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、0.24 mg.kg-1、107.89 mg.kg-1、0.15 mg.kg-1和38.54 mg.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.     

浑善达克沙地榆树疏林植被和土壤的空间分异特征

榆树(Ulmus pumila)疏林是分布在浑善达克沙地上的天然植被类型,也是沙地植被演替的顶级群落,在维持区域生态稳定性方面发挥着重要作用。深入研究榆树疏林植被和土壤的空间分异特征对于深化认识榆树疏林中的植物共生机制具有重要意义。以浑善达克沙地榆树疏林为研究对象,在东部、南部、西部和北部4个区域,采用改进的Whittaker取样法开展植被调查和样品取样,分析了榆树疏林植被的空间分布特征,同时探讨了影响植被分布的环境因子。结果表明,(1)榆树的种群密度在东部区域最高(270.00 plant·hm~(-2)),在南部区域最低(116.67 plant·hm~(-2)),北部和西部区域居中(分别为198.33plant·hm~(-2)和141.67plant·hm~(-2)),这与该区域内的年均温度呈现出一致的空间分布规律。(2)榆树的种群密度分别与胸径、树高、冠幅呈现相反的空间分布规律,随着榆树个体的生长,种群密度逐渐降低,存在"自疏"现象。(3)灌木的群落密度与榆树的种群密度之间呈现出显著的负相关关系(P0.05),表明榆树种群与灌木群落在空间上存在不同的分布区域。(4)土壤理化性质与榆树种群和灌木群落的各项指标之间未呈现出显著的相关关系(P0.05),而与草本群落的部分指标呈现显著的相关关系(P0.05)。土壤对草本植物空间分布的影响较大,而对本木植物(包括乔木和灌木)空间分布的影响较弱。研究结果可为浑善达克沙地榆树疏林的保护和恢复提供理论支持。     

长三角地区乡村发展评价及时空分异特征

以长三角地区作为典型案例地,构建乡村发展评价指标体系,运用改进熵值法测度2000—2018年长三角地区乡村发展水平;综合运用GIS空间分析、ESDA模型等方法分析2000—2018年长三角地区乡村发展分异特征,并运用多元回归模型揭示研究期间长三角乡村发展时空分异的影响因素。结果表明:长三角地区乡村发展水平呈现出持续提升的演化态势,长三角乡村发展东—西向呈递减态势,南—北向呈倒"U"型空间形态。长三角乡村发展表现出"俱乐部趋同"的空间分布趋势;乡村发展局部热点区主要集聚在苏锡常沪、杭绍甬等地区,而冷点区主要分布在皖北地区,形成稳定的低值集聚塌陷格局。经济发展水平、农业现代化、城镇化及交通可达性是影响研究期间长三角乡村发展时空分异的驱动因子,政府政策因素对研究期间长三角乡村发展时空分异表现为宏观的导向效应。     

川西高原天然剖面土壤硒的含量及分布特征

中国低硒带分布范围广,低硒程度高,造成了广泛的相关地方病的发生。对未经人为破坏的天然土壤中硒的分布规律及其影响因素进行分析研究,可为城镇布局和农业生产提供参考,避免低硒现象对人群健康的影响。选取中国著名低硒带上的川西阿坝地区的马尔康、壤塘、阿坝和若尔盖为研究区域,在人为活动较少的区域进行布点。采集6个天然土壤剖面样品,分析其硒含量,并对土壤样品中与硒含量相关的影响因素进行统计分析,研究影响硒分布和富集的因子。结果表明:研究区天然土壤剖面样品中硒的质量分数范围为0.06~0.16μg·g-1,明显低于世界和中国土壤硒含量平均水平。此结果明显对应于该区域岩石中较低的硒含量,表明地质背景和土壤母质是影响土壤硒含量的主要因素。统计分析表明,土壤有机质质量分数以及S、P、Ca、Si、Al、Mn等元素及其化合物的质量分数都是影响和控制硒在土壤剖面中的含量和分布规律的重要因素;硒在土壤中的固定和流失均与这些物质有着密切的关系。     

湿地根际土壤碳矿化及相关酶活性分异特征

研究了中国三江平原小叶章湿地根际土壤基础呼吸速率及相关酶活性，以了解碳矿化及其相关酶活性空间分异特征。结果表明，β-葡萄糖苷酶、淀粉酶、纤维素酶均为碳循环的良好指示酶，它们均存在着显著的空间分异。从表层土向下，由根表土向外，碳矿化速率及其相关的各种酶活性均呈下降趋势。当从田间取出土壤样品时，土壤样品在取出后的最初阶段碳矿化速率较高，2．5h以后达到一个较为平稳的水平，然后呈平缓降低的趋势。β-葡萄糖苷酶、淀粉酶、纤维素酶是碳循环的真正催化剂，而土壤有机碳则是此反应的低物。     

水稻小麦种植模式下长期定位施肥土壤氮的垂直变化及氮储量

为了研究不同的施肥方式对土壤全氮变化及氮储量的影响,1981年在湖北省农业科学院南湖试验站设置了施用有机肥与化肥的长期定位田间试验,2006年水稻收获后田间取样分析每个处理不同土层的全氮含量与氮储量。研究结果表明：与对照相比,单施化肥与单施有机肥0～20cm土层土壤的容重下降,化肥添加有机肥比相应的单施化肥的容重要低一些。除了对照之外,其它处理都是0～20cm土层土壤全氮含量高于其它土层,氮肥配施有机肥处理0～20cm土层土壤全氮含量最高。除了氮磷钾肥配施过量有机肥处理外,化肥配施有机肥处理土壤的全氮含量都高于单施化肥或单施有机肥处理,20～40cm土层土壤全氮含量具有相似的规律。在0～20cm土层,与对照相比,单施氮肥及氮磷肥不能增加土壤全氮储量,但是化肥配施有机肥能够增加土壤全氮的储量。单施氮磷钾肥及单施有机肥也能够增加土壤全氮的储量。在0～20cm土层,氮肥配施有机肥处理的土壤全氮储量最多,达8.82t·hm-2,而氮肥处理的氮储量最低,仅为5.38t·hm-2。在100cm深度,与单施化肥及单施有机肥相比,化肥配施有机肥都增加了土壤全氮的储量。     

子牙新河下游湿地土壤重金属垂直分布及形态特征

2014年秋季在子牙新河下游湿地采集柱状土壤样品,分析了Cd、Zn、Cu、Pb的垂向分布特征,利用Tessier连续浸提法,分析了典型湿地N1、N3、B3的重金属形态.研究结果表明,Cd、Zn、Cu、Pb含量垂向分布差异性比较大,波动幅度比较大,多数点位Cd、Cu、Zn在11—19 cm深度处出现峰值,可能与过去金属的输入和周期性淹水有关.Zn、Cu、Pb形态分布为残渣态铁锰氧化物结合态有机物结合态可交换态碳酸盐结合态,Cd形态分布为铁锰氧化物结合态可交换态残渣态有机物结合态碳酸盐结合态,Cd的生物有效性较高.湿地淹水条件影响到湿地重金属Cd的交换态和铁锰氧化物结合态的垂直分布.Cd主要以铁锰氧化物结合态的形式存在于湿地土壤中,其百分含量占53.2%,而重金属Zn、Cu、Pb主要以残渣态的形式存在于湿地土壤中,其百分含量均高于60%.根据风险评价编码法(RAC)对重金属的化学形态进行风险评价,风险顺序为:CdZnCuPb,因此重金属Cd应引起足够的重视.     

不同地区稻田土壤甲烷氧化碳同位素分馏特征及其影响因素研究

稻田CH_4氧化是CH_4排放的自然调节,受多种因素的影响。中国水稻种植区分布广,不同地区的气候环境条件以及水肥管理措施,都会影响稻田CH_4氧化及碳同位素分馏过程。因此,对比研究不同地区稻田甲烷氧化和同位素分馏规律,甄别其影响因子,有助于进一步认识稻田甲烷氧化规律,也可为稻田温室气体减排调控提供科学依据。文章基于稳定性碳同位素的方法,结合室内好氧培养试验,测定了全国主要水稻产区(四川、湖南、江西、浙江、广东和辽宁)典型稻田土壤的CH_4氧化过程,确定了CH_4氧化碳同位素分馏系数α_(ox),研究了不同稻田土壤在不同水分条件下的CH_4氧化和同位素分馏的差异及规律。结果表明,四川资阳以及湖南宝洞峪的水稻土壤CH_4氧化潜力相对偏低,平均为其他地区土壤的六分之一。同时,不同地区稻田土壤CH_4氧化同位素分流系数(~(13)C)α_(ox)差异较大,且与CH_4氧化潜力呈显著负相关。在85%WHC(soil water holding capacity)和1∶1水土质量比时,相关系数分别为-0.85(P=0.032)和-0.82(P=0.047)。进一步研究发现,土壤CH_4氧化潜力与土壤活性铁含量呈显著正相关,在85%WHC和1∶1水土质量比时,相关系数分别为0.86(P=0.042)和0.90(P=0.035);而αox则与土壤活性铁含量呈显著负相关,85%WHC和1∶1水土质量比时,相关系数均为-0.92(P=0.026)。由以上结果可知,土壤水分和土壤活性铁是影响CH_4氧化潜力和碳同位素分馏的重要因素,而有关其作用机制仍需进一步的研究。     

贵州草海湿地农田渠系水质空间分异特征及影响分析

为了解草海湿地农田渠系水质现状、空间分异特征及影响因素,于2011年秋季对草海湿地进行大空间尺度的采样,分析了氮磷等理化指标,采用单因子污染指数法和营养状态指数法分别对农田渠系水质和湖泊营养状态进行评价.结果表明,草海湿地农田渠系水质污染严重,多数水质为V类或劣V类,总氮和溶解氧是水体中的主要污染因子;上游水质劣于下游,尤其是上游靠近县城区域的水质最差;多等级排水渠系对氮磷具有一定的截留作用,干渠V级水质好于低级渠系水质;不同的土地利用方式对水质的影响不同,城镇用地>集中式村落>农田;草海湿地水体上、中、下游营养水平分别为中度富营养、轻度富营养和中营养,外源污染物的累积和湖泊营养水平的提高导致其沼泽化,而流域不合理的土地利用结构加剧了沼泽化的进程.     

内蒙古土壤重金属的空间异质性及污染特征

内蒙古矿产资源丰富,随着工业化程度的提高,内蒙古地区重金属污染问题日益严重。为全面了解内蒙古地区土壤重金属的空间特性以及不同条件下的响应,并为土壤治理维护提供理论依据,利用内蒙古16个样点的土壤剖面样品,通过微波消解的前处理方法,采用电感耦合等离子光谱发生仪以及电感耦合等离子体质谱仪测定所有土壤样品中的Ni、Mn、Cr、Cu、Zn、As和Pb重金属的浓度。在此基础之上分析7种重金属含量的变异性特征、水平和垂直分布格局、各重金属元素以及自然条件之间的相关性,并以内蒙古土壤环境背景值为参照标准,采用单因子污染指数法和综合污染指数法对内蒙古土壤中重金属污染特征进行评价。结果表明,土壤样品中Ni、Mn、Cr、Cu、Zn、As和Pb重金属的平均含量水平分别为31.52、188.76、35.62、27.72、33.65、45.35、35.62 mg·kg-1;所有重金属类型变异性均较高,意味着影响土壤重金属含量的自然和人为因素的区域分异极为强烈;西部地区Ni、Mn、Cr、Zn含量较高,而东部地区Cu、Pb较高;不同重金属类型的剖面分布大体表现为两种不同格局,显示出明显的纵向迁移能力差异;各样点土壤中Ni和Cr、Ni和Zn、Mn和Cu、Cr和Zn、Cu和Pb具有显著的共生特征,Zn、As、Pb对自然条件变化表现出明显的反应;表层土壤7种重金属污染依次为:AsPbCuNiCrZnMn;3种草原类型的综合污染指数均属于严重污染,荒漠草原Ni、Cr、Zn污染较高,草甸草原对Cu、Pb有富集作用,典型草原As较高。     

南京城市土壤重金属含量及空间分布特征

研究了南京城市土壤重金属含量、来源及空间分布特征。结果表明,南京城市土壤中V、Mn、Co、Ni、Cr污染不明显,但受到了不同程度的Cu、Pb、Zn、Sb、Hg、Cd污染,其中Hg污染比较严重。V、Mn、Co、Ni、Cr含量之间均呈极显著正相父;Cu、Pb、Zn、Sb、Hg、Cd含量之间也均呈极显著正相关。南京城市土壤V、Mn、Co、Ni、Cr主要继承了原土物质;Hg、Cd、Pb主要来源于城市燃煤、机动车尾气及工厂排放粉尘;Sb主要来源于机动车尾气和工厂排放粉尘。南京城市土壤Hg、Cd、Pb、Sb含量空间分布规律非常相似,均表现为外围向市中心有逐渐增加的趋势,并且在新街口—鼓楼、梅山硫铁矿形成异常高值的岛状、环状区域。     

基于SPSS的苏北地区可持续发展能力空间分异研究

以区域可持续发展能力建设为切入点,结合苏北地区的实际,建立适合该地区的可持续发展能力评价指标体系,然后运用SPSS软件的因子分析和聚类分析的方法,对苏北地区可持续发展能力进行综合评价。结果表明,区内各县市可持续发展能力差异较大,但其空间分异呈现出某些特征:经济可持续发展能力呈现由地区东南部向中间递减的“一”字型空间格局;资源环境可持续发展能力呈现由地区中部分别向东、向西递减的“凸”字型空间格局;社会可持续发展能力呈“M”字型空间格局;综合可持续发展能力呈“H”字型空间格局;以中心城市为核心,可持续发展能力向周边呈辐射状递减趋势。根据这些空间分异特征,提出了一些促进苏北地区可持续发展能力建设的建议。     

土地利用方式对紫色土丘陵区土壤剖面碳、氮影响

采取野外调查与室内分析相结合的方法研究了紫色土丘陵区林地、撂荒地、水田、旱地土壤剖面(0～40 cm)有机碳、全氮变化特征.结果表明.有机碳、全氮均随土层深度增加而逐渐减小,且林地、撂荒地有机碳递减幅度高于水田、旱地.相对于撂荒地和旱地,水田、林地更利于有机碳、全氮的积累.林地有机碳和全氮在0～5 cm土层表现出绝对优势;随土层递增,与水田、撂荒地和旱地的差异逐渐减小.水田有机碳和全氮在大于10 cm土层显示最大值.而撂荒地有机碳和全氮仅在土壤表层高于旱地.有机碳与全氮存在显著正相关关系;w(C)/w(N)随土层深度增加而降低,且林地、撂荒地降低幅度较大.因此相对于水田、旱地,林地和撂荒地w(C)/w(N)仅在0～10 cm显示较大值.可见,土地利用方式对陆地生态系统碳、氮蓄积有明显影响,通过旱地还林或撂荒可以增加土壤特别是表层土壤对碳、氮的积累.     

利用土壤切片和数字图像方法研究土壤孔隙的垂直空间变异性

利用土壤切片和数字图像方法研究了两种土壤类型的孔隙度在 mm尺度上的垂直空间变异性。结果表明,土壤孔隙度在 mm尺度上存在较为明显的变异;不同的土壤变异性存在一定的差异;变异性与土壤孔隙度呈反向关系,与土壤深度呈正向关系;在耕作期,变异性随时间呈现一定的波动趋势。     

古尔班通古特沙漠生物结皮中土壤微生物垂直分布特征

对新疆古尔班通古特沙漠主要沙丘类型———沙垄的不同部位、不同类型生物结皮中土壤微生物数量变化特征进行研究,结果表明:(1)微生物总数从垄顶至垄间低地呈递增趋势,在沙垄不同部位0~20cm土层中的垂直分布有差异.(2)土壤微生物各类群数量垂直变化规律为:细菌数量在垄顶0~10cm土层中递减,到10~20cm有所回升;在迎风坡和背风坡的0~10cm土层中递增,到10~20cm有所下降;在垄间低地0~20cm土层中呈递增趋势.放线菌数量在各部位均随土层加深而递减.真菌数量在垄顶和迎风坡0~20cm土层中的垂直变化与细菌在垄顶的垂直变化一致,在垄间低地和背风坡,真菌数量均在2~5cm土层中出现峰值,然后随土层加深递减.(3)微生物类群的组成表现为:细菌数量>放线菌数量>真菌数量.在垄间低地细菌所占微生物总数比例相对垄顶有所增加,而放线菌和真菌相应减少.(4)土壤微生物的数量变化特征与生物结皮的类型、分布以及土壤有机质含量等因子有一定相关性.图5表1参34     

典型河谷城市土壤重金属含量空间分异及其影响因素

探析典型河谷城市土壤重金属空间污染特征及其影响因素,对城市污染防治具有重要意义。采集宝鸡市区62份表层土壤,使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn)含量,基于地统计空间插值与地理探测器方法,以地理、环境、气象等11种因子为自变量,各元素含量为因变量,探析典型河谷城市土壤重金属含量的空间分异及其影响因素。结果表明,宝鸡市区土壤8种重金属元素均超过陕西省土壤背景值,其中Cd和Zn质量分数均值达0.77、261.17 mg·kg~(-1),为陕西省土壤背景值的8.19倍和3.76倍;Cd、Zn、As、Cu污染较严重,其分布主要集中在潘家湾立交桥、滨河路及马家坡,在空间上呈现一定的聚集性;降水对Cd的空间分布影响最大,而其他重金属主要受海拔高程影响。降水因子对Cd空间分布具有最强解释力(因子解释力P_(D,H)达0.188),除Cd外,DEM(高程)对其余7种重金属含量空间分布均具有最强解释力;此外,交互作用的P_(D,H)值均高于单个因素,表明复杂的环境条件加剧了土壤中重金属的积累。重金属的空间分布差异显著,这与研究区的环境和气象条件密切相关。     

兰州市主城区土壤重金属空间分布特征及污染评价

为查明兰州市4个主要城区土壤重金属Cu、Zn、Pb的空间分布特征和环境质量状况,应用Kriging最优内插法和地累积指数法进行研究,结果表明：Cu、Zn、Pb在研究区土壤中有一定程度的累积;3种重金属含量的空间变异较大,最高值均出现在西固区;大部分区域土壤Cu含量低于背景值,大部分区域土壤Zn、Pb均大于背景值,其中Pb在城关区土壤含量普遍较高。根据地累积指数法,Cu、Pb的大部分及Zn的全部样点都在轻污染-中污染及以下水平;土壤Cu的0级样点占50%以上,但在西固区有1个强污染样点;Zn和Pb样点主要在1级水平,Zn在七里河区污染程度相对严重;城关区土壤均受到不同程度的Pb污染;安宁区土壤环境质量相对较好。     

紫色土区土壤质量敏感因子空间分异特征及其对土地利用方式变化的响应研究

掌握土壤质量因子空间分异特征及其对土地利用方式变化的响应关系对于优化土地利用方式以及改善和提高土壤质量具有重要意义。通过对川中紫色土区典型小流域276样点土壤样品进行调查和分析,结合主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)等方法,研究了川中紫色土区土壤质量主要敏感因子空间分异特征及其对土地利用方式变化的响应关系。结果显示,(1)紫色土区不同土地利用方式土壤总氮(STN)质量分数均值介于0.90-1.30g·kg~(-1);土壤总磷(STP)质量分数均值介于0.48-0.78 g·kg~(-1);土壤有机质(SOM)质量分数均值介于9.90-19.73 g·kg~(-1)。(2)主成分分析和典范对应分析表明,土壤质量敏感因子主成分与土地利用方式密切相关,且主成分与土地利用方式相关性排序表现为:第一主成分(铵态氮与物理性质),水田水旱轮作田旱地林地果园;第二主成分(STN和SOM),水田水旱轮作田林地果园旱地;第三主成分(STP和硝态氮),水旱轮作田旱地水田林地果园。(3)土壤质量主要敏感因子的变化能较好地响应土地利用方式变化,且土壤质量敏感因子与土地利用方式的CCA排序结果说明,不同的土地利用方式与土壤质量敏感因子间存在着不同的相关关系。土地利用方式的变化是紫色土区土壤质量敏感因子改变的重要驱动力,这将为区域土地资源合理利用、土地利用结构优化以及提高紫色土区土壤生产力和生态功能,特别是减轻区域水土流失状况提供依据。