基于改进LUR模型的区域土壤重金属空间分布预测

以江苏省常州市金坛区为例,借鉴传统LUR模型思路,考虑土壤重金属的源汇关系,加入土壤属性因子,构建LUR-S模型模拟预测了研究区土壤重金属含量空间分布,并与传统LUR模型及普通克里格插值模型结果进行对比,结果表明:(1)研究区土壤重金属含量受到以土地利用为主的源因子及反映重金属在土壤中赋存环境的汇因子的共同影响.就源影响因子而言,土壤Cu、Zn含量分别与2 000 m缓冲区内交通用地面积、2 000 m缓冲区内城市建设用地面积极显著相关(P0.01);就汇影响因子而言,土壤Cr、Cu、Zn含量与OM、Corg、TC、TN极显著相关(P0.01).(2)研究区土壤重金属Pb、Cr、Cu、Zn空间分布预测的LUR-S模型方程R2较传统LUR模型分别提高了0.041、0.406、0.102、0.501,精度检验R2较普通克里格插值模型分别提高了0.147 7、0.011 6、0.231 0、0.081,RMSE较普通克里格插值分别减少了2.413、0.631、1.112、2.138,表明考虑了源汇关系的LUR-S模型预测精度高于传统LUR模型和普通克里格插值模型;(3)LUR-S模型对污染较低、变异较小重金属空间分布预测的适用性较好,而对污染较高、变异较大重金属则较差.     

我国东北黑土丘陵区小流域土壤有机质空间分布模拟

为探索小流域w(SOM)(SOM为土壤有机质)空间分布模拟的最佳方法,以我国东北黑土丘陵区海沟河小流域为例,借助地统计学和3S技术提取与w(SOM)显著相关的地形及环境因子,对海沟河小流域表层(0~20 cm)w(SOM)分别进行协同克里格插值、回归克里格插值和地理加权回归克里格空间插值模拟,并进行精度验证. 结果表明:我国东北黑土丘陵区海沟河小流域表层w(SOM)平均值为12.96 g/kg,空间变异程度为中等. 海拔、距水系距离均与w(SOM)显著相关,能够用来辅助w(SOM)的空间分布插值;与协同克里格插值结果相比,回归克里格对w(SOM)的插值精度提高了56.09%;地理加权回归克里格插值精度提高了90.87%;对地理加权回归克里格插值所产生的残差进行二次统计分析及合理插值,能够进一步提高插值模拟精度;将人类干扰因素纳入插值模型,是未来提高w(SOM)空间分布模拟精度的关键. 研究显示,地理加权回归克里格插值有效提高了w(SOM)空间插值模拟的精度,并且存在改进和提高的空间.      

基于Cokriging的土壤重金属空间变异研究——以昆山市为例

土壤重金属来源及空间分布是土壤学及环境学研究的热点问题。地统计学是土壤元素空间变异研究的有效方法以昆山市土壤重金属分布为例,先利用多元回归分析方法,提取与重金属含量显著相关的因子,再利用协同克里格方法研究了土壤理化性质和土壤重金属含量的相互关系,最后比较协同克里格与普通克里空间预测的精度。研究表明Hg、As、Cu、Pb的精度分别提高了2.75%、2.13%、0.17%和0.43%,cr、Zn和Cd 3种元素空间预测精度没有显著提高。     

某钢铁厂土壤重金属砷空间分布特征分析

采用网格布点法,分析某钢铁厂主厂区土壤样品(0～5 m)每层重金属砷的含量变化及迁移过程,综合运用GIS空间分析与统计方法研究土壤中砷的统计特征、空间分布等。结果表明,厂区各层土壤砷浓度均值低于《场地土壤环境风险评价筛选值:DB11/T811—2011》中居住用地20 mg/kg的筛选值,总体上污染程度不高;从深度上,第一层、第二层属中度污染水平,第三层、第四层、第五层属轻度污染水平,自表土向下,土壤中重金属砷的含量逐渐下降;采用Kriging(克里格)空间插值和地统计分析,中部及南部地区污染较重,深度上由大块状转变成零星状,东部及北部地区基本无污染。使用美国RBCA Version2.5模型进行统计分析,对重金属砷进行致癌风险计算,其风险水平均超过10~(-6),危害商超过1,因此,需要对土壤进行修复治理。不同暴露途径的致癌风险中以经口摄入为主。     

中国农田土壤重金属富集状况及其空间分布研究

在统计有关我国农田土壤重金属相关文献数据的基础上,探讨了我国农田土壤重金属Pb、Cd、Cu、Zn和Cr的空间富集现状.收集到有关土壤Pb、Cd、Cu、Zn和Cr含量的研究分别为173、138、156、139、140个.首先剔除异常值,然后利用剩余样本进行克里金插值,并统计各省地区重金属含量平均值.结果表明我国重金属空间分布具有明显的区域特征,西南地区土壤重金属含量较高,其他地区相对较低;与分省的土壤背景值相比较,农田土壤Pb和Cd的含量明显高于背景值.土壤Pb在云南省超出背景值最高,为背景值的1.91倍;Cd在辽宁省超出背景值最高,为23.02倍;Zn在云南省富集最为严重,是背景值的1.55倍,Cu最高的是广东省,达到背景值的2.92倍.     

天津中东部平原区土壤盐分空间分布特征

土壤盐渍化是滨海地区生态保护修复的重要影响因素。为了解天津平原地区土壤盐渍化程度,沿永定新河、海河干流和独流减河3条入海河流海陆方向开展堤外土壤盐分采样调查,结合地统计学和GIS技术,分析海陆方向土壤盐分的空间梯度和变异特征,以期为天津生态保护修复和陆海统筹提供科学依据。结果表明:土壤水溶性盐含量和碱化度整体呈自东南向西北递减的趋势;重度及以上盐渍化土主要分布在海岸线向陆地纵深15 km的滨海新区,其中盐土、重度碱化土主要分布在大港距海10 km内、塘沽与汉沽距海5 km内;中度盐渍化土主要分布在独流减河沿线距海15~60 km内;轻度盐渍化土主要分布在海河干流沿线距海10~60 km内。土壤阳离子以Na+为主;从海岸线向陆域方向,土壤阴离子从以Cl-、 SO 4 2 - 为主逐步过渡到以 SO 4 2 - 、 CO 3 2 - + HCO 3 - 为主。独流减河一线盐渍土类型以硫酸盐-氯化物和氯化物-硫酸盐为主;海河干流中部平原区盐渍土类型以硫酸盐-苏打为主;永定新河一线盐渍土类型以硫酸盐-氯化物和苏打-硫酸盐为主。     

五台山北麓土壤重金属含量的空间分布与污染评价

为全面了解五台山北麓土壤重金属污染现状,在北麓3条河流域内布设24个采样点,测定土壤中Cr、Cd、Pb、As、Hg的含量及空间分布关系。结果表明:1)5种重金属含量均呈现富集状态,Hg和As达到污染状态;3条流域中,羊眼河富集最为明显;2)Cd、Pb、As空间分布相似,高值区位于羊眼河;Hg整体上污染较为严重;Cr的高值区位于东部;3)5种重金属的污染综合评价结果为"很强",其中Hg的单因子指数均值达19,污染比较突出;4)采用地积累指数法评价得出:该区域Hg、Cd、Pb是土壤污染的主要因子,羊眼河为中度-偏重污染,青羊河为轻微污染,峨河为清洁。     

基于环境因子和邻近信息的土壤属性空间分布预测

为探索乡镇尺度上土壤属性空间分布预测的最佳方法,以江西省万年县齐埠镇为例,借助四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子（地形因子和植被覆盖指数）和邻近信息[w（有机质）与w（速效钾）],构建OK法（普通克里金法）、RK1法（仅基于环境因子的回归克里金法）以及RK2法（基于环境因子和邻近信息的回归克里金法）对齐埠镇耕地表层（0~20 cm）土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布进行预测.结果表明:齐埠镇土壤w（有机质）平均值为35.03 g/kg,w（速效钾）平均值为96.73 mg/kg,均为中等空间变异性.对62个样点进行建模,16个测试样点进行独立验证的误差分析表明,RK2法对土壤w（有机质）、w（速效钾）预测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差较OK法分别降低了18.05%、18.01%、21.77%和7.25%、9.49%、9.84%;较RK1法分别降低了22.48%、20.91%、22.02%和9.27%、12.61%、13.52%.研究显示,RK2法明显提高了土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间.      

滇西地区土壤重金属来源解析及空间分布

以滇西重金属地质高背景区为研究区,系统采集了4193件表层土壤样品,分析测试了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属元素的含量,综合运用相关分析、主成分分析和单因素方差分析等经典统计方法探讨了土壤重金属来源和土壤重金属含量与成土母质、土地利用方式之间的关系,并利用地统计方法对重金属的空间分布特征进行...     

江苏海岸带土壤重金属来源解析及空间分布

以江苏省响水如东段海岸带为研究区,系统采集了239个表层土壤样品,分析测试了Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn等7种重金属元素,综合运用多元统计和地统计方法,探讨了研究区土壤重金属的主要来源,绘制了重金属的空间分布图.结果表明:(1)江苏响水如东段海岸带土壤Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的平均含量分别为0.14、64.23、24.15、0.026、29.16、22.24和77.94 mg·kg~(-1),Cd、Cu、Hg、Pb和Zn存在较为明显的富集,Cr和Ni的平均值低于江苏滨海土壤背景值.(2)Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn在海积物母质发育土壤中的含量显著低于河流冲积物、潟湖相沉积物和三角洲沉积物母质;Cd、Cu、Hg、Pb和Zn在城镇建设用地的平均含量显著高于其他地类.(3)Cr和Ni为自然来源元素,受到成土母质的控制;Cd、Cu、Pb和Zn受到成土母质和人类活动的共同影响,人为源主要包括工业、交通排放和农业活动;Hg为人为来源,受到人为排放的大气沉降的影响.(4)Cd、Cu、Pb和Zn的高值区分布在研究区的北部、南部和西部,Hg的高值区分布在研究区的西部和南部的城镇密集区.     

水稻土重金属空间分布的随机模拟和不确定评价

以杭嘉湖平原为样区,利用普通克立格法和序贯高斯模拟方法对土壤Cu的空间分布进行估值和模拟,并利用序贯指示模拟进行不确定性评价.结果表明,样区北部区域土壤Cu含量较高.由普通克里格法得到的土壤Cu的空间分布整体比较连续,具有明显的平滑效应,估值结果数据的分布频率趋于平缓.序贯高斯模拟结果整体分布相对离散,突出了原始数据分布的波动性,其模拟结果数据的分布频率相对集中.以35 mg·kg-1作为土壤Cu含量的阈值进行的序贯指示模拟结果显示,在土壤Cu含量较高的北部地区超过阈值的概率超过80%,而南部很多相对含量低的地区该概率值都低于10%.以超阈值概率为0.85和0.75来选取Cu的高污染风险区进行空间不确定评价结果表明,联合概率比单点统计的概率更为严格,在划分较大范围污染区域时,最好同时采用联合概率来进行信度评价.     

某铅酸蓄电池污染场地表层土壤重金属Pb空间分布预测研究

为准确界定某典型蓄电池企业污染场地土壤中特征性污染物Pb的空间分布范围,分析和比较了数据拆分后的分区预测模型(OKLG+TIN)、数据正态变换后克里格模型(OKBC)、反距离加权模型(IDW)以及样条函数模型(Spline)对土壤Pb污染空间分布预测和污染评价的影响.结果表明,原始数据集具有高偏倚特征,局部区域存在较大的空间变异性;分区预测模型取得了最高的预测精度,预测的污染物空间分布比较符合场地实际污染状况,其它3种模型受适用原理及数据特征影响,预测精度较低,预测结果不能很好反映高污染区域的细部变化特征,不适合该场地Pb的空间分布预测与制图.研究结果对于此类型工业污染场地后续的修复范围确定和修复治理决策制定提供了参考.     

汾河水库周边土壤重金属含量与空间分布

基于95个表层土壤样品重金属实测含量,运用多元统计和地统计相结合的方法,对汾河水库周边土壤重金属含量的分布特征和来源进行分析.结果表明,研究区土壤重金属Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的平均含量分别为38.45、19.09、24.02、11.98、55.01 mg.kg-1,均没有超过国家土壤环境质量一级标准和山西省土壤背景值,但各元素均有部分样品含量超过山西省土壤背景值,其中Pb、Cr和Cu的超标率较为显著,分别为28%、14%和13%.相关分析和因子分析结果显示,各元素超标部分的来源可分为三类,Cu、Ni和Zn为一类,Cr和Pb分别单独为一类.分析各重金属空间分布图发现,第一类元素的超标部分主要来源于城镇区域内的日常生活和生产活动,Cr和Pb的超标部分则分别主要来源于农业生产活动和交通运输等.Cr和Pb元素的高值区分别位于汾河水库的上游和下游区域.     

铅锌冶炼厂周边农田土壤重金属污染空间分布特征及风险评估

以焦作某铅锌冶炼厂为例,采用网格布点法在冶炼厂周围64 km2范围内采集表层农田土壤样品135个.在实验室测定了土壤重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni、V、Co)含量,利用Arcgis 10.1进行克里格插值分析研究区域农田土壤中重金属的空间分布特征,并利用富集因子法、潜在生态风险以及健康风险模型对研究区域农田土壤中重金属污染状况及潜在风险进行评价.结果表明,研究区域农田土壤中Cd、Pb、Cr、Zn的平均值均高于河南省A层土壤元素背景值,Cd的平均值为国家土壤环境质量二级标准的2.8倍;研究区域内总体污染分布呈西高东低,中部冶炼厂附近为Pb、Cd重度污染区,在3 km范围内距离工厂越近污染越严重.在研究区域内,Cd为重度污染,部分样点Pb、Cu、Zn污染较严重,Cr、Co为轻度污染,Ni和V几乎不受工厂影响.风险评估结果显示,研究区域内Cd存在严重的潜在生态风险和健康风险,Pb、Cu存在较严重潜在生态风险,Cr存在较严重的致癌风险.     

北固山湿地土壤氮磷及重金属空间分布

通过研究北固山湿地四个典型区域土壤中全氮、全磷及重金属元素空间分布规律,探讨湿地土壤中全氮、全磷及重金属元素的空间分布与周围环境之间的关系。结果显示,湿地虉草区各层的全氮、全磷含量均高于芦苇区;大东沟排放口表层土壤全氮、全磷含量明显高于其他区域,是水体富营养化的重点控制区;湿地土壤中的重金属污染物主要分布在0～15cm,且虉草区的有效Mn、Zn、Fe含量普遍高于芦苇区。研究结果表明,植被对调整湿地氮、磷及重金属的空间分布有一定作用,可以选择适宜的植物对湿地进行生态修复。研究为湿地生态修复和生态清淤提供理论依据。     

东莞市农业土壤重金属的空间分布特征及来源解析

对东莞市农业土壤进行了系统采样分析,测定了表层土壤中Cu、Zn、Ni、Cr、Pb、Cd、As和Hg的含量.利用GIS技术和多元地统计结合的方法,研究了上述8种重金属元素的空间分布特征和来源.结果表明,Cu、Zn、Ni、Pb、Cd和Hg的含量均超过广东省土壤背景值,尤其是Hg、Cd和Pb含量分别达到0.24、 0.12和65.38 mg/kg,远高于背景值,说明随着东莞市快速工业化,土壤中重金属呈明显积聚的趋势.上述8种元素可以由3个主因子反映.因子1为“自然源因子”,主要包括元素Cu、Zn、Ni、Cr和As,其高值区主要分布在研究区西部,主要受河流冲积物海相沉积物控制,低值区的空间分布受酸性火山喷出岩风化物和花岗岩风化物影响,因子1的空间分布主要受成土母质控制.因子2为“工业及交通源因子”,主要包括元素Pb和Hg,高值区主要分布在中部过渡区和西部平原区,高值区中心集中在中部过渡区的虎门镇和西部平原区的茶山镇,主要由该区工业污染所致.因子3为“工农业活动因子”,主要包括Cd元素,其空间变异完全受人为随机因素控制.     

葫芦岛市土壤、蔬菜重金属污染空间变化规律

采用Ｋrige插值法分析葫芦岛市土壤重金属的空间变化规律,测定葫芦岛市土壤、蔬菜、粮食中Hg、Pb、Cd、Zn、Cu的含量,应用指数方程和幂指数方程描述重金属与污染源的关系,分析土壤重金属的来源,并通过对当地种植和市售蔬菜、粮食重金属的比较,研究冶炼-氯碱工业对土壤与农作物生态系统的影响.结果发现葫芦岛市土壤受到重金属污染严重,Hg、Pb、Cd、Zn、Cu的平均含量分别是1.422、 443.1、 60.94、 4 084、 247.8 mg·kg^-1,最大值分别达到6.092、 3 195、 341.7、 35 157、 1 557 mg·kg^-1,Cd、Zn污染属于重污染,Hg、Pb、Cu属于中度污染.土壤中Hg、Pb、Cd、Zn、Cu的污染主要呈现以葫芦岛锌厂为中心,向外围辐散降低的规律,其中Hg还受到氯碱工业的影响.葫芦岛市土壤重金属主要来源于大气沉降,指数方程和幂指数方程均能很好地描述Pb、Cd、Zn、Cu在土壤中随距离的变化趋势.地产农作物的重金属含量远高于市售农作物,则进一步说明了重金属对葫芦岛市土壤生态系统带来了严重影响.