农业大学学报２０１１，３４（５）：４２７￣４３０ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 文章编号：１００７—８６１４（２０１１）０５—０４２７—０４ 乌鲁木齐市米东区农田土壤汞含量及空间分布特征 于 洪 １，２，３ ’ 王 灵 ，钱 翌 （１．农业大学草业与环境学院，乌鲁木齐８３００５２；２．乌鲁木齐市环境监测中心站，乌鲁木齐８３００００；３．青 岛科技大学环境与安全工程学院，青岛 ２６６０４２） 摘 要： 利用地理信息系统（ＧＩＳ）及地统计学方法，对米东区农田土壤Ｈｇ含量进行空间变异特征分析。结果表 明：米东区土壤Ｈｇ含量范围为０．０５～０．２８ ｍｇ／ｋｇ，平均值为０．１１ ｍｇ／ｋｇ，未超过《国家土壤环境质量标准》 （ＧＢ１５６１８２—１９９５）二级标准限值，是乌鲁木齐市农田土壤背景值的２倍；土壤Ｈｇ具有较好的空间变异结构，符合 球状分布模型；土壤Ｈｇ的变程较小（３９ ０．２０５ ｋｍ），基底系数为５Ｏ ，属中等空间自相关，说明其在研究区域的空 间变异既有来自结构性因素（土壤母质、地形等）又有来自随机因素（灌溉、施肥、耕作措施等）的影响；研究区土壤 Ｈｇ含量呈中部低两边高的分布规律。 关键词： 汞；空间分布；地统计学；乌鲁木齐 中图分类号：Ｘ５３：Ｘ５０２ 文献标识码：Ａ Ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｇ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｆａｒｍ Ｌａｎｄｓ ｉｎ Ｍｉｄｏｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｕｒｕｍｑｉ Ｃｉｔｙ ＹＵ Ｈｏｎｇ ’ ，ＷＡＮＧ Ｌｉｎｇ ，ＱＩＡＮ Ｙｉ。 （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｒａｔａｃｕｈｕｒａｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕ— ｍｑｉ ８３００５２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｒｕｍｑｉ，Ｕｒｕｍｑｉ ８３００００，Ｃｈｉ— ｎａ；３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ Ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ Ｈｇ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｒｍｌａｎｄｓ ｆｒｏｍ Ｍｉｄｏｎｇ ｏｆ ｕｒｕｍｑｉ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：Ｔｈｅ ｓｏｉｌ Ｈｇ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ０．０５～Ｏ．２８ ｍｇ／ｋｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ Ｈｇ ｗａｓ ０．１ １ ｍｇ／ｋｇ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅ ＧｒａｄｅⅡｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｔｗｏ ｆｏｒ Ｓｏｉｌ（ＧＢ１５６１８—１９９５）；ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｗｏ ｔｉｍｅｓ ｏｆ Ｕｒｕｍｑｉ ｃｉｔｙ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｆａｒｍｌａｎｄ ｓｏｉｌ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｖａｌｕｅｓ．Ｓｏｉｌ Ｈｇ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｎｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｆｏｒｍｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｓｏｉｌ Ｈｇ ｗａｓ ｓｍａｌｌｅｒ（０．２０５ ｋｉｎ），ｔｈｅ ｂａｓｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗａｓ ５０ ，ｂｅｌｏｎｇ ｔｏ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｓｐａｔｉａｌ ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａ— ｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｗｅｒｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｂｏｔｈ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆａｃｔｏｒｓ（ｓｏｉｌ ｐａｒｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ａｎｄ ＳＯ ｏｎ）ａｎｄ ｂｙ ｒａｎｄｏｍ ｆａｃｔｏｒｓ（ｓｕｃｈ ａｓ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ。ｆｅｒｔｉｌｉｚａ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｉｌｌａｇｅ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ）．Ｔｈｅ Ｈｇ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｓｏｉｌ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｗａｓ ｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｐａｒｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｉｎ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｇ；ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ；Ｕｒｕｍｑｉ 土壤重金属污染具有潜在的生态危害。研究表 明，重金属是农田土壤中十分重要的污染物，它不仅 收稿日期：２０１１—０７—１２ 对植物的生长产生抑制和毒害作用，而且还可通过 食物链、大气和水环境等间接地影响城市环境质量 基金项目：国家自然科学基金项目（４０６０１０６２）；教育厅高校科研重点项目（ＸＪＥＤＵ２００５１０８） 通讯作者：钱翌，Ｅ—ｍａｉｌ：Ｑｉａｎｙｉ１９６２＠１２６．ｔｏｍ ４２８ 农业大学学报 ２０１１年 和危害人类健康 ］。在城市化进程不断加快的今 物的土地面积很小，仅为土地总面积（１４ ２００ ｋｍ。） 天，城郊农田土壤中的重金属不仅来源复杂，而且量 的４ Ｄ ３３。米东区城市规划面积３ ５９３ ｋｍ。，目前建 大，加之土壤中不同化学形态的重金属具有不同的 成区为４０ ｋｍ ，该区域地理坐标８７。Ｏ６ 一８８。８Ｏ Ｅ， 环境行为和生物效应，这使得重金属对人类的危害 ４３。４４ 一４５。３１ Ｎ。 方式也变的复杂化，城郊农田土壤重金属污染得到 研究区自然土壤属灰漠土，农作物种植品种以 Ｎ 人们的广泛关注＿５ 。 小麦和玉米轮作为主。种植区以米东污水处理厂出 本研究以乌鲁木齐市米东区农产品基地为例， 水和水磨河水（乌鲁木齐市生活和工业废水的排污 运用地统计学方法，结合ＡｒｃＧＩＳ中的地统计分析 水系）灌溉为主。区域自然降尘量月平均值在１１．１６ 模块，分析农田土壤Ｈｇ的空间变异性，为区域土壤 ～３３．５７ ｔ／ｋｍ ，是国家二级标准值的０．０３倍。境 污染的综合防治提供科学依据，也为农产品基地的 内有中石化西北油田分公司、中泰化学和 合理规划、优质农产品开发、耕地环境质量保护及土 最大的露天煤矿等２０多家大中型企业，涉及石油、 地可持续利用提供参考。 化工、养殖、建材、家具、造纸、食品加工等多个行业。 １材料与方法 １．２ 样品采集 根据米东区多年农作物品种的布局和种植面积 １．１研究区概况 大小，选择小麦和玉米地进行土壤采样。综合考虑 米东区位于乌鲁木齐市东北郊，距乌鲁木齐市 其农田面积大小、区域地质、种植情况及土壤分布情 中心城区１５ ｋｍ，属温带性气候，年日照时数 况，并对有污染源的地方进行重复采样，以达到准确 ２ ４００～３ ０００ ｈ，年最高气温≥３８。Ｃ，最低气温 反映研究区域土壤环境质量的目的。 ２Ｏ℃左右，年均降水量２６０ ｍｍ，光热资源丰富， 本次调查共布设样点５Ｏ个，采样点位分布图见 适合种植小麦、蔬菜、水稻等作物，但适合种植农作 图１。 安 ｒ 丁 渠 镇 图１采样点位分布图 Ｆｉｇ．１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ 根据布设的采样点，实地选择具有代表性的样 况。采样时间为２０１０年１０月。 地，用木铲采取０～２０ ｃｍ的耕层土壤，每个分析样 １．３样品前处理 品由梅花５点法取土混合，混匀后用四分法从中选 土壤样品带回实验室经自然风干，去杂物，用玛 取１ ｋｇ土壤作为代表该点的样品，采样后马上装入 瑙研磨棒研磨混合均匀，磨细过１００目筛，搅匀后装 棕色玻璃瓶，并将瓶口密封以防止水分蒸发。共采 瓶，贴上标签，备测。 集了５１个土壤样品。采样同时用ＧＰＳ定位样点坐 ｌ＿４样品分析与质量控制 标，记录各个采样点附近的地形、土壤和土地利用状 土壤样品进行王水水浴消解【川，Ｈｇ采用原子 第５期 于洪，等：乌鲁木齐市米东区农田土壤汞含量及空间分布特征 ４２９ 荧光分光光度法分析测定；原子荧光分光光度计为 ＧＳ＋、ＡｒｃＧＩＳ进行空间插值和结构分析。 北京吉天ＡＦＳ一９３０。以全程序空白、平行样、加标回 收进行质量控制，允许偏差限度为：加标回收率 ２结果与讨论 ９Ｏ ～１１０ ，国家标准样品、平行样相对偏差 ２．１ 土壤Ｈｇ含量的统计特征值 ＜１５ 。每批次测试做１０ 平行双样，并采用国标 由表１可知，土壤Ｈｇ含量范围为０．０５～ ＧＢｗＯ７４Ｏ１（ＧＳＳ～１）为标准质控样。 ０．２８ ｍｇ／ｋｇ，平均值为０．１１ ｍｇ／ｋｇ，未超过《国家 １．５数据处理 土壤环境质量标准》（ＧＢ１５６１８２—１９９５）二级标准限 经统计检验发现，土壤Ｈｇ含量的数据符合近 值。与乌鲁木齐市农田土壤Ｈｇ背景值 似正态分布（描述性统计检验），数据统计分析采用 （０．０５５ ｍｇ／ｋｇ）１２ Ｌ８］相比较，Ｈｇ的平均含量为背景 软件ＳＰＳＳ１７．０和Ｅｘｃｅｌ ２００３；运用地统计学软件 值的２倍。 表１土壤Ｈｇ含量的描述性统计分析 Ｔａｂｌｅ １ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｖｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ Ｈｇ ｍｇ／ｋｇ 注：Ｉ Ｎ为对数正态分布。 ２．２ 土壤Ｈｇ含量空间变异分析 响较大，导致了它在一个较小的距离范围内存在相 利用ＧＳ＋拟合土壤Ｈｇ含量的半方差函数理 关关系Ｅ１６，”。土壤性质的自相关性尺度同时也反 论模型符合球状模型，块金值０．００５，基台值０．０１０， 映了其影响因子的作用范围，Ｈｇ可能主要受到相 基底系数为５Ｏ ，属中等空间自相关，说明其在研 对较小尺度因子的影响ｌ＿】 一。 究区域的空间变异既有来自结构性因素（土壤母质、 ２．３土壤Ｈｇ含量的Ｋｒｉｇｉｎｇ插值分析 地形等）又有来自随机因素（灌溉、施肥、耕作措施 根据上述Ｈｇ含量的半方差函数模型，应用普 等）的影响 ］。土壤Ｈｇ的变程较小，为 通克立格法进行最优内插 ］，绘制了研究区土壤 ０．２０５ ｋｍ，说明它受到灌溉、施肥等随机因素的影 Ｈｇ含量的空间分布格局图（图２）。 图２农田土壤Ｈｇ含量空间分布图 Ｆｉｇ ２ Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｓｏｉｌ Ｈｇ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｆａｒｍｌａｎｄ 由图２可知，研究区土壤Ｈｇ含量空间分布为 药的使用 和大气降尘等。研究区西部和东部分 中间低两边高。土壤Ｈｇ可来源于土壤成土母 别以米东污水处理厂出水和水磨河水灌溉为主，灌 质 、污水灌溉 、工业污染源排放 ］、含Ｈｇ农 溉水中的Ｈｇ在农田迁移过程中因土壤的吸附等作 ４３０ 农业大学学报 ２０１１年 用而留存在土壤中，发生较强的富集作用，导致该区 域农田土壤Ｈｇ含量相对较高；研究区中部以地下 水灌溉为主，所以该区域土壤Ｈｇ含量相对较小。 由图２和表１可知，研究区内Ｈｇ含量较低，且 最大值未超过国家二级标准限值，说明研究区内 Ｈｇ无明显累积，这其中的原因可能是灌溉水中Ｈｇ 的含量较低（２００１—２０１０年水磨河水中Ｈｇ含量均 为０．００００３ ｍｇ／ｋｇ）［２ ，亦有可能是种植的作物对 Ｈｇ有较好的富集作用ｌ＿２ 。 ３ 结论 米东区农田土壤Ｈｇ含量的统计结果表明，Ｈｇ 含量范围为０．０５～０．２８ ｍｇ／ｋｇ，平均值为 ０．¨ｍｇ／ｋｇ，未超过《国家土壤环境质量标准》 （ＧＢ１５６１８２—１９９５）二级标准限值，为乌鲁木齐农田 土壤背景值的２倍，这说明研究区内Ｈｇ有所累积， 但不明显。 结构分析表明，土壤Ｈｇ具有较好的空间变异 结构，符合球状模型；Ｈｇ的基底系数为５Ｏ ，属中 等空间自相关；Ｈｇ的变程较小（为０．２０５ ｋｉｎ），说明 它受到灌溉、施肥等随机因素的影响。 采用普通克里格插值法绘制了研究区土壤Ｈｇ 含量空间分布图，得出土壤Ｈｇ含量空间分布为中 间低两边高。 参考文献： ［１］刘韬．污水灌一溉对沈阳市农田土壤中重金属含量的影 响［Ｊ］．环境生态，２００３，２９（１１７）：５１—５２． ［２］崔邢涛，栾文楼，石少坚，等．石家庄污灌区土壤重金属 污染现状评价［Ｊ］．地球与环境，２０１０，３８（１）：３６—４２． ［３］Ｌｉｕ Ｗ Ｈ，Ｚｈａｏ Ｊ Ｚ，Ｏｕｙａｎｇ Ｚ Ｙ．Ｉｍｐａｃｔ Ｓ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｄｉｓｔ ｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔａｍｉｎａ— ｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， ２００５，３１（６）：８０５—８１２． ［４］Ｓｏｉｌ Ｓ Ｃ，Ａｎｄｒａｄｅｅ Ｅ，Ｍｉｒｅｌｅｓａ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｄｉｓｔ ｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｐｌａｎｔｓ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄｗｉｔｈｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｉｒｒｉｇａ— ｔｅｄ ｓｏｉｌｓ ｄｕｒｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄｓ ｏｆ ｔｉｍｅ［Ｊ］．Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔ ｒｕｍｅｎｔ Ｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００５， ２４１：３５１－３５５． ［５］ Ｍａｒｃｅｌ ｖａｎ ｄｅｒ Ｐ．Ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｆ ｔｏｍ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｔｏ ｃａｔｃｈｍｅｎｔ ｓｃａｌｅ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｔａｙｌｏｒ＆ Ｆｒａｎｃｉｓ Ｇｒｏｕｐ Ｐｌｃ，２００６． ［６］Ａｈｍａｄ Ｉ，Ｈａｙａｔ Ｓ，Ｐｉｃｈｔｅｌ Ｊ．Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔａｍｉｎａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄｒｅｍｅｄｉｅｓ［－Ｍ］．Ｅｎｆｉｅｌｄ（Ｎ Ｈ）： Ｓｃｉｅｎｃｅ ＰＵｂ．１ｉｓｈｅｒｓ，Ｉｎｃ．，２００５． 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