无锡市景观格局对土壤重金属污染影响的定量研究

Heavy metal pollution in soil is a critical problem in rapid urbanizing regions of China, which are closely related with the land use change caused by human activities. Wuxi is a representative city in the Yangtze River Delta, which has experienced rapid urbanization and industrialization, with the urbanization level exceeded 70% in 2011. Heavy metals are now the major pollutants which threaten soil security and human health in Wuxi. Based on the idea of the interactions between landscape pattern and ecological process, we will integrate RS, GIS and landscape ecology to investigate the gradient of land use pattern and its evolution in Wuxi. The gradient of heavy metal pollution in soil will also be uncovered through soil sampling in representative transects. Using Canonical Correspondence Analysis (CCA) and Path Analysis, we will analyze the correlations between land use pattern and heavy metal contents quantitatively, in order to find the key landscape metrics affecting heavy metal pollution in urban soil and its mechanisms. The results will improve our understanding on the non-point heavy metal pollution in urban soil; enhance our capacity in controlling urban environment pollution, and through lights on the sustainable development of urban ecosystems in Wuxi.

土壤重金属污染是我国快速城市化地区普遍面临的重要环境问题，与人类活动引起的土地利用变化密切相关。江苏省无锡市是长江三角洲快速城市化与工业化的典型城市，2011年城市化水平超过70％，土壤重金属污染已经成为该市土壤安全乃至居民健康的主要威胁之一。基于景观格局与生态过程相互作用的思路，项目拟综合运用遥感与地理信息系统及景观生态学方法，探讨无锡市土地利用格局的梯度规律及其演变过程；通过典型样带的土壤样品分析，揭示无锡市土壤重金属污染的梯度规律；并运用典范对应分析和通径分析方法定量研究两者之间的相关程度，揭示影响城市土壤重金属污染的关键景观格局指标及其贡献程度，阐释土地利用格局对城市土壤重金属污染的影响机制。研究成果将有助于深化对城市土壤重金属面源污染的认识，为防治城市环境污染，促进无锡城市生态系统的可持续发展提供科学依据。

土壤重金属污染是我国快速城市化地区普遍面临的重要环境问题，与人类活动引起的土地利用变化密切相关。江苏省无锡市是长江三角洲快速城市化与工业化的典型城市，2011年城市化水平超过70％，土壤重金属污染已经成为该市土壤安全乃至居民健康的主要威胁之一。基于景观格局与生态过程相互作用的思路，项目在分析无锡市土地利用格局和重金属污染特征的基础上，运用冗余分析、逐步回归分析和通径分析等方法定量分析两者之间的相关程度，揭示影响城市土壤重金属污染的关键景观格局指标及其贡献程度。.研究结果表明，1985年来无锡市土地利用格局演变的最显著特征是建设用地迅猛扩张和耕地锐减，从不同方向的比较来看，正西和东北方向的建设用地比例增加最为显著。从2009年生态地球化学调查的结果来看，无锡市区耕地土壤中As、Cu、Hg、Pb和Zn等重金属元素含量均超出当地的土壤背景值，其中Hg元素平均值已经超过国家土壤环境健康二级标准阈值，成为无锡市最主要的土壤致污因子。不同重金属元素污染的空间分布也存在明显差异，其中Hg、Pb元素污染集中分布于市区东南角的鹅湖镇和鸿山镇；Cu元素污染主要分布在市区东南角的鹅湖镇和鸿山镇以及西部的洛社镇和钱桥镇；Zn、Cd元素污染呈面状分布，没有明显的集中区域。而从2014年东西向的土壤样带来看，土壤重金属含量并没有明显的梯度特征。土壤重金属含量与周边景观格局的关系非常复杂，受到元素、景观指数、尺度等多重因素的综合影响。不同景观指数在不同尺度上的对于重金属元素富集的影响程度差异巨大。基于2014年采样数据进行冗余分析以及通径分析的结果表明，平均斑块分维度、景观连接度等指标对于重金属元素的富集影响较大，但如果考虑到景观指数的实际可变化范围，土地利用强度的影响最大。定量而言，样点周围1500m范围内的平均斑块分维度指数每增加1个单位值，内梅罗指数增加0.262；样点周围300米范围内的土地利用强度每增加1个单位值，内梅罗指数增加0.078。.上述结果表明，人类活动是造成无锡市土壤重金属污染增加的最主要来源，控制土地利用强度，减少新增建设用地规模是遏制重金属污染进一步增加的最重要手段。.项目研究成果在景观格局与过程关系的定量探讨方面具有一定价值，可以为未来进一步开展类似研究提供借鉴。