山东淄博玉米产区土壤砷含量空间变异研究

采用地统计及地理信息(GIS)技术研究了山东省淄博玉米产区土壤砷含量空间变异性及其分布特点.淄博玉米产区土壤砷监测数据呈正偏态分布,为实现数据集正态化及降低偏大值对预测结果的影响,对原始数据集进行了自然对数变换.结果表明,变换后数据集的经验半变异函数存在明显各向异性,在北偏东70°方向上变异性最弱.应用指数模型拟合经验半变异函数,采用普通克里格法预测砷元素的空间分布状况.研究表明,本区域土壤砷含量存在明显的空间异质性,污水灌溉是引起土壤砷元素空间变异最主要的因素,监测区内土壤As元素含量存在实际“亏损”状况.     

基于Cokriging的土壤重金属空间变异研究——以昆山市为例

土壤重金属来源及空间分布是土壤学及环境学研究的热点问题。地统计学是土壤元素空间变异研究的有效方法以昆山市土壤重金属分布为例,先利用多元回归分析方法,提取与重金属含量显著相关的因子,再利用协同克里格方法研究了土壤理化性质和土壤重金属含量的相互关系,最后比较协同克里格与普通克里空间预测的精度。研究表明Hg、As、Cu、Pb的精度分别提高了2.75%、2.13%、0.17%和0.43%,cr、Zn和Cd 3种元素空间预测精度没有显著提高。     

南方典型产地大米Cd、Zn、Se含量变异及其健康风险探讨

在我国南方江西、湖南、安徽和广东等典型水稻产区部分市场和污染地区农户随机采取大米样品共70份,分别测定样品中Cd、Zn、Se的含量,并分析不同产地大米的含量差异及其与产地土壤因素的关系,探讨了农民就地消费的食物安全性.结果表明,70%以上的供试样品Cd含量超出国家食品卫生标准值(0.2 mg.kg-1),且Cd/Zn(质量比)超出美国学者建议的0.015临界值.所分析的3个元素的样本间变异以Cd为最大,Zn最小.不同产地大米样本间所分析元素的含量及Cd/Zn均呈重金属污染水稻土产地>酸性水稻土产地>中性水稻土产地,且以Cd、Se含量的差异幅度较大,Zn较小.说明土壤Cd化学有效性是影响供试大米Cd含量的主要因素,土壤-水稻系统中Cd迁移与籽粒积累取决于人为污染和土壤的化学性质.分别参照WHO和USEPA推荐的成人RfD(Cd)值和我国居民平均食物消费结构,分析表明所有供试产地的大米样本对于农民就地消费来说均存在不同程度的潜在Cd暴露风险,以污染土壤产地和酸性红壤性水稻土产地为严重.另外,供试大米样品的Zn、Se含量普遍偏低,尚不能满足正常的膳食摄取需要.因此,南方水稻生产中必须考虑稻米Cd污染对就地消费农民的...     

北方农田镉污染土壤玉米生产阈值及产区划分初探

为探究我国北方镉(Cd)污染农田中玉米安全生产的土壤阈值以及产区划分,于部分北方玉米主要产区(含不同程度Cd污染)收集了 129套点对点的土壤-玉米样品,分析了土壤理化性质与土壤、玉米籽粒Cd含量之间的相关性,利用多元线性回归法和物种敏感度分布曲线法(SSD)推导不同土壤情景下土壤Cd的生态阈值,并进行了玉米"宜产、限产、禁产"产区划分.结果表明,研究区土壤与玉米籽粒中Cd含量超标分别为99.62％和49.61％;玉米籽粒中Cd富集系数(BCF)与土壤pH、土壤有机质(SOM)、阳离子交换量(CEC)和土壤有效态Cd含量(DTPA浸提)均呈极显著相关性(P＜0.01).多元线性回归法的预测可解释因变量71.9％的变异量;基于研究区土壤特性以及参考资料,划分3种不同土壤情景分别为,情景1:6.5＜pH≤7.5,土壤 ω(SOM)=15 g·kg-1,土壤 CEC=15 cmol·kg-1;情景2:7.5＜pH＜8.5,土壤 ω(SOM)=20 g·kg-1,土壤 CEC=20 cmol·kg-1;情景3:pH≥8.5,土壤 ω(SOM)=17 g·kg-1,土壤 CEC=17 cmol.kg-1,利用 SSD 法中 Logistic 函数模型推导以上3种情景的粮食宜产区土壤Cd阈值分别为3.00、3.80和3.11 mg·kg-1;禁产区阈值为8.95、9.10和7.21 mg～kg-1,当土壤Cd含量介于宜产区阈值与禁产区阈值之间时该区域划分为粮食限产区;玉米用于饲料使用时3种情景下的饲料宜产区阈值分别为14.94、18.90和15.55 mg·kg-1,禁产区阈值分别为44.93、45.40和36.05 mg·kg-1,两者之间的区域为饲料限产区.以上方法和结果可为我国北方农田土壤的安全生产提供参考,并为土壤生态阈值的标准制定提供科学依据.     

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.     

基于克里格法的地下水流数值模拟模型的替代模型研究

以内蒙古乌拉特中旗金泉工业园区水源地为研究区,建立了研究区地下水流数值模拟模型.采用拉丁超立方方法得到输入(抽水量)输出(水位降深)数据集,运用克里格法建立了地下水流数值模拟模型的替代模型—克里格模型.将克里格模型输出结果与地下水流数值模拟模型输出数据集进行对比发现,克里格模型和地下水流数值模拟模型得到的地下水位降深均值的拟合平均相对误差为0.22%,地下水位降深剩余标准差的拟合平均相对误差为0.03%,拟合误差很小.表明克里格模型可以有效地替代地下水流数值模拟模型,这为大幅减小优化模型在优化迭代求解过程中多次调用模拟模型造成的巨大计算负荷提供一种有效的替代方法.     

典型农区耕作土壤重金属空间变异的稳健性分析

以鲁西北典型农区禹城的耕作土壤重金属Cr、Pb含量为例,针对其偏态分布特点与变异函数的非稳健性,研究了克瑞西-豪金斯法(C-H)、中位调节法(MA)、中位数中位偏差法(MMD)和位置的Huber估计(HB)4种稳健统计方法对土壤重金属变异函数的稳健处理效果,交叉检验了各稳健处理变异函数模型用以克里格估值的精度,分析了该地区耕作土壤重金属的空间分布特征。结果表明:研究区土壤Cr、Pb含量变异性较强且其频数分布均呈强烈偏态特征;稳健处理使得变异函数的块金值、基台值总体降低,块金值/基台值和拟合精度均不同程度升高;C-H法和MMD法稳健处理下,土壤Cr、Pb含量克里格空间预测的精度最高,是较优的稳健处理方式;研究区土壤Cr、Pb含量的空间分布呈现局部斑块状的分布格局,目前耕地土壤环境质量良好。该研究结果为该地区耕地环境质量评价和重金属污染防控提供科学依据。     

基于受体模型与地统计的耕地土壤重金属污染源解析

为探明云南金子河流域耕地土壤重金属污染现状与主要来源,有效开展土壤污染防治, 通过土壤采样与数据统计分析评价了金子河流域典型耕地的重金属污染风险,采用指示克里格方法阐明了研究区重金属元素的空间分布,使用主成分分析-多元线性回归(PCA-MLR)模型进行土壤重金属源解析,并量化其贡献率. 内梅罗综合污染指数法评价结果表明,本研究区中90.79%的土壤点位为重度污染,土壤整体处于重度污染水平. 指示克里格插值结果显示,元素Cd、As、Pb污染的高概率区域主要分布在研究区西部与西南部,Cd、Pb污染的高概率区域主要分布在研究区北部,而Cd、As、Pb污染的低概率区域主要分布在研究区东部及东南部. PCA-MLR模型解析重金属污染来源包括:研究区整体自然源贡献率为12.79%,工业源贡献率为87.21%;东岸自然源、工业源贡献率分别为92.46%、7.54%,西岸自然源、工业源贡献率分别为8.98%、91.02%. 研究显示,金子河流域西岸区域的重金属污染风险明显高于东岸区域,分区域进行源解析可以有效揭示局部污染特性,更为准确地识别污染来源.      

基于UNMIX模型的夹皮沟金矿区土壤重金属源解析

采集松花江上游夹皮沟地区的土壤样品,测定了16种金属元素的含量,应用美国环境保护署推荐的UNMIX模型进行了土壤重金属的源解析研究,并结合克里格插值法提取的Hg、Pb和Cd浓度等值线图与实际的调查,佐证源解析的结果.研究表明:1土壤样品中Cd、Hg、Pb、Ag浓度较高,超过吉林省土壤背景值,富集程度明显;2UNMIX方法解析出4个土壤重金属污染来源:源1代表选矿、公路交通及垃圾排放等人类活动的污染,源贡献率为39.31%;源2代表岩石风化和生物作用,贡献率为13.87%;源3为土壤母质和施用化肥、居民燃煤导致的综合污染源,贡献率23.93%;源4代表铁矿开采及运输,贡献率为22.89%.3研究区土地利用类型、人类活动调查、Hg、Pb、Cd含量分布特征与UNMIX模型解析的结果是基本吻合的.     

农用地土壤Cd有效态含量的安全阈值研究

为科学评估利用累积概率分布曲线研究土壤有效态Cd含量安全阈值的可行性,该研究参考物种敏感性分布法(SSD)的方法原理,以江西省上饶市Cd污染农田为研究对象,在统计分析区域农田土壤重金属总量、有效态含量和水稻籽粒中重金属含量的基础上,采用土壤总Cd含量-土壤有效态Cd含量线性回归方程以及基于Logistic函数分布模型的累积概率分布曲线模拟计算,分别推导土壤中有效态Cd的安全阈值并对比分析. 结果表明:研究区农用地土壤存在较大范围的Pb、Cd超标现象,点位超标率分别为54.70%和68.38%,土壤有效态Cd含量较高,平均值为0.22 mg/kg;研究区有34.98%的点位存在糙米Cd含量超标,Cd是研究区农用地土壤和糙米中的主要污染物. 通过线性回归方程和《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中的土壤筛选值,反推计算研究区农用地土壤中有效态Cd含量的阈值为0.149~0.183 mg/kg. 利用Logistic函数分布模型拟合基于有效态Cd含量的累积概率分布曲线,保护当地95%的糙米不超标的土壤有效态Cd含量的安全阈值为0.160 mg/kg. 研究显示,基于累积概率分布曲线法推定重金属有效态含量安全阈值较为科学,建议用作当地重金属污染农用地土壤钝化修复目标值,并对其他Cd污染农用地土壤的修复治理具有参考意义.      

湖南市场和污染区稻米中As、Pb、Cd污染及其健康风险评价

为了更好地了解和评价湖南大米中As、Pb和Cd含量及其对人体的健康影响,在对湖南矿区和冶炼区水稻土壤重金属污染调查的基础上,分别以湖南各地市场大米和污染区当地生产的稻谷样品为例,对其进行重金属含量分析及对人体的健康风险评价.结果表明,湖南各地市场大米样品中As、Pb和Cd的平均含量分别是0.20、0.20和0.28mg·kg-1,其中,衡阳市场大米中的As、Pb和Cd含量最高,其次是株洲和湘潭市场的大米.污染区稻谷中As、Pb和Cd含量分布均为:谷壳糙米精米,污染区精米中As、Pb和Cd的含量分别是0.24、0.21和0.65mg·kg-1,其中,来自衡阳常宁市水口山铅/锌矿区的稻谷样品中的As、Pb和Cd含量最高,其次是株洲清水塘冶炼区和湘潭锰矿区的稻谷.与市场大米样品相比,污染区精米中As、Pb和Cd的平均含量比市场大米样品高.无论是市场大米样品,还是从污染区稻田采集的稻米,均以衡阳地区稻米中的As、Pb和Cd污染最为严重,其次为株洲和湘潭地区.在As、Pb和Cd的健康风险评价中,Cd是湖南各地稻米中影响人体健康的主要因子,株洲和湘潭的Cd污染区达到90%以上,其次是As和Pb.     

基于环境因子和邻近信息的土壤属性空间分布预测

为探索乡镇尺度上土壤属性空间分布预测的最佳方法,以江西省万年县齐埠镇为例,借助四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子（地形因子和植被覆盖指数）和邻近信息[w（有机质）与w（速效钾）],构建OK法（普通克里金法）、RK1法（仅基于环境因子的回归克里金法）以及RK2法（基于环境因子和邻近信息的回归克里金法）对齐埠镇耕地表层（0~20 cm）土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布进行预测.结果表明:齐埠镇土壤w（有机质）平均值为35.03 g/kg,w（速效钾）平均值为96.73 mg/kg,均为中等空间变异性.对62个样点进行建模,16个测试样点进行独立验证的误差分析表明,RK2法对土壤w（有机质）、w（速效钾）预测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差较OK法分别降低了18.05%、18.01%、21.77%和7.25%、9.49%、9.84%;较RK1法分别降低了22.48%、20.91%、22.02%和9.27%、12.61%、13.52%.研究显示,RK2法明显提高了土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间.      

稳健变异函数在土壤污染物来源识别中的应用：以某重金属污染场地为例

空间特异值可以提供污染源的位置信息.以Genton稳健估计量为基础的变异函数为研究工具,对某重金属冶炼场地土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、As、Se和Hg含量进行了空间特异值分析,并根据空间特异值的地理位置及土地利用方式等信息指示污染源.结果表明,7种元素变异函数曲线的理论模型符合球状模型,7种元素都具有较小的块金方差,Cu、Zn和Pb只为0.000.与Matheron估计量相比,该研究得到的变异函数具有更小的块金效应,说明Genton估计量能够消除或减弱特异值对变异函数的影响.7种元素的空间特异值多集中在个别小范围内,以簇状形式存在,与该区域冶炼高炉及尾渣堆放处的位置具有很好的相关性,说明冶炼行为及其相关过程是该区重金属的重要来源.     

四川单季稻产量对气候变化的敏感性和脆弱性研究

基于1981—2012年25个四川气象台站气象观测数据和单季稻生产数据,建立单季稻产量变化和各气候要素变化的一元线性和逐步回归方程,探讨四川单季稻产量对单个气候要素及气候变化的敏感性与脆弱性,为科学开展适应行动提供基础信息。结果表明：四川单季稻产量随气温上升1 ℃、日较差升高1 ℃、降水量下降100 mm、辐射量下降100 MJ/m²发生了相应反应,部分地区的单季稻产量表现为脆弱,气温升高导致单季稻产量脆弱的地区最多,日较差次之,太阳辐射和降水量偏少;单季稻产量对抽穗至成熟期的气温升高和辐射下降最敏感,而对移栽至分蘖期的日较差升高最敏感。受到6种气候要素变化的综合影响,各站点单季稻产量对气候变化均表现为敏感,其中50%的地区表现为脆弱;单季稻产量对移栽至分蘖期和抽穗至成熟期的气候变化表现最敏感。不同地区、不同生育期内气候变化对单季稻产量的影响存在差异,因此,需要因地制宜地解决气候变化带来的不利影响,同时抓住水稻关键生育期有利的气候资源,有效地保障四川水稻的安全生产。     

浙中某县Cd元素地球化学特征及生态效应

本文基于对浙中某县土壤-作物系统的调查研究,系统总结了Cd元素地球化学特征。研究发现,土壤中Cd含量呈现表层富集趋势;土壤Cd元素的赋存形态以离子交换态为主,占各形态总量比例高达39.68%,显示出该地区土壤中Cd的活性相对较强;Cd污染区在南部山区沿水系分布,在研究区北部零星分布。研究同时发现,污染主要是由于矿山开采、工业废物排放以及污水灌溉等人类活动引起,并且污染区已出现稻米样品Cd超标,应引起有关部门足够重视。     

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.     

江津市紫色土中N、P养分元素区域空间变异性研究

利用地统计学,结合GIS研究紫色土土壤表层(0～20cm)的全氮、碱解氮、全磷和速效磷4种养分含量的空间分布特征结果表明,全氮和速效氮为正态分布,全磷和速效磷为对数正态分布;通过半方差函数分析,发现全氮存在纯块金效应,块金值为0.2,其它养分在一定间距内(50m)存在空间相关性,且为中等强度的空间自相关性(块金值与基台值之比在25%～75%之间);用普通克立格法和对数正态克立格法进行最优内插,做各种养分含量的分布图.结合GIS可充分了解土壤中N、P养分的空间变异性规律,并可进一步应用于精确施肥和农业非点源污染预测和控制.     

基于监测及Kriging方法的京津冀地区大气污染物暴露分布研究

为了实现充分利用已有环境监测站点数据进行人群精细化暴露评估的目的,同时解决某些待测人群社区周边无监测站点时数据的选择问题,以保定市作为大气高污染研究城市,基于现场监测和Kriging（克里金插值）空间分析方法,明确了在研究大气污染物人群暴露时,某一个固定监测站污染物数据的代表性问题.研究表明:对于大气中φ（SO₂）、φ（NO₂）、颗粒物及其组分,空气质量监测点位的代表性一般为5~6 km;对于φ（CO）、φ（O₃）和φ（VOCs）,它们在城市不同地区的空间分布更为均匀,空气质量监测点位的代表性范围更大.通过使用Radial Basis Functions（径向基函数,RBF）、Local Polynomial Interpolation（局部多项式插值,LPI）、Inverse Distance Weighting（反距离权重插值,IDW）、Kriging、Kernel Smoothing（内核平滑插值,KS）和Diffusion Kernel（内核扩散插值,DK）等6种空间分析方法对大气污染物浓度进行预测发现,Kriging方法对大气污染物浓度预测时可使预测值和实测值间的偏差小于10%,准确度最高.因此,在进行某城市某点位的污染物人群暴露浓度预测时,若该点位周边5 km以内有空气质量监测点位,则可用该点位的监测值代替;若5 km以内没有空气质量监测点位,则可基于最近监测点位的污染物浓度进行Kriging空间插值,从而获得该点位的污染物暴露水平.      

气候变化背景下四川省单季稻水分盈亏的变化特征

研究利用四川稻区109 个气象台站1961-2010 年的地面气象资料和16 个农业气象站 1981-2010 年的单季稻生育期资料,计算了研究区水稻不同生育期的有效降水量和需水量,并探讨了水稻不同生育阶段内的缺水量和缺水率。结果表明,1961-2010 年四川水稻年均缺水率在孕穗到开花期最高,移栽到孕穗期次之,开花到成熟期最低。近50 a 来,水稻全生育期年有效降水量、需水量和缺水量总体表现为减少趋势,而缺水率在稻区中、西部总体呈升高趋势; 有效降水量在移栽到孕穗期和开花到成熟期以减小为主,而在孕穗到开花期总体呈升高趋势; 需水量在水稻不同生育期内总体均表现为减小趋势;缺水量和缺水率在孕穗到成熟期以减小为主,而在移栽到孕穗期稻区中、西部地区呈升高趋势。研究可为四川稻区的农业用水及合理灌溉提供依据。