湘北農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)土壤重金屬空間分異及動(dòng)態(tài)變化研究.pdf

1、農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)作為一種可持續(xù)的土地利用和經(jīng)營模式，以能較好的解決農(nóng)林用地矛盾、提高自然資源利用效率而為人們所重視。對農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤重金屬的空間異質(zhì)性進(jìn)行研究，是探討土壤重金屬時(shí)空變異規(guī)律的有效方法，對保障農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)安全和農(nóng)村生態(tài)安全具有重要意義。本論文以汩羅市桃林林場濕地松—水稻（松—稻）復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)和濕地松、樟樹混交林—水稻（混—稻）復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，通過傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)以及GIS技術(shù)相結(jié)合的方法，

2、研究了0-20cm層土壤重金屬含量、空間分異特征、來源、短期變化趨勢和變化原因，并以同期小平原稻田生態(tài)系統(tǒng)土壤重金屬含量值為對照，從土壤重金屬角度分析其環(huán)境效應(yīng)，為降低低山丘陵區(qū)的水稻重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)提供理論支撐和方法指導(dǎo)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)三種系統(tǒng)中土壤Cd元素均出現(xiàn)不同程度的累積，土壤Cd元素平均含量值以混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)最大，分別超出湖南省和中國土壤背景值3.33和4.33倍，三種系統(tǒng)土壤Cd的平均含量值均已超出《

3、土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中的二級(jí)限值。土壤Cd和Cu在短期內(nèi)呈現(xiàn)出持續(xù)累積趨勢。松—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)和小平原稻田生態(tài)系統(tǒng)中土壤Pb元素也出現(xiàn)一定程度累積，但遠(yuǎn)未超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中的二級(jí)限值，其他重金屬元素均未超出背景值，累積趨勢亦不明顯。
　　(2)兩種復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)土壤重金屬含量數(shù)據(jù)服從或經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換后服從正態(tài)分布。水稻移栽前期，松—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cu和Cd的半方差函數(shù)可

4、用高斯模型擬合，Pb可用球狀模型擬合，Zn和Mn可用指數(shù)模型擬合;混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cu和Pb的半方差函數(shù)可用高斯模型擬合，Cd、Zn和Mn可用指數(shù)模型擬合。水稻分蘗盛期，松—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cu和Cd的半方差函數(shù)可用球狀模型擬合，Pb和Zn可用高斯模型擬合，Mn可用指數(shù)模型擬合;混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cu的半方差函數(shù)可用球狀模型擬合，Cd、Pb和Zn可用高斯模型擬合，Mn可用指數(shù)模型擬合。水稻成熟期，松—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土

5、壤Cu和Pb的半方差函數(shù)可用高斯模型擬合，Cd可用球狀模型擬合，Zn和Mn可用指數(shù)模型擬合;混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cu、Pb、Cd和Zn的半方差函數(shù)可用高斯模型擬合，Mn可用指數(shù)模型擬合。土壤Mn元素的空間自相關(guān)尺度最大，其次為Zn，再次為Pb，Cu和Cd的空間自相關(guān)尺度最小。三個(gè)時(shí)期松—稻和混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Mn的塊基比((C0/(C0+C))均小于25％，具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，Cu、Cd、Pb和Zn的塊基比基本在25％～75

6、％之間，具有中等程度的空間相關(guān)性。但在水稻分蘗盛期，受系統(tǒng)內(nèi)林地施肥的影響，松—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cd以及混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cu的塊基比分別升高到79.2％和78.2％，空間相關(guān)性減弱。
　　(3)采用普通Kriging插值，在松—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中，土壤Cu元素呈現(xiàn)出斑塊狀分布格局，Cd呈現(xiàn)條帶與斑塊相結(jié)合的分布格局，兩者的含量值均有山谷大于山脊的分布特征?；臁緩?fù)合生態(tài)系統(tǒng)中，土壤Cu和Cd元素呈現(xiàn)條帶狀分布格局，且含量

7、值均在東南部最高。兩種復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中，土壤Pb和Zn的含量值呈現(xiàn)出周邊高中間低的分布特征。混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)土壤Pb和Zn的空間分布格局比松—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。土壤Mn的含量值在空間上呈現(xiàn)條帶與斑塊相結(jié)合的分布格局，空間分布狀態(tài)的穩(wěn)定度最高。
　　(4)經(jīng)Pearson相關(guān)系數(shù)法和地統(tǒng)計(jì)分析法得出，兩種復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中，土壤中的Cu和Cd主要來源于肥料施用，Pb和Zn主要來源于金屬開采和冶煉、工業(yè)廢氣和汽車尾氣排放，Mn來源于土壤

8、母質(zhì)。土壤Pb的含量值與高程呈顯著負(fù)相關(guān)，松—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cu和Cd的含量值與高程呈極顯著負(fù)相關(guān)，混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤Cu和Cd的含量值與高程呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤中的Cu、Pb和Cd均有向低洼地勢遷移富集的趨勢。
　　(5)松—稻和混—稻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中稻田土壤Cd、Pb、Zn和Mn的平均含量均低于同期小平原稻田生態(tài)系統(tǒng)，可見這兩種農(nóng)林復(fù)合模式能對其中的稻田土壤重金屬含量進(jìn)行控制，有效降低土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。綜合分析表明，