南京市柘塘镇土壤重金属污染评价开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

土壤作为土地的重要载体，是人类赖以生存的根本资源，因此，土壤的质量直接影响到人类的生产、生活和发展。随着人口、资源、环境之间的矛盾日趋尖锐，因土壤侵蚀、肥力下降、盐渍化、沼泽化、沙漠化、酸化以及环境污染等所造成的土壤退化问题日益增多，极大地限制了人类社会的发展。我国土壤资源严重不足，且由于长期不合理利用，土壤退化较严重。据统计，因土壤侵蚀、肥力贫瘠、盐渍化、沼泽化、污染及酸化等造成的土壤退化总面积约4．6亿hm2，占全国土地总面积的40%，是全球土壤退化总面积的1/4。为更好地解决日益严重的土壤退化及环境污染问题，近20多年来，国际土壤学界十分重视从环境和健康的角度开拓土壤科学研究的新领域。土壤质量的研究已经成为发展可持续农业和现代农业的重要前提和基础性工作。

当前，可持续发展已日益成为国际社会共同关注的重大课题，而可持续发展的基础是农业的可持续发展，即可持续农业。可持续农业首先需要有可持续的农产品的数量和质量作保证，而农业产品的数量和质量又依赖于土壤生产力和清洁度，即土壤质量的保持和提高。土壤一旦发生退化，农业持续发展的基础就会发生动摇。可见，研究可持续农业，必须而且首先要研究土壤质量。

对于土壤质量，目前国际上比较通用的土壤质量概念，是doran和parkin(1994)从生产力、环境质量和动物健康三个角度对土壤质量的定义:土壤在生态系统中保持生物生产力、维持环境质量和促进植物和动物健康的能力。简言之，土壤质量是土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量三个既相对独立又有机联系的组分之综合集成。土壤质量是土壤支持生物生产能力、净化环境能力和促进动植物和人类健康能力的集中体现，是现代土壤学研究的核心。这是迄今为止较为全面的土壤质量的概念。

2. 研究的基本内容和问题

目标：

获得柘塘镇的土壤重金属污染状况。

内容：

3. 研究的方法与方案

技术路线：

构建基础数据库及评价的指标体系，然后进行布点采样和化验分析，之后通过遥感影像解译，提取农用地信息，确定评价单元，采用Microsoft Excel2013对实验数据的进行整理和初步处理、采用IBMSPSS22对重金属含量数据进行统计分析、相关性分析和主成分分析，最后利用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法进行柘塘镇土壤重金属的污染评价。

实验方案及研究方法：

①基础数据库构建：

图形数据：收集溧水区地形图（1:50000）、土壤图（1:50000），分别进行数字化后裁剪出研究区所在区域，以矢量格式存储。

属性数据：收集江苏省地质调查院于2002年开展的1:25万江苏省国土生态地球化学调查项目的溧水区表层土壤(0-20cm)属性数据，获取布设在柘塘镇的样点。

遥感数据：TM影像，GoogleEarth影像等。

对上述三种不同类型的数据进行统一编辑，分类，入库，构建基础数据库。

②评价指标体系的构建：

依据主导性、统一性、稳定性、显著性、可能性、实用性这六大原则，选取以下指标：

土壤污染因子：有效态重金属Cu、Pb、Cr、Cd、Ni、Hg、Zn

土壤性能因子：CEC、pH、质地

构建本次实验的评价指标体系。

③布点与采样：

考虑样点典型性、代表性与均匀性，基于2002年调查数据的分析结果，在溧水区柘塘镇重金属含量较高的区域适当加大布点密度，共布设表层样点109个。并于2012年11月~12月，对柘塘镇进行野外考察和土壤样品采集。

采样时，在每个采样点位50m范围内采用梅花形采样法采集5个以上子样组成重约1kg的混合样，采样深度为0~20cm，并使用差分GPS详细记录采样点位置。采样工具为竹勺，用聚乙烯塑料袋盛放样品并注明编号，带回实验室在木质抽屉中自然风干。

④样品的化验分析：

表1化验项目及分析方法

⑤评价标准：

表2土壤重金属含量相关标准（mg/kg）

注：柘塘镇背景值来自于夏增禄1987年在《土壤元素背景值及其研究方法》中提出的南京地区若干元素的背景值。一级标准和二级标准来自于土壤环境质量标准(GB156181995)。柘塘镇为绿色无公害农产品产地，结合绿色食品产地环境质量标准(NY/T391-2000)和食用农产品产地环境质量评价标准(HJ/T332-2006)制定研究区的绿色标准。因柘塘镇的土壤为弱酸性，所以采用pH6.5条件下的二级标准和绿色标准。

⑥评价单元的确定：

评价单元是指土地评价中最基本、最小的评价单位,它具有明显的界线,由影响土地质量的诸因素所组成的一个空间实体,同一个评价单元土地基本属性具有一致性。

通过遥感影像解译，提取农用地信息，以田块为评价单元。

⑦数据处理与空间分析：

本研究采用MicrosoftExcel2013对实验数据的进行整理和初步处理；采用IBMSPSS22对重金属含量数据进行统计分析、相关性分析和主成分分析。

重金属含量的空间分析采用ArcGIS10.2.2完成。

空间插值采用反距离权重（InverseDistanceWeighted，IDW）法，在地统计模块完成。反距离权重插值（InverseDistanceWeighted，IDW）是基于相近相似的原理：即两个物体离得近，它们的性质就越相似，反之则相似性越小。它以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均，离插值点越近的样本点赋予的权重越大。

时空变化特征图通过将两期数据的插值结果以50*50m的栅格导出，在空间分析模块（SpatialAnalyst）模块栅格计算获得。

⑧土壤重金属污染评价：

评价方法：

（1）单因子污染指数法

单因子指数是国内外普遍采用土壤重金属污染评价的方法之一，根据特定土壤环境质量标准评价某一重金属元素的累积污染程度。其表达式如下：

P_i=C_i/S_i

式中：C_i为重金属元素的含量(mgkg-1)，S_i为土壤重金属评价标准(mgkg-1)， P_i为土壤中污染物i的环境质量指数。

（2）内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数兼顾单元素污染的平均值和最大值计权型多因子指数，全面反映各污染物对土壤的不同作用，并突出环境要素中浓度最大的污染物对环境质量的影响。污染分级标准见表3。

表3土壤重金属污染分级标准

可行性分析：

该研究所需室内实验数据已基本具备，基于实验室多次进行过类似研究，经验充足；实验室设施先进、精良，软硬件兼备以及操作者理论扎实、精通化学实验，所以在实验数据方面不存在什么问题。

因此研究的重点在于后期的重金属污染评价，由于软件操作比较熟练，基础数据丰富，所以理论上来讲，进行本次研究难度不大。

4. 研究创新点

本研究基于前人的土壤重金属污染调查成果，面向城乡结合带这个特殊地区，选取十分典型的南京市溧水区柘塘镇为研究区，对土壤重金属进行了系统研究。研究成果可帮助人们了解我国城镇化、工业化进程中城乡结合带的土壤重金属污染规律，指导人们开展城乡结合带环境保护。同时，本研究还涉及了土壤重金属的含量特征、时空变化特征、污染特征、环境容量状况以及重金属来源与影响因素，结合了遥感影像和GIS的强大空间分析功能，具有一定的科学意义和学科交叉特色。

5. 研究计划与进展

研究计划：

2014.10-2014.12：收集基础数据以及溧水相关图件矢量化，初步构建基础数据库，室内化验分析。

2014.12-2015.03：数据分析，结果表征。