銅陵新橋地區(qū)土壤金屬元素空間分布特征分析

王澤群

（銅陵化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司）

銅陵新橋地區(qū)土壤金屬元素空間分布特征分析

王澤群

（銅陵化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司）

采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對銅陵新橋地區(qū)表層土壤中Cu、Pb、Zn元素的空間變異特征、富集現(xiàn)狀及影響因素進(jìn)行了分析和研究。研究結(jié)果顯示，金屬元素富集區(qū)域的空間分布與已知礦床位置較為一致，指出金屬元素的富集與礦業(yè)活動密切相關(guān)。對于Pb、Zn元素，農(nóng)業(yè)施肥及灌溉同樣造成大面積的富集，需引起足夠的重視。

土壤 金屬元素 地統(tǒng)計(jì)學(xué) 克里格

安徽新橋鎮(zhèn)位于安徽省銅陵縣境內(nèi)，礦產(chǎn)資源豐富。區(qū)內(nèi)轄多個鉛鋅、鐵硫礦床，具有很高的工業(yè)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其中的新橋硫鐵礦床為一特大型硫鐵礦礦床，以銅、硫、鐵為主，并伴生金、銀、鉛、鋅等元素，采礦方式以坑露聯(lián)合方式開采為主［1］。礦產(chǎn)資源的開發(fā)，尤其是金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)活動產(chǎn)生的廢水、廢氣和固體廢棄物將對土壤環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響［2］。土壤是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，土壤中的重金屬元素可以通過食物鏈直接危害人類的健康［3］。本研究以安徽新橋鎮(zhèn)及周邊區(qū)域?yàn)檠芯繉ο?，對土壤中的金屬含量進(jìn)行地統(tǒng)計(jì)學(xué)插值和分析，以期獲得金屬元素的空間分布特征，為該區(qū)污染防治提供數(shù)據(jù)和決策支持。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1 采樣點(diǎn)分布

采樣點(diǎn)共計(jì)50個，覆蓋新橋鎮(zhèn)及周邊范圍，見圖1。土壤樣品為較穩(wěn)定地塊的表層土壤，采樣深度為0～20 cm。

圖1 采樣點(diǎn)分布

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

土壤樣品中Cu、Pb、Zn元素含量數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表1。可見，研究區(qū)內(nèi)Cu、Pb、Zn元素的變異系數(shù)都大于50%，空間變異較為強(qiáng)烈，表明研究區(qū)內(nèi)土壤可能受到成礦作用或是外界人為擾動的影響。

表1 元素含量統(tǒng)計(jì)

2 地統(tǒng)計(jì)學(xué)插值分析

2.1 地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

地統(tǒng)計(jì)學(xué)是經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，主要針對在空間或時間上不一定是完全隨機(jī)或完全獨(dú)立的區(qū)域化變量進(jìn)行分析研究［4-6］。在研究區(qū)域化變量時，除了需計(jì)算變量的均值、方差等統(tǒng)計(jì)量，還需計(jì)算變量的空間變異結(jié)構(gòu)。變異函數(shù)能夠較好地描述區(qū)域化變量的上述特征，從而使針對區(qū)域化變量的插值結(jié)果能夠更加體現(xiàn)空間的變異形態(tài)和特征，變異函數(shù)［4，7，8］

式中，Z*（x0）為x0點(diǎn)處的估計(jì)值；n為用于插值的鄰近樣點(diǎn)的個數(shù)；Z（xi）為樣點(diǎn)xi處的實(shí)測值；λi為第i個樣點(diǎn)對估值點(diǎn)貢獻(xiàn)的權(quán)重，可以通過變異函數(shù)以及解克里格方程組來求得。

2.2 插值結(jié)果

本研究采用球狀理論變異函數(shù)模型分別對Cu、Pb、Zn元素的試驗(yàn)變異函數(shù)進(jìn)行擬合［4］。利用擬合得到的球狀理論變異函數(shù)模型分別對各元素進(jìn)行普通克里格插值分析。統(tǒng)一設(shè)置最大搜索點(diǎn)數(shù)為6，插值網(wǎng)格間距為0.2 km。插值結(jié)果如圖2～圖4所示。

式中，h為滯后距離；N為距離為h的點(diǎn)對數(shù)。

克里格插值法是地統(tǒng)計(jì)學(xué)的重要組成部分，是一種建立在變異函數(shù)上的最佳線性無偏估計(jì)方法，它能夠在插值的過程中充分考慮樣本的空間分布結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性等性質(zhì)［9，10］。其插值式如下：

3 空間分布特征分析

從圖2～圖4中可以看出，土壤中金屬元素的含量與礦業(yè)活動緊密相關(guān)，高值區(qū)域多集中在已知礦床附近。Cu元素在新橋硫鐵礦礦床附近出現(xiàn)大片極高值區(qū)域，主要原因應(yīng)為礦山開采過程產(chǎn)生的礦石和礦渣導(dǎo)致Cu元素在礦山附近的局部富集。而對于Pb和Zn元素，高值區(qū)域不但位于已知礦床附近，在新橋鎮(zhèn)北部及研究區(qū)的西南部同樣存在大片高值區(qū)域，高值區(qū)域內(nèi)主要地物為農(nóng)田，水系較為發(fā)育。因此對于Pb和Zn元素，農(nóng)業(yè)施肥及灌溉也是金屬元素富集的重要原因之一。

圖2 Cu元素克里格方法插值結(jié)果

圖3 Pb元素克里格方法插值結(jié)果

圖4 Zn元素克里格方法插值結(jié)果

4 結(jié) 語

通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法獲取了銅陵新橋地區(qū)土壤金屬元素的空間分布和富集特征。研究結(jié)果顯示，銅陵新橋地區(qū)Cu、Pb、Zn元素的空間分布與礦業(yè)生產(chǎn)緊密相關(guān)，Cu元素在新橋硫鐵礦礦床附近形成大面積富集，而農(nóng)業(yè)施肥和灌溉也是Pb、Zn元素金屬的重要來源。研究的開展可為當(dāng)?shù)貒临Y源規(guī)劃等工作提供科學(xué)依據(jù)，從而促進(jìn)區(qū)內(nèi)自然生態(tài)環(huán)境的改善和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

［1］王彥斌，唐索寒，王進(jìn)輝.安徽銅陵新橋銅金礦床黃鐵礦Rb／Sr同位素年齡數(shù)據(jù)［J］.地質(zhì)論評，2004，50（5）：538-542.

［2］雷 梅，岳慶玲，陳同斌，等.湖南柿竹園礦區(qū)土壤重金屬含量及植物吸收特征［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（5）：1146-1151.

［3］毛 竹，張世熔，李 婷，等.鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬空間變異及其污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（2）：617-621.

［4］張仁鐸.空間變異理論及應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［5］Clark I.Practical Geostatistics［M］.London：Applied Science Publishers，1979.

［6］Webster R，Oliver M A.Geostatistics for Environmental Scientists［M］.Chichester：Wiley，2001.

［7］孫洪泉.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)及其應(yīng)用［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版杜，1990.

［8］王政權(quán).地統(tǒng)計(jì)學(xué)及在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，1999.

［9］Krige D.A statistical approach to some basicmine evaluation problems on thewitwateround［J］.JChim Min Soc South-Africa，1951，52：119-139.

［10］Matheron G.Principles of geostatistics［J］.Economic Geology，1963，58（8）：1246-1266.

Analysis of Spatial Distribution Characteristics of Soil M etal Elements in Xingqiao，Tongling

Wang Zequn
（Tongling Chemical Industry Group Co.，Ltd.）

The geo-statisticsmethod is used to analyze and investigate the spatial variation characteristics，enrichment status and influence factors of Cu，Pb，Zn elements in surface soil in Xinqiao Area of Tongling.The results showed that the spatial distribution of heavymetals in enrichment area is highly associated with the known deposits，indicating a close relationship between heavy metal enrichment and mining activities.Meanwhile，agricultural fertilization and irrigation can also lead to the Pb and Zn pollution in large areas，which need to be taken enough consideration.

Soil，Metal element，Geo-statistics，Kriging

2013-08-10）

王澤群（1957—），男，總經(jīng)理，高級工程師，244000安徽省銅陵市翠湖1路2758號。