Spatial Patterns of Soil Heavy Metals in Urban-Rural Transition Zone of Beijing

To identify the main sources responsible for soil heavy metal contamination, 70 topsoils were sampled from the Daxing County in the urban-rural transition zone of Beijing. The concentrations of heavy metals Cu, Zn, Pb, Cr, Cd, Ni, As, Se, Hg, and Co; the soil texture; and the organic matter content were determined for each soil sample. Descriptive statistics and geostatistics were used to analyze the data, and Kriging analysis was used to estimate the unobserved points and to map the spatial patterns of soil heavy metals. The results showed that the concentrations of all the soil heavy metals exceeded their background levels with the exception of As and Se. However, only the Cd concentration in some areas exceeded the critical value of the national soil quality standard. The semivariance analysis showed that the spatial correlation distances for soil Cu, Zn, Cr, Cd, As, Ni, and Co ranged from 4.0 to 7.0 km, but soil Se, Pb, and Hg had a larger correlation distance. Soil Co, Se, Cd, Cu and Zn showed a strong spatial correlation, whereas the other soil heavy metals showed medium spatial correlation. Soil heavy metal concentrations were related to soil texture, organic matter content, and the accumulation of heavy metals in the soils, which was because of air deposition and use of water from the Liangshui, Xinfeng, and Fenghe rivers that are contaminated by wastewater and sewage for the purpose of irrigation of fields. Hence, a comprehensive treatment plan for these rivers should be formulated.

太原污灌区土壤重金属和盐分含量的空间变异特征

在面积为 2 7万hm2 的太原污灌区布设土壤取样点 49个 ,测定了耕层土壤中重金属Hg、Cd、Pb、盐分、氯离子含量及pH ,应用地统计学的方法分析了数据的统计特征值和结构特征 ,结果表明 :铅和盐分服从正态分布 ,氯离子服从对数正态分布 ,其它无分布类型 ,拟合得到Hg、Pb、盐分的半方差函数模型为指数型 ,镉和氯离子为球型 ,pH为高斯型 ,这些测定项目在一定范围内存在空间相关性 .用Kriging内插法对未测点重金属及盐分进行最优估计 ,并绘制了等值线图 ,可更直观地反映出污灌区土壤重金属及盐分的空间变异特征 .

污灌区土壤重金属空间结构与分布特征

该文探讨了地统计学插值模型应用于土壤重金属污染评价的适用条件,分析了北野场污灌区土壤重金属的正态分布特征和主导分布趋势,提出了不同重金属因子适宜的地统计插值模型。结果表明:土壤重金属空间变异系数处于12%～37%之间,整体变异性不大;Pb、Cd等因子的块金效应分别为0.90、0.87,空间相关性较弱,受人为随机因素的影响较大,As、Cr、Zn、Cu值等因子的块金效应分别为0.52、0.51、0.51和0.46,空间相关性中等,受人为随机因素和空间结构因素的共同作用,Hg和Ni的块金效应分别为0.253和0.06,空间相关性较强,受空间结构性因素的影响较大,可能受原生地质的影响较大。污灌区重金属含量存在增加趋势,灌区土壤重金属含量自北向南总体呈现较少趋势,这与灌区上下游灌溉保证率不同有关,表明长期污水灌溉可导致土壤重金属富集,但与全国其他污灌区相比,北野场污灌区土壤重金属污染相对较轻,应加强污水处理利用避免土壤重金属污染。

南京城郊蔬菜基地土壤有效态铅、锌、铜和镉的空间分异及其驱动因子研究

利用地统计学和地理信息系统相结合的方法,从小尺度区域角度上研究了南京城郊土壤中铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)和镉(Cd)4 种重金属有效态含量的空间分布特征及其主要的影响因子。结果表明:(1) 研究区土壤中有效 Zn 变异程度相对较大,有效 Pb 的变异程度相对较小,而有效 Cu 和 Cd 为中等程度变异。(2) 研究区有效 Pb、Zn 含量空间分布具有中等程度的空间自相关性,而 Cu、Cd 空间分布具有强烈的空间自相关性;有效 Zn、Cd 的空间自相关尺度相对较大,而有效 Cu、Pb 相对较小。(3) 研究区土壤中有效 Pb 的空间分布主要受交通影响,交通量越大的道路附近土壤中有效 Pb 含量越高;有效 Zn 主要受城市生活废水的影响,城市生活污水灌溉和城市地表径流是土壤中有效 Zn 积累的主要原因;有效 Cu 主要与蔬菜种植过程中有机肥(主要是牛粪)施用关系密切,有机肥施用量越大,土壤中有效 Cu 含量越高;有效 Cd 受地形影响较大,地形低洼处土壤中有效 Cd 含量相对较高。

长江三角洲地区土壤重金属污染的空间变异特征——以江苏省太仓市为例

城市化、工业化和农业集约化的发展影响着土壤环境和健康质量。本研究以位于长江三角洲地区的江苏省太仓市为典型区,采用地统计学方法对其耕层土壤中Cd、Cr、Cu、Ni、Hg、Pb、Zn和As等8种重金属结构特征和空间分布格局进行了分析,并用模糊数学法综合评价了土壤重金属的污染程度,结果表明:太仓市表层土壤Zn、Cu属强变异强度,呈对数正态分布;Cd、Ni、Hg、As、Cr和Pb属中等变异强度,呈正态分布。除Cd、Cr和Pb略低于背景值外,其他重金属均高于其背景值,其中以As污染指数和超标率最高。土壤重金属复合污染严重,模糊综合评价污染结果为一级。通过半方差函数模型拟合发现Hg、Cd符合球状模型,其他重金属均符合指数模型,8种重金属元素在一定范围内均存在空间相关性。采用Kriging最优内插法得到了耕层土壤重金属含量的空间分布图,发现土壤重金属含量与母质、土壤质地、有机质含量以及工业化、城市化和农业集约化程度密切相关。

污染场地土壤重金属含量的空间变异特征及其污染源识别指示意义

在面积约10.9km2的重金属污染场地以网格法采集了174个表层土壤样品,测定了7种重金属含量。采用地统计学软件GS+和地理信息系统相结合的方法,研究了这些重金属含量的空间变异性。通过Kriging内插法对未测点重金属含量进行最优估计,并对这些重金属的来源进行了初步识别。结果发现,在研究区内7种重金属具有相似的空间分布特征,污染场地特殊的污染源分布状况、污染程度和地理条件导致点状污染源增大了重金属的空间结构性,呈现出与非典型污染区不同的特征。冶炼厂高炉粉尘排放对重金属的贡献明显高于母质等内在因素,是研究区重金属的主要来源。

浙北环太湖平原耕地土壤重金属的空间变异特征及其风险评价研究

研究了浙北环太湖平原10个区县市耕地土壤Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、As六种重金属的空间变异特征及其环境风险。结果表明,土壤Hg和Cd含量在总体分布上显现出较强的各区县市空间异质性,且这种变异更多与外界人为因素的影响密切相关。鉴于Hg在研究区域超标率高达10.34%,为该区土壤环境质量的主要限制因子,对土壤Hg用超过国家规定的土壤环境质量二级标准(0.3 mg kg-1)的离析克里格法(Disjunc-tive kriging)进行了风险评价,结果表明超标区域主要集中在各区县市的城镇和工矿企业周边,说明其与人为活动造成的大量大气粉尘、工业固废和城市垃圾的长期累积密切相关。研究认为在加快城市化和工业、农业现代化的同时,还应该考虑土壤污染与农产品质量、生态安全和人体健康的关系。

双城市土壤重金属空间分异及影响因子分析

采用地理信息系统(GIS)和地统计学相结合的方法,研究了黑龙江省双城市的土壤全量铜、锌、铅、镍、镉5种重金属元素的空间分异规律及其影响因子。结果表明:研究区土壤锌、镍、镉具有强烈的空间相关性,表明这3种元素受土壤内在属性影响较大;而铜、铅具有中等强度的空间相关性,表明这2种元素由土壤内在属性和人为因素共同起作用。镉、铅、铜较锌、镍的变程小,说明前3种重金属元素含量可能主要受到较小尺度因子的影响。研究区土壤各重金属元素空间分异规律如下:铜和镍呈东高西低的趋势,铅呈南高北低的趋势,而锌和镉分别表现为块状分布和岛状分布的特点。影响重金属元素空间分布的影响因子主要有自然因素(土壤类型、高程、土壤理化性质等)和人为因素(乡镇、道路、各种工厂等)。

湖南烤烟(Nicotiana tabacum)铅含量的空间变异特性研究

以2002～2003年湖南烤烟(Nicotiana tabacum)为研究对象,利用地统计学方法与GIS技术相结合的方法研究了该地区烤烟铅含量的空间分布特征.结果表明,该2年烤烟铅含量拟合为Spherical模型,并均具有明显的趋势效应.2002年和2003年湖南烟叶铅含量块金效应分别为0.26和0.17,空间相关性分别表现为近似强相关和强相关.另外,2年湖南烤烟铅含量空间分布特征相似,均表现为由西向东和由北向南递增的规律.

杭州市城乡结合带蔬菜地土壤铅铜含量的时空变异研究

土壤重金属时空变异研究在土壤可持续利用和生态环境保护过程中具有重要的意义。通过2001年和2005年两个时期在杭州市东郊传统蔬菜基地取样分析,用空间自相关全局Moran’s I系数、地统计学以及分形维数三种空间分析方法研究了土壤重金属Pb和Cu的时空变异特征。两个时期的Pb和Cu平均含量分别由38.73、31.20 mg kg-1增加至46.14、36.56 mg kg-1,并经检验,Pb和Cu含量增加达到了显著水平。它们在0.05显著水平的自相关距分别由3 500 m、3 300 m降低至2 700 m、2 800 m,呈递减趋势,空间随机性增强。土壤Pb和Cu的空间分布呈西高东低,并且在研究区绝大部分范围内出现不同程度的累积趋势。人为污染与干扰是土壤Pb和Cu含量增加与空间变异性增强的主要原因。

海河低平原区农田重金属含量的空间变异性——以河北省肥乡县为例

随着工业和农业的快速发展，农田受到重金属污染的压力越来越大，其土壤环境质量的及时监测和掌握重金属在其空间的变异规律对农业生产具有十分重要的意义。利用地统计学和GIS技术对海河低平原区（肥乡县）农田土壤耕层（0—20Cm）8种重金属含量空间变异性进行了研究。结果表明：去除异常值后，8种重金属含量都符合正态分布，且其含量算术平均值未超过国家土壤环境质量二级标准。通过变异函数分析，Ph和Cr具有纯块金效应，Cu和Zn符合指数模型，Ni和Cd符合球状模型，地和As符合带基台值的线性模型。在该地区以2．0km为取样间距较大，以后调查时应该缩小间隔。Zn和Cd的空间变异性受人为因素影响较小，而Cu、Ni、Hg和As的空间变异性受人为因素影响较大，Ph和Cr在整个研究尺度上具有恒定的变异。Cu、Zn、Ni、Hg、As和Cd的变程差异较大，在2．5—13．7km之间。通过普通kriging法局部插值，Cu、Zn、Ni和As含量由西南部向东北部含量逐步升高，但是Hg却表现出相反的分布趋势。这将为当地正在开展的优势农产品区域布局规划提供理论依据。

沈阳市新城子区土壤重金属元素的空间变异性

利用地质统计学方法,系统地研究了沈阳市新城子区土壤重金属元素的空间分布及空间变异性特征。研究结果显示,土壤中Cd和Pb的含量明显高于全国平均值和辽宁省土壤背景值。变异函数分析结果表明,Hg具有明显的空间自相关性,Cd、Pb和As均具有中等空间自相关的特征。Cd和Pb含量较高,并呈显著的正相关,主要受灌溉、施肥等外在因素的影响。重金属元素空间变异性的研究对当地土壤环境评价和土地质量评估具有一定的指示和引导作用。

沈抚灌区农田土壤重金属污染时空变化特征及生态健康风险评价

以东北典型污灌区——沈抚灌区农田土壤为研究对象,在收集整理沈抚灌区自20世纪末停灌后不同时期土壤重金属污染情况的相关文献报道后,沿灌渠主干以行政村为单位布设取样点28个,利用原子吸收分光光度法、数理统计法、空间插值法等研究了重金属元素Cd、Pb、Cu、Zn在灌区农田土壤和农作物中的污染现状及时空分布特征,并利用内梅罗污染指数法、EPA人体暴露风险评价法及潜在生态危害指数法对污灌区重金属污染土壤及农产品的潜在健康风险进行评价。结果表明:灌区土壤重金属的平均浓度为:Cd 0.60 mg·kg^(-1)、Pb 38.76 mg·kg^(-1)、Cu 22.39 mg·kg^(-1)、Zn 57.64 mg·kg^(-1),其中Cd含量超过了国家土壤环境质量二级标准;与文献报道该灌区近15年来土壤重金属污染情况相比,土壤中Cu、Zn含量明显降低,而Cd、Pb含量并无显著变化;土壤中4种重金属元素的空间分布特征各异,灌区土壤重金属综合污染水平属于轻微污染;Cd、Pb在玉米中残留浓度超过国家食品安全限值,对人摄食途径存在健康风险,尤其是Cd具有较强的潜在生态危害性。

规模化猪场废水灌溉农田土壤Pb，Cd和As空间变异及影响因子分析

为了了解长期灌溉猪场废水对农田土壤Pb、Cd和As(简称重金属)的影响,采集了河北省京安猪场周边农田的清洁区和灌溉8年猪场废水的污灌区耕层(0～20 cm)共52个土壤样品,并测定了样品中重金属的全量和有效态含量,应用GIS结合地统计学方法对重金属进行了空间结构和分布特征分析,探讨规模化猪场周边农田土壤重金属积累的影响因子及其贡献。结果表明,重金属全量和有效态含量的变异函数均很好地符合球状模型,其中全铅、有效铅、全砷、全镉和有效砷受随机性因素和结构性因素共同影响,有效镉主要受结构性因素影响。根据背景调查、重金属与pH值和土壤养分的相关性分析以及重金属变异函数分析,土壤中Cd和As污染来源为猪场废水和化肥,Pb的污染来源为化肥。富集因子分析表明,污灌猪场废水对土壤Cd和As富集效应很小,施用化肥对Pb富集有较大贡献。灌溉猪场废水会降低土壤pH值而增加重金属有效态含量,因此,需注意施用猪场废水带来重金属污染风险。

城市污水回用于山地绿化灌溉土壤重金属的空间变异性

新疆乌鲁木齐市雅玛里克山国家级绿化示范基地的灌溉用水为雅玛里克山污水厂一级出水（乌鲁木齐生活污水出水）．在面积为59hm^2的污灌区布设了61个采样点，测定了表土（0～20cm）中Cu，Zn，Ni，Cr，Pb，Cd的含量和pH，有机质（OM）含量，阳离子交换量（CEC）等土壤理化参数，并在此基础上进行了尼梅罗综合污染指数评价和基于地理信息系统（GIS）及地统计学的研究．结果表明，6种重金属的平均含量均低于国家二级标准（GBl5168—1995）限值；采样区的土壤重金属总体上属于轻度污染．Zn，Cr，Pb和Cd含量变异函数曲线的理论模型符合指数模型；Ni和OM含量及CEC的理论模型表现为高斯模型；Cu含量和pH的理论模型为球状模型．Pb，Ni，Cr，OM含量和pH，CEC表现为中等强度的空间自相关，Cu，Zn和Cd含量均表现出强烈的空间自相关．重金属。值最大的是Pb（450m），而其他重金属的。值多集中在100～200m，采用普通克立格最优内插法对未测点重金属，pH，OM含量和CEC进行最优估计，绘制了空间分布图，更直观地反映出了重金属元素及土壤理化参数的空间变异特征．

两种取样尺度下土壤重金属空间变异特征研究

通过在两种取样尺度下采集重庆地区土壤样品，测定土壤重金属As、Hg、CA、Pb、Cr含量，研究不同取样尺度下地统计学方法对土壤重金属空间分析的实用性和空间插值质量。研究结果表明，除小尺度中As、CA、Cr呈正态分布，小尺度中的Pb、Hg和大尺度中As、Hg、CA、Pb、Cr均呈偏态分布。各重金属变异系数存在明显空间变异（CV介于23．2％～24．1％），小尺度下空间变异较小，大尺度下空I＂1变异大。在两种取样尺度下，土壤重金属均存在典型的半方差结构，表明采用地统计学方法进行重金属空间变异分析是可行的。在小尺度下，各重金属块金系数介于0．112～0．736之间，表明具有强或中等空间自相关；在大尺度下，块金系数介于0．301～0．570之间，表明具有中等空间自相关。空间插值和交互检验结果表明，As、Cr、Hg、CA在小尺度下的空间估测结果能准确地反映变量的空间变异，在大尺度下估值有偏差，Pb在两种尺度下的估测结果均有偏差。

污灌条件下农田土壤重金属的空间变异与模拟

土壤重金属污染影响农田环境质量及食品安全。以天津市武清区北部农产品商品基地(包括10个乡镇)为例,运用地统计学方法和ArcGIS技术,分析了农田土壤中Cu、Zn、Pb、As、Hg5种重金属元素含量的空间变异性和相关性;借助最优空间插值模型模拟它们的空间分布特征。结果表明,Hg元素属于空间弱相关,Cu、Zn、Pb和As元素有中等程度的空间相关性。插值结果进一步表明,在研究区北部5种重金属元素含量均较高;Cu含量以北京排污河为中心,向其两侧递减;Zn和As含量呈岛状区域分布,高值区主要分布在排污河附近;Pb和Hg含量分布表现为北部和东南部较高,与污灌范围和强度有明显关联。其中主要污灌区大沙河乡的土壤重金属污染最为严重。

焦作市城区土壤重金属空间变异特征及污染评价

为揭示人类活动对土壤环境质量的影响,在河南省焦作市3个城区采集了44个表层土壤样品。利用单因子指数法和内梅罗综合指数法评价了土壤表层重金属的污染程度。并采用地统计学方法对表层土壤样品Cr,Cu,Cd,Pb共4种重金属的空间变异结构和分布格局进行了分析。结果表明,Cr,Cu,Cd,Pb的超标率分别为47.73%,0%,22.73%,0%,土壤Cr,Cd污染较为严重。3个城区Cr和Cd的分布特征总趋势为:山阳区>中站区>解放区,Pb和Cu的分布特征总趋势为:解放区>山阳区>中站区。土壤Cr,Cd和Pb之间以及Cu和Pb之间呈显著相关。空间变异结构分析表明,Cd具有极强的变异性,Cr具有较强的变异性,Cu和Pb是中等变异强度。半方差函数模型拟合结果显示Cr具有较强的空间自相关性,Pb具有中等程度的空间自相关性,Cd和Cu具有较弱的空间自相关性。在此基础上,元素Pb呈环状,Cu呈岛状,Cr和Cd呈带状分布。

丘陵红壤重金属复合污染的空间变异分析

本文以江西省贵溪市江西铜冶炼厂周围的土壤重金属污染区(面积7.7 km2)为例,研究了基于GIS的地统计学方法在丘陵红壤区土壤重金属复合污染空间变异分析上的应用,提出了一个空间变异分析步骤:(1)利用DGPS定位,以50～200 m的随机网格采集土壤样品;(2)分析土壤重金属含量数据的分布类型和空间分布趋势,通过数据转换去除数据趋势;(3)计算半方差函数并选择最佳的拟合模型和参数;(4)通过交叉验证选择合适的克立格方法;(5)通过空间插值,绘制重金属污染空间分布图,分析空间变异规律和影响因素.空间分析结果表明,Cu和Cd的复合污染是铜冶炼厂污染区的主要污染特征,基于ArcGIS的地统计学分析模块可以较准确地分析丘陵区土壤重金属复合污染的空间变异特征.

污染场地周边农田土壤重金属含量的空间变异特征及其污染源识别

采用地统计软件GS+和地理信息系统(geographic information system,GIS)相结合的方法,研究浙江省北部某电池厂(污染场地F1)和火电厂(污染场地F2)周边农田表层土壤(0～20cm)和亚表层土壤(20～40cm)汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)6种重金属的含量及其空间变异特征;通过反距离权重(inversedistance weighting,IDW)空间插值分析方法对未测点土壤重金属含量进行最优估计,并对这些重金属的来源进行初步识别。结果表明:对于污染场地F1,土壤Cd污染比较突出,有91%表层土壤样点Cd质量分数超过国家《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)的2级标准值(Cd>0.3mg/kg);而且F1表层土壤Cd和Pb质量分数具有相似的空间分布特征,随着与污染场地距离的增加重金属含量逐渐降低;同时F1表层土壤Cd和Pb的质量分数均极显著大于亚表层土壤,说明污染场地F1周边农田表层土壤重金属Cd和Pb污染主要来自外源污染,且污染源可能是污染场地F1;对于污染场地F2,土壤Cd和Hg污染比较突出,分别有63%和11%表层土壤样点Cd和Hg质量分数超过国家《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)的2级标准值(Hg、Cd>0.3mg/kg),F2表层土壤Hg质量分数极显著大于亚表层土壤,说明污染场地F2周边农田表层土壤重金属Hg超标主要来自外源污染。综上可见,污染场地周边农田土壤重金属污染与污染场地的影响密切相关,应该引起高度重视。