兴义市西南部喀斯特地区土壤砷的空间分布及迁移富集特征

摘要

喀斯特地区属于典型的砷(As)地球化学异常区,除了人为源输入引起土壤As污染问题外,在碳酸盐岩沉积地质背景下,土壤As元素具有较高的本底值,加上喀斯特山区特殊地形及土壤质地的影响,在小尺度区域内土壤As的分布可能存在空间变异.因此,本研究以村级为单位进行小尺度采样,以贵州省兴义市西南部具有代表性的As异常区(典型喀斯特与亚喀斯特)为研究背景,以非喀斯特区作为对照区,通过地统计学与GIS相结合的方法,分析土壤As在水平空间上的分布规律及其污染风险程度,并采用淋失比率、富集系数及质量平衡法探讨As在垂向上的迁移富集特征及其淋溶程度,结果表明: (1)典型喀斯特区与亚喀斯特区土壤As含量的算术均值分别为52.1mg·kg-1和33.5mg·kg-1,变幅分别为14.5~140.0mg·kg-1和10.1~105.5mg·kg-1,明显高于非喀斯特区.以贵州省土壤As背景值为参照,两个区域As超标率分别达到98.8%和93.9%.典型喀斯特区、亚喀斯特区及非喀斯特区三者之间土壤As含量均存在显著性差异(P＜0.05). (2)土壤As的Moran's I系数为0.55,统计量Z值为13.51,显著性大于1.96,在本采样尺度下存在显著的正空间自相关性(P＜0.05),尤其是东北—西南向,结构性变异占主要优势,呈高高值(HH)或低低值(LL)空间聚集分布.As含量的高值(≥40mg·kg-1)主要分布在典型喀斯特区,其次为亚喀斯特区,低值(≤15mg·kg-1)主要分布在非喀斯特区,As的空间异质性与岩性类型、土壤类型及海拔高度存在显著正相关,与地形起伏度呈正相关. (3)典型喀斯特区土壤剖面As的均值及变化范围分别为67.4mg·kg-1和60.6~72.0mg·kg-1,As的淋失比率在0.48~0.50之间,其迁移模式主要呈正指数变化规律,而亚喀斯特区土壤剖面As的均值及变化范围分别为38.9mg·kg-1和20.1~30.9mg·kg-1,As的淋失比率介于0.39~0.55之间,其迁移模式呈负指数变化规律.两个区域各土层之间As的相关系数达到0.685~0.996,呈强显著相关关系(P＜0.01),土壤As的相对富集系数均小于临界值(2.0),呈无明显富集现象. (4)碳酸盐岩类型形成的土壤As含量均值为43.6mg·kg-1,其中纯灰岩、白云岩形成的土壤As含量高于砂质灰岩和砂质白云岩,土壤As含量高与碳酸盐岩本底值高及碳酸盐岩风化成土As的相对富集有关.各土层As的质量平衡系数介于15.27%~89.59%之间,As的淋溶程度很可能与碳酸盐岩风化成土过程矿质元素的贫富状态及酸碱度有关,其中As与Ca、Mn、P、S元素存在极强正相关(P＜0.01),与Al元素及pH值存在中等程度正关(P＜0.01),与Mg元素呈弱负相关(P＜0.05). (5)潜在生态风险指数表明,典型喀斯特区土壤处于中度生态危害水平和强生态危害水平的样点分别占40.24%和1.22%,亚喀斯特区土壤处于中度生态危害水平的样点占17.65%,其余处于轻微生态危害水平.地累积指数表明,典型喀斯特区达到轻微、轻度污染水平的样点分别占34.15%和54.88%,而在亚喀斯特区分别占30.88%和20.59%.由此可见,典型喀斯特区土壤As的生态危害和累积程度强于亚喀斯特区.

目录

第一章 绪论

1.1 土壤As的危害及主要来源

1.1.1 土壤As的危害

1.1.2 土壤As的主要来源

1.2 As在岩石中的分布特征

1.3 As在土壤空间上的分布特征

1.3.1 As在土壤水平空间上的分布特征

1.3.2 As在土壤垂直空间上的分布特征

1.4 地统计学在土壤As的空间分布中的应用

1.5 选题依据及研究意义

1.6 研究目的与内容

1.7 技术路线

第二章 研究区概况及实验方法

2.1 研究区概况

2.1.1 自然地理

2.1.2 地质概况

2.1.3 土壤类型

2.1.4 社会经济

2.2 样品采集、预处理与测试

2.2.1 样品采集

2.2.2 样品预处理

2.2.3 样品测试

2.3 空间分析方法

2.3.1 空间自相关性分析

2.3.2 半变异函数分析

2.3.3 克里格插值分析

2.4 迁移富集特征分析方法

(1) 迁移率

(2) 富集因子

(3) 质量平衡系数

2.5 评价方法

2.5.1 潜在生态风险指数法

2.5.2 地累积指数法

2.6 数据来源及处理

第三章 土壤As的水平分布特征

3.1 土壤As含量统计分析

3.2 土壤As的空间自相关性分析

3.3 土壤As的趋势效应分析

3.4 土壤As的变异分析

3.5 土壤As的空间分布及其影响因子

3.5.1 土壤As的空间分布

3.5.2 As空间特征的影响因子分析

3.6 小结

第四章 土壤As的垂直分布特征

4.1 土壤剖面As的垂直分布状况

4.2 土壤剖面As的迁移特征

4.2.1 土壤As的淋失比率

4.2.2 建模模拟分析

4.3土壤剖面As的富集特征

4.4 风化剖面As的迁移富集特征

4.4.1 风化剖面As及矿物元素含量特征

4.4.2 风化剖面As的迁移、富集规律

4.5 土壤As与pH值及矿物元素相关性

4.6 小结

第五章 土壤As的风险污染评价

5.1 潜在生态风险指数法

5.2 地累积指数法

5.3 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在的不足与展望

参考文献

致谢

附录

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