Spatial Distribution Characteristics and the Impact Factors of Heavy Metals in Peri-urban Soils Under the Background of Fast Urbanization

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0995

Abstract

Abstract:

To reveal the effects of rapid urbanization on soil quality in peri-urban areas in Fuzhou, spatial distribution of five heavy metals (Cr, Mn, Cu, Pb and Zn) in these areas were analyzed from 134 soil samples by geostatistic method. The potential ecological risk index was used to evaluate the pollution degree of soil heavy metal, and the impact factors were analyzed by the random forest model. The results showed that great variations were found among the five heavy metals on spatial distribution pattern. The maximum value of each heavy metal was not accordant in space. The average value of the potential ecological hazard index of the five heavy metals was in the order of Pb > Cu > Cr > Mn > Zn. Pb and Cu had the highest value of potential ecological risk index, which reached the degree of strong ecological risk. The relative importance of the impact factors of the five heavy metals in soil was screened by random forest model, and the impact factors were various for the five heavy metals. The results could provide a scientific basis for soil conservation and utilization in urban expansion process.

Key words: soil heavy metal, geostatistics, spatial distribution characteristics, pollution evaluation, peri-urban areas

CLC Number:

S159

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Figures/Tables 7

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元素	Cr	Mn	Cu	Pb	Zn
最小值	22.2	36	12	28.3	23.5
最大值	497	1623	147	246	393
均值	67.1	555.5	49.1	80	124.3
标准差	40.2	285.3	25.6	31.9	51.1
变异系数	59.9%	51.4%	52.2%	39.9%	41.1%

元素	Cr	Mn	Cu	Pb	Zn
最小值	22.2	36	12	28.3	23.5
最大值	497	1623	147	246	393
均值	67.1	555.5	49.1	80	124.3
标准差	40.2	285.3	25.6	31.9	51.1
变异系数	59.9%	51.4%	52.2%	39.9%	41.1%

元素	Cr	Mn	Cu	Pb	Zn
菜地	65.1	545.7	51.2	77.2	135.3
草地	62.7	660.3	49.0	86.8	112.0
旱地	65.5	685.0	59.2	92.9	163.5
荒草地	64.0	615.0	34.4	74.4	137.3
林地	76.6	445.9	54.4	82.2	97.8
疏林地	70.0	505.0	73.5	95.3	144.0
水田	63.5	684.5	43.2	78.0	137.9
园地	61.8	565.9	43.6	75.0	137.6

元素	Cr	Mn	Cu	Pb	Zn
菜地	65.1	545.7	51.2	77.2	135.3
草地	62.7	660.3	49.0	86.8	112.0
旱地	65.5	685.0	59.2	92.9	163.5
荒草地	64.0	615.0	34.4	74.4	137.3
林地	76.6	445.9	54.4	82.2	97.8
疏林地	70.0	505.0	73.5	95.3	144.0
水田	63.5	684.5	43.2	78.0	137.9
园地	61.8	565.9	43.6	75.0	137.6

元素	块金值(Co)	基台值(C₀+C)	块金效应[Co/(Co+C)]	变程	决定系数(R²)	残差平方和(RSS)	最合适模型
Cr	0.1	221.7	0.05%	1.1E-02	0.853	7.2E+03	指数模型
Mn	40000.0	80140.0	49.9%	2.2E-02	0.808	3.3E+08	指数模型
Cu	1.0E-04	5.8E-02	0.17%	8.1E-03	0.819	5.3E-04	指数模型
Pb	9.3E-03	2.7E-02	35.0%	9.1E-02	0.870	9.6E-06	指数模型
Zn	1065.0	2217.0	48.0%	2.8E-02	0.772	3.1E+05	球面模型