空间统计学模拟方法在城市重金属污染分析中的应用

城市土壤重金属污染是城市化后噬待解决的一个重要问题.传统的土壤重金属污染分析方法--克里格方法,通过满足未采样点局部方差最小而获得土壤污染状况预测结果,算法本身会给估值结果带来光滑作用,并只能提供未采样点的局部不确定性.文章提出利用空间统计学的模拟方法,对土壤重金属污染状况进行研究,通过获取多幅模拟结果之间的差异来揭示研究区域土壤重金属污染的整体空间分布形态.文章以上海某区域6种重金属(Cu、Pb、Cd、Cr、Hg和As)为研究对象,利用空间统计学模拟方法对其空间分布予以研究,给出每种重金属宅间分布模拟结果.最后,文章以研究区域上壤环境背景上限值为标准,给出研究区域不同土壤重金属空间分布相应级别的不确定性分析结果.     

小流域土壤有机质和全磷空间变异分析——以安徽省舒城县龙潭小流域为例

为了解土壤的地域差异性,基于地统计学半方差函数理论和GIS空间克立格插值定量分析了安徽省舒城县龙潭小流域有机质、全磷的各向同性、各向异性变异特征及分布格局.结果表明,有机质、全磷的半方差拟合模型均为指数模型,两者的分布都显示了强烈的空间自相关,自相关距离分别为642 m、435 m.有机质、全磷变异的各向异性都比较显著,有机质在0°、50°方向上变异程度明显大于90°、145°方向;全磷则在0°、145°方向的变异程度更加突出.有机质、全磷的分布呈明显的块状和带状,其中有机质中部含量高,南部、西部含量低;全磷则是南部、西北含量高,西部、东北含量低.     

上海宝山区农业用地土壤重金属空间分异规律及分布特征研究

利用地理信息系统(GIS)和地统计分析方法对宝山区农业用地土壤重金属(As,Cd,Cr,Hg,Pb)空间分异规律和分布特征进行研究.结果表明,区内农业用地土壤中5种重金属均表现为中等空间变异性;在全局趋势上,Cd为一次全局趋势,其余重金属元素都表现为二次趋势;5种元素在空间上均存在明显的方向效应;Cr,Hg和Pb具有强烈的空间相关性,As和Cd具有中等强度的空间相关性;5种重金属的空间变程由大到小分别为Hg,Pb,Cr,As和Cd.土壤重金属As,Cd,Cr,Hg和Pb平均含量分别为7.31mg·kg-1、0.24mg·kg-1、107.89mg·kg-1、0.15mg·kg-1和38.54mg·kg-1,分别是上海土壤背景值的0.80,1.81,1.44,1.43和1.51倍.宝山区南部农业用地土壤重金属污染程度普遍高于北部.从宝山区各镇农业用地土壤重金属污染看,Cr和Pb普遍污染严重,而基本不存在As污染.同期降尘污染调查表明,降尘重金属是本区土壤重金属污染的最重要来源.     

机器学习在土壤重金属污染研究中的应用

土壤重金属污染是全球性的环境问题之一。传统的重金属检测方法精度高,但是成本高、时效性差,不利于大范围普查或绘制重金属分布图,并且数据量大、处理难度高。随着计算机科学的发展,机器学习被应用于众多领域中的复杂数据处理。本文从重金属含量、固定、溯源、污染风险四个方面总结了机器学习在土壤重金属研究中的应用,重点综述了机器学习模型的建立过程和最佳算法,并针对数据集构建的成本和时效性问题提出了发展的对策,为进一步推动机器学习在土壤重金属研究中的应用提供参考。     

青霉素G钾在蔬菜地土壤中的降解动力学研究

为确定青霉素G钾(penicillin G potassium,PG)在土壤中的半衰期和降解动力学,选择灭菌与未灭菌、施肥与未施肥蔬菜地土壤作为基质,研究了PG在不同基质中的降解曲线,并拟合了降解动力学方程。结果表明,PG在蔬菜地土壤中的半衰期为1.61～1.67 d,最终降解率均达到99.7%以上,但PG不会完全降解,仍会以较低的水平(21～73μg·kg-1)在土壤中长期存在。降解动力学方程拟合结果表明,PG的初始浓度会对降解速率产生影响,初始浓度越高,降解速率越快。在灭菌与未灭菌土壤中降解曲线显示其降解过程受生物和非生物作用共同影响,但添加有机肥的降解过程和未添加组没有显著差异。由于PG在土壤中不能被完全降解,从而增加了诱导抗性基因产生及转移的风险。     

发电厂周边土壤重金属空间分布及在土壤-水稻系统中的迁移

赋存于煤炭中的重金属元素,在火电厂经燃烧分解氧化,通过各种途径进入大气环境,并通过大气干沉降和湿沉降进入土壤,从而影响土壤环境质量.以韶关发电厂周边土壤-水稻系统中重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量为主要研究目标,采集发电厂周边的99对土壤和相应的水稻样品,选择三处典型样点采集垂直剖面土壤样...     

地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展

重金属在土壤中的固-液分配行为和形态分布对于其环境迁移过程和生物有效性有重要意义.基于热力学机制的地球化学平衡模型是重金属形态研究中一项重要手段.本文从形态模型的发展历史出发,对土壤环境中一些常见的地球化学形态模型进行了梳理;对形态模型的使用过程中模型输入值,包括吸附组分和活性态金属含量的确定方法进行了说明;对地球化学形态模型在各方面的应用进行了总结;最后对模型今后的发展方向和应用前景进行了展望.     

典范相关分析在桉树人工林地土壤酶活性与营养元素关系研究中的应用

运用典范相关分析（canonical correlation analysis)对桉树人工林地土壤酶活性和土壤营养元素含量关系的研究表明,土壤过氧化氢酶,脲酶和蛋白酶活性与土壤营养元素N,P,K含量关系最大,其中地氧化氢酶与桉树土壤K听转化,K的固定关系密切,对土壤中主要营养物质N素的转化具有重要作用,脲酶的活性同桉树土壤N,P的转化关系密切,蛋白酶促进土壤对植物氮源的供给,而转化酶与P的转化也有一定相关,Zn在一定程度上对转化酶有正效庆,即有促进作用。结合林地生物的生长特征等因子,“综合土壤酶因子”可作为土壤肥力评价的一个生物学指标。图2表4参16     

铅锌矿区农田土壤重金属有效态空间分布及其影响因子分析

利用地统计学方法,研究了广西岩溶地区某铅锌矿区农田土壤中Cd、Zn、Pb、Cu四种重金属有效态含量的空间分布特征及其影响因子.结果表明:研究区域不同程度地受到Cd、Zn、Pb、Cu的污染,且水田污染较旱地严重;与广西土壤背景值相比,污染程度最严重的是Cd,在水田和旱地中超标率均为100%,平均超标倍数分别为312.94和33.67;其次是Zn,在水田和早地中超标率分别为100%和34%,平均超标倍数分别为38.34和2.11;污染最轻的为Cu,超标率仅为7%.空间分析表明,有效态Cd、Zn、Pb、Cu的块金系数分别为2.7%、0.2%、6.5%、0.13%,体现了强烈的空间自相关性,且四种重金属空间分布特征相似,在离原铅锌选矿厂较近的西北偏西面有效态Cd、Zn、Pb、Cu含量最高,沿着西北偏西至东南偏东的灌溉渠流向,有效态Cd、Zn、Pb、Cu的含量呈递减趋势,东部旱地有效态Cd、Zn、Pb、Cu含量相对较低.土壤有效态Cd、Zn、Pb、Cu在污染区的空间分布与土壤基本理化性质关系密切,有效态Cd、Zn、Pb、Cu与pH、阳离子交换量、粘粒都呈极显著负相关,与有机质含量则呈极显著正相关.     

天津公园土壤重金属污染评价及其空间分析

随着城市化和工业化进程的加快,我国城市及其周边目前已遭受到明显的重金属污染,本文着重研究了天津17个主要公园土壤重金属的污染特征。2007年10月采集公园土壤样品,利用ICP-MS分析土壤重金属的含量。研究结果表明：Cu、Zn、Ni、Cr、Cd和Pb的平均质量分数分别为36.57mg·kg-1,116.56mg·kg-1,30.15mg·kg-1,51.04mg·kg-1,0.25mg·kg-1和31.62mg·kg-1。以天津市土壤背景值为评价标准,天津公园土壤重金属污染属于中度污染和轻微生态风险。重金属主要污染因子为Cd,其次是Pb、Zn和Cu。天津中环线以内区域公园土壤重金属污染较中外环线之间相比较重。不同行政区划区域公园土壤重金属污染从综合污染指数来看,由重到轻的顺序为：红桥区〉河北区〉河东区〉南开区〉河西区〉和平区〉北辰区;从潜在生态指数评价来看,由重到轻的顺序为：红桥区〉河北区〉河东区〉南开区〉河西区〉北辰区〉和平区。     

Assessing the risk of soil contamination in the Swiss Jura using indicator geostatistics

The probability that the concentrations of toxic substances in soil or other medium exceed tolerablemaxima at any unsampled place can be estimated by indicator geostatistics. The method is developed and used to estimate and map the risk of contamination by cadmium, copper and lead in the topsoil of a 14.5 km 2 region in the Swiss Jura. It combines both direct measurements of metal concentrations and thecalibration of a geological map, and it shows that the risk of toxicity is least on Argovian rocks. Two approaches are proposed to divide a region into safe' and 'hazardous' zones on the basis of probability maps. The first declares as contaminated all places where the risk of contamination exceeds a given threshold. The second approach first evaluates the financial costs that might result from a wrongdeclaration, after which the site is allocated to a class so as to minimize that cost. The risk of exposure for humans and animals is generally greater for contaminated agricultural land than for forest soil, and so land use is taken into account in both procedures.     

A feasibility study on bioelectrokinetics for the removal of heavy metals from tailing soil

The combination of bioremediation and electrokinetics, termed bioelectrokinetics, has been studied constantly to enhance the removal of organic and inorganic contaminants from soil. The use of the bioleaching process originating from Fe- and/or S-oxidizing bacteria may be a feasible technology for the remediation of heavy metal-contaminated soils. In this study, the bioleaching process driven by injection of S-oxidizing bacteria, Acidithiobacillus thiooxidans, was evaluated as a pre-treatment step. The bioleaching process was sequentially integrated with the electrokinetic soil process, and the final removal efficiency of the combined process was compared with those of individual processes. Tailing soil, heavily contaminated with Cd, Cu, Pb, Zn, Co, and As, was collected from an abandoned mine area in Korea. The results of geochemical studies supported that this tailing soil contains the reduced forms of sulfur that can be an energy source for A. thiooxidans. From the result of the combined process, we could conclude that the bioleaching process might be a good pre-treatment step to mobilize heavy metals in tailing soil. Additionally, the electrokinetic process can be an effective technology for the removal of heavy metals from tailing soil. For the sake of generalizing the proposed bioelectrokinetic process, however, the site-specific differences in soil should be taken into account in future studies.     

土壤空间变异性研究评述

在研究方法上，土壤空间变异性研究经历了由定性描述到传统统计学、再到地统计学的不断改进过程，而研究内容也由对单一特性的研究逐渐转向多特性的研究。土壤空间变异性研究虽取得了明显的进展，但也存在地统计学方法在实际应用中主观性太强，土壤综合特性的空间变异性研究、时空结合的变异性研究以及与数学模型有机结合研究不够深入等问题。文章在分析国内外研究现状的基础上，提出了亟待深入研究的若干问题，对这些问题的研究有助于“数字土壤”、“精准农业”和生态环境建设的实施。     

土壤中重金属污染现状与防治方法

文章阐明了土壤重金属污染物来源与分布,同时对国内外土壤重金属污染治理的研究工作做了系统的综述,提出了土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法,利用环境矿物材料治理土壤重金属污染物的方法,具有成本低、效果好、无二次污染及有用金属可回收利用等优点,展现出广阔的环境矿物学研究与应用前景。并提醒人们要提高土壤质量意识,保护生态环境。     

不同改良剂对重金属污染农田水稻产量和重金属吸收的影响

探讨了石灰、过磷酸钙和有机物等改良剂的应用对水稻(oryzasativa)产量和重金属吸收的影响。实验共四种处理:T1,对照;T2,石灰(0.25kg·m-2);T3,石灰 过磷酸钙(0.40kg·m-2);T4,石灰 过磷酸钙 有机物(0.90kg·m-2)。叶面喷施的处理方法研究不多,因此结合在水稻的孕穗期喷施KH2PO4(0.3%)溶液研究喷施途径的处理效果。结果显示,T3处理即石灰 过磷酸钙(0.40kg·m-2),对于降低水稻体内的重金属含量效果最好,与对照相比,米中的Pb、Zn和Cd分别下降了61.8%、14.1%和45.1%,同时也使水稻茎叶中的Pb和Zn分别比对照下降8.1%和4.3%。另外,在水稻的叶面喷施KH2PO4溶液将水稻的产量从0.61kg·m-2提高到0.68kg·m-2,并且这种喷施措施也能有效地降低水稻中的重金属含量。     

Effects of salinity on the transformation of heavy metals in tropical estuary wetland soil

Tropical estuary wetlands are important for aquaculture and wildlife. However, many of them receive large amounts of anthropogenic heavy metals annually. Here, the transformation of spiked heavy metals, namely, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn, and the effects of salinity on their transformation in wetland soils after an eight-month-long incubation under moisture-saturation conditions were studied in the Pearl River estuary in China. Cd exhibited high mobility and bioavailability, with 12.2% to 25% Cd existing in the exchangeable fraction. Other heavy metals primarily existed in the reducible and oxidisable forms, and less than 2% were bound to the exchangeable fraction. Compared with the controls, contents of none of the metals associated with residual forms were significantly altered. These results imply that most exchangeable metals, except for Cd, transformed into other stable fractions through an eight-month-long ageing process, but not into the residual fraction. Thus, transformation from non-residual to residual forms was very slow in the tropical estuary wetland environment. Addition of NaCl increased the exchangeable fractions of Cd, Pb, and Zn, suggesting that increased soil salinity induced by flood tides during the dry season may enhance their mobility.     

有机酸与表面活性剂联合作用对土壤重金属的浸提效果研究

重金属污染土壤的原位淋洗修复既要实现对重金属的高效去除,还要尽量减少对土壤性质的破坏,这一点在农业污染土壤修复中尤为重要。以张士污灌区农田土壤为研究对象,利用振荡浸提技术筛选有机酸和表面活性剂组合,并确定了两者联合淋洗修复污染土壤的最佳配比。结果表明:有机酸(酒石酸、乙酸、柠檬酸和苹果酸)中的酒石酸浓度为0.5 mol.L-1和表面活性剂(SDBS、鼠李糖和皂素)中的皂素质量分数为0.7%时对土壤Cd、Pb、Zn的浸提效果较好;在酒石酸与皂素体积配比为1∶1时,对重金属Cd、Pb、Zn浸提效果最好,浸提率分别为87.62%、36.30%、20.67%;单一有机酸、表面活性剂或者有机酸与表面活性剂的混合溶液,对土壤重金属的浸提效果均为Cd>Pb>Zn。虽然有机酸与表面活性剂联合浸提效果略低于酒石酸浸提,但其弱酸性对土壤性质影响较小,在原位淋洗修复工程中有较好的应用前景。