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地统计学田间尺度下cd含量空间变异及其与土壤养分的关系研究(附件)

2021-07-03 23:36编辑: www.51jrft.com51今日论文网
本文以长沙县北山镇一块面积为3.56公顷的水稻田为研究对象,探讨了土壤中重金属Cd与土壤理化性质(pH、有机质、全氮和CEC)之间的关系,利用地统计学与常规统计学的方法分析了二者的空间变异性特征,结果表明1)研究区内Cd、有机质、全氮及CEC呈现出中等变异性,pH值具有弱变异性。2)对数据的分布特征进行了测试检验表明在95%的置信度下,pH呈正态分布,全氮只有在转换为自然对数后才呈正态分布,重金属Cd、有机质和CEC在转换前后均呈正态分布。3)半方差分析表明空间变异性由大到小的顺序为CEC﹥全氮﹥Cd﹥pH﹥有机质;其中Cd、有机质、全氮和pH值空间变异性强烈,CEC具有中等空间变异性。4)重金属Cd与土壤部分理化性质相关分析表明,重金属Cd与有机质、pH值相关性显著,二者呈正相关;有机质含量与全氮、CEC含量相关性不显著,但与pH值相关性极其显著;全氮含量与CEC含量和pH值大小之间没有显著相关性;pH值与CEC含量相关性不显著。研究结果可为研究区确定重金属镉的来源,合理地治理镉的污染提供一些科学依据。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 研究区概况 2
1.2 样品采集与分析2
1.3 研究方法2
1.3.1 地统计分析2
1.3.2 半方差函数2
1.3.3 克里格插值法3
1.4 数据处理3
2 结果与讨论3
2.1 Cd与土壤养分的统计特征值分析3
2.2 Cd与土壤养分的空间分布特征4
2.3 Cd与土壤养分的半方差分析4
2.4 Cd与土壤养分的空间分布图5
2.5 Cd与土壤理化性质的相关性分析5
3 结论6
致谢6
参考文献7
图1 采样分布图2
图2 重金属Cd与土壤部分养分空间分布图5
表1 Cd与土壤养分分级表3
表2 Cd与土壤养分的统计特征值4
表3 Cd与土壤养分的空间分布特征检验4
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/> 表4 Cd与土壤养分的半方差模型参数5
表5 Cd与土壤理化性质的相关性分6
基于地统计学田间尺度下Cd含量空间变异及其与土壤养分的关系研究
班级 环工141 姓名 韩大轲
引言
重金属是非常典型的土壤污染物,存在隐蔽、很难降解、流动性弱且易于富集[1]。由于土壤的形成机理原因,土壤中原本含有一定量的重金属,这些微量的重金属对人类基本没有什么影响。但是由于人类对重金属不合理地开采、加工和利用,导致重金属元素通过各种渠道进入空气和土壤,对耕地和人类健康构成了严重的威胁[2]。重金属Cd主要来源于镉矿、冶炼厂,由于含Cd废水灌溉农田等原因而进入土壤[3]。根据农业部农产品污染防治重点实验室的调查显示,我国土壤存在着严重的重金属污染,在农产品种植面积中,被重金属污染的农作物种植面积达到了80%以上,这直接导致了我国粮食每年减产约1000万吨的结果。据估计我国受Cd污染的农田面积达到13000hm2。由于时代的发展,人们越来越注重身体的健康,从而对农作物(如蔬菜、粮食等)的质量要求越来越高,而重金属的含量直接关系着农作物的质量,是评判农作物好坏的重要标准之一。农作物茎叶内的元素分布基本上由根吸收而来,所以土壤中重金属的含量就直接影响了农作物内重金属含量。而生物具有富积效应,重金属会通过食物链进入人体从而影响人类健康。
土壤具有空间变异性,自20世纪70年代开始,土壤学家就着手对土壤物理性质的空间变异性开始进行定性研究,到了80年代,空间变异性的研究已经成为土壤科学的重要组成部分[45],并且发生了由定性研究向定量研究的转变。此外,Kriging内插技术被引入土壤制图领域,而且土壤学家们对Cokriging内插、puctual Kriging内插等技术有了更深层次的了解。从此之后,土壤理化性质的空间变异性已成为许多土壤学家研究的重要内容。近年来,由于精准农业的兴起,应用地统计学和空间插值方法分析土壤的空间变异性也被越来越多的考虑到实际生产过程中,进而作出施肥决策[6,7],运用GIS技术对农田进行精准施肥,对土壤进行精准管理也日益成为了现代农业的共识。然而,将土壤理化性质与土壤重金属空间变异之间关系联系起来的研究还比较少见[814]。
本文通过对试验区土壤理化性质与重金属Cd含量的测定,结合地统计学和GIS技术,研究了田间尺度下Cd含量的空间变异及其与土壤部分养分之间的关系,研究结果对土壤重金属在空间上的分布规律,探讨重金属在土壤中的分布、迁移、转化过程[15]和土壤修复具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验区位于湖南省长沙县北山镇荣合桥社区长沙春雷农业科技开发有限公司试验基地(28°2612"N, 113°333"E),气候条件优越,年降雨量1422.4 mm,年蒸发量1 382.2 mm,无霜期275 d,年积温6480 ℃,年平均气温16.8—17.2 ℃,日照时数1677.1 h。该地区土壤是由第四纪红色粘土发育而来的红壤性水稻土。
1.2 样品采集与分析
于2017年4月应用25m×25m等间距网格法按照“S”型进行布点采样,共采集60个样点。对耕作层进行采样,采集020cm土样,每个样点设置3个重复,将3个重复的土样混合后,用四分法取大约500g带回实验室并进行风干处理。
土壤pH采用酸度计(水土比5:1)测定;土壤有机质采用重铬酸钾容量—外加热法测定;土壤全氮采用半微量开氏法测定;土壤CEC的测定采用乙酸铵交换法;土壤全量Cd采用浓HCl—HNO3—HClO4混酸消煮,采用等离子体质谱仪ICPMS测定。

图1 采样分布图
1.3 研究方法
1.3.1 地统计分析 地统计学是统计学的一门分支,由分析空间变异与结构的变异函数及其参数和空间局部估计的Kriging(克里格)插值法两个主要部分组成,目前已经在土壤领域有广泛的应用。
1.3.2 半方差函数 半方差函数是地统计学中研究土壤变异性的关键函数,它用来表示一定范围内一组变量的空间变异性,半方差值r反映出变量的空间变异性。公式为:

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