农田土壤重金属污染已成为农业环境研究的重点之一。受污染区域农田土壤重金属空间分析与模拟、污染来源解析及污染程度评价,对防止土壤重金属污染加深,杜绝生态危害,保障人体健康,保护稀缺土地资源等均具有重要的现实意义。本文以沘江沿岸面积为96000 m2的整块农田作为研究对象,采集45个表层土壤样本,利用ICP-MS测定土壤中Cd、Zn、Pb、As、Cu、Cr、Ni共7种重金属含量,元素分析仪测定土壤中C、N等元素含量,同时测定土壤其他表征数据。首先,对7种农田土壤重金属的含量进行统计分析、半变异函数结构分析、方向效应分析和趋势效应分析。在此基础上,应用确定性空间插值法和Kriging插值法对研究区域7种重金属含量进行空间内插。通过对不同插值方法精度的比较,筛选出最优插值模型。并利用最优插值模型对土壤中7种重金属含量进行空间模拟,生成空间分布图,研究土壤重金属空间分布规律。其次,结合多元统计学与空间分析技术,解析7种重金属主要污染来源。最后,分别使用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法对研究区域农田土壤重金属污染程度进行评价,并利用两种评价方法的风险因子进行空间插值,分析风险因子的空间分布特征。主要研究内容和结论包括:(1)统计分析:对研究区域农田土壤7种重金属含量统计分析表明,Cd、Zn、Pb的平均含量均超出当地背景值,说明研究区域农田土壤出现了 Cd、Zn、Pb的污染富积。除Cd、Zn平均含量超过了国家环境质量标准值以外,其余5种重金属平均含量均未超标,其中Cd超标除了受可能的人为污染影响以外,还与其较高背景值(1.70mg/kg)有关。与食用农产品产地环境质量评价标准相比,Cd、Zn、Pb、As的超标率依次为100%、95.6%、100.0%、4.5%,其余3种重金属均未超标。7种重金属含量的总体平均变异程度属于中等变异,其变异系数从大到小排列顺序为Zn>Cd>Pb>As>Cr>Cu>Ni。正态性检验表明除了 Cr无法通过转化符合正态分布,其余6种重金属数据通过转化后均符合正态分布。(2)方向效应分析:符合正态分布的6种重金属元素均存在各向异性,因此进行地统计学Kriging插值时,需要考虑其方向效应。(3)空间趋势分析:Cd、Zn、Pb、As趋势阶数为3阶、Cr、Cu趋势阶数为1阶,Ni的趋势阶数为2阶。(4)半变异函数结构分析:Cd、Zn、Cu较好的拟合模型为球面模型,Pb、As为指数模型,Ni为高斯模型。Cd、Zn、Pb、As的C0/(C+c0)比值在0.38～0.51范围内,均属于中等程度的空间自相关性。Cu、Ni的C0/(C+C0)分别为0和0.15,属于强烈的空间自相关。(5)空间插值方法比较:利用不同的插值方法对7种重金属含量进行空间内插,通过预测误差比较得出Cd、Ni最佳插值方法分别为3阶普通克里金法和2阶普通克里金法;Pb、Zn、As均为3阶析取克里金法;Cr为1阶全局多项式插值法;Cu为1阶析取克里金法。(6)污染来源解析:相关性分析表明Cd、Zn、Pb、As之间呈极显著正相关(P<0.01),Cu、Cr、Ni 之间呈显著正相关性(P<0.01)。Cd、Zn、Pb、As源于同一来源和Cu、Cr、Ni源于同一来源的概率较高。同时pH与Cd、Zn、Pb、之间具有显著正相关,而与Cu、Cr、Ni相关性极弱。土壤中C、N、O等元素与重金属间没有显著相关性规律,说明土壤理化性质对重金属含量影响较小。回归模型分析得知Cd、Pb、Zn三者之间的含量关系极其密切,三者受其他因素影响较小,而As除了受Cd、Pb、Zn影响之外,还受其他重金属及随机因素影响。Cr、Cu、Ni之间的含量关系极其密切,但Cr除了受Cu、Ni影响之外,还存在其他重金属及其他随机因素影响。主成分分析表明:主成分C1主要由Cd、Zn、Pb决定,可归为“交通因子”,其来运主要受交通运输影响;主成分C2由Cu、Cr、Ni决定,可归为“自然因子”,其来源主要受地球化学作用影响。(7)污染评价:内梅罗综合污染评价法表明研究区域主要处于中度污染(37.78%)和重度污染(62.22%)。重度污染区域主要分布在靠近S227沿线,中度污染区域位于研究区域中部且靠近沘江。潜在生态风险指数法评价表明研究区域处于的风险等级(占比)分别为:较强风险(57.78%)、很强风险(13.33%)和极强风险(2.2%),Cd是研究区域最主要的生态风险因子。从生态风险指数(IRj)空间分布图来看,较强风险区域主要位于S227沿线和靠近居民区小部分区域,其余大部分区域处于中度风险。本文将空间分析技术、地统计学方法、多元统计学相结合,对研究区域农田土壤重金属空间变异及分布、污染来源和生态风险进行研究。旨在揭示研究区域7种重金属元素的空间分布及变异规律、主要污染来源及生态风险。为指导当地土壤重金属污染控制、土地资源选择性充分利用和生态风险评估提供科学依据。