基于序贯指示模拟的农田土壤重金属风险区识别——以增城区为例

摘要

随着城镇化进程的加快、矿产资源的大量开发利用、工业生产的迅猛发展以及各种化学产品、农药和化肥的广泛使用，含重金属元素的有害物质经不同途径进入农田土壤环境。农田土壤重金属日益累积，已对农作物安全、生态环境和人类健康造成严重威胁，我国有1/6的耕地受到重金属污染，农田土壤面临的重金属污染问题形势严峻。明晰农田土壤重金属的污染及潜在风险情况，合理科学的分析重金属污染来源，高效、精确的识别大尺度区域农田土壤重金属风险区对粮食安全、农田环境保护、污染预警和风险管控等有重要意义。　　农田重金属风险识别需要区域内土壤重金属精确的空间分布制图作为支撑，通过空间分布及变异结构来分析其聚集特点，对比风险阈值来判定风险区域。本文以广州市增城区为研究区，共采集204个农田土壤样点，并测定了铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)和汞(Hg) 7种重金属含量。利用多元统计以及前人研究初步判断增城区农田土壤重金属的可能来源，对各个种类的重金属元素进行空间变异结构特征分析。针对实际采样数据中存在的异常值、传统方法存在的平滑效应等问题，将序贯指示模拟引入农田土壤重金属的风险识别中，与常用识别方法进行比较，并根据Hakanson风险指数评价进行风险区划。　　结果表明：①研究区内7种重金属元素的变异系数在29%-87%之间，属于中等变异，变异情况的顺序为：As＞Hg＞Cd＞Cu＞Cr＞Pb＞Zn；初步来源解析将增城区土壤重金属分为4类：Cu-Cr类属于成土母质影响的重金属，Pb-Cd-Zn类和As受自然因素和人为因素的共同影响，Hg 主要受工业以及人类活动影响。②由农田土壤重金属的分布情况可看出，7种重金属在增城区南部的东江沿岸都有累积：Cu在增城区的中部偏西、南部都有聚集；Zn的高值出现在增城区的南部、中部成条带状分布；Pb的高值多出现在增城区的南部新塘镇；Cd 在增城区的南部的河流沿岸以及城镇周边有聚集；Cr含量的最大值未超过珠三角背景值；As的高值分布趋势和增江流向以及公路道路走势相近；Hg的高值在该地区的中部偏西以及南部有较为严重聚集。③在进行农田土壤重金属风险识别中，通过比较常用的克里格方法，验证了序贯指示模拟在不均匀采样时空间预测的整体效果要优于普通克里格，没有忽略异常高值区重金属的影响，预测更加精细；在进行潜在生态风险区划的不确定性评估中，它的结果也较好于指示克里格，误判率更低，仅介于4.88-17.07%之间，符合识别要求。同时通过对增城区的风险区划发现，全区的农田土壤不存在重金属污染现象，但在增城区的西南部存在着一定区域的Hg、Cd和综合中等风险，需对这些地区的农田重金属情况加强关注。

目录

第一个书签之前