南京市溧水区土壤重金属污染不同插值方法的对比研究.docx

南京市溧水区土壤重金属污染不同插值方法的对比研究付传城 1，王文勇 1，潘剑君 1* ，张文敏 1，张威 1，廖启林 2（1. 南京农业大学 资源与环境科学学院，南京 210095；2. 江苏省地质调查研究院，南京 210018）摘 要：为探讨不同插值方法对南京市溧水区土壤重金属污染模拟结果的影响，本研究分析了该区 245 个表层土壤样点的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb 和 Zn 8 种重金属的空间相关性，分别比较了反距离权重法（IDW）、局部多项式法（LPI）、径向基函 数法（RBF）和普通克里格法（OK）的插值精度、插值结果、空间分布，以及不同插值方法对污染评价的影响。研究得出：空间 插值后数据的范围、均值和变异系数一般低于采样数据，且空间插值会增大安全区而减小污染区，平滑效应是主要原因。LPI的平滑效应中最严重，OK 次之，IDW 和 RBF 不明显。溧水区 As、Cd 和 Zn 的最优插值方法为 OK，Cr、Cu 和 Hg 的最优插值方法为 RBF，Ni 和 Pb 的最优插值方法为 IDW。在实际操作中，应该根据插值精度、插值结果的数据统计和空间表达去具体 选择合理的插值方法。关 键 词：溧水区；土壤重金属；空间插值；精度评价；平滑效应中图分类号：X144文献标识码：A文章编号：0564-3945(2014)06-1325-09付传城，王文勇，潘剑君，张文敏，张 威，廖启林. 南京市溧水区土壤重金属污染不同插值方法的对比研究[J]. 土壤通报, 2014, 45(6):1325-1333FU Chuan-cheng, WANG Wen-yong, PAN Jian-jun, ZHANG Wen-min, ZHANG Wei, LIAO Qi-lin.A Comparative Study onDifferent Soil Heavy Metal Interpolation Methods in Lishui District, Nanjing[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2014, 45 (6):1325-1333伴随着农村城镇化进程的不断加快，工业“三废”和城市生活垃圾越来越多，人类生存环境中的土壤、水 体以及空气的重金属污染日趋严重[1,2]。土壤作为人类 赖以生存和发展的物质基础，是十分宝贵的自然资源， 土壤的重金属污染将对人类的健康造成巨大威胁。土 壤重金属污染具有隐蔽性、长期性与不可逆等特点，人 类活动或者自然变化而引起的土壤重金属时空变化均 能导致土壤重金属时空性数据的复杂化[3,4]。因此，如何 全面准确地了解区域土壤重金属的含量，评价土壤重金 属的污染状况，是防治土壤重金属污染的基础和前提。目前，区域土壤重金属的污染状况一般通过布点 采样、化验分析、空间插值和污染评价四个步骤来进行 调查与研究[5 ~ 7]。空间插值是用于将离散点的测量数据 转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布 模式进行比较[8]。土壤重金属的空间插值能够为土壤 的可持续利用及环境保护的宏观决策提供技术支持， 但在一定程度上依赖于空间插值的精度。因此，土壤重金属的空间插值方法、插值精度及其验证是土壤重金属污染调查中必须考虑的因素[9]。在土壤重金属污染 评 价 中应用较多的空间插值方法有反距离权重法 （Inverse Distance Weighted，IDW）、 克 里 格 插 值 法（Kriging）、径向基函数法（Radial Basic Functions，RBF）、 多维分形插值法（Multifractal Interpolation，MFI）和多元 回归法（Polynomial Regression，PR）等，前人对这些插值 方法的精度和效果也相应开展了大量研究[7,10 ~ 13]。这些 研 究多以均方根误差 （Root Mean Squared Error， RMSE）、平均误差 （Mean Error，ME）、平均绝对误差（Mean Absolute Error，MAE）和均方根标准化预测误差（Root Mean Squared Standardized Error，RMSSE） 等 为 插值精度的评价指标，以比较不同插值方法的插值效 果为目的，尚缺乏对插值过程中出现的平滑效应的探 讨，不能判断插值方法是否真正合理可靠，且不同插值 方法对土壤重金属污染评价带来的影响也鲜有研究， 因此难以准确合理的了解区域土壤重金属的污染状收稿日期：2013-12-5；修订日期：2014-07-01基金项目：国家科技支撑计划(2012BAJ22B02 - 03)和江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAP