南通市农田土壤、灌溉水重金属空间分布特征及污染评价

摘要

产地环境是无公害农产品生产的基础，产地环境的好坏将对农产品的质量安全产生直接的影响。农田土壤、灌溉水是影响产地环境的两个重要方面，本论文根据南通市农田土壤、灌溉水的取样数据，结合空间分析模型和GIS技术，对南通市农田土壤、灌溉水重金属含量的空间分布特征进行了建模与分析，并依据空间分析的结果，对南通市农田土壤、灌溉水重金属污染进行了评价和预警。 本论文的第一章总结了国内外相关研究的基本动态和研究成果，提出了本研究的目的和意义、研究目标和技术路线；第二章概括了研究区的地理位置、气候条件、工农业生产等概况，详细介绍了农田土壤、灌溉水取样设计及布点实施情况，并根据样点的空间分布，选择了土壤、灌溉水重金属含量的空间分析模型和污染评价模型；第三章在常规统计分析的基础上，采用变异函数分析了南通市农田土壤重金属含量的空间变异规律，并将人工神经网络模型与GIS技术结合，对南通市农田土壤重金属含量进行了空间插值；第四章选取空间自相关方法对南通市灌溉水重金属含量的空间分布规律进行了研究；第五章采用内梅罗指数法对南通市农田土壤、灌溉水重金属污染状况进行了评价，并依据农田土壤、灌溉水重金属含量的空间分布特征，划分了南通市农田土壤、灌溉水重金属污染的预警区。最后，在第六章对本论文的主要研究结果进行了总结与讨论，提出了当前研究的不足之处和未来研究方向和内容。通过本文的研究，得出以下几点结论： 1 南通市农田土壤中5种重金属都具有不同程度的块金值，其中Cr的块金值(245.9)最大，Hg的块金值(0.001420)最小。与结构方差相比，本研究中块金值很小，说明在南通市农田土壤重金属取样间距较好。Hg、As、Pb的块金值和基台值之比<0.25，空间相关程度强；Cd、Cr的块金值和基台值之比在0.25-0.75之间，空间相关程度为中等。5种重金属的块金值与基台值之比均小于0.5，由随机部分引起的空间变异均小于空间自相关部分引起的空间变异，说明本研究区域农田重金属含量受人为因素(农用化肥、固体废弃物等)影响较小，控制重金属含量的主要因素与地质岩性、土壤类型、气候条件等有关。 2 ANN和GIS技术结合对土壤重金属含量插值取得了较好的结果。插值结果的分析评价显示，在南通市境内污染最显著的重金属是Pb。其含量超过自然背景值的面积达到68.24％。其次污染严重的是As，超标面积达到23.02％。其余三种重金属，虽然在局部地区有高聚集的现象，但是超标面积都相对较小。重金属污染的综合评价和预警区的划定结果认为南通市区、海门市、启东市的一部分区域属轻度污染区，大部分区域处于警戒限，应对这些地区农田土壤重金属污染问题予以高度的重视；海安县、通州市的大部分地区无污染，仅在海安的东部、通州西部与南通市交界地区有较小面积的轻度污染；如东县和如皋市均没有超过轻度污染的分类界限，大部分地区无污染，仅有局部地区处于警戒限。 3 南通市灌溉水中，Cu，Zn，Cr与PH值呈显著负相关；Cu与Zn、Cd、Cr，Zn与Cd、Cr呈显著正相关。灌溉水7种重金属中Hg的空间相关系数最大，As，Cd次之，Pb，Cr，Zn，Cu的空间相关系数则较小。这说明Hg的分布具有明显的空间结构性； Pb，Cr，Zn，Cu则不具空间结构性，呈随机分布。As，Cd则处于二者之间，具有一定的空间结构性，但这种结构性不显著。污染评价和预警区划分的结果显示：南通市的灌溉水重金属含量整体较低，绝大部分地区都能达到《农田灌溉水质量标准》，仅在南通市区、启东、如东等市县的局部地区存在Cd，Cr，Cu的污染。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究目的与意义

1.2研究背景

1.2.1土壤重金属含量空间分布研究方法

1.2.2河流水体重金属含量空间分布研究方法

1.3研究内容

1.4技术路线

第二章研究区概况、数据来源与研究方法

2.1研究区概况

2.2数据来源

2.2.1样点的分布

2.2.2水土样品的化学分析

2.2.3数据预处理

2.3研究方法

2.3.1变异函数

2.3.2人工神经网络法（Artificial Neural Networks,简称ANN）

2.3.3空间自相关

2.3.4农田土壤、灌溉水重金属污染评价方法

第三章南通市农田土壤重金属含量空间分布特征

3.1农田土壤重金属含量统计分析

3.2农田土壤重金属含量空间变异性分析

3.2.1农田土壤重金属含量的各向异性分析

3.2.2农田土壤重金属含量的空间结构

3.3农田土壤重金属含量空间插值

3.3.1空间插值模型

3.3.2样本数据的预处理

3.3.3 BP网络模型的构建

3.3.4基于BP网络模型的空间插值

3.3.5农田土壤重金属含量的空间分布

第四章南通市农田灌溉水重金属含量空间分布特征

4.1灌溉水重金属含量统计分析

4.2灌溉水重金属含量相关性分析

4.3灌溉水重金属含量空间相关性分析

4.3.1空间距离

4.3.2全局空间相关性

第五章南通市农田土壤、灌溉水重金属污染评价

5.1农田土壤重金属污染评价

5.1.1单因子评价结果及地区比较

5.1.2多因子综合评价结果及地区比较

5.2灌溉水重金属污染评价

5.3农田土壤、灌溉水重金属污染预警区划分

5.3.1农田土壤重金属污染预警区

5.3.2灌溉水重金属污染预警区

第六章讨论与结论

6.1讨论

6.1.1 ANN和3S技术结合应用于空间插值

6.1.2土壤重金属空间插值与土壤环境质量评价、预警相结合

6.1.3水体重金属含量的空间相关性

6.2结论

参考文献

致谢