城市交通绿地土壤磁性的空间变异特征及其环境意义

关键词：环境磁学；地统计学；分形维数；空间变异；城市交通绿地
DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2019.09.022
中图分类号：X144
文献标志码：A
文章编号：1674-5906（2019）09-1893-07
引用格式：孙于然, 柳云龙, 陈诚, 冯瑶, 2019. 城市交通绿地土壤磁性的空间变异特征及其环境意义[J]. 生态环境学报, 28(9): 1893-1899. SUN Yuran, LIU Yunlong, CHEN Cheng, FENG Yao, 2019. Spatial variability of soil magnetic properties in urban traffic greenbelt and its environmental implications [J]. Ecology and Environmental Sciences, 28(9): 1893-1899.
属于中等变异程度。半方差函数分析结果表明，土壤 χlf、SIRM 和 χARM/SIRM 的最优拟合模型是高斯模型，χARM、HIRM 和 S−300 mT 是球状模型，6 种磁学参数的块金系数大小依次为 S−300 mT>χlf>SIRM>χARM>χARM/SIRM>HIRM，均小于 0.25，磁学参 数具有强烈的空间自相关性。分形学分析结果表明，土壤 S−300 mT、HIRM、χARM、χlf 和 SIRM 的局部空间结构受到随机性因 素影响。交通绿地土壤磁性矿物以亚铁磁性假单畴和多畴磁铁矿为主，同时含有少量的超顺磁性颗粒，且低矫顽力磁铁矿是
研究区内低频磁化率（χlf）、非磁滞剩磁磁化率（χARM）、饱和等温剩磁（SIRM）、硬剩磁（HIRM）的均值分别为 62.75×10−8 m3·kg−1、191.91×10−8 m3·kg−1、9 249.86×10−6 Am2·kg−1、375.00×10−6 Am2·kg−1，变异系数分别为 0.44、0.32、0.49、0.53，均
的磁性，通过分析反映磁性矿物含量、种类和配比 情况的磁学参数，研究得出不同污染载体的磁性特 征及环境意义（卢升高等，2008；Zawadzki et al.， 2016；Rachwał et al.，2015）。
源于工业生产和交通源的磁性颗粒，呈球形结 构，有别于自然成土过程形成的针状等不规则形状 的磁性颗粒，这与化石燃料的高温燃烧有关（邓海 英等，2017；Zawadzki et al.，2015）。交通运输等 人类活动排放的磁性颗粒物与污染物相伴，通过大 气降尘和地表径流等途径进入土壤，导致土壤污染 和土壤磁性显著增高。交通道路两侧土壤多项磁学 参数及其关系的研究结果显示，土壤磁性增强是由 各种环境污染物中的磁性物质进入导致的，可根据 高磁化率值判断土壤污染情况（Qian et al.，2011； Attoucheik et al.，2017；王冠等，2018）。不同磁学 参数及其比值指示了不同的环境意义，研究其空间 分布可获得土壤污染的空间格局和来源（陈学刚
土壤磁性增强的贡献者。交通绿地土壤 χlf、χARM、SIRM 和 χARM/SIRM 呈条带状与岛状分布，HIRM 和 S−300 mT 呈多岛状分 布。条带状分布与汽车尾气中不同粒径磁性晶粒的结构型沉降有关，而岛状、多岛状则反映交通绿地土壤磁性参数空间变异
影响因素的复杂性，交通源、工业源、道路基建等因素均影响土壤磁学参数的空间分布特征。
1894
等，2014；Kamacı et al.，2017；Fabijańczyk et al.， 2016；Rachwał et al.，2015）。利用道路两侧土壤磁 性特征及其空间分布的变化来分析城市交通污染 状况和范围已成为一种有效方法（Hoffmann et al.， 1999；沈明洁等，2007）。
城市土壤重金属及其它污染物已成为环境科 学等领域国内外研究的热点（Gulan et al.，2017； 李小平等，2015）。城市交通运输在人民生活生产 中发挥着日趋重要的作用，交通需求的上升带来了 机动车车流量的快速增加，交通道路作为非点源污 染源对其两侧土壤和居民的污染也日趋明显。道路 污染源包括汽车尾气、轮胎摩擦碎片、路面沥青、 地表径流等，城市交通绿地土壤污染的分布主要是 以交通道路为中心向其两侧呈带状延伸，公路周边 土壤中的 Cu、Zn、Pb 等重金属污染物被视为典型 的交通源污染物，这些重金属在公路两侧土壤中累 积和迁移，通过食物链和扬尘等影响人体健康 （Harrison et al.，2003；Chen et al.，1997；Liu et al.， 2016）。传统土壤污染的分析方法具有测量周期长、 费用高、破坏样品等缺点。而环境磁学方法具有简 单快捷、费用低和非破坏性等优点（王新等，2017)。 它主要研究大气、土壤、沉积物等物质中磁性矿物
基金项目：上海市教育委员会科研创新项目（09YZ175）；上海市教委重点学科建设项目（J50402）；闵行区自然科学研究项目（2014MHZ002） 作者简介：孙于然（1994 年生），女，硕士，研究方向为城市生态与环境。E-mail: sunyuran47@163.com
*通信作者，E-mail: liu_zju@126.com 收稿日期：2019-05-21
1. 上海师范大学地理系，上海 200234；2. 上海师范大学城市生态与环境研究中心，上海 200234
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摘要：为揭示交通源等人类活动对土壤磁学性质和土壤环境质量的影响，选择城市交通绿地为研究区域，采集 30 个表土样
品，采用地统计学和分形理论分析交通绿地城市土壤的磁性特征和磁性的空间变异特征，并探讨了其影响因素。结果表明，
生态环境学报 2019, 28(9): 1893-1899 Ecology and Environmental Sciences
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城市交通绿地土壤磁性的空间变异特征及其环境意义
孙于然 1，柳云龙 1, 2*，陈诚 1，冯瑶 1