基于GIS技术的兴化平原耕地土壤重金属污染空间分异与环境风险评价

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 24次 | 上传用户:wangshuxi
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随着我国工农业不断的发展,耕地土壤重金属污染日益严重,重金属污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解,显著影响着农作物的生长、产量和品质。开展区域耕地土壤重金属污染状况及其空间分异调查,预测其潜在环境风险,对防治土壤重金属污染,提高土壤环境质量,保障人体健康等均具有重要现实意义。本研究以福建省四大平原之一的兴化平原耕地土壤为研究对象,在调查采样和分析测试基础上,借助地理信息系统和地统计学软件,探讨已知调查样点重金属含量的半方差函数图及其拟合模型,对耕地土壤重金属含量进行多种空间插值模型的比较分析,筛选区域土壤重金属空间分异研究的最佳插值模型,分析研究区100m×100m栅格空间耕地土壤重金属的空间分异特征及其污染状况,并采用潜在生态风险指数进行区域耕地土壤重金属污染环境风险评价及其分区,研究结果表明: 1.研究区耕地土壤的全砷、汞、铅、镉、铬、镍、铜和锌含量均值分别为5.956mg/kg、0.352mg/kg、49.939mg/kg、0.120mg/kg、43.053mg/kg、18.527mg/kg、26.042mg/kg和78.085mg/kg,除汞和铅含量均值高于我国土壤环境质量标准中的自然背景值外,其余6种重金属含量均值都明显低于自然背景值,8种重金属元素含量的总体变异程度表现为:镉>砷>汞>铬>铅>锌>铜>镍。 2.研究区耕地土壤重金属元素砷、汞、铅、铜、锌的半方差函数可用指数模型拟合,铬、镉、镍的半方差函数可用球状模型拟合;砷的空间自相关距离最大,其次为铜,汞的空间自相关距离最小,其余5种重金属的空间相关域变化于1280—6530m;8种重金属的空间变异指标(C0/C0+C)大小顺序为:镉(12.7%)<汞(27.0%)<锌(27.4%)<铅(30.7%)<砷(33.9%)<铜(48.5%)<镍(49.1%)<铬(49.2%),表明镉的空间相关性最强,铬、镍和铜的空间相关性较弱。 3.研究区耕地土壤As、Hg、Cr含量的最佳空间插值模型均为普通克立格,Cd、Pb、Ni、Cu和Zn含量的最佳空间插值模型分别为简单克立格、1次局部多项式、完全规则样条函数、2次局部多项式和2次全局多项式。 4.研究区耕地土壤重金属砷含量的空间变异趋势是北部和中部较高,由西北向东南逐渐减少;汞含量空间变化规律不明显;铅含量空间变化趋势由北向南、由西向东逐渐减少;锌和铬含量空间分布规律较为相似,均呈由东向西逐渐减少,且高含量区呈较分散的分布趋势;镍含量空间分布规律是中部地区的镍含量高于周边地区,由中间向四周呈减少趋势;铜含量空间分布趋势是南北方向变化较明显;镉空间变化趋势大致由西北至东南呈高低波状起伏变化。 5.研究区耕地土壤重金属综合污染指数均值为0.897,处于警戒限水平,耕地土壤整体处于尚清洁状态,但局部区域存在不同程度的汞污染。全区未污染的耕地土壤面积占研究区耕地总面积的13.45%,主要分布于北高的东南部和新度镇西部;处于警戒限和轻度污染的耕地土壤分别占59.24%和27.30%,均主要分布于黄石镇。研究区不同土种类型的重金属综合污染指数差异较为明显,污染状况处于清洁水平的耕地土种类型包括赤土和赤砂土,处于警戒线水平的耕地土种类型包括灰埭田、乌埭田、乌泥田、灰泥田、润砂土、黄泥砂田、咸砂泥土、红土田、红泥砂土、红泥土、红泥砂田、砂质田和砂埭田,处于轻污染的土种类型包括轻盐斑田、冷水田和灰砂泥土。 6.研究区8种重金属的单因子潜在生态危害系数以汞最高,达47.496,处于中度危害水平,其余重金属元素的潜在危害系数介于0.362-12.058,均处于轻度危害水平,单因子潜在环境风险危害系数大小顺序为Hg>Cd>Cu>Ni>As>Pb>Zn>Cr。汞潜在生态危害系数处于中度危害的区域主要分布于黄石、新度、西天尾以及拱辰镇,合计面积占研究区耕地总面积的79.3%,汞潜在生态危害系数处于较强危害的区域全部分布于黄石镇。研究区耕地土壤重金属污染多因子综合潜在风险指数介于27.742-127.344,平均值为68.129,处于低度危害水平。重金属污染综合潜在风险处于低度危害水平的耕地主要分布于黄石和新度镇,
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