诸暨浬浦铜矿区重金属空间变异性研究

摘要

本文以浙江省诸暨市涅浦铜矿区4号坑道周围农田、菜地、荒地和山地土壤重金属污染区(面积约为0.478km<'2>)为研究区，基于GIS的地统计学方法研究了丘陵铜矿区重金属污染的空间变异规律。 利用GPS定位，采样的距离控制在50～100米之间，共采集49个土壤样品，其中一个在离研究区3000米山地所采土样，作为研究区的对照样。土壤分析项目包括铜、锌、铅、镍、砷和镉元素的全量，以及土壤pH值、土壤有机质、土壤粒经、铜和锌的有效量。 文中利用ArcGIS的地统计分析模块进行了空间变异分析，包括： (1)计算半方差函数并选择最佳的拟和模型和参数； (2)通过交叉验证选择合适的克立克方法(Kriging)； (3)通过空间插值，绘制重金属(全量和有效量)污染空间分布图，分析空间变异规律和影响因素。研究表明，基于ArcGIS的地统计分析模块可以较准确分析铜矿区重金属污染的空间变异特征。 结果表明： (1)诸暨涅浦铜矿4号坑道周围土壤砷、铬、铜、锌、镍、铅六种重金属分布均呈对数正态分布，采用几何平均值及标准差为代表值，研究表明砷、铜、锌、镍、铅五种重金属存在明显的积累现象。 (2)涅浦铜矿4号坑道周围土壤重金属As-Cu、As-Zn、As-Ni、As-Pb、Cu-Zn、Cu-Ni、Cu-Pb、Zn-Ni、Zn-Pb、Ni-Pb之间有很高的相关性，表明他们之间同源性很高。Cr与As、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb相关性很低，表明它的积累独特，外源积累也少。As、Cu、Zn、Ni、Pb是伴随污染最多的元素。 (3)涅浦铜矿4号坑道周围土壤重金属空间变异规律为：块金值与基台值的比值铜>锌>铅>砷>镍>铬。铅、铜、砷元素的块金值与基台值的比值分别达到了92.6014％、86.6664％、76.0163％，属于空间弱相关，因为人类活动削弱了元素的空间相关性。其余三种重金属块金值与基台值的比值均在25～75％，属于中等程度的空间相关。铬的块金值与基台值的比值相对比较低，说明土壤中铬含量主要受成土因素影响。 (4)在用AreGIS中的地统计分析模块进行分析后，可以得到各种模型的空间插值误差。结果显示：锌所得到的空间插值误差较大，镍、砷、铬、铜、铅所得到的空间插值误差相对较小。 (5)根据Kriging插值原理及半方差函数拟合参数，应用ArcGIS软件中的GeostatisticalAnalyst模块进行空间变异插值，绘制出诸暨涅浦铜矿4号坑道周围土壤六种重金属含量空间分布图。从图中能清晰地反映出不同区域各种重金属含量范围，可为该区域污染控制与治理提供基础依据。 (6)涅浦铜矿4号坑道周围土壤重金属有效量及土壤理化性质空间变异规律为：块金值与基台值的比值：铜有效量>pH)有机质>锌有效量>有机质>土壤粒度。铜的有效量、pH值和锌有效量的块金值与基台值的比值分别为86.596％、82.8339％、80.8711％，属于空间弱相关。说明铜有效量、锌有效量和pH空间弱相关。有机质和土壤粒度块金值与基台值的比值均在25～75％，属于中等程度的空间相关 (7)根据Kriging插值原理及半方差函数拟合参数，应用ArcGIS软件中的Geostatistical Analyst模块进行空间变异插值，绘制出诸暨涅浦铜矿4号坑道周围土壤铜和锌有效量含量空间分布图。从图中能清晰地反映出铜和锌有效量在该区域不同方位的含量范围。

目录

文摘

英文文摘

声明

一、文献综述

(一)重金属污染来源

1.大气中重金属沉降

2.农药、化肥和塑料薄膜使用

3.污泥施肥

4.含重金属废弃物堆积

5.金属矿山酸性废水污染

(二)重金属元素的形态及生物有效性的影响因素

(三)土壤空间变异研究现状

1.土壤性质空间变异的研究方法

2.土壤性质空间变异研究进展

(四)地统计学在土壤重金属研究中的应用

1.应用于土壤重金属分布空间结构分析及制图

2.应用于土壤重金属含量空间插值与土壤环境质量评价

3.存在的主要问题

二、引言

(一)红壤金属矿区土壤重金属污染概况

(二)选题的理论意义

(三)选题的实际意义

(四)所要解决的主要问题及研究途径与方法

1.所要解决的主要问题

2.研究的内容

(五)技术路线

三、研究材料与方法

(一)研究区概况

(二)试验设计

1.研究范围

2.布点原则

3.布点数量

(三)研究方法

1.样品的采集与制备

2.样品分析与质量控制

(四)地统计学原理与方法

1.区域化变量

2.变异函数(Semivariogram)

3.变异函数的理论模型

4.结构分析

5.模型的检验(Cross-validation)

四、土壤重金属空间变异规律

(一)土壤重金属含量数据的统计分析

1.土壤重金属描述统计分析

2.土壤重金属与相关背景值的比较

3.土壤重金属之间的相关性分析

4.土壤重金属含量分析数据的处理

(二)土壤重金属含量在各向同性条件下空间变异分析

(三)模拟值和实测值的交叉验证

(四)土壤重金属含量的空间分布格局及分析

五、土壤重金属有效量空间变异规律

(一)土壤重金属有效量数据的统计分析

1.土壤重金属有效量的统计分析

2.铜和锌有效量与土壤理化性质间的相关性分析

(二)土壤重金属有效量在各向同性条件下空间变异分析

(三)模拟值和实测值的交叉验证

(四)土壤重金属有效量的空间分布格局及分析

六、结论与讨论

(一)结论

(二)讨论

参考文献

致谢

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