北京城區(qū)綠地土壤重金屬污染評價與空間分析

楊少斌，于鑫，孫向陽，張駿達(dá)，傅振，李婧

北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京 100083

城市綠地是城市生態(tài)的重要組成部分，根據(jù)不同的城市生態(tài)功能，一般可分為居住綠地、附屬綠地、道旁綠地和公園綠地（中華人民共和國建設(shè)部，2002），其相應(yīng)功能的發(fā)揮均離不開土壤，所以土壤環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到城市環(huán)境及其綠地功能的發(fā)揮。城市土壤具有高度污染的特征，特別是土壤重金屬污染（李小平，2016），具有長期性、隱匿性、難消逝、不可逆等特點(diǎn)，被動植物吸收后容易進(jìn)入到人類的食物鏈中，從而影響人類的身體健康（龔佃選等，2016；Wuana et al.，2011）。城市土壤重金屬含量主要受成土母質(zhì)和外源輸入兩個因素控制（王濟(jì)等，2011）。其中，成土母質(zhì)是城市土壤重金屬的重要來源，對城市土壤重金屬含量和分布特征具有重要的決定性作用，北京市土壤中Cr和Ni的含量主要受成土母質(zhì)的影響（鄭袁明等，2003）。另外，城市化進(jìn)程加快了土壤重金屬外源輸入的速率，主要包括工業(yè)活動、交通運(yùn)輸、化石燃料燃燒、廢棄物堆積和大氣沉降等。陳立新等（2007）、Adama et al.（2016）對哈爾濱不同功能區(qū)綠地土壤重金屬研究發(fā)現(xiàn)，綠地土壤重金屬主要來源于工廠和交通尾氣的大氣沉降，其中熒光制品是土壤重金屬Hg的主要來源。

目前國內(nèi)對城市綠地土壤的研究并不是非常普遍和全面，大多集中于哈爾濱（陳立新等，2007）、上海（郭天華，2016）、廣州（何健等，2014）等主要城市，在研究方法上，主要采用了經(jīng)典數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法，缺乏對土壤重金屬含量空間自相關(guān)的考慮，其結(jié)果反映的是離散的分布狀況，不能建立區(qū)域性的、連續(xù)的、整體的概念，不能反映各指標(biāo)含量的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性、相關(guān)性和獨(dú)立性（史文嬌等，2007；Ren et al.，2016）。針對這些問題，空間分析技術(shù)在空間自相關(guān)、空間插值、空間統(tǒng)計分析、隨機(jī)模擬等方面優(yōu)勢明顯，利用空間分析技術(shù)研究土壤重金屬的空間分布規(guī)律和空間變異特征，可為土壤重金屬污染評價、防治以及土地資源管理提供更科學(xué)的理論依據(jù)?？臻g分析技術(shù)主要包括探索性空間分析、回歸分析和多元統(tǒng)計、地統(tǒng)計學(xué)和空間插值以及空間隨機(jī)模擬和不確定性評價（胡碧峰等，2017），其中地統(tǒng)計學(xué)和空間插值是應(yīng)用最普遍的方法之一，一般需借助GIS、GS+和Surfer等軟件才能實(shí)現(xiàn)。例如，徐婭等（2015）采用GIS與地統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方法對南京玄武湖景區(qū)表層土壤重金屬污染和空間結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明，Pb、Cr、Zn、Ni在空間結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為中等強(qiáng)度的空間自相關(guān)，其含量及分布均由隨機(jī)因素及結(jié)構(gòu)性因素共同控制，而Cd分布規(guī)律則主要受結(jié)構(gòu)性因素影響。因此，空間結(jié)構(gòu)特征分析不僅能更深入地了解土壤重金屬污染狀況，而且能更好地解釋其影響因子。

本研究采用內(nèi)梅羅指數(shù)法、ArcGIS 10.3地理信息系統(tǒng)軟件和GS+7.0地質(zhì)統(tǒng)計分析工具相結(jié)合的方式，對北京城區(qū)綠地土壤重金屬（Pb、Cd、Ni、Hg、As）污染程度和空間結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析研究，以揭示北京城區(qū)綠地土壤重金屬污染狀況和空間結(jié)構(gòu)特征，為北京市環(huán)境保護(hù)和綠地土壤重金屬污染防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

北京城區(qū)（五環(huán)內(nèi)，39°45′17″～40°01′13″N，116°12′18″～116°33′13″E）涵蓋了東城區(qū)、西城區(qū)、朝陽區(qū)、海淀區(qū)、石景山區(qū)以及豐臺區(qū)的大部分地區(qū)，包含了五環(huán)及以內(nèi)所有區(qū)域，總面積約1129.01 km2，南北跨度約 38.53 km，東西跨度約為 38.63 km。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季涼爽濕潤，冬季寒冷干燥，年平均氣溫11.8 ℃，年降水400～750 mm。根據(jù)北京市2017年統(tǒng)計年鑒，截至2017年末，該區(qū)域人口數(shù)量約1200萬，機(jī)動車數(shù)量超過300萬輛，2017年人均擁有水資源約161.4 m3，能源消耗量約為人均每年 734.9 kg·a-1·person-1標(biāo)準(zhǔn)煤，目前北京市區(qū)平均綠地率約48.4%。

1.2 樣品的采集與處理

為方便采樣并確保采樣的代表性，將采樣區(qū)綠地劃分為公園綠地、附屬綠地、道旁綠地和居住綠地4個大類進(jìn)行采樣。具體方法是：采用比例尺為1∶20 km的北京市衛(wèi)星地圖，結(jié)合Google-Earth，分別在地圖上標(biāo)記出公園綠地和普通綠地，結(jié)合實(shí)地踏查的結(jié)果，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、社會、行政等因素，在商業(yè)、交通、企事業(yè)附屬和居住區(qū)等功能區(qū)的基礎(chǔ)上確定出37個附屬綠地樣點(diǎn)，34個街旁綠地樣點(diǎn)，35個居住綠地樣點(diǎn)，另外，根據(jù)公園綠地集中、植被分布多樣、地形地貌復(fù)雜、建園時間跨度大等特征，篩選出11個典型公園，根據(jù)園內(nèi)植被分布和地形地貌等特征確定出45個采樣點(diǎn)，最終在151個采樣點(diǎn)（圖1）中共采集綠地土壤樣品 151個。采樣過程中，為避免金屬污染，利用木鏟在每個采樣點(diǎn)采集表層（0～20 cm）土壤樣品約500 g。根據(jù)采樣點(diǎn)地形和面積，用梅花型布點(diǎn)法布3～5個點(diǎn)進(jìn)行混合采樣，而后進(jìn)行四分取舍后裝袋，同時利用GPS記錄坐標(biāo)并記錄樣點(diǎn)植被、土壤類型等相關(guān)信息。土樣自然風(fēng)干后再按四分法進(jìn)行制樣，制樣工具均為非金屬制品，制成0.1 mm粒徑待測樣。

圖1 樣點(diǎn)分布示意圖Fig. 1 Diagram of sampling sites

1.3 測定方法

Hg的測定需經(jīng)HCl-HNO3-HF-HClO4消解后，參照GB/T 22105.1—2008《土壤質(zhì)量總汞、總砷、總鉛的測定原子熒光法第3部分：土壤中總汞的測定》方法，利用北京海光儀器公司生產(chǎn)的AFS-9530型原子熒光光度計測定。Pb、As、Cd和 Ni經(jīng)HNO3-HF-HClO4消解后，參照美國 EPA 6020A（2007）規(guī)定的方法（電感耦合等離子體質(zhì)譜法），測定儀器為原美國熱電公司生產(chǎn)的 XSERIES2型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。消解處理后，同時采用國家有色金屬及電子材料分析測試中心研制的有色金屬ICP-MS標(biāo)準(zhǔn)溶液（GNM-M26193—2013）進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.4 分析方法

1.4.1 污染特征分析方法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法能夠全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，能突出污染最嚴(yán)重的污染物所造成的環(huán)境危害（方曉波等，2015；Zhong et al.，2015），計算方法為：

式中，Pi為元素i的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為污染物實(shí)測值；Si為根據(jù)需要選取的評價標(biāo)準(zhǔn)，在本研究采用《國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn)，該級別是中國現(xiàn)行規(guī)定并用于保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)動植物和人體健康的限制值，能比較客觀地說明土壤重金屬污染對動植物和人類健康是否存在威脅；Piava為單項(xiàng)污染指數(shù)平均值；Pimax為最大單項(xiàng)污染指數(shù)。其分級標(biāo)準(zhǔn)（羅成科等，2017）見表1。

表1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)分級Table 1 Grading standard of soil nemerow synthetical contamination index

1.4.2 空間結(jié)構(gòu)特征分析方法

地統(tǒng)計學(xué)是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)的一種研究空間變異分析方法，半變異函數(shù)是地統(tǒng)計分析的基本工具（譚陳恬等，2015），指的是區(qū)域化變量在抽樣間隔下樣本方差的數(shù)學(xué)期望，且只在最大間隔|h|≤L/2（L為采樣點(diǎn)間最大距離）以內(nèi)才有意義（徐建華，2002），其公式為：

式中，γ(h)為半變異函數(shù)；h為樣點(diǎn)間距離；N(h)為相距h的數(shù)據(jù)點(diǎn)對數(shù)；Z(x)為區(qū)域化變量在x處的實(shí)測值；Z(x+h)為區(qū)域化變量在x處的實(shí)測值。

圖2 半變異函數(shù)模型Fig. 2 Model of semivariogram

在進(jìn)行半變異函數(shù)擬合中，有3個重要參數(shù)（見圖2）：塊金值（C0）、基臺值（C0+C，C為偏基臺值）和變程（a）。塊金值（C0）表示由測量誤差和小于最小取樣尺度引起的隨機(jī)變異，能反映區(qū)域化變量內(nèi)部隨機(jī)性的可能程度；拱高（C）表示結(jié)構(gòu)方差，代表了由系統(tǒng)因素引起的變異?；_值（C0+C）表示系統(tǒng)的總變異程度，反映了區(qū)域化變量變化幅度的大小，即區(qū)域化變量在研究范圍內(nèi)變異的強(qiáng)度，當(dāng)樣點(diǎn)對距離等于變程時函數(shù)值趨于穩(wěn)定，即出現(xiàn)基臺值，基臺值越大，總的空間異質(zhì)性程度越高。塊金值與基臺值之比叫做基底效應(yīng)，能反映變量的空間自相關(guān)或變異程度，基底效應(yīng)值小于 25%時表明空間自相關(guān)強(qiáng)烈或空間變異強(qiáng)烈，主要由結(jié)構(gòu)性因素，即地形、母質(zhì)、土壤性質(zhì)等自然因素引起，基底效應(yīng)值在25%～75%之間時表明變量具有中等程度的空間自相關(guān)或變異，受結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性的共同影響，當(dāng)基底效應(yīng)值大于 75%時變量的空間自相關(guān)性很弱，主要由隨機(jī)性因素，即人為活動等因素影響。變程反映了區(qū)域化變量影響范圍的大小，是區(qū)域化變量空間變異或空間自相關(guān)尺度，當(dāng)變程大于抽樣間距時，表明取樣尺度可滿足研究需求（史文嬌等，2007；劉曉林等，2012）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 20.0進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析，GS+7.0進(jìn)行半變異函數(shù)擬合；采用ArcGIS 10.3軟件中的地統(tǒng)計模塊進(jìn)行重金屬含量的普通克里金插值，并制作重金屬含量空間分布圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬含量特征

由表2可知，研究區(qū)綠地土壤中Pb、Cd、Ni、Hg、As質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為29.89、0.33、23.89、1.42和7.54 mg·kg-1。根據(jù)變異程度劃分標(biāo)準(zhǔn)（盛蒂等，2015），Pb、Cd和Hg為強(qiáng)變異（CV>0.30），變異系數(shù)分別為0.59、0.33和2.32，Cd接近于中等變異，As和Ni為中等變異（0.10

由表3可知，在附屬綠地土壤中，重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小順序?yàn)?Pb>Ni>As>Hg>Cd，Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)到了24.13 mg·kg-1。在道旁綠地土壤中，Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)到了 23.06 mg·kg-1，其次是Pb，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.24 mg·kg-1，Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為0.31 mg·kg-1。在居住綠地土壤中，同樣是Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為23.47 mg·kg-1，Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為 0.28 mg·kg-1。公園綠地各類重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小關(guān)系與附屬綠地相同，即Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)到了38.42 mg·kg-1，Ni、As和Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次減少，Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為0.25 mg·kg-1。

2.2 土壤重金屬污染特征

通過單項(xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法計算了研究區(qū)內(nèi) 151個采樣點(diǎn)的污染指數(shù)及各污染級別樣點(diǎn)數(shù)百分比（表4，表5），據(jù)表可知，Hg單項(xiàng)污染指數(shù)在0.7（無污染）及以下的樣點(diǎn)占比為66.4%，平均污染指數(shù)為1.51，污染級別屬于3級，是5種重金屬中最高的，屬于輕度污染。Pb、Cd、As和Ni的單項(xiàng)污染指數(shù)分別為0.08、0.55、0.30、和 40，污染級別屬于 1級，單項(xiàng)污染指數(shù)0.7以下的樣點(diǎn)占比分別為100%、78.1%、100.0%和100.0%，表明北京市區(qū)綠地土壤總體上不存在重金屬Pb、Cd、As和Ni污染，但是Cd有19.2%的樣點(diǎn)的單項(xiàng)污染指數(shù)處于“警戒級”，需加以注意。內(nèi)梅羅指數(shù)結(jié)果顯示，5種重金屬的內(nèi)梅羅污染指數(shù)平均值為 1.19，指數(shù)級別為 3級，屬于輕度污染，其中無污染樣點(diǎn)和受污染樣點(diǎn)比例分別為74.8%和25.2%，雖然無污染樣點(diǎn)比例遠(yuǎn)大于受污染樣點(diǎn)，但是受污染樣點(diǎn)的污染指數(shù)都比較高，最高達(dá)到 5.65，導(dǎo)致內(nèi)梅羅污染指數(shù)在總體上相對偏高。劉艷（2009）曾分別以北京市土壤背景值、全國土壤背景值、國家土壤環(huán)境質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)和二級標(biāo)準(zhǔn)為評價標(biāo)準(zhǔn)對北京市崇文門城區(qū)土壤重金屬污染特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明，北京崇文門地區(qū)重金屬污染程度以輕度污染為主，這與本研究結(jié)果一致。

表2 土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)描述性統(tǒng)計Table 2 Descriptive statistics of heavy metal content in soil

表3 不同綠地土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 3 Content of soil heavy metal in different green areas

表4 重金屬污染內(nèi)梅羅指數(shù)和污染程度Table 4 Nemerow index and pollution degree levels of heavy metals

表5 不同污染級別樣點(diǎn)數(shù)占總數(shù)百分比Table 5 Percentages of sites at different pollution levels

由表6可知，公園綠地存在輕度的Hg污染，其單項(xiàng)污染指數(shù)為1.37，Cd單項(xiàng)污染指數(shù)為0.71，土壤Cd暫時處于“尚清潔”狀態(tài)，屬于警戒級別，須加以重視。其余3種綠地土壤中的重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)均在0.7以下，說明5種重金屬尚未對土壤造成污染。另外，4種類型的綠地土壤重金屬內(nèi)梅羅污染指數(shù)大小關(guān)系為公園綠地>居住綠地>道旁綠地>附屬綠地，公園綠地重金屬污染最嚴(yán)重，內(nèi)梅羅污染指數(shù)為1.81，指數(shù)級別為3級，屬于輕度污染，其余3種綠地內(nèi)梅羅指數(shù)均在0.7以下，不存在土壤重金屬污染。

表6 不同綠地土壤重金屬污染指數(shù)Table 6 Index of soil heavy metal pollution in different green areas

本研究所分析的151個土壤樣品采樣點(diǎn)均在城區(qū)內(nèi)，所用分析儀器與實(shí)驗(yàn)方法均是標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的，說明所得數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的，數(shù)據(jù)顯示，被測重金屬含量與維護(hù)動植物和人類健康的國家二級標(biāo)準(zhǔn)還具有較大差距，所以以國家二級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價，研究區(qū)所有綠地土壤質(zhì)量表現(xiàn)為整體良好，所得結(jié)果全部為無污染，這種情況更符合北京市綠地土壤重金屬污染的實(shí)際情況。

2.3 重金屬元素空間結(jié)構(gòu)特征

2.3.1 空間結(jié)構(gòu)的一般性特征

為進(jìn)一步進(jìn)行重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布的變異特征分析，根據(jù)優(yōu)先考慮殘差最小和決定系數(shù)最大原則，計算了北京城區(qū)綠地土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的半變異函數(shù)值以及相關(guān)參數(shù)（見表7）。結(jié)果顯示，5種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)在空間結(jié)構(gòu)上，均能通過球狀模型、指數(shù)模型和高斯模型等模型進(jìn)行半變異函數(shù)擬合（Hg需進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換），說明各個重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在相對較強(qiáng)的空間連續(xù)性和一致性，且數(shù)據(jù)代表性、均勻性較強(qiáng)（徐建華，2012）。其中，Pb和 Cd擬合于球狀模型，決定系數(shù)分別為0.355和0.689，Hg擬合于高斯模型，決定系數(shù)為0.938，Ni和As擬合于指數(shù)模型，決定系數(shù)分別為0.926和0.653。基底效應(yīng)值在41.31%～49.96%之間，根據(jù)區(qū)域化變量空間相關(guān)性程度分級標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)內(nèi)重金屬含量存在中等強(qiáng)度的空間自相關(guān)或空間變異。研究區(qū)綠地土壤Pb、Cd、Hg、Ni和As元素受隨機(jī)因素（人為干擾等因素）影響的空間異質(zhì)性分別占總空間異質(zhì)性的 65.03%、43.12%、41.31%、44.35%和 49.96%，屬于中等強(qiáng)度的空間變異，表明北京城區(qū)綠地土壤重金屬Pb、Cd、Hg、Ni、As含量受到土壤內(nèi)在屬性（土壤類型、母質(zhì)、地形、理化性質(zhì)等）和人為活動（工業(yè)、交通、施肥、灌溉、地產(chǎn)行業(yè)、綠地建造方式及其建成時間等）的共同影響。這與史文嬌等（2007）、鄭袁明等（2003）、臧亮等（2017）的研究結(jié)果一致。5種重金屬的自相關(guān)范圍在1227～6540 m之間，Hg空間自相關(guān)范圍最大，為6540 m，Pb空間自相關(guān)范圍最小，為1280 m，遠(yuǎn)大于最小取樣距離（500 m），說明此次取樣尺度能滿足研究需求。另外，影響5種重金屬的因素在不同尺度上起作用，原因在于城市生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜，受到人類活動的強(qiáng)烈影響，特別是不同功能區(qū)的存在，其對土壤重金屬的輸入方式和輸入量存在較大差別（王幼奇等，2014）。

表7 土壤重金屬半方差函數(shù)理論模型及參數(shù)Table 7 Semivariogram theoretical models and parameters of soil heavy metal

2.3.2 空間結(jié)構(gòu)的方向性特征

為分析研究區(qū)土壤重金屬在不同方向上的空間結(jié)構(gòu)特征，以正北方向?yàn)?°，分別計算了4種重金屬在 0°（S-N）、45°（NE-SW）、90°（E-W）以及135°（NW-SE）等4個主要方向上的半變異函數(shù)值及其各向異性比值 K，容限角度設(shè)置為22.5°（見圖3）。據(jù)圖可知，Pb的空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為各向異性，半變異函數(shù)在90°方向上的波動較大（圖3，a-1），并存在漂移現(xiàn)象，其余3個方向上函數(shù)波動相對較小，存在一定的重合現(xiàn)象，其中0～90°和 45～90°空間結(jié)構(gòu)各向異性范圍大約為 3.8 km，在該距離范圍內(nèi)，相同距離的函數(shù)比值（K）在1.5～5.0之間，在該距離范圍之外，半變異函數(shù)開始趨于穩(wěn)定，各項(xiàng)異性比（K）在1.0附近波動。Cd的空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為各向異性，半變異函數(shù)在4個方向上的波動較大（圖 3，a-1），函數(shù)曲線基本不存在重合現(xiàn)象，并存在漂移現(xiàn)象，其中0～135°和45～90°空間結(jié)構(gòu)各向異性范圍大約為1.3 km，在該距離范圍內(nèi)，相同距離的函數(shù)比值（K）在1.5～2.0 之間，45～135°和 90～135°的空間結(jié)構(gòu)各向異性尺度大約為3 km，在該距離范圍內(nèi)，相同距離的各向異性比（K）在1.5～4.5之間（圖3，b-2）。Hg和 Ni的空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為各向同性，函數(shù)變化趨勢比較接近，在相同范圍內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)各向異性比（K）均在1.0附近波動（圖3，c-2，d-2）。As的空間結(jié)構(gòu)同樣表現(xiàn)為各向異性，0～45°、0～90°和0～135°的各向異性范圍分別為1.8、3.5和1.3 km（圖3，e-1），在該范圍之內(nèi)，相同距離的各向異性比（K）均遠(yuǎn)大于 1.0。綜上可知，4種重金屬在空間結(jié)構(gòu)上具有一定的方向性特征，且這種方向性存在于不同的尺度范圍之內(nèi)。北京城區(qū)屬于平原地形，土壤重金屬的空間特性主要是由土壤重金屬含量分布不均引起的，這與城市綠地土壤來源及其重金屬污染源的多樣性有關(guān)（李艷霞等，2007）。

2.3.3 空間分布特征

為直觀反映北京市城區(qū)綠地土壤重金屬空間分布特征，在分析重金屬空間結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，將半變異擬合參數(shù)代入ArcGIS 10.3進(jìn)行普通克里金插值，繪制了北京城區(qū)綠地土壤的 4種重金屬空間分布圖（圖4）。據(jù)圖可知，Pb和Hg分布相似，高值區(qū)主要集中分布在中部，總體上呈現(xiàn)出從中部逐漸向外圍遞減的趨勢，且Pb由內(nèi)而外的遞減梯度相對于Hg要更均勻一些。As和Ni分布特征相似，高值區(qū)只要分布在北部地區(qū)，行成一條西北-東南的分界線。Cd高值區(qū)分布比較零散，呈不規(guī)則島狀分布?？傮w上，研究中的 5種重金屬在中部和北部的高值區(qū)相較于南部偏多一些，結(jié)合實(shí)地踏查和《北京統(tǒng)計年鑒2016》分析發(fā)現(xiàn)，這可能是因?yàn)樵谥胁?、北部、東北部和西北部在行政區(qū)域劃分上涵蓋了東、西城區(qū)以及朝陽區(qū)和海淀區(qū)等主要行政區(qū)。這些地區(qū)內(nèi)，人口數(shù)量、地鐵站、火車站（北京站、北京北站）、大型商業(yè)區(qū)、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)園以及高等院校（學(xué)院路和中關(guān)村大街一帶）比較集中，且多于南部地區(qū)，能源消耗和排污排廢量也比較大，所以重金屬含量相對較高。

3 結(jié)論

（1）北京城區(qū)綠地土壤中重金屬Pb、Cd、Ni、Hg、As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 29.89、0.33、23.89、1.42和 7.54 mg·kg-1，存在累積現(xiàn)象。總體上，研究區(qū)內(nèi)5種重金屬的綜合污染程度為輕度污染，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為 1.19。其中，Hg屬輕度污染，單項(xiàng)污染指數(shù)為1.54，其余3種重金屬未對綠地土壤造成污染。另外，除公園綠地存在輕度的Hg污染，且綜合污染程度為輕度外，其余3種綠地土壤總體上不存在重金屬污染。

（2）在空間結(jié)構(gòu)上，Pb和Cd擬合于球狀模型，Hg擬合于高斯模型，Ni和As擬合于指數(shù)模型，基底效應(yīng)值分別為 65.03%、43.12%、41.31%、44.35%和 49.96%，屬于中等強(qiáng)度的空間自相關(guān)，并具有一定的方向性，Pb、Cd和As表現(xiàn)為各向異性，Hg和Ni表現(xiàn)為各向同性，其空間結(jié)構(gòu)受到結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素的共同影響。

（3）在空間分布上，As和Ni高值區(qū)只要分布在北部地區(qū)，且分布相對較均勻，總體上中北部地區(qū)重金屬含量普遍高于南部地區(qū)。Pb和Hg高值區(qū)分布主要集中在中部，呈現(xiàn)出從中部向外圍遞減的趨勢。Cd高值區(qū)分布比較零散，呈不規(guī)則斑塊狀分布。

圖3 土壤重金屬各向異性半變異函數(shù)及其異性比Fig. 3 Anisotropic and ratio of the semivariograms of soil heavy metal in different direction

圖4 土壤重金屬空間分布Fig. 4 Spatial distribution of soil heavy metal

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