铜陵新桥地区土壤金属元素空间分布特征分析

王泽群

（铜陵化学工业集团有限公司）

铜陵新桥地区土壤金属元素空间分布特征分析

王泽群

（铜陵化学工业集团有限公司）

采用地统计学方法对铜陵新桥地区表层土壤中Cu、Pb、Zn元素的空间变异特征、富集现状及影响因素进行了分析和研究。研究结果显示，金属元素富集区域的空间分布与已知矿床位置较为一致，指出金属元素的富集与矿业活动密切相关。对于Pb、Zn元素，农业施肥及灌溉同样造成大面积的富集，需引起足够的重视。

土壤 金属元素 地统计学 克里格

安徽新桥镇位于安徽省铜陵县境内，矿产资源丰富。区内辖多个铅锌、铁硫矿床，具有很高的工业和经济价值。其中的新桥硫铁矿床为一特大型硫铁矿矿床，以铜、硫、铁为主，并伴生金、银、铅、锌等元素，采矿方式以坑露联合方式开采为主［1］。矿产资源的开发，尤其是金属矿产资源的开发活动产生的废水、废气和固体废弃物将对土壤环境产生严重的影响［2］。土壤是人类生态环境的重要组成部分，土壤中的重金属元素可以通过食物链直接危害人类的健康［3］。本研究以安徽新桥镇及周边区域为研究对象，对土壤中的金属含量进行地统计学插值和分析，以期获得金属元素的空间分布特征，为该区污染防治提供数据和决策支持。

1 基础数据

1.1 采样点分布

采样点共计50个，覆盖新桥镇及周边范围，见图1。土壤样品为较稳定地块的表层土壤，采样深度为0～20 cm。

图1 采样点分布

1.2 数据统计

土壤样品中Cu、Pb、Zn元素含量数据的基本统计分析结果见表1。可见，研究区内Cu、Pb、Zn元素的变异系数都大于50%，空间变异较为强烈，表明研究区内土壤可能受到成矿作用或是外界人为扰动的影响。

表1 元素含量统计

2 地统计学插值分析

2.1 地统计学方法

地统计学是经典统计学的进一步发展，主要针对在空间或时间上不一定是完全随机或完全独立的区域化变量进行分析研究［4-6］。在研究区域化变量时，除了需计算变量的均值、方差等统计量，还需计算变量的空间变异结构。变异函数能够较好地描述区域化变量的上述特征，从而使针对区域化变量的插值结果能够更加体现空间的变异形态和特征，变异函数［4，7，8］

式中，Z*（x0）为x0点处的估计值；n为用于插值的邻近样点的个数；Z（xi）为样点xi处的实测值；λi为第i个样点对估值点贡献的权重，可以通过变异函数以及解克里格方程组来求得。

2.2 插值结果

本研究采用球状理论变异函数模型分别对Cu、Pb、Zn元素的试验变异函数进行拟合［4］。利用拟合得到的球状理论变异函数模型分别对各元素进行普通克里格插值分析。统一设置最大搜索点数为6，插值网格间距为0.2 km。插值结果如图2～图4所示。

式中，h为滞后距离；N为距离为h的点对数。

克里格插值法是地统计学的重要组成部分，是一种建立在变异函数上的最佳线性无偏估计方法，它能够在插值的过程中充分考虑样本的空间分布结构以及数据的空间相关性等性质［9，10］。其插值式如下：

3 空间分布特征分析

从图2～图4中可以看出，土壤中金属元素的含量与矿业活动紧密相关，高值区域多集中在已知矿床附近。Cu元素在新桥硫铁矿矿床附近出现大片极高值区域，主要原因应为矿山开采过程产生的矿石和矿渣导致Cu元素在矿山附近的局部富集。而对于Pb和Zn元素，高值区域不但位于已知矿床附近，在新桥镇北部及研究区的西南部同样存在大片高值区域，高值区域内主要地物为农田，水系较为发育。因此对于Pb和Zn元素，农业施肥及灌溉也是金属元素富集的重要原因之一。

图2 Cu元素克里格方法插值结果

图3 Pb元素克里格方法插值结果

图4 Zn元素克里格方法插值结果

4 结 语

通过地统计学方法获取了铜陵新桥地区土壤金属元素的空间分布和富集特征。研究结果显示，铜陵新桥地区Cu、Pb、Zn元素的空间分布与矿业生产紧密相关，Cu元素在新桥硫铁矿矿床附近形成大面积富集，而农业施肥和灌溉也是Pb、Zn元素金属的重要来源。研究的开展可为当地国土资源规划等工作提供科学依据，从而促进区内自然生态环境的改善和经济环境的协调发展。

［1］王彦斌，唐索寒，王进辉.安徽铜陵新桥铜金矿床黄铁矿Rb／Sr同位素年龄数据［J］.地质论评，2004，50（5）：538-542.

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［3］毛 竹，张世熔，李 婷，等.铅锌矿区土壤重金属空间变异及其污染风险评价［J］.农业环境科学学报，2007，26（2）：617-621.

［4］张仁铎.空间变异理论及应用［M］.北京：科学出版社，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］孙洪泉.地质统计学及其应用［M］.徐州：中国矿业大学出版杜，1990.

［8］王政权.地统计学及在生态学中的应用［M］.北京：科学出版社，1999.

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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）

王泽群（1957—），男，总经理，高级工程师，244000安徽省铜陵市翠湖1路2758号。