中国农田土壤重金属富集状况及其空间分布研究

北极星节能环保网讯:研究 背景

土壤是地球生态系统重要的组成部分,土壤生化物质含量影响着地表生物的生长,尤其是各种化学物质含量的超标不但影响植物正常生长,而且通过食物链等途径进入人体及其他动物体内富集,影响人体健康. 自进入工业社会后,工业发展以及城市化进程深入等方面都加重了土壤中重金属的累积,造成土壤重金属污染,并且污染面积逐年扩大.据农业部进行的调查,我国农田土壤在 140 万 hm 2污水灌溉区,遭受重金属污染的土地面积占污灌区面积的 64. 8%; 每年因重金属污染减产的粮食1000多万 t,被重金属污染的粮食每年达到1200万t,合计损失至少 200 亿元. 农田重金属的富集达到一定程度不仅降低农作物的产量和质量,并且严重威胁生态系统和人类的安全. 人为源是其主要的土壤重金属污染来源,主要包括施肥,动物粪便和生物固体应用,污水灌溉,大气沉降等.

国内外在土壤重金属方面已经做了大量研究,针对城市土壤、菜园土壤、果园土壤以及矿区周边农田土壤的重金属的含量、对农作物的影响以及空间分布等进行研究. 我国农田土壤重金属研究,大都是选取某些典型区域,选取样点采集土壤和植被样本通过化学分析等确定重金属含量并进行相关分析,但是对中国农田土壤中重金属含量的整体分析目前还鲜见报道.

材料与方法

数据收集和整理从公开发表的文献中,收集了 2000 ~2013 年全国农作物土壤重金属含量数据,部分数据来源于中国土壤数据库(http:/ /www. soil. csdb. cn/). 共收集到有关土壤 Pb 含量的研究 173 个,Cd 研究 138 个,Cu 研究 156 个,Zn 研究 139 个和 Cr 研究 140 个.分布如图 1所示.

中国农田土壤重金属富集状况及其空间分布研究

将每个研究中重金属的平均值作为该点位的值,然后人工剔除异常样本. 把样本数据中重金属含量明显超出其附近值的样本剔除,因为这些样本可能受矿区等因素影响而导致高值.

研究方法确定需要插值的样本数据,进行地统计学分析后应用克里金方法空间插值. 克里金插值法,又称为空间自协方差最佳插值法,是空间插值的一种最优内插法. 它是根据样本空间位置不同,样本间相关程度的不同,对每个样本赋予不同的权,进行滑动加权平均.

假设 x 1 ,…,x n 为区域上的一系列观测点,z(x 1 ),…,z(x n )为相应的观测值. 区域化变量在 x 0处的值 z* (x 0 )可采用一个线性组合来估计:

中国农田土壤重金属富集状况及其空间分布研究

式中,λ i 为第 i 个样本的权值.

克里金插值得到中国区域重金属的空间分布,分省统计农田土壤重金属含量平均值,并与背景值作对比,将高出背景值的量与背景值作比,得到各重金属超出背景值的倍率,以此分析中国农田土壤重金属富集程度.

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