它因子也会增强主导因子对耕地土壤重金属风险空间分异的影响程度.