引黄灌区不同尺度农田土壤重金属空间分布及污染评价：以银川市兴庆区为例

确定农田土壤重金属分布及其污染状况,对于评价农业生态环境质量、保障食品安全和人类健康都具有重要作用.以宁夏引黄灌区农田土壤为研究对象,在10 m(L尺度)和1 m(M尺度)两种尺度上网格取样,共取耕层土样(0~20 cm)223个,利用经典统计和地统计相结合的方法对土壤铜(Cu)、锌(Zn)、铬(Cr)、镉(Cd)和铅(Pb)的空间变异性进行研究,并利用单因子指数(Pi)和内梅罗综合指数(P综)评价土壤重金属的污染程度.结果表明,两种尺度下,Cu、Zn、Cr、Cd、Pb均属中等变异性,其变异系数(CV)顺序为:Cd>Pb>Cr>Zn>Cu.地统计分析表明,L尺度下Cd和M尺度下Pb块金系数为100%,表现为纯块金效应,主要受随机因素影响,具较弱的空间相关性.其它重金属元素在两种尺度下块金系数均小于25%,说明主要受结构性因素的影响,具有强烈的空间相关性.结合Pi和P综值可知,两种尺度下除了Cu外,其它4种重金属元素出现轻度污染的样点数较多,表明研究区已出现重金属富集的趋势.     

Phosphorus sorption capacities in a headstream landscape The pond chain structure

Understanding phosphorus sorption phenomena in different wetland sediments is important in controlling the P output in headstream watersheds. The pond chain structure （PCS） is widespread in the headstream agricultural watersheds in the southeast of China. Phosphorus sorption characteristics were determined for pond surface sediments （0-12 cm） along a pond chain structure in Liuchahe watershed of Chaohu Lake. Results showed that P sorption capacities （expressed by P sorption index （PSI）） varied both with the landscape position of the ponds and sediment depth. From foothill ponds to riverside ponds the P sorption capacities indicated a significant gradient variability. The higher elevation ponds showed greater sorption capacities, and with the pond elevation decline, P sorption capacities gradually decreased. Some physico-chemical properties, such as pH, oxalate-extractable Fe （Feox）, organic matter （TOC） and Mehlich l-extractable Ca, Mg of pond sediments also indicated significant gradient variability from high elevation ponds to low elevation ponds. Feox was the sediment parameters most highly positively correlated with PSI and was the key factor in controlling P sorption capacity in the pond chain structure （r=0.92, p〈0.001）. Long-term hydrologic and sediment inputs can affect the distribution of sediment constituents and further affect the P sorption capacity. Making the best of the spatial difference of sorption capacities of ponds in watersheds to control nonpoint source P pollutant is necessary.     

三江平原湿地沉积有机碳密度和碳储量变异分析

论文研究了东北三江平原3类典型湿地共16个沉积物剖面有机碳的分布特征。结果表明,沼泽化草甸、腐殖质沼泽和泥炭沼泽的储碳层厚度分别为11～29、18～58和70～130cm;其有机碳含量(单个剖面平均)分别为29～75、124～348和187～389g/kg(干物质计);有机碳密度(单个剖面平均)分别为31～48、35～59和49～94kg/m³。3类湿地淀积层的有机碳含量和密度都很低且较稳定。由于有机碳含量的差异,不仅3类湿地之间而且同一类型湿地的不同剖面间有机碳密度的差异也十分明显。储碳层厚度及有机碳密度的空间变异性是导致湿地有机碳储量估算不确定性的主要原因。根据研究结果估算,沼泽化草甸、腐殖质沼泽和泥炭沼泽储碳层单位面积碳储量分别约为8×10³、18×10³和72×10³t/km²,其变异系数分别约为40%、49%和34%;“储碳层+1m淀积层”的单位面积碳储量分别约为17×10³、27×10³和83×10³t/km²,其变异系数分别约为16%、39%和27%。表明以“储碳层+1m淀积层”深度来估算碳储量能较合理地反映湿地沉积物有机碳的蓄积特征。结果还表明,以1m作为统计深度将在很大程度上低估湿地的碳储量。     

天津市郊区土壤细粒径空间分布及变异性分析

为研究天津市郊区土壤细粒径的空间分布及变异性,以郊区土壤细颗粒中位粒径为研究对象,基于Arcgis和geoda平台,运用地统计学方法,在对数据进行空间相关性分析的基础上,采用普通克里格插值法,由采样点土壤粒径数据创建该区域土壤粒径预测表面,得出天津市郊区土壤细粒径的空间分布特征:总体来看,天津市蓟县、宝坻区、武清区、北辰区、西青区、静海县等土壤粒径较大,其中个别小区域土壤粒径较小,而天津市宁河县,汉沽区、东丽区、塘沽区、大港区、津南区土壤粒径较小,其中个别小区域土壤粒径较大;半变异函数分析可知郊区土壤细粒径具有中等程度的相关性,土壤粒径产生的变异是耕作,种植制度等随机因素和地形、土壤类型、母质等结构性因素共同作用的结果。     

基于地统计学的北京市可吸入颗粒物时空变异性及气象因素分析

大气颗粒物是造成城市空气污染的重要原因之一,并已经成为我国北京等大中城市空气污染中的首要污染物.为分析北京市采暖期大气中可吸入颗粒物的污染水平及其气象因素的影响作用,以大气可吸入颗粒物PM0.3,PM3.0,PM5.0为研究对象,于2007～2009年采暖期间在北京市城区设立了93个采样点进行定点采样监测,利用地统计分析工具和指示克里格方法,模拟分析了北京市城区2007～2009年采暖期PM0.3、PM3.0、PM5.0的时空变异性,并建立起可吸入颗粒物浓度与气象条件(风力、温度、湿度)的对应关系,由此分析气象因素对大气颗粒物污染水平的影响程度.结果表明:实验半变异函数符合具有块金值的球状模型;北京城区空气可吸入颗粒物的污染水平自2007年以来污染程度与污染面积均呈减小趋势,影响范围主要集中在西南部,西北次之,近郊区污染重于城区;气象条件是影响可吸入颗粒物污染程度的重要因素,在不同年份不同气象因子对颗粒物的影响是不同的.但另一方面,由于污染原因季节冷暖程度的不同,气象条件对颗粒物浓度的影响有不确定的一面,但仍可找到一些规律.     

基于半定量的FRAM道路危险品运输事故分析方法研究*

为弥补事故分析法在道路危险品运输事故致因研究方面的缺失,解决传统事故分析方法分析结果不全面、防控措施不具体且针对性较差的问题,引入半定量功能共振事故模型（FRAM）,通过定量化功能上下游耦合变异性,阐述事故发生机理同时,找到系统关键功能和关键链路,制定防控措施重点监控。结果表明:基于半定量的FRAM道路危险品运输事故分析方法能够更快、更准确地找出事故发生的关键功能和关键链路,制定针对性防控措施,有效提高道路危险品运输系统安全性。研究结果可为道路事故分析提供参考。     

黑龙江省松嫩平原南部土壤重金属元素铅的空间变异特征研究

利用地统计学,结合GIS研究黑龙江省松嫩平原南部重金属Pb在耕作层(0～20 cm)和亚耕作层(20～40 cm)的空间分布特征。结果表明耕作层和亚耕作层分别经过Box-Cox变换和Log变换后服从正态分布;通过半方差函数分析,发现存在块金效应,且耕作层和亚耕作层均为中等强度的空间自相关性;用普通克里格法进行插值,得到耕作层和亚耕作层的空间等值线图,充分了解空间变异性规律,并可进一步用于精确农业和农业污染源的预测和控制。     

莱州湾东岸地下水硝酸盐空间变异特征研究

应用经典统计学和地统计学对莱州湾东岸地下水NO3-质量浓度进行分析,采用Kriging方法对未观测点进行估值,分析研究区不同区域NO-3质量浓度的空间变异特征。同时,利用地理信息系统与Surfer软件分析研究区土地利用类型和NO-3质量浓度之间的关系。结果表明:1)莱州湾东岸地区地下水NO3-质量浓度平均值为118.51mg/L,变异系数为0.80,表现为中等强度变异;2)研究区地下水NO-3质量浓度的变异函数理论模型符合高斯模型,块金值/基台值为41.5%,表现为中等程度的空间相关性;3)不同土地利用类型中,耕地地下水中硝酸盐质量浓度平均值(136.09 mg/L)最高,其次是城镇用地(89.15 mg/L),水产养殖区(30.32 mg/L)最低,其中耕地超标率为81.25%,城镇用地超标率为76.92%,水产养殖区均未超标。农业生产过量使用化肥和城镇生活中的生活生产废水大量排放是造成地下水硝酸盐质量浓度过高的主要原因。而水产养殖区由于受人类生活、生产与耕作影响较少,地下水硝酸盐质量浓度相对较低。     

基于GWRK的土壤有效磷空间预测及其超标风险评估

以江苏省金坛区土壤有效磷的空间预测为例,构建地理加权回归克里格（GWRK）模型,即采用地理加权回归（GWR）来量化土壤有效磷与主要土壤因子（即：土壤全磷、土壤pH值和土壤有机质）之间的局部空间关系,并结合局部回归残差的插值结果来预测土壤有效磷的空间分布状况.GWR结果显示主要土壤因子对土壤有效磷含量的影响程度随空间位置的变化而变化.同时,采用独立验证样本对比GWRK模型和普通克里格（OK）模型的空间预测精度.结果显示,GWRK预测结果具有更低的平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和更高的Pearson相关系数（r）,且较OK预测结果的相对提高指数（RI）为19.61%.此外,根据GWRK预测结果,对金坛区土壤有效磷含量的超标风险进行了评估.结果表明土壤有效磷含量超过其环境安全阈值（40mg/kg）的区域集中分布在金坛区北部,其面积为175.58km²,约占金坛区总面积的18%.因此,GWRK模型能有效评估区域土壤元素有效量空间分布状况,且GWR局部空间回归系数能为区域土壤元素有效量的调控提供更精确空间决策支持.     

基于变异性范围法（RVA）的河流生态流量估算

河流生态系统的生物组成、结构和功能依赖于河流水流的天然动态变化特征,即河流水文情势。变异性范围法（Range of Variability Approach,RAV）被广泛应用于评估河流生态系统是否得到维护。将RVA法的思路扩展到生态流量的计算,提出了一种简便、立足整体河流水文情势的生态流量估算方法。该方法使用均值与RVA阈值差计算了生态流量值,为维持河流健康生态系统提供支持。将该方法应用于南水北调西线一期工程中泥曲河的生态流量估算,得到引水坝址仁达处年可调径流量为6.44亿m3,与其他生态需水估算方法的结论基本一致。另提出了可支配系数反映河流流量可调用状况。南水北调西线一期工程计划从泥曲调水8亿m3·a-1,从RVA法的理念来看,该方案对仁达至朱巴河段的生态系统将构成威胁,需谨慎实施。