典型区土壤重金属空间插值方法与污染评价

选择最优的空间插值方法对土壤重金属空间分布特征的反映和污染评价具有重要的意义.以湖北省恩施市典型区表层土壤重金属As和Cd为例,选取常用的反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、局部多项式法(LPI)和普通克里格法(OK)进行空间插值,对比分析了不同插值方法的插值精度及结果差异.同时采用地累积指数和指示克里格法(IK)评价了土壤重金属污染状况.结果表明,不同插值方法对于同一种元素的预测误差相差较小,但对土壤重金属含量的空间分布特征存在明显差异,其中LPI法表现出明显的平滑效应,OK法次之,而IDW法和RBF法极大地保留了元素含量的极值信息,插值结果较详尽.为准确了解局部高背景区土壤重金属的空间分布状况,应优选IDW法或RBF法进行插值.以湖北省深层土壤重金属含量算术均值作为背景值,地累积指数污染评价结果显示:As和Cd的超标样点分别占5.5%和99.0%,研究区Cd污染程度较高.IK法污染评价显示:Cd中度-强污染以上的高概率污染区域主要位于研究区的中部,应重视土壤Cd污染分布,并对其有效治理与修复.     

土壤连续属性空间插值方法及其精度的研究进展

作为土壤变化的时空定量监测方法,土壤属性空间插值方法及其精度是计量土壤学和"数字土壤"领域的重要研究内容。文章首先介绍了土壤属性空间插值的常用方法,包括克立格插值法(Kriging)、反距离权重法(IDW)、样条插值法(Spline)、贝叶斯最大熵(BME)、地理加权回归(GWR)以及高精度曲面建模方法(HASM);其次阐述了土壤属性空间插值精度验证的方法和指标;再次总结了能够提高土壤属性插值精度的6种途径,包括合理选择插值方法、准确设定插值方法参数、合理设计采样数目和密度、注意空间自相关程度和范围的影响、科学安排实验分析顺序以及结合辅助信息进行插值;最后从插值方法的选择、验证指标的选取以及辅助信息的结合三个方面指出了土壤属性空间插值方法及其精度的未来研究方向。     

广东省土壤Cd含量空间分布预测

土壤重金属的空间格局对土壤重金属污染防治具有重要的指导意义.本文以广东省土壤Cd含量为研究对象,基于"规则"模型——Cubist以及样条插值法、反距离加权法、自然邻域法、普通克里金插值法、局部多项式插值法和径向基函数插值法等6种GIS空间插值方法,选取2 000、1 500、1 000、800、500、300、200、150及90 m这9个不同的格网尺度,构建Cd含量空间格局模型.选择不同方法的最佳预测尺度和最优模型参数,预测广东省土壤Cd含量分布.结果表明:(1)在相同尺度时Cubist方法预测结果都比传统的空间插值结果精度高,格网大小为300 m×300 m时预测精度最高.其次是样条插值法,其在1 500 m插值尺度上精度最高;(2)Cubist模型同时可以识别土壤Cd含量空间分布的驱动因子.结果表明在37个影响Cd含量的自然和人为因子中,地质类型是驱动广东省土壤Cd含量分布差异的主要因子;(3)Cd含量高值主要分布在珠三角地区及粤北少部分地区.广东省土壤Cd含量超过GB 15618~(-1)995中3级和2级标准,即大于1.0 mg·kg~(-1)和0.3 mg·kg~(-1)的面积分别约为160 km~2和2 140 km~2,约占广东省总面积的0.09%和1.18%.     

电子垃圾拆解区土壤重金属空间异质性及分布特征

在温岭电子垃圾拆解较为集中的区域系统采集90个土壤样品,研究土壤重金属的污染特征及空间异质性.结果表明,土壤重金属Cd、Cu、Zn、Pb和Ni的平均含量分别为0.38、35.13、121.38、35.40和28.13 mg·kg-1,与背景值相比较,这些重金属在研究区均有不同程度的累积,与国家二级标准相比,土壤重金属局部污染严重,尤其土壤Cd污染极为明显.土壤重金属Cd和Pb属于高度变异,其变异系数分别为121.05%和109.38%,其他重金属属于中度变异.地统计学空间插值和局部Moran'sⅠ指数结果表明土壤Cd、Cu、Zn和Pb的高值主要分布在大溪镇和泽国镇,这与电子垃圾拆解和其他的人为活动有关.土壤Ni的分布特征主要受到土壤母质的影响.重金属污染对当地生态和居民健康存在潜在的威胁.     

杭州市郊蔬菜基地土壤和蔬菜中Pb、Zn和Cu含量的环境质量评价

对杭州市4个蔬菜基地土壤中Pb、Zn、Cu进行测定分析,利用不同的评价方法和标准来评价土壤重金属的环境质量状况,并在GIS软件平台下,通过克里格插值法分析了江干区蔬菜基地土壤-蔬菜重金属含量空间分布特征.结果发现蔬菜基地土壤中重金属含量超过自然背景值,未超过以国家土壤重金属环境质量标准,是符合无公害蔬菜基地的要求的;4个调查区中拱墅区土壤中重金属含量大于其它3区;江干区蔬菜基地土壤-蔬菜中重金属的空间变异很大;小白菜/小青菜中Zn和Cu的含量未超标,Pb则超标;2种蔬菜的富集系数均是Zn>Pb>Cu,小青菜Pb、Zn、Cu的富集系数和含量均大于小白菜,更易受到土壤中重金属的影响.     

上海浦东新区农田土壤重金属空间结构及分布特征

对上海浦东新区农田土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As进行测定分析,利用地统计学方法研究了7种重金属的空间结构与分布特征。结果显示,Pb、As、Hg的积累不显著,而Cu、Zn、Cd、Cr平均含量显著高于背景值。结构分析表明,7种重金属元素在一定范围内均存在空间相关性,其中Cd、Cr、As的变程分别为11.54、11.0、7.0 km,其余重金属的变程范围为0.81~1.73 km。采用克里格和逆距离加权插值法得到了浦东新区表层土壤重金属单指标评价结果分布图,发现土壤质量受Zn、Cu、Cd、Cr的影响较大,而受Pb、Hg、As的影响较小,在分布上存在显著的空间分异特征。     

上海农田土壤重金属的环境质量评价

对上海市农田土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As进行测定分析,利用不同的评价方法和标准来评价土壤重金属的环境质量状况,并在GIS软件支持下,通过空间插值分析了研究区重金属含量的空间分布特征.结果发现,除As外,各重金属平均含量均高于其背景含量;Cu、Zn、Cd、Cr、Hg和As的浓度均有个别地方的含量超过了国家<土壤环境质量标准>(GB 15618-1995)二级标准限值;从土壤重金属空间分布来看,农田质量整体尚好,土壤优良率为71.4%,合格率为94.9%,不合格率为5.1%;土壤质量受到各种重金属不同程度的影响,存在显著的空间分异,而Zn、Cd、Hg的污染是引起上海地区土壤质量下降的主要原因;各级土壤以城镇建设用地为中心,圈层状分布特征明显,随着上海地区城镇化空间扩展的推进与土地利用方式的变化,可能会导致新污染区的出现与土壤质量的下降.     

空间插值模型对土壤Cd污染评价结果的影响

分析和比较了不同插值模型(反距离加权、局部多项式、普通克里格和径向基函数)对土壤Cd空间插值、污染面积估算和污染区空间分布的影响,结果表明,插值方法对极大值都存在不同程度的平滑,交叉验证的Cd极大值插值的相对误差高于45.1%.不同插值模型估算的污染区域面积在0～2.12%之间.根据样点超标率估算的污染面积比插值模型估算的面积高1.53%～3.65%.污染评价结果不确定性较大的区域主要是在局部极大值区域和高值向低值的过渡区域.因此,土壤重金属的空间插值精度对污染评价结果有很大影响,开展土壤重金属污染调查时应注意在浓度过渡区域加大采样密度.     

渝东南山区乡镇尺度土壤合理采样数估算及重金属污染评价

为了研究乡镇尺度土壤重金属污染状况及土壤合理采样数的确定方法,选择在重庆市黔江区舟白镇采集表层（0~20 cm）土壤样品320件,分析了土壤中各重金属元素（Cd、Cr、Pb、Hg、As、Cu、Zn、Ni）含量和pH,基于经典统计学方法和地统计法研究不同土壤指标的空间变异特征及土壤合理采样数,利用内梅罗指数法进行土壤重金属污染评价.结果表明:研究区土壤中Cd、Cr、Pb、Ni含量及pH的空间分布主要受到成土母质的影响,土壤中Hg、As、Cu、Zn含量同时受到地质背景和人为活动的影响.对于研究区土壤各重金属含量和pH而言,250个土壤样点即可反映其基本信息.研究区中部土壤污染程度较低,北部和南部污染程度较高,中度和重度污染区主要分布在研究区南部.原始土壤点位和合理土壤点位重金属污染评价结果差别较小,说明所得的合理采样数结果较可靠.与地层分布对比发现,土壤中度、重度污染主要与二叠系地层有关.      

自适应FCM土壤表层重金属污染评价——以南京市炼油厂及生活区为例

采用自适应模糊C均值聚类(FCM)挖掘土壤重金属的污染程度信息,以实现污染程度分类数的自动获取,确保类别划分的合理性,真实地反映重金属污染的空间聚集特征。以江苏省南京市炼油厂及生活区为研究对象,采集土壤中Cr、Cd、Ni、Pb、Zn、Cu重金属浓度值,首先运用自适应FCM对浓度值进行聚类分析,然后利用地统计学空间插值,揭示污染的空间聚集性。结果表明,研究区存在不同程度的污染,自适应FCM算法比传统聚类算法能更合理地划分重金属污染程度,挖掘出样本潜在的污染信息,可为分析污染成因及土壤环境治理修复提供参考。