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丘陵红壤重金属复合污染的空间变化规律

作　者: 曹尧东
导　师: 宗良纲；孙波
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 丘陵红壤重金属复合污染空间变异 GIS 地统计学分析
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 259次
引　用: 2次
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内容摘要

论文以江西省贵溪市江西铜冶炼厂周围农田土壤重金属污染区（面积7.7km²）为例，基于GIS的地统计学方法研究了丘陵红壤区土壤重金属复合污染的空间变异规律。利用差分GPS（DGPS200）定位，以50～200m的网格采集了97个土壤样品，每个样点采集3层，深度为0～15Cm，20～40cm和40～60cm，共291个土样；在采集土壤的同时，采集了63个植株样（水稻）。土壤分析项目包括铜、镉、锌、铅和铬元素的全量，以及土壤pH值、土壤有机质含量、土壤氯离子和硫酸根含量。植株分析项目包括秸秆（稻草）和籽粒（糙米）中铜、镉的全量。文中提出了利用ArcGIS的地统计学分析模块进行空间变异分析的步骤，包括：1)分析重金属元素含量数据的分布类型和空间分布趋势，通过数据转换去除数据趋势；2)计算半方差函数并选择最佳的拟合模型和参数；3)通过交叉验证选择合适的克立格方法（kriging）；4)通过空间插值，绘制重金属污染空间分布图，分析空间变异规律和影响因素。研究表明，基于ArcGIS的地统计学分析模块可以较准确地分析丘陵区土壤重金属复合污染的空间变异特征。空间分析结果表明，在表层土壤中（0～15cm），pH值的空间相关性最强，铬的空间相关性最弱，其它重金属元素空间相关性中等。变程介于573～2134m之间；在20～40cm土壤中，铅的空间相关性最强，锌和有机质空间相关性最弱，其它元素空间相关性中等，变程介于218～3454m之间；在40～60cm土壤中，镉和铅空间相关性很强，铜空间相关性最弱，其它元素空间相关性中等，变程介于355～2015m之间。铜镉在稻草和糙米中，空间相关性都是中等，变程介于592～2015m之间。比较发现，重金属元素的空间相关性变化与变程相反。在研究区的表层土壤（0～15cm）中，主要为铜镉复合污染。土壤铜含量介于40.6～565 mg·kg^-1，有99％的样点含量超标污染；土壤镉含量介于0.36～2.85mg·kg^-1斤陵红壤区重余属复合污染的空间变化规律 —以江西铜冶炼)污染区为例之间，全部超标污染;但土壤锌仅在局部超标污染，铅和铬含量与背景值相当，没有污染。在20一40cm的土壤中，土壤镐有95%的样点超标，含量集中在0.3一1.2 mg.kg一，之间;其它重金属元素都没有超标。在40一6 ocm土壤中，土壤镐含量仍有95%的样点超标，含量集中在0.3一1.omg·kg一，之间。在稻草中，铜含量分布范围在28.0一488.9mg.kg一’之间，均值为146.lmg·kg一，;锅含量分布在0.35一28.lmg·kg一，之间，均值为6.439mg·kg一，。在糙米中，铜含量在3.87一22.6mg·kg一，之间，平均值为10.9 mg.kg一，，有51%的样点超标;锅含量在0.02一5.nmg·kg一，之间，平均值为1.72 mg .kg一，，有83%超标。比较铜、锅在土壤和植株中的分布发现，铜在土壤中有表聚性，很少向下迁移，而锅具有较强的迁移性，在土壤剖面中均造成污染;同时铜和镐对植株的污染也十分严重，其中桔秆的含量大于籽粒的含量。进一步对表土中铜、镐含量进行协同克立格分析（cokr iging）发现，两者的协同克里格插值精度（铜R=0.81仇锅R=0.471）均比铜、锡的克立格插值精度（铜R=0.”7;锅R二0.375）明显提高，说明两者的空间相关性较高;而Cu和Cd与pH、有机质、Cl一、S0;2一的协同克里格插值精度都有不同程度的下降。研究表明表土铜含量与其他因子的空间相关性大小顺序是eu/ed>eu/pH>eu/oM>eu/CI一>Cu/50;，一:而表土镐含量与其他因子的空间相关性大小顺序是cd/Cu>Cd/c1一>cd/PH>Cd/OM>Cd/50;，一。对植株与表土中铜锅含量的协同克里格插值分析表明，稻草和糙米中铜镐含量与土壤中铜锅含量显著相关，且稻草和糙米中铜镐含量之间的空间相关性大于它们与表土中铜锅含量的空间相关性。

全文目录

目录  4-6
中文摘要  6-8
英文摘要  8-10
第一章文献综述  10-17
  1 问题的提出  10
  2 选题的意义  10-11
  3 重金属复合污染的研究现状  11-12
  4 空间变异研究现状  12
  5 地统计学原理简述  12-17
    5.1 区域化变量(regionalized variable)  12-13
    5.2 变异函数(Semivariogram)及其模型的确定  13-16
    5.3 克里格内插  16-17
第二章研究区域概况与试验方案  17-21
  1 研究区域概况  17-18
    1.1 自然条件  17
    1.2 社会经济条件  17-18
  2 研究目标、研究内容和技术路线  18-19
    2.1 研究目标  18
    2.2 研究内容  18
    2.3 技术路线  18-19
  3 试验方案  19-21
    3.1 样品的采集与分析  19-20
    3.2 克里格插值分析  20-21
第三章土壤重金属空间变异规律  21-43
  1 统计分析  21-23
  2 表层土壤重金属的空间变异  23-35
  3 20-40cm土壤重金属的空间变异  35-38
  4 40-60cm土壤重金属的空间变异  38-42
  5 本章小结  42-43
第四章铜、镉在水稻中的污染  43-52
  1 铜、镉在水稻秸秆和籽粒中的空间变异  43-46
  2 植株中铜、镉含量的分布规律  46-47
  3 植株与表层土壤中铜镉含量的协同克里格插值  47-50
  4 本章小结  50-52
第五章全文总结与结论  52-55
参考文献  55-60
作者简历  60-61
致谢  61

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