关键词:
长三角
农田土壤
重金属
文献分析
时空分布
数据库系统
摘要:
土壤是生物生存的基本场所,也是人类生产生活的物质基础,土壤环境质量更是关系到人类生存发展与社会经济稳定。随着城镇化快速扩张、工业化不断发展以及农业生产的高强度利用,我国农田土壤环境受到长时期、深程度的人为扰动,正面临着严峻的环境污染压力。土壤重金属污染具有长期性、复杂性等特征,会直接影响农产品生产质量,因此对土壤重金属污染的管控与防治非常重要。摸清农田土壤重金属分布现状是准确评估污染风险等级和开展污染防治工作的重要基础。大尺度的土壤环境质量调查工作时间成本高且耗费大量人力物力,而已发表的小尺度土壤重金属含量调查结果缺乏区域代表性。本研究以我国长江三角洲(以下简称长三角)农田土壤为研究对象,基于Meta分析方法,综合小尺度土壤重金属文献研究结果以达到估测大尺度区域的土壤重金属分布现状的目的;并在此数据基础上采用数据库系统管理方法实现土壤污染数据的规范管理、安全共享及可视化表达,以期为长三角土壤重金属污染防治工作提供技术支撑。研究主要内容与成果如下:(1)本研究共收集长三角农田土壤重金属分布研究相关文献118篇,提取重金属含量数据986条。结合Meta分析基本思想及文献数据特征,引入了采样点数量、研究区面积、数据标准差作为权重因子参与土壤重金属均值计算,并根据文献数据异质性分析结果,选用随机效应模型作为计算模型。计算结果表明,长三角农田土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni的平均含量分别为0.25mg/kg,0.14 mg/kg,8.14 mg/kg,32.32 mg/kg,68.84 mg/kg,32.58 mg/kg,92.35mg/kg和29.30 mg/kg。除Zn以外,该结果与相关文献提及的全国土壤重金属含量平均水平保持一致。对比土壤环境背景值,除Cd、Hg以外其余6种重金属元素在长三角农田土壤中均未有明显的积累趋势。(2)研究分析了长三角农田土壤重金属时空分布特征。采用潜在生态风险指数法评估长三角各地区污染风险等级,结果表明,长三角整体区域土壤重金属潜在生态风险等级为中等,风险主要来自Cd、Hg元素。部分地区土壤重金属表现出较高重金属潜在生态风险,可能与矿业开采等活动相关。对长三角农田土壤重金属含量进行时间趋势分析,结果表明,1993-2020年间长三角地区农田土壤中Cd、Hg、As、Pb、Zn和Ni几种重金属元素含量均呈现出下降趋势,不同元素间下降速率有所不同。(3)为更好地实现土壤重金属数据的规范化管理、安全性共享及可视化表达,本研究采用Web GIS开发技术,开发了长三角土壤重金属共享数据库系统。该系统主要包括文献查询、数据查询和地图展示三部分功能模块,以满足操作者文献预览、污染物信息查询、污染分布地图可视化等需求。本研究通过文献分析方法初步得到了长三角地区土壤重金属分布整体情况及时空分布特征,并采用数据库系统技术进行土壤重金属数据信息化管理,以期为长三角土壤重金属污染防治决策提供有效数据参考与技术支撑。