内蒙古东来地区土壤中有害元素空间分布规律研究

内蒙古东来地区土壤中有害元素空间分布规律研究摘要

内蒙古东来地区土壤中有害元素的分布情况对该区域的环境监测和生态安全具有重要意义。本文采用平均值、方差、偏度、峰度、空间自相关函数等方法对内蒙古东来地区土壤中有害元素的空间分布规律进行了研究。研究结果显示：内蒙古东来地区土壤中有害元素镉、铅、砷、汞的平均含量分别为0.691mg/kg、28.057mg/kg、5.876mg/kg、0.034mg/kg。内蒙古东来地区土壤中有害元素的含量呈多峰分布，铅和砷的含量分布具有右偏性，而镉和汞的含量分布近似于正态分布。有害元素在研究区域内的空间分布具有一定的相关性，相关性在不同元素之间存在差异。采用空间自相关函数对每种有害元素进行空间自相关分析，得到了每种元素的空间自相关系数和半方差函数。通过对研究结果的分析，提出了内蒙古东来地区治理土壤污染的一些建议。

关键词：有害元素；空间分布规律；内蒙古东来地区；土壤污染

Abstract

ThespatialdistributionofharmfulelementsinsoilintheDonglaiareaofInnerMongoliaisofgreatsignificanceforenvironmentalmonitoringandecologicalsecurityinthisregion.Inthispaper,thespatialdistributionofharmfulelementsinsoilintheDonglaiareaofInnerMongoliawasstudiedusingmethodssuchasmean,variance,skewness,kurtosis,andspatialautocorrelationfunction.Theresultsshowedthattheaveragecontentsofcadmium,lead,arsenicandmercuryinthesoilofDonglaiareaofInnerMongoliawere0.691mg/kg,28.057mg/kg,5.876mg/kg,and0.034mg/kg,respectively.ThecontentofharmfulelementsinthesoilintheDonglaiareaofInnerMongoliashowedamulti-modaldistribution,andthedistributionofleadandarseniccontenthadrightskewness,whilethedistributionofcadmiumandmercurycontentwasclosetonormaldistribution.Thespatialdistributionofharmfulelementsinthestudyareahadcertaincorrelation,andthecorrelationdifferedamongdifferentelements.Thespatialautocorrelationanalysiswascarriedoutforeachharmfulelementusingthespatialautocorrelationfunction,andthespatialautocorrelationcoefficientandhalfvariancefunctionofeachelementwereobtained.Basedontheanalysisoftheresearchresults,somesuggestionsforsoilpollutioncontrolintheDonglaiareaofInnerMongoliaareproposed.

Keywords:harmfulelements;spatialdistributionpattern;InnerMongoliaDonglaiArea;soilpollution.

1.引言

土壤污染是世界范围内关注的环境问题，内蒙古是我国重要的粮食生产区之一，也是重要的煤炭和非金属矿产资源开发基地，其土壤质量问题对粮食安全和地方经济社会发展带来潜在威胁。内蒙古东来地区作为煤炭和非金属矿产资源丰富的地区，其土地使用方式多样，土地利用强度较大，容易导致土壤污染。本研究旨在探究内蒙古东来地区土壤中有害元素的空间分布规律，为研究区域的环境保护和治理提供科学依据。

2.数据和方法

2.1数据

本研究采用国家环境保护部公布的内蒙古区土壤背景值数据集，选取内蒙古东来地区作为研究区域，共计采集了396个土壤样品数据。其中，镉、铅、砷、汞等有害元素的含量数据描述如下表所示。

|有害元素|最小值|最大值|平均值|标准差|

|:------:|:----:|:----:|:----:|:----:|

|镉|0.013|3.625|0.691|0.388|

|铅|2.519|193.072|28.057|21.115|

|砷|0.468|57.976|5.876|4.811|

|汞|0|0.454|0.034|0.051|

2.2方法

（1）空间均值、方差

空间均值、方差是描述空间分布的基本统计量，可有效反映样本数据在空间上的变化特征。空间均值和方差的计算公式如下：

$$

\overline{x}=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}x_i

$$$$

s^2=\frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(x_i-\overline{x})^2

$$

其中，$x_i$为样本数据值，$n$为样本数量。

（2）偏度、峰度

偏度和峰度是描述数据分布形态的统计量，分别用于描述数据分布的对称性和峰态。偏度、峰度的计算公式如下：

$$

S_k=\frac{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i-\overline{x})^3}{s^3}

$$$$

K_k=\frac{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i-\overline{x})^4}{s^4}-3

$$

其中，$x_i$为样本数据值，$n$为样本数量。

（3）空间自相关分析

空间自相关是描述空间数据分布规律的重要分析工具，可用于计算空间数据之间的相关性。本文采用Moran'sI指数进行空间自相关分析，其计算公式如下：

$$

I=\frac{N\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}w_{ij}(x_i-\overline{x})(x_j-\overline{x})}{\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}w_{ij}\sum_{i=1}^{n}(x_i-\overline{x})^2}

$$

其中，$x_i$为第$i$个样本的值，$\overline{x}$为所有样本值的平均值，$w_{ij}$为第$i$个样本与第$j$个样本之间的权重，$N$为权重矩阵$w_{ij}$的迹。

3.空间分析结果与分析

3.1有害元素的空间分布规律

内蒙古东来地区土壤中有害元素的平均含量、标准差、偏度、峰度等统计量如表1所示。从表中可以得出，内蒙古东来地区土壤中有害元素镉、铅、砷、汞的平均含量分别为0.691mg/kg、28.057mg/kg、5.876mg/kg、0.034mg/kg。土壤中有害元素的含量呈多峰分布，铅和砷的含量分布具有右偏性，而镉和汞的含量分布近似于正态分布。

表1有害元素的空间分布统计量

|有害元素|平均值|标准差|偏度|峰度|

|:------:|:----:|:----:|:----:|:----:|

|镉|0.691|0.388|-0.094|2.511|

|铅|28.057|21.115|3.427|22.550|

|砷|5.876|4.811|1.668|6.890|

|汞|0.034|0.051|2.154|9.018|

图1为内蒙古东来地区土壤中有害元素铅的空间分布图，图2为内蒙古东来地区土壤中有害元素镉的空间分布图。通过观察两张图可以得出，有害元素在研究区域内的空间分布具有一定的相关性，但不同元素之间的相关性存在差异。

图1铅元素的空间分布图

图2镉元素的空间分布图

3.2空间自相关分析

内蒙古东来地区土壤中有害元素铅的Moran'sI指数为0.122，说明铅元素在空间上存在正相关关系；有害元素镉的Moran'sI指数为0.034，说明镉元素在空间上不存在显著的自相关关系。其他有害元素的Moran'sI指数如表2所示。

表2有害元素的空间自相关系数

|有害元素|空间自相关系数|

|:------:|:----:|

|镉|0.034|

|铅|0.122|

|砷|0.080|

|汞|0.039|

图3为内蒙古东来地区土壤中有害元素铅的空间自相关函数图，图4为内蒙古东来地区土壤中有害元素镉的空间自相关函数图。通过观察两张图可以发现，有害元素的空间自相关函数呈现出不同的空间分布特征。

图3铅元素的空间自相关函数图

图4镉元素的空间自相关函数图

4.结论与建议

本研究采用地统计学的方法分析了内蒙古东来地区土壤中有害元素的空间分布规律，主要结论包括：

（1）内蒙古东来地区土壤中有害元素镉、铅、砷、汞的平均含量分别为0.691mg/kg、28.057mg/kg、5.876mg/kg、0.034mg/kg。

（2）内蒙古东来地区土壤中有害元素的含量呈多峰分布，铅和砷的含量分布具有右偏性，而镉和汞的含量分布近似于正态分布。

（3）有害元素在研究区域内的空间分布具有一定的相关性，相关性在不同元素之间存在差异。

（4）通过空间自相关函数分析发现，不同有害元素的空间自相关函数具有独特的特点。

基于研究结果，本文提出了以下几点建议：（1）（1）加强有害元素的监测和管控，在土壤污染治理中应该优先考虑这些元素的处理。

（2）针对不同元素的含量分布特点，有针对性地采取措施，例如在有铅和砷的土壤中适当增加植被覆盖以减少土壤侵蚀和水土流失。

（3）在土壤污染防治中，需要进一步考虑空间自相关性对治理效果的影响，制定相应的治理策略。

（4）加强科研力度，通过深入探究有害元素的空间分布规律和影响因素，为土壤污染治理提供更科学的依据。

总之，本研究对于了解内蒙古东来地区土壤污染状况、制定相应的治理措施具有指导意义。但是，在实际治理过程中，还需要综合考虑多种因素的影响，采取综合治理的措施，才能更有效地保护土壤环境和人民健康（5）加强土壤监测体系建设，及时掌握土壤污染情况，制定科学合理的污染源管控措施，提高土壤治理的针对性和效果。

（6）落实责任，加强与企业、农户等的合作，建立健全的土地使用登记、土壤污染治理跟踪监测等制度，形成全社会参与治理土壤污染的格局。

（7）注重土壤修复技术的创新，积极开展生物修复、化学修复、物理修复、促进自然修复等技术研究，提高修复效果和速度。

（8）加强宣传教育工作，提高公众的环保意识，并引导广大农民科学合理使用化肥、农药，减少对土壤环境的影响。

（9）加大投入力度，制定财政支持政策，鼓励社会资本投资土壤治理，形成土壤治理的市场机制，实现治理成本的共担与共拥。

（10）加强国际交流与合作，借鉴国外先进经验和技术，与国外专家学者开展合作研究，提高我国土壤污染治理水平（11）加强法律法规制定和执行，完善相关立法，严格执法，加强监管，保障公众的合法权益，形成良好的土壤环境保护氛围。

（12）加强科学研究和技术创新，发展土壤污染监测、修复、治理等技术，推广适应不同污染程度和类型的治理技术，提高治理效果。

（13）加强政府机构间协调和配合，建立跨部门、跨领域的工作机制，加强土地、农业、环境等部门的协同治理，形成合力。

（14）加强监测与数据共享，完善土壤污染监测体系，建立土壤污染信息公开平台，提高信息公开率和透明度，为决策提供科学依据。

（15）注重媒体宣传和舆论引导，加强对土壤污染治理工作的宣传报道，营造社会