基于GIS的公路两侧土壤重金属污染空间分布及评价研究

论文摘要

公路沿线重金属污染是近几年研究的热点之一,由于受汽车排放等因素的影响,重金属在公路灰尘、路边土壤、绿化带及周围蔬菜中累积,从而成为公路生态环境的一个潜在威胁。这类重金属物质对大气、水体、土壤造成的污染会直接或间接危害人体健康。本研究采用野外调查、室内分析,结合数理统计学、地统计学及生态学等多种方法,借助3S技术,以江汉平原后湖农场流塘分场高速公路两侧500m范围内农田为样区,系统分析了区域土壤重金属的空间分布规律,对于深入揭示变量的空间分布规律,建立样区土壤重金属预测模提供重要的依据;利用ArcGIS地统计分析能力快速获取土壤重金属空间结构、挖掘各变量之间的相关性,更详细的说明样区重金属空间变异规律。通过物元分析模型的环境评价方法和环境污染指数评价方法对样区土壤重金属污染情况进行环境评价,获得了一些有意义的成果。主要研究结果如下:(1)土壤重金属空间分布规律公路两侧农田中应用大区样套合小区样采样法获取,300m内和100m内两个采样尺度的土壤样本,测定土壤pH值、有机质、总镉、总铅、总铜、总锌含量,采用经典统计学方法分析了土壤重金属的统计特征,结果表明:样区土壤全镉、全铅、全铜、全锌元素含量都偏高,基本能确定样区土壤存在重金属污染情况;有机质含量偏低,重金属吸附能力减弱,对土壤中重金属含量有一定影响。应用地统计分析方法,探讨了各变量的空间结构特征,获取土壤各性状的空间分布规律、分布趋势和各变量之间的相关性影响。研究表明,土壤中重金属含量除总锌外都与公路的距离存在明显逐步递减趋势;各重金属元素之间都存在一定相关性,其中全铜、全镉、全铅、有机质存在强相关,全锌仅与有机质存在强相关。(2)土壤重金属污染评价根据土壤重金属空间分布规律,应用环境污染指数评价方法和物元分析模型,计算出样区土壤污染指数,确立评价标准,并以此为依据划分出研究区的相对环境污染级别。研究区相对于流塘分场其他区域的污染级别为轻度污染和中度污染两个级别,其中以中度污染区为主,占总面积的85%。说明研究区域的实际存在污染状况,但整体并未超过国家标准,要注意土壤环境质量的恶化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 前言
• 1.1 选题的背景与研究意义
• 1.2 国内外的研究进展
• 1.2.1 公路土壤重金属污染研究进展
• 1.2.2 地统计学在土壤重金属污染评价中研究进展
• 1.2.3 GIS在土壤重金属污染研究中的应用发展
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 可能的创新点
• 1.3.3 技术路线
• 2 理论与方法
• 2.1 ArcGIS空间分析功能的应用
• 2.1.1 探索性数据分析
• 2.1.2 地统计分析向导
• 2.2 土壤重金属污染评价的物元分析模型
• 2.2.1 建立待评物元矩阵
• 2.2.2 建立经典域矩阵
• 2.2.3 建立节域矩阵
• 2.2.3 确定待评单元属于各质量等级的关联度
• 2.3 土壤重金属污染评价
• 2.3.1 土壤重金属污染评价指标的选取
• 2.3.2 土壤重金属污染评价标准的选取
• 2.3.3 土壤重金属污染评价单元的划分
• 2.3.4 土壤重金属污染评价方法
• 2.4 相关软件简介
• 3 研究区域概况与数据采集
• 3.1 研究区自然经济概况
• 3.2 资料收集
• 3.2.1 资料收集
• 3.2.2 数据库建立
• 3.3 土壤样品采集及分析
• 3.3.1 土壤样品采集
• 3.3.2 室内理化分析
• 4 基于GIS的土壤重金属空间分布规律
• 4.1 研究材料与方法
• 4.1.1 数据源
• 4.1.2 技术路线
• 4.2 数据预处理
• 4.2.1 异常值的剔除与判断
• 4.2.2 正态分布检验
• 4.2.3 变异特征值
• 4.3 土壤重金属污染空间分布趋势
• 4.3.1 各变量空间分布趋势分析
• 4.3.2 各变量空间分布
• 4.3.3 各变量空间相关性分析
• 5 公路两侧农田土壤重金属污染评价
• 5.1 评价标准及评价指标的确立
• 5.1.1 评价标准
• 5.1.2 评价指标
• 5.1.3 评价单元
• 5.2 评价方法
• 5.2.1 环境污染评价方法
• 5.2.2 土壤重金属污染的物元模型
• 5.3 土壤重金属污染评价
• 5.3.1 单因子污染评价
• 5.3.2 综合污染评价
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 致谢