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成都平原城市化土壤重（类）金属演变及其环境效应研究

作　者: 王昌全
导　师: 谢德体；魏朝富
学　校: 西南农业大学
专　业: 农业资源利用
关键词: 成都平原重金属及氟砷城市化地统计学与GIS BP神经网络
分类号: X53
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

随着社会经济发展,城市化进程加快,城市和交通建设不断扩张、工业“三废”和汽车尾气的大量排放、城市生活垃圾和污泥的不合理利用、含重金属农药和化肥的过量施用,使环境污染问题趋于严重,重金属引起的环境污染更是引起了国内外的极大关注。土壤中重金属的大量积累将对城市生态产生潜在的危害,城市化进程带来的环境影响增加了土壤污染物质的负荷,加重了重金属在城郊和交通干线等区域土壤中的积累,进而影响到动植物的生长,对人类产生严重危害。目前,国内外关于土壤物理、化学性质方面的空间变异研究较多,前者主要集中于土壤水分、容重、机械组成等;后者主要包括土壤有机质,N、P、K、Ca、Mg及Zn、Mn、Fe等营养元素。对土壤重金属,特别是有关土壤重金属形态的空间变异性研究较少,更未对土壤重金属形态变异的影响因素进行系统研究。对土壤质量变化的研究侧重于自然过程,而很少关注社会经济变化对土壤质量演变的影响,仅有的研究也停留在对社会经济因素影响的简单逻辑推断和宽泛描述,而没有引入较好的数学方法进行论证分析。现有土壤环境质量评价还仅仅依赖于重金属总量的变化,缺乏参照重金属形态含量来评价土壤环境质量的标准。成都平原位于四川盆地西部,素来享有“天府之国”的美誉,是我国著名的农业生产基地,其土壤质量状况直接影响到全省农业的可持续发展以及人民群众的身体健康。成都平原地处四川省的中心地带,经济发达,人类活动对土壤环境造成了较大的影响。近几年来,区域城市化进程不断加快,乡镇企业快速发展,人们生活水平显著提高,农业投入明显加大,工业“三废”随意排放,农药、化肥过量施用和耕作措施不合理等又进一步加重了土壤污染,尤其是土壤重金属的污染。据此说明,开展成都平原城市化土壤重(类)金属演变及其环境效应研究势在必行。本研究主要以成都平原冲积性水稻土为例,在野外调查取样和室内分析的基础上,以成都平原城市化进程中城市化及社会经济发展状况与土壤重金属演变的关系为特色,对成都平原核心区水稻土重(类)金属(全量)在“城区—郊区—农区”的时空变化和城市化发展对其的影响,土壤重金属形态空间变异及驱动因子,以及土壤重金属不同形态与作物产品品质的关系等进行了研究。选取一定的评价指标和合理的评价方法,得出了土壤重(类)金属(全量)对环境的威胁程度;通过灰色关联分析和BP神经网络,揭示了土壤重(类)金属变化与驱动因子,特别是社会经济因子的关系,从而更加准确地预测了城市化发展对土壤重(类)金属的影响;引入地统计学方法(与GIS结合),进一步分析了土壤重金属全量及各形态含量的空间变异特征,明确引起土壤重金属变化的主要因素。通过Kriging插值分析,明确了土壤重金属在区域内的演变趋势;通过植物分析,结合土壤中重金属形态含量,初步探讨了植物对重金属的吸收和累积与土壤中各形态含量的关系,提出了土壤中不同形态重金属对农产品环境效应评价的参考标准。

全文目录

中文摘要  6-13
ABSTRACT  13-24
第1章文献综述  24-48
  1.1 土壤重金属及氟、砷的迁移与转化  24-31
    1.1.1 土壤重金属及氟、砷在土壤中分布、累积及影响因素  24-27
    1.1.2 土壤重金属形态及其变化  27-31
  1.2 城市化对土壤重金属演变的影响  31-35
    1.2.1 城市化与土壤重金属积累  32-33
    1.2.2 城市化与土壤重金属积累的时空变化  33-34
    1.2.3 数学模型在研究城市化与土壤质量演变关系中的应用  34-35
  1.3 土壤中重金属的环境效应  35-40
    1.3.1 土壤重金属在植物体的积累情况  35-36
    1.3.2 重金属的生物学毒性  36-38
    1.3.3 土壤重金属形态与生物学毒性的关系  38-40
  1.4 土壤环境质量及重金属污染评价  40-48
    1.4.1 土壤环境的质量评价  40-43
    1.4.2 土壤重金属污染影响评价  43-48
第2章绪论  48-51
  2.1 研究目的和意义  48-49
  2.2 研究目标和内容  49-50
    2.2.1 研究目标  49
    2.2.2 研究内容  49-50
  2.3 技术路线  50-51
第3章材料与方法  51-64
  3.1 研究区域概况  51-52
  3.2 样品采集与资料收集  52-53
    3.2.1 土样采集  52
    3.2.2 资料收集  52-53
  3.3 方法  53-64
    3.3.1 分析测定方法  53-54
    3.3.2 数学分析方法  54-63
    3.3.3 应用软件  63-64
第4章结果与分析  64-150
  4.1 土壤重金属及氟、砷含量(全量)的时空变异  64-92
    4.1.1 土壤重金属及氟、砷污染现状分析  64-71
    4.1.2 土壤重金属及氟、砷含量与时间的关系  71-76
    4.1.3 土壤重金属及氟、砷全量空间变异分析  76-92
  4.2 城市化发展对土壤重金属的影响  92-117
    4.2.1 重金属污染的社会经济指标拟定与分析  92-96
    4.2.2 区域间重金属污染的变化及其与主因子的关系  96-107
    4.2.3 基于BP网络的土壤重金属污染预测系统的设计与应用  107-117
  4.3 土壤重金属形态空间变异及驱动因子分析  117-140
    4.3.1 土壤重金属形态含量的统计特征  117-120
    4.3.2 不同土壤重金属形态的空间变异分析  120-134
    4.3.3 土壤重金属不同形态变异的驱动因子分析  134-140
  4.4 土壤重金属不同形态的环境效应分析  140-150
    4.4.1 作物可食部分重金属含量的分析  140-142
    4.4.2 土壤中各形态重金属与作物可食部分重金属含量的关系  142-148
    4.4.3 成都平原土壤重金属各形态安全指标  148-150
第5章结论与讨论  150-166
  5.1 结论与讨论  150-164
    5.1.1 成都平原土壤重金属污染评价  150-151
    5.1.2 成都平原土壤重金属及氟、砷含量与时间的关系  151
    5.1.3 土壤重金属及氟、砷全量空间变异及插值分析  151-154
    5.1.4 城市化发展对土壤重金属的影响  154-156
    5.1.5 土壤重金属形态空间变异及驱动因子分析  156-162
    5.1.6 土壤重金属不同形态的环境效应  162-164
  5.2 论文的创新点  164-165
  5.3 有待于进一步研究的问题  165-166
参考文献  166-180
附录  180-182
致谢  182-183
在学期间发表的文章及获得的成果  183-184

成都平原城市化土壤重（类）金属演变及其环境效应研究

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