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县域农田土壤重金属空间变异特征

作　者: 庞夙
导　师: 李廷轩；王永东
学　校: 四川农业大学
专　业: 土壤学
关键词: 县域尺度农田土壤重金属空间变异采样数量污染评价潜在生态风险评价影响因子
分类号: S153
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本研究采用地统计学与GIS相结合的方法,研究了四川省双流县农田土壤铜、锌、铬、铅含量的空间变异特征及其影响因子,并对其采样数量、污染状况、风险评估及超标可能性预测等方面进行了深入分析,取得了以下主要结论：(1)研究区内铜、锌、铅含量受到外源因素深刻影响,积累非常明显,值域分布范围较为广泛。铜、锌、铬均具有中等空间相关性,其空间变异受到结构性因子和随机性因子共同影响；而铅含量空间相关性很弱,其空间变异主要受随机性因子影响。各向异性下,四种重金属含量空间相关性均有一定程度提高。土壤铜、锌、铬含量分布趋势较为相似,均为西北高,东南低,且分别具有极显著的正相关性。铅含量在区域内的分布趋势并不明显,不同地貌类型下均有高值区分布。交互检验表明,铜、锌、铬含量插值精度较高而铅含量降低,主要受到其空间相关性的影响。(2)相对于常规随机抽样方法,协同克里格法确保了样点缩减后变量的空间相关性。在相同取样数量下,协同克里格法的预测精度要高于普通克里格法。在初始样点数量缩减10%的情况下,铜、铬含量协同克里格插值的预测精度仍高于初始623个样点的普通克里格插值,且两种方法得到空间分布图具有极高的相似性。(3)根据《食用农产品产地环境质量评价标准》中土壤环境质量划分标准限值,样点铜、锌含量单项污染指数多处于清洁等级,而铅含量单项污染指数和综合污染指数多处于尚清洁等级。面积统计表明,区域内土壤环境污染并不严重,多处于尚清洁水平。其中,铅含量单项污染指数处于超标等级的面积比例较大。潜在生态风险评价表明,铜、锌、铅潜在生态危害较小,均处于轻微生态风险等级。三种重金属含量超过临界值的概率均较低,其中,铅含量超标概率的值域范围最为集中。铜,锌含量超标概率分布的规律性相对较强,而铅含量超标概率分布较为离散。(4)土壤铜、锌、铬含量在三种地貌类型和三种成土母质中的变化顺序分别表现出一致性但影响程度的差异有所不同,其中,地貌类型是影响铜含量的重要因子,而成土母质对铜和锌含量的影响较深；有机肥使用量对农田土壤铜、锌、铬含量空间变异有重要影响；农业综合条件中农业基础条件对土壤铜、锌、铬含量空间变异的影响较大,而铅含量的空间变异主要受农药使用量和运输业规模的影响；缓冲区分析表明,土壤铅含量随着与道路距离的增加表现出先增加后降低的趋势。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一部分绪论  11-20
  1.1 立题背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-18
    1.2.1 农田土壤重金属含量空间变异研究  12-13
    1.2.2 地统计学应用于采样策略的研究  13-15
    1.2.3 土壤重金属污染评价  15-16
      1.2.3.1 土壤重金属污染评价标准  15
      1.2.3.2 土壤重金属污染评价方法  15-16
    1.2.4 农田土壤重金属含量空间变异影响因子研究  16-18
      1.2.4.1 结构性因子  16-17
      1.2.4.2 随机性因子  17-18
  1.3 研究内容  18-19
    1.3.1 县域农田土壤重金属含量空间变异特征研究  18
    1.3.2 在空间变异基础上优化采样数量  18
    1.3.3 县域农田土壤重金属污染及潜在生态风险评价  18-19
    1.3.4 县域农田土壤重金属含量空间变异的影响因子研究  19
  1.4 技术路线  19-20
第二部分材料与方法  20-26
  2.1 研究区域概况  20
  2.2 土壤样品采集  20-21
  2.3 测定项目及方法  21
  2.4 数据处理分析  21-25
    2.4.1 空间变异特征研究方法  21-22
      2.4.1.1 半方差函数分析  21
      2.4.1.2 普通克里格插值  21-22
    2.4.2 采样数量优化方法  22-23
      2.4.2.1 Cochran公式法  22
      2.4.2.2 协同克里格法  22-23
    2.4.3 农田土壤重金属污染及潜在生态风险评价方法  23-24
      2.4.3.1 污染指数法  23
      2.4.3.2 潜在生态危害指数法  23-24
      2.4.3.3 重金属污染风险性预测  24
    2.4.4 影响因子研究方法  24-25
      2.4.4.1 单因素方差分析及多重比较  24
      2.4.4.2 主成分分析  24
      2.4.4.3 缓冲区分析  24-25
  2.5 软件平台  25-26
第三部分结果与分析  26-57
  3.1 农田土壤重金属含量空间变异特征  26-33
    3.1.1 农田土壤重金属含量现状  26-27
    3.1.2 农田土壤重金属含量空间结构特征  27-30
      3.1.2.1 各向同性下土壤重金属含量空间结构特征  27-29
      3.1.2.2 各向异性下土壤重金属含量空间结构特征  29-30
    3.1.3 农田土壤重金属含量空间分布特征  30-33
      3.1.3.1 普通克里格插值  30-31
      3.1.3.2 交互检验  31-33
    3.1.4 小结  33
  3.2 在空间变异基础上优化采样数量  33-44
    3.2.1 常规统计方法确定采样数量  33-34
    3.2.2 利用协同克里格法在空间变异基础上优化采样数量  34-44
      3.2.2.1 确定辅助变量  35-36
      3.2.2.2 采样数量优化方案与精度检验  36-37
      3.2.2.3 在空间变异基础上优化采样数量  37-42
      3.2.2.4 讨论  42-44
      3.2.2.5 小结  44
  3.3 县域农田土壤重金属污染及潜在生态风险评价  44-51
    3.3.1 污染评价  44-48
      3.3.1.1 样点超标情况  44-45
      3.3.1.2 土壤重金属污染评价  45-48
    3.3.2 潜在生态风险评价  48-49
    3.3.3 土壤重金属污染风险预测  49-50
    3.3.4 小结  50-51
  3.4 县域农田重金属含量空间变异影响因子分析  51-57
    3.4.1 结构性因子  52-53
      3.4.1.1 地貌类型  52
      3.4.1.2 成土母质  52-53
    3.4.2 随机性因子  53-56
      3.4.2.1 有机肥施用量  53
      3.4.2.2 农业综合条件  53-55
      3.4.2.3 道路对铅含量的影响  55-56
    3.4.3 小结  56-57
第四部分全文主要结论  57-59
  4.1 县域农田土壤重金属含量空间变异特征  57
  4.2 在空间变异基础上优化采样数量  57-58
  4.3 县域农田土壤重金属污染与潜在生态风险评价  58
  4.4 县域农田土壤重金属含量空间变异影响因子研究  58-59
第五部分研究展望  59-60
  5.1 县域农田土壤重金属含量时空变异研究  59
  5.2 弱化尺度效应,优化较大尺度空间变异研究的采样数量  59
  5.3 模糊数学应用于土壤重金属污染评价  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间发表论文情况  65

县域农田土壤重金属空间变异特征

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