土壤环境对城市化发展梯度的响应及其定量模拟-以浦东新区为例

采用样带多尺度景观格局定量化评价和土壤样线分析耦合的方法，研究土壤环境对城市化梯度的响应及其定量模拟。沿着样带采用梯度分析法计算多尺度的景观格局指数及城市化指数，分析上海浦东新区快速城市化过程中的景观格局梯度特征及其尺度依赖性。同时，通过文献综述，选取对城市化发展响应敏感的土壤因子变量，沿着南北向的、自海向陆的样线，采集土壤样品，分析土壤因子变量的梯度变化特征，研究其沿着城市化梯度的演变机制。通过景观格局和土壤环境因子的耦合分析，建立城市化发展梯度的土壤景观模型，揭示快速城市化区域景观格局演变过程中的土壤环境演替规律，为城市化空间过程的发生机制及其尺度效应研究提供思路。同时为城市化过程的合理调控及生态健康的维护提供理论基础。

项目对浦东新区城乡梯度上的土壤重金属、N、P、微生物及多氯联苯浓度变化情况进行了土壤原位控制实验，并采用景观尺度的变量对土壤性状沿城乡梯度的变化进行了分析。结果表明：反映人口导入情况的人口增加指数，以及道路密度和建设用地比例等物理变量显著影响城乡梯度上重金属的浓度分布。人口导入指数显著影响Cd和Cu的空间分布，而道路密度和建设用地比例对重金属的浓度影响具有尺度效应，3km范围的道路密度显著影响土壤Pb的分布，而2-3km范围内的建设用地面积比例显著影响Cd、Cu和Zn的空间分布。采用人口导入指数、2km范围内的建设用地面积比例，以及3km范围内的道路密度的中值进行空间运算，可以得到浦东新区城乡梯度上重金属环境风险管理的优先区域。基于源汇格局理论，采用滑动窗口分析法分析了上海市浦东新区城乡梯度上林地和建设用地土壤重金属包括Pb、Cu和Cd的浓度及其变幅差异，采用层次聚类分析法研究了重金属沿城乡梯度浓度变化的距离阈值，在滑动窗口重金属浓度和相关变量线性回归分析的基础上，采用相关分析方法辨别影响重金属空间分布的主要因素，并根据主要的影响因素，采取图层运算的方法得到了城市区域重金属环境风险控制的优先区域。结果表明：林地土壤的重金属浓度、变幅均高于建设用地，Cu和Cd在距市中心27km左右的位置浓度显著降低，而Pb在距市中心30km左右的地方出现浓度的极大值。线性回归分析和相关分析表明，道路密度、建设用地比例和反映工业开发进程的人口导入指数显著影响重金属的空间分布。对图层运算后鉴别出的潜在优先管理区域，提出了林地多元化目标经营的理念。. 提出了两种解释上海市城乡梯度上重金属空格局及其驱动因子的定量方法：缓冲区分析方法和滑动窗口分析方法。缓冲区分析的结果表明，人口变化指数及2-3km范围内的建设用地比例能显著影响Cd和Cu的空间分布（p<0.05），而3km范围内的道路密度显著影响Pb的浓度。滑动窗口分析的结果表明，Cd和Cu主要受工业活动的影响，而Pb受交通流量，以及反映城市景观扩张过程的景观形状指数的影响。相关分析表明，两种方式揭示了较为相似的重金属空间累积影响因素，即工业活动相关的城市化过程。研究对理解城市化的发生机制及其重金属环境风险的管理有重要意义。. 土壤N、P、微生物的实验已经完成，而多氯联苯的实验正在进行中，相关结果正在整理中。