基于GIS技術(shù)的興化平原耕地土壤重金屬污染空間分異與環(huán)境風(fēng)險評價.pdf

1、隨著我國工農(nóng)業(yè)不斷的發(fā)展，耕地土壤重金屬污染日益嚴重，重金屬污染物在土壤中移動性差、滯留時間長、不能被微生物降解，顯著影響著農(nóng)作物的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)。開展區(qū)域耕地土壤重金屬污染狀況及其空間分異調(diào)查，預(yù)測其潛在環(huán)境風(fēng)險，對防治土壤重金屬污染，提高土壤環(huán)境質(zhì)量，保障人體健康等均具有重要現(xiàn)實意義。本研究以福建省四大平原之一的興化平原耕地土壤為研究對象，在調(diào)查采樣和分析測試基礎(chǔ)上，借助地理信息系統(tǒng)和地統(tǒng)計學(xué)軟件，探討已知調(diào)查樣點重金屬含量的半方

2、差函數(shù)圖及其擬合模型，對耕地土壤重金屬含量進行多種空間插值模型的比較分析，篩選區(qū)域土壤重金屬空間分異研究的最佳插值模型，分析研究區(qū)100m×100m柵格空間耕地土壤重金屬的空間分異特征及其污染狀況,并采用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)進行區(qū)域耕地土壤重金屬污染環(huán)境風(fēng)險評價及其分區(qū)，研究結(jié)果表明： 1.研究區(qū)耕地土壤的全砷、汞、鉛、鎘、鉻、鎳、銅和鋅含量均值分別為5.956mg/kg、0.352mg/kg、49.939mg/kg、0.120m

3、g/kg、43.053mg/kg、18.527mg/kg、26.042mg/kg和78.085mg/kg，除汞和鉛含量均值高于我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的自然背景值外，其余6種重金屬含量均值都明顯低于自然背景值，8種重金屬元素含量的總體變異程度表現(xiàn)為：鎘＞砷＞汞＞鉻＞鉛＞鋅＞銅＞鎳。 2.研究區(qū)耕地土壤重金屬元素砷、汞、鉛、銅、鋅的半方差函數(shù)可用指數(shù)模型擬合，鉻、鎘、鎳的半方差函數(shù)可用球狀模型擬合；砷的空間自相關(guān)距離最大，其次為銅

4、，汞的空間自相關(guān)距離最小,其余5種重金屬的空間相關(guān)域變化于1280-6530m；8種重金屬的空間變異指標(biāo)(Co/Co+C)大小順序為：鎘(12.7％)＜汞(27.0％)＜鋅(27.4％)＜鉛(30.7％)＜砷(33.9％)＜銅(48.5％)＜鎳(49.1％)＜鉻(49.2％)，表明鎘的空間相關(guān)性最強，鉻、鎳和銅的空間相關(guān)性較弱。 3.研究區(qū)耕地土壤As、Hg、Cr含量的最佳空間插值模型均為普通克立格，Cd、Pb、Ni、Cu和Z

5、n含量的最佳空間插值模型分別為簡單克立格、1次局部多項式、完全規(guī)則樣條函數(shù)、2次局部多項式和2次全局多項式。 4.研究區(qū)耕地土壤重金屬砷含量的空間變異趨勢是北部和中部較高，由西北向東南逐漸減少；汞含量空間變化規(guī)律不明顯；鉛含量空間變化趨勢由北向南、由西向東逐漸減少；鋅和鉻含量空間分布規(guī)律較為相似，均呈由東向西逐漸減少，且高含量區(qū)呈較分散的分布趨勢；鎳含量空間分布規(guī)律是中部地區(qū)的鎳含量高于周邊地區(qū)，由中間向四周呈減少趨勢；銅含量

6、空間分布趨勢是南北方向變化較明顯；鎘空間變化趨勢大致由西北至東南呈高低波狀起伏變化。 5.研究區(qū)耕地土壤重金屬綜合污染指數(shù)均值為0.897，處于警戒限水平，耕地土壤整體處于尚清潔狀態(tài)，但局部區(qū)域存在不同程度的汞污染。全區(qū)未污染的耕地土壤面積占研究區(qū)耕地總面積的13.45％，主要分布于北高的東南部和新度鎮(zhèn)西部；處于警戒限和輕度污染的耕地土壤分別占59.24％和27.30％，均主要分布于黃石鎮(zhèn)。研究區(qū)不同土種類型的重金屬綜合污染指

7、數(shù)差異較為明顯,污染狀況處于清潔水平的耕地土種類型包括赤土和赤砂土，處于警戒線水平的耕地土種類型包括灰埭田、烏埭田、烏泥田、灰泥田、潤砂土、黃泥砂田、咸砂泥土、紅土田、紅泥砂土、紅泥土、紅泥砂田、砂質(zhì)田和砂埭田，處于輕污染的土種類型包括輕鹽斑田、冷水田和灰砂泥土。 6.研究區(qū)8種重金屬的單因子潛在生態(tài)危害系數(shù)以汞最高，達47.496，處于中度危害水平，其余重金屬元素的潛在危害系數(shù)介于0.362-12.058，均處于輕度危害水平

8、，單因子潛在環(huán)境風(fēng)險危害系數(shù)大小順序為Hg＞Cd＞Cu＞Ni＞As＞Pb＞Zn＞Cr。汞潛在生態(tài)危害系數(shù)處于中度危害的區(qū)域主要分布于黃石、新度、西天尾以及拱辰鎮(zhèn)，合計面積占研究區(qū)耕地總面積的79.3％，汞潛在生態(tài)危害系數(shù)處于較強危害的區(qū)域全部分布于黃石鎮(zhèn)。研究區(qū)耕地土壤重金屬污染多因子綜合潛在風(fēng)險指數(shù)介于27.742-127.344，平均值為68.129,處于低度危害水平。重金屬污染綜合潛在風(fēng)險處于低度危害水平的耕地主要分布于黃石和新度

9、鎮(zhèn)，合計面積占研究區(qū)耕地總面積的74.10％。研究區(qū)綜合潛在環(huán)境風(fēng)險指數(shù)均值相對較高的土種類型包括冷水田、輕鹽斑田、灰泥砂土、灰泥田、潤砂土、砂埭田、砂質(zhì)田、灰埭田、紅泥沙田、烏埭田和紅土田，多屬于水田利用方式，綜合潛在環(huán)境風(fēng)險指數(shù)均值介于65.435-81.584；環(huán)境風(fēng)險指數(shù)均值相對較低的包括赤砂土、赤土、紅泥砂土、咸砂泥土、烏泥田，黃泥砂田和紅泥土，多屬于旱地利用方式，綜合潛在環(huán)境風(fēng)險指數(shù)均值介于45.201-59.270。