城市区域土壤铅含量空间变异的多尺度研究进展

我国城市土壤仍存在Pb的严重富集,准确地评价土壤Pb污染水平和范围是进行科学的土壤Pb污染风险评估和管理的基础.城市土壤Pb含量的空间变异性强且结构复杂,现有的大多数研究在单一空间尺度上开展,不足以全面揭示空间结构特征,不利于促进更加科学的风险评估和管理.因此,探寻一种能够全面揭示城市土壤Pb含量的空间结构信息的方法尤为重要.为了实现这一目的,本文首先分析了造成城市土壤Pb含量高空间变异性的主要因素:污染源的多样性、污染过程的层次性,以及城市景观的异质性.在此基础上归纳出城市土壤Pb含量的空间变异特征——由3个空间层次嵌套而成的等级结构.在此概念性的空间结构之上提出一个基于地统计学理论、以线性混合效应模型为核心的方法框架,可以将城市土壤Pb含量的空间结构划分为3个层次:全局趋势、具有空间自相关的随机变异以及异常高值点.最后,提出完善城市土壤Pb含量空间变异多尺度研究的重点是:探讨更加高效的空间抽样策略;确定特征尺度.     

莲花湖库区红松水源涵养林土壤水分-物理性质的空间分布特征

运用地统计学对莲花湖库区红松水源涵养林表层土壤水分-物理性质进行了空间异质性分析。研究结果表明: 土壤含水量、土壤密度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等因子均服从对数正态分布;毛管孔隙度最优拟合模型是球状模型,其它因子均为指数模型。土壤含水量、土壤密度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度块金值、变程、结构比、分数维和空间自相关系数最大值分别为0.311、0.297、0.192、0.293,6.87 m、10.29 m、8.31 m、8.88 m, 0.690、0.694、0.814、0.707,1.968、1.939、1.937、1.945,0.111、0.200、0.246、0.157。可见以上4个因子空间自相关性均较强,随着空间距离的增大,其相关性逐渐减弱。其中毛管孔隙度均一性程度较高;土壤含水量空间分布形态较复杂,破碎化程度高。     

喀斯特地区小尺度农业土壤砷的空间分布及污染评价

贵州岩溶地貌分布广泛,部分地区的土壤砷(As)污染问题比较突出.为了解高As背景地区农业土壤As含量分布特征,选取贵州省兴义市西南部具有代表性的As污染区(典型喀斯特区、亚喀斯特区)为研究对象,并以非喀斯特区作为对照组,采用地统计分析与GIS相结合的方法研究农业土壤As的空间变异和污染状况,并采用Moran's I系数分析在小尺度下土壤As的空间自相关性及其方向性特征.结果表明,不同地貌区土壤中As含量从高到低依次为:典型喀斯特区亚喀斯特区非喀斯特区,其中典型喀斯特区农业土壤As的算术均值与几何均值分别为47. 9 mg·kg~(-1)和43. 3 mg·kg~(-1),亚喀斯特区其值分别为36. 8 mg·kg~(-1)和30. 1 mg·kg~(-1),两个区域农业土壤As含量明显高于贵州土壤As背景值,As的超标率分别为98. 5%和96. 7%,表现出明显的As累积,而非喀斯特区As超标率仅为6. 7%;独立样本T检验结果表明,在3个不同地貌类型中,农业土壤与自然土壤As含量均无显著性差异(P 0. 05).农业土壤As的Moran's I系数为0. 45,Z值为11. 61,在本采样尺度下具有显著的正空间自相关(P 0. 05),存在空间聚集,尤其是东北-西南方向空间自相关性较好,以结构性变异为主.农业土壤样本As总体上处于轻微污染至轻度污染之间,分别占27. 10%、29. 02%,部分地区处于中度污染级别,而处于无污染状态的样本占41. 94%.     

岩溶山地生态退化的海拔空间变异

为揭示岩溶山地生态退化的海拔空间变异,应用地统计学对地处滇黔桂连片岩溶腹地,海拔变化范围广的贵州省毕节地区生态退化指标的垂直梯度空间变异进行分析.石化率的半变异函数最佳理论模型为线性有基台模型,植被覆盖率、土壤砾石率为球状模型.植被覆盖率的空间异质比为22.32%,具有强烈的垂直梯度空间相关性,主要受到随海拔梯度变化的自然性控制因素的作用;石化率、土壤砾石率的空间异质比分别为34.38%、25.97%,均具有中等程度的垂直梯度空间相关性,受随机因素的作用较大.土壤砾石率、植被覆盖率的变程分别为968.10、859.48 m,受因素影响的海拔范围都较宽;石化率的变程为52.28 m,受因素影响的海拔范围很窄.石化率、植被覆盖率的Moran′s Ⅰ系数随海拔梯度变化的趋势相类似,但土壤砾石率的Moran′s Ⅰ系数随海拔梯度变化的趋势与石化率、植被覆盖率的差别较大.     

龙口市污水灌溉区农田重金属来源、空间分布及污染评价

采集龙口市污水灌溉区农田土壤,分析测定土壤pH和重金属含量,以采集的70个土壤样点为研究对象,根据多元统计中的相关分析和主成分分析探究研究区重金属的来源;采用地统计理论与GIS空间插值相结合的方法研究重金属元素的空间结构和分布特征;最后利用内梅罗指数法和改进的模糊综合评判法做重金属污染评价.结果表明,研究区内9种重金属元素在土壤中均有一定程度的富集,其中重金属Cd的均值是当地背景值的3.06倍,富集情况最为明显;指数法进行的污染评价显示Cu、Cd和Pb的综合污染指数分别为7.06、6.10和5.54,三者均属重度污染;相关分析和主成分分析结果显示,Cu、Zn和Pb、Cd主要受人为因素影响,污水灌溉是它们的共同污染因素,前两者为农业生产中化肥农药的过量使用与长时间的累积作用,而北部煤矿开采和煤矸石的堆积产生的污染以及电镀、机械制造等工业污染是后两者的污染来源;Co、Cr、Mn、Ni和As主要是受成土母质等自然因素的影响;据模糊综合评判的结果,研究区70个样点,有13个是中污染程度,23个属于轻污染,28个是警戒程度,6个样点处在安全范围内;从空间分布上看,重金属含量的高值区主要集中在黄水河下游的诸由观镇和徐福镇,说明污水灌溉给当地土壤造成了一定程度的重金属污染.     

水环境模拟中多孔介质场空间变异性研究方法述评

阐述了研究多孔介质空间变异性的经典统计法、地质统计学方法以及新兴的分形方法.经典统计方法由于不考虑研究对象的空间相关性,已经不能对这种变异性做出客观的分析;地质统计学方法很好地克服了经典统计学的缺点,是目前应用最多的一种方法;分形的研究对象为无规则和具有自相似性的体系,这一特性决定了它研究这种变异性有着独特的优点.最后对多孔介质空间变异性研究的趋势进行了展望.     

上海城市样带土壤重金属空间变异特征及污染评价

为揭示城市化、工业化等人为活动对土壤环境质量的影响,选择能反映上海城郊乡梯度差异的城市样带,采用地统计学方法对表层土壤样品Cu、Zn、Pb、Cr、Mn共5种重金属的空间变异结构和分布格局进行了分析,并利用单因子指数法和内梅罗综合指数法评价了土壤重金属的污染程度.结果表明:土壤样品Cu、Pb、Zn、Cr、Mn这5种重金属平均含量分别为27.80、28.86、99.36、87.72、556.97 mg.kg-1.表层土壤Cu、Cr、Mn、Pb、Zn均属中等变异,Mn、Cr呈正态分布,Cu、Pb、Zn呈对数正态分布;半方差函数模型拟合结果显示Cu、Pb、Zn、Cr符合线状模型,Mn符合指数模型.通过泛克里格插值得到城市样带表层土壤重金属含量空间分布图,发现Cu呈条带状,Cr、Mn呈岛状,Pb、Zn呈条带和岛状分布相结合的特点.土壤污染评价结果说明土壤Cr、Zn、Pb污染相对严重.土壤Cr、Zn、Pb、Mn和Cu之间呈显著相关,土壤重金属之间表现为复合污染.土壤重金属污染城郊乡梯度差异明显,工业化、城市化与城市土壤重金属空间分布密切相关.     

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。     

水环境模拟中多孔介质非均质性空间变异最优估计模型

在生产实践中,经常要求对含水介质渗透性参数的空间分布数值作出可靠的估计.如何利用已知数据对指定点处的渗透性参数作出令人满意的估计,历来是水文地质工作者和应用数学工作者都关心的问题.文章应用能够刻画区域化变量随机性与结构性特征的地质统计学的理论和方法对能够反映多孔介质非均质特性的参数进行了分析,通过分析结果得出了参数空间变异性局部最优估计模型--普通克里格法.     

红松阔叶混交林林隙极端地面温度的地统计学分析

以小兴安岭原始红松阔叶混交林林隙为研究对象,采用网格法布点,通过对生长季内林隙各样点极端地面温度的连续观测,利用经典统计学和地统计学的方法分析并揭示了林隙极端地面温度的时空分布格局。研究结果表明:林隙极端地面温度不同空间样点之间存在异质性,而且异质性的强度、 尺度和空间结构组成随时间而改变,各月平均极端地面温度斑块形状复杂,最高地面温度大小顺序均为6月>7月>8月>9月,最低地面温度大小顺序为7月>8月>6月>9月,月平均地温的最大值和最小值分布位置不固定,同一月份地面最高温度的大小顺序是空旷地>林隙>郁闭林分,地面最低温度大小顺序是郁闭林分>林隙>空旷地。研究旨在为红松阔叶混交林的可持续经营提供基础数据和理论参考。