莱州湾南岸滨海湿地表层土壤重金属元素分布与生态风险评价

为探索莱州湾南岸滨海湿地表层土壤重金属元素分布和生态风险,采集105件表层土壤样品,分析测定Cu、Cr、Zn、Ni、As、Pb、Cd和Hg 8种重金属元素含量。利用内梅罗综合污染指数法和Hakanson潜在生态危害指数法评价其污染程度,研究结果表明,该地区重金属元素含量均超标,内梅罗综合污染指数显示整体属于中度污染;相关性分析表明,研究区各重金属元素含量之间具有明显的正相关性,其中Cu、Zn、Cd、Pb和As的来源与工农业生产和交通活动相关,Cr、Ni的来源主要受到地质背景和地球化学作用的影响,Hg的来源主要受到大气沉降的影响;研究区土壤重金属元素单因子潜在生态危害程度为Hg>Cd>As>Cu>Pb>Ni>Cr>Zn,其中Hg处于较重危害程度,Cd处于中等危害程度,其他重金属元素处于低危害程度,大部分属于中、低程度生态危害。研究成果可为该地区土壤修复、生态环境保护提供数据支撑。

莱州湾南岸土壤盐碱程度与养分含量空间变异

【目的】探究莱州湾南岸土壤可溶性盐含量、pH值和养分的空间分布特征,为我国北方滨海盐渍土区脆弱生境生态保护与修复提供科学依据。【方法】以莱州湾南部海岸线以南30 km的区域为研究对象,基于3 km距离的网格化布点法采集313个样点0~20、20~40、40~60 cm深度的土壤样品,经室内测定结合地统计学原理与地理信息系统等方法,揭示不同土层可溶性盐含量、pH值及表层土壤各养分指标的空间变异性特征。【结果】1)研究区域0~20、20~40、40~60 cm土层可溶性盐含量分别介于0.19~8.44、0.14~9.86、0.18~10.61 g∙kg^(−1)之间,各土层平均土壤可溶性盐含量分别为1.23±1.65、1.42±1.73、1.48±1.72 g∙kg^(−1),盐渍化等级以非盐渍化土为主,盐渍化类型以硫酸盐−氯化物型及氯化物−硫酸盐型为主,土壤含盐量随土层深度增加而增加。各土层可溶性盐含量空间分布不均,0~20 cm土层土壤盐分呈中等程度的空间自相关性,20~40 cm和40~60 cm土层盐分空间自相关性较强。2)研究区域0~20、20~40、40~60 cm土层土壤pH值分别介于7.04~9.38、7.04~9.66、7.08~9.79之间,各土层平均土壤pH值分别为8.17±0.46、8.39±0.47和8.46±0.46,整体以非碱性等级为主;0~20 cm土层pH值呈中等程度的空间自相关特征,20~40 cm和40~60 cm土层pH值空间自相关性较强。3)研究区域表层土壤有机质、全磷和全钾含量介于0.28~30.29、0.20~1.29、15.44~23.01 g∙kg^(−1)之间,平均含量分别为9.70±6.50、0.59±0.21和19.21±1.31 g∙kg^(−1);有效氮和速效钾的含量介于1.33~66.72mg∙kg^(−1)和24.90~248.20 mg∙kg^(−1)之间,平均含量分别为12.67±9.62mg∙kg^(−1)和94.64±45.60 mg∙kg^(−1)。土壤有机质和速效钾含量呈由海到陆沿平行于海岸线的方向带状增加的分布趋势,空间自相关性较强。有效氮、全磷、全钾空间分布不均,呈中等程度的空间自相关特征。【结论】莱州湾南岸土壤盐碱程度和养分含量总体呈较低水平且空间分布不均,各指标空间变异在不同程度上受到结构性因素与随机性因素的共同影响,人为活动、土壤质地与植被生长状况是莱州湾南岸土壤盐碱与养分空间变异的主控因素。本研究可为我国陆地生态系统脆弱生境生态保护与精准修复、北方滨海盐渍土科学管理与利用、边际土地产能提升与固碳增汇等工作提供理论依据。

莱州湾南岸海岸侵蚀过程与原因研究

采用历史资料对比分析的方法，对莱州湾南岸1958-2004年的海岸侵蚀进行了研究。结果表明，1958-1984年，莱州湾南岸岸线平均侵蚀后退速率为27m／a，0m等深线后退速率为27～65m／a，岸滩平均蚀低速率为2．1cm／a。1984-2004年，莱州湾南岸岸线位置基本无变化，岸滩平均蚀低速率为1.04cm／a，水深5m以浅的区域表层沉积物变粗。海面相对上升、入海泥沙量减少和风暴潮是研究区海岸侵蚀主要原因，三者对海岸侵蚀影响权重比为3：5：2。

莱州湾南岸滨海平原地下卤水水化学特征

综合运用数理统计分析方法对莱州湾南岸滨海平原地下卤水样品的水化学特征进行分析,结果表明:莱州湾南岸地下卤水水化学总体特征与海水一致,rNa/rCl,rK/rBr和rMg/rCa系数反映出当地地下卤水来源于沉积古海水,并且海水浓缩程度很高,而变质作用较弱;主成分分析中,第一主分量可以用来解释地下卤水形成时的海水浓缩程度,第二主分量反映的是在第一主分量海水浓缩强度大体一致的情况下,可逆反应CaCO3+CO2+H2OCa2++2 HCO3-的进行情况。

莱州湾南岸卤水的稳定同位素与地球化学特征

莱州湾南岸卤水的开发利用始于20世纪50年代,如今卤水的含盐量比海水高出3～6倍。本文采用稳定同位素和水化学分析来鉴定卤水的盐分来源,为此在研究区内采集了9件卤水样品,采样井深度为30～80m。首先根据同位素盐效应,对卤水的δD和δ^(18)O值进行了校正。校正后的δD和δ^(18)O值关系图表明卤水的水分子来源于大气降水,而不是海水。δ^(18)O—Cl^-和Br^-—Cl^-关系表明卤水的盐分不同于海水蒸发的余留水。根据化学分水岭原理,卤水的Ca^(2+)/SO_(-4)~2和Ca^(2+)/Mg^(2+)值演化提示溶解盐起源不是蒸发的海水卤水。其它化学成分关系也证实了卤水的盐分源于海水蒸发盐的反复溶解。本研究说明卤水样品与海水盐分有关,但是与海水的水分子无关。

最近30年来人类活动对莱州湾南岸地貌过程及海水入侵的影响

以1979年以来4个时相的遥感影像为主要信息源,在野外地貌调查和验证的基础上,采用RS、GIS技术并引入景观空间分析方法,通过目视解译提取莱州湾南岸不同时期的地貌信息,分析了人类活动对海岸带地貌过程及海水入侵的影响。结果表明,最近30年来海岸带地貌整体表现为景观多样性指数、均匀度指数先升高后下降的趋势,表明海岸带地貌的景观异质性呈先增加后减弱的趋势;由于自然地貌类型转为人工地貌类型,海岸带地貌冲淤状态由淤积转化为侵蚀,增加了地表海水或卤水的分布面积,导致咸淡水界线不断向陆地方向移动。因此,人类活动是导致莱州湾沿岸地下海水入侵的重要原因,合理调控人类活动是改善海岸带生态环境的根本途径。

莱州湾南岸滨海湿地变化及其原因分析

以1992年和2004年的TM遥感影像为数据源,从景观生态学角度,对1992年和2004年的莱州湾南岸湿地及其变化进行了研究。结果表明,与1992年相比,2004年研究区湿地面积减少了32.339km2,其中,自然湿地面积减少了246.189km2,而人工湿地面积却增加了213.851km2,至2004年,人工湿地面积已占研究区湿地总面积的78.22%;湿地景观多样性指数下降了0.1077,景观优势度指数和景观破碎化指数分别上升至0.109和0.0089。自然湿地被大面积垦殖,湿地淡水资源不足,大规模开采沿海卤水资源,环境污染加剧,风暴潮等自然灾害频发,是导致研究区自然湿地萎缩的主要因素。

基于GIS的莱州湾南岸土壤盐渍化特征分析研究

运用地统计学,结合GIS技术研究了莱州湾南岸地区土壤含盐量空间变异性。结果表明:土壤含盐量的变异系数除表层和底层属强变异性外,其它均属中等变异强度。整个研究区土壤含盐量较高,盐渍土所占面积较大;除10～20cm和80～100cm土层土壤含盐量分布符合球状模型外,其它各层均符合指数模型。研究区不同土层土壤盐分含量具有明显的空间变异性,除60～80cm和80～100cm土层土壤含盐量具有强空间相关外性,其它各层均具有中等空间相关性。该研究为莱州湾南岸地区区域规划、农业生产和生态环境维护提供理论依据。

莱州湾南岸平原地下水化学特征研究

用2009年莱州湾南岸地下水最新监测数据,将研究区地下水淡水区、微咸水区、咸盐水区和卤水区进行经典统计分析、相关分析、等值线图和Piper三线图绘制,阐述了水化学类型和成分特征从南往北的变化:EC、TDS、Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO42-的平均浓度从南部淡水到北部卤水呈现逐渐增大趋势,因为在卤水区普遍发生碳酸钙沉淀,Ca2+和HCO3-则在咸盐水区浓度达最高;pH值从淡水到卤水呈现从弱碱性到弱酸性的转变;从淡水区向卤水区地下水化学组分阴离子由HCO3-为主变为Cl-为主,阳离子由Ca2+为主变为Na+为主;此外河流对地下水起到淡化和冲刷的作用。主成分分析法提取了水化学3个主成分,分别代表了地下水盐化指标、生物化学作用和碳酸钙沉淀。进一步结合系数比值法和饱和指数计算,在对本区水文、地质以及离子水文地球化学特性分析基础上,指出地下卤水阴阳离子中占绝对优势的Cl-、SO42-、Na+、Mg2+的毫克当量百分数与正常海水的值非常相近而与地下淡水的值相差甚远,反映出本区地下卤水起源于古海水,为沉积海水。此外卤水绝非海水简单浓缩的产物,其间还包括复杂的水化学变质过程及后期演化如矿物沉淀、阳离子交换(K+-Ca2+;Na+-Ca2)+、去白云岩化作用和硅酸盐蚀变等。饱和指数的计算表明石膏在卤水矿化度达100 g/L之后才开始缓慢沉淀,而文石、方解石和白云石基本一直处于饱和沉淀状态,且文石和方解石的饱和指数散点分布极为相似,说明两者可能同时发生沉淀。

莱州湾南岸海水入侵现状评价

根据莱州湾南岸海水入侵区地下水水质特点,将海水入侵等级划分为4级。同时,选取Cl-,矿化度,SO42-,rHCO3-/rCl-,K-等指标作为评价因子,并分别确定了这5项指标的等级划分范围。然后,运用模糊数学的综合评判方法,对研究区内海水入侵现状做出评价。

莱州湾南岸海水入侵区土壤盐渍化驱动力分析与生态对策

滨海土壤盐渍化问题是海岸带区域典型灾害之一,近30年来海水入侵加剧了灾害的发展。为了研究海水入侵对土壤盐渍化的影响过程和程度,选取莱州湾南岸昌邑市北部滨海区域为研究对象,通过对地下水和土壤样品的采集、整理和化学分析,通过Excel和SPSS相关模块的相关性分析和聚类分析,研究微地貌、海水入侵、土地利用方式等9个主要影响因子对滨海土壤盐渍化的影响过程,并对各因素进行聚类分析。结果表明,地下水矿化度(TDS)与土壤全盐量相关系数达0.87,海水入侵与土壤盐渍化具有典型相关关系;海水入侵是引起滨海土壤盐渍化的主要因素;最后,遵循生态保护和可持续发展的策略,提出了3方面的防治盐渍化生态修复措施。

莱州湾南岸表层土壤含盐量与有机质空间分布的定量研究

以整个莱州湾南岸区域作为研究对象,运用统计分析和相关分析方法研究了莱州湾南岸盐渍化土壤中盐分与有机质空间分布特征及二者之间的相关性,并对耕地土壤有机质进行分级。结果表明,土壤有机质含量符合正态分布,全盐含量符合对数正态分布;有机质和全盐含量在东西方向具有2阶趋势效应,南北方向上有机质具有1阶趋势效应,而全盐含量具有2阶趋势效应;二者在空间分布上符合球状模型,有机质表现为南高北低,全盐含量则为北高南低;从相关性来看,二者具有显著负相关,说明盐分含量的增加导致土壤有机质含量降低,土壤质量下降。研究结果为莱州湾南岸地区土地利用和盐渍化评估提供了科学依据。

渤海莱州湾南岸平原浅埋古河道带及其与海(咸)水入侵关系研究

根据２１００余个钻孔资料，并结合大比例尺地形图、航片、卫片判读分析，以及野外实地考察和沉积物样品的粒度分析、岩相分析、１４Ｃ测年，研究了莱州湾南岸平原浅埋古河道带的分布规律、埋藏和沉积特征、古河道的分期断代以及与海（咸）水入侵关系．该区在埋深６０ｍ内的浅埋古河道带，可分成弥河、潍河和白浪河３个系统，它们大都呈掌状、放射状分布，并与其所属河流的冲洪积扇范围相吻合．该区古河道的形成和发育与古气候和海平面变化密切相关．自晚更新世晚期以来，该区有４期古河道发育，其中玉木旱冰期古河道和玉术主冰期古河道的砂层沉积粒度粗、连通性好、分布广，既是富水性强、水质好的淡水含水层，又是该区海（咸）水入侵的主要通道．控制在浅埋古河道带超采地下淡水，并在丰水季节利用其进行地下水回灌，是治理该区海（咸）水入侵灾害的重要措施之一．

莱州湾南岸咸水入侵区生态环境分区与生态恢复研究

本文在对莱州湾南岸咸水入侵区进行区域生态分析的基础上 ,对研究区进行了生态环境分区 ,提出了研究区环境战略调整和综合治理咸水入侵灾害的关键性技术措施 ,并结合各分区特点 。

基于模糊聚类分析的莱州湾南岸地下水化学分布特征研究

针对莱州湾南岸咸水入侵区地下水质连续、渐变和边界模糊的特征,利用规格化变换对莱州湾南岸地下水化学组分数据进行标准化,采用夹角余弦法作为相似系数,用平方法计算传递闭包构造模糊等价矩阵进行模糊聚类分析,将莱州湾南岸地下水划分为3类并绘制其平面分区图。在此基础上,用探索性数据分析技术的箱线图分别识别各类地下水各组分的分位数、中位数、极值等数据分布情况,并结合Radial图绘制各类地下水各组分均值;利用基于CA舒卡列夫分类方法的Piper三线图识别了各类地下水的水化学类型;最后在相关分析基础上选取代表性指标绘制等值线图,结合模糊聚类分区探讨了分区各指标的空间结构特征及内在机理。综合上述分析,定义Ⅰ区为海水入侵重点治理区,Ⅱ区为海水入侵综合防范与整治区,Ⅲ区为卤水区。

莱州湾南岸浅层地下水特征的空间变异性研究

以整个莱州湾南岸区域作为研究对象,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了该区2007-2009年浅层地下水埋深及矿化度的空间变异特征,并绘制了其空间分布图。结果表明:地下水矿化度和埋深在东西和南北两个方向都呈二阶趋势效应,具有强的空间自相关性,说明主要受自然因素影响;kriging插值表明:离海岸线距离越近地下水矿化度越大,地下水埋深表现为西南部较深,而东南部和西北部较浅,地质构造、河流及海水入侵等自然因素作用是形成该空间格局的重要因素。地下水特征的空间结构性和定量化研究对莱州湾南岸地区地下水资源评价和区域水盐迁移调控有着直接的现实意义。

莱州湾南岸海水入侵发展动态和原因

以莱州市监测资料为基础,结合已有的研究结果,对莱州湾南岸海水入侵发展动态进行了研究。研究结果表明,1980—1989年是莱州湾南岸海水入侵发展最快的时期,其后海水入侵发展速度有所减缓,入侵南界基本在1995年线附近摆动。BP网络计算结果表明,莱州湾南岸海水入侵主要原因是降水量减少,直接原因则是地下水超采。降水量增加比地下水超采量减少所引起的海水入侵速度降低量要大;即使恢复了海水入侵前的水量供需状况,海水入侵也不会完全停止。

莱州湾南岸土壤剖面盐分离子分异规律研究

莱州湾南岸地区受海水入侵影响盐渍化问题严重，土壤盐渍化是制约区域农业生产和发展的主要障碍因子。运用经典统计学和地统计学的方法，研究了莱州湾南岸地区土壤剖面盐分离子的空间分异规律。结果表明：土壤全盐含量随深度的增加而增加，表现出底聚趋势；各层土壤盐分离子均表现中等和强烈的变异性；土壤盐分主要以NaCl和Na2SO4的形式存在；偏相关分析说明不同盐分离子间的相关性差异较大；聚类分析表明盐分离子主要分为三大类：K＋、Mg2 、Ca2 和SO42-为第一类，Na 单独组成第二类，Cl-则为第三类；除全盐含量在30～60cm具有中等空间自相关外，其他各层土壤盐分属性均具有强烈的空间自相关性；盐渍化类型以硫酸盐型、氯化物—硫酸盐型和硫酸盐—氯化物型为主，盐渍化程度以轻度盐渍化为主。

基于地统计学的莱州湾南岸土壤盐分离子的空间变异性研究

土壤中可溶性盐的分析是研究盐渍土盐分动态监测与盐渍化防治的重要基础工作。以莱州湾南岸地区作为研究对象,利用地统计学的方法研究了该区土壤盐分离子的空间变异特征,并运用Kriging插值绘制了盐分离子的空间分布图。结果表明,除Cl-属强变异强度外,其他离子均具有中等变异强度;受结构性因素和随机性因素的共同作用,各盐分离子均具有中等强度的空间相关性,自相关距差异不大;东西方向上各盐分离子都呈明显的2阶趋势效应,南—北方向上,除SO42-呈1阶趋势效应外,其他盐分离子都呈现明显的2阶趋势效应;Kriging插值图表明大部分盐分离子的空间结构性都较好,东部的离子含量明显低于其他方向。该研究结果为莱州湾地区盐渍化土壤的防治、改良和利用提供了理论基础。

莱州湾南岸重盐渍化区不同土壤盐分离子的分布特征

针对莱州湾南岸重盐渍化土地复垦利用过程中存在的土壤盐碱、瘠薄等障碍问题,选择重盐渍化区的典型地块作为研究对象,运用地统计学和GIS技术,研究不同土壤盐分离子的空间变异性及其相关关系,并绘制各盐分离子的空间分布图。结果表明:不同深度的土壤盐分离子质量浓度变幅差异较大,最大达到124.34mg·L(-1);各土壤盐分离子质量浓度随着土壤深度的增加而增加,变异系数为10%～100%,属于中等强度变异。偏相关分析结果表明各盐分离子间的相关关系复杂;聚类分析将各盐分离子分为3类:第一类包括TS,σ,TDS,SO_4^(2-),Mg^(2+),K^+,Na^+,Cl^-和Ca^(2+),第二类包括SAR和Cl^-/SO_4^(2-)比值,第三类主要是NO_3^-。各盐分离子的块基比均小于25%,具有强烈的空间相关性,表明盐分离子的空间分布主要受结构性因素影响;空间自相关距离为87.88～215.57m,均大于取样间距40m。克里格(Kriging)插值结果表明:研究区土壤含盐量呈明显的带状分布,土壤含盐量从东北部往西南部逐渐增加,东南部土壤含盐量最高;研究区土壤碱化程度较低,盐渍化类型主要为硫酸盐型。该研究为莱州湾南岸重盐渍化区盐渍土的分区、改良、管理和合理利用提供了理论基础和参考依据。