CN111581250B - 矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法，以中国典型的有色金属矿区缓冲区范围内土壤重金属为研究对象，采用空间统计的方法，分析了矿区土壤重金属随地形(海拔和坡度)、风向、河流一系列自然因素的分布特点和迁移规律，然后对采样线的布设，高海拔处重金属的变化规律以及上下风向与上风向重金属浓度的差异进行了讨论，研究结果为周边土壤重金属污染的综合防控与修复提供了科学依据。

Description

矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法

技术领域

本发明涉及土壤重金属检测技术领域，具体涉及一种矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法。

背景技术

土壤重金属具有持久性、不易分解性、易于富集性及强毒性的特点，对自然和人类造成威胁。如今矿区周边的土壤遭受着严重的重金属污染，准确把握矿区周边土壤重金属的分布特点，是防控和治理土壤重金属污染的前提。

目前，国内外对矿区周边土壤重金属分布的研究主要集中在两个方面，一方面是比较矿区周边不同区域土壤重金属含量的统计特征，判断区域内重金属的高低分布。郭伟等(2011)将我国内蒙古包头铁矿的白云鄂博铁矿开采区分为6个区域进行采样和统计比较，得出6个区域土壤重金属含量分布矿区内>排土场>城区外围>铁路东侧>场区外围>铁路西侧的结论。另一方面是采用地统计学方法对重金属样点数据进行空间插值，研究其空间分布。

前人的研究较好地刻画了整个研究区域重金属的分布特点，却很少涉及到重金属随自然因素，如地形、风向和河流的分布规律，导致研究结果不够准确，在为周边土壤重金属污染的综合防控与修复提供科学依据时造成偏差。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法，能够解决现有技术中在分析矿区土壤重金属含量时考虑不全面、分析结果不准确等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法，包括以下步骤：

步骤一，确定研究区域，在所述研究区域中根据主导风向确定上风向采样线和下风向采样线；按照设定距离从所述研究区域的中心向外侧依次设置N个缓冲区；相邻两个所述缓冲区之间为缓冲线；

步骤二，在所述上风向采样线上位于不同缓冲区的位置确定M个上采样点并采集M组上土壤样品；在所述下风向采样线采集上位于不同缓冲区的位置确定M个下采样点并采集M组下土壤样品；

步骤三，对所述上土壤样品和所述下土壤样品进行风干、研磨、过筛和消煮处理，分别测定所述上土壤样品和所述下土壤样品中不同重金属的含量；

步骤四，计算不同缓冲区内下风向相对上风向各重金属含量的变化率，所述变化率为同一缓冲区内同种重金属在下风向和上风向上的含量的差值与上风向含量的比值，根据所述变化率确定风向和缓冲区的地形对土壤重金属含量的影响规律。

进一步的，绘制所述上采样点处的海拔与所述上采样点处重金属含量之间的第一关系曲线，根据所述第一关系曲线确定海拔对土壤中重金属含量的影响情况为：随海拔高度的增加，重金属的含量先减少后增大。

进一步的，绘制所述上采样点处的坡度与所述上采样点处重金属含量之间的第二关系曲线，根据所述第二关系曲线确定坡度对土壤中重金属含量的影响情况为：随坡度的增加，重金属的含量先升高后降低。

进一步的，绘制所述上采样点所在的缓冲区位置与所述上采样点处重金属含量之间的第三关系曲线，根据所述第三关系曲线确定上风向上不同缓冲区对土壤中重金属含量的影响情况为：随缓冲区距离的增加重金属含量逐渐减小。

进一步的，对所述上采样点进行克里金插值得到所述上风向采样线所在区域重金属的空间分布图。

进一步的，绘制所述下采样点所在的缓冲区位置与所述下采样点处重金属含量之间的第四关系曲线，根据所述第四关系曲线确定下风向上不同缓冲区对土壤中重金属含量的影响情况为：随缓冲区距离的增加重金属含量逐渐减小。

进一步的，对所述下采样点进行克里金插值得到所述下风向采样线所在区域重金属的空间分布图。

进一步的，在所述研究区域不同缓冲区中距离河流设定距离的位置确定河流土壤采样点，并获得T组河流土壤样品；绘制所述河流土壤采样点对应的设定距离与所述河流土壤采样点处重金属含量之间的第五关系曲线，根据所述第五关系曲线得到：河流附近重金属的含量高于周边土壤中相应重金属的含量，河流相比土壤对重金属的迁移距离更长。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供了一种矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法，以中国典型的有色金属矿区缓冲区范围内土壤重金属为研究对象，采用空间统计的方法，分析了矿区土壤重金属随地形(海拔和坡度)、风向、河流一系列自然因素的分布特点和迁移规律，然后对采样线的布设，高海拔处重金属的变化规律以及上下风向与上风向重金属浓度的差异进行了讨论，研究结果为周边土壤重金属污染的综合防控与修复提供了科学依据。

附图说明

图1为本发明实施例中研究方法的流程图；

图2为本发明实施例中研究区域示意图；

图3为本发明实施例中采样点布设示意图；

图4为本发明实施例中不同海拔土壤重金属含量分布曲线图；

图5为本发明实施例中不同坡度土壤重金属含量分布曲线图；

图6为本发明实施例中上风向不同距离处土壤重金属分布曲线图；

图7为本发明实施例中上风向重金属As的空间分布示意图；

图8为本发明实施例中上风向重金属Pb的空间分布示意图；

图9为本发明实施例中上风向重金属Cu的空间分布示意图；

图10为本发明实施例中上风向重金属Zn的空间分布示意图；

图11为本发明实施例中下风向不同距离处土壤重金属分布曲线图；

图12为本发明实施例中下风向重金属As的空间分布示意图；

图13为本发明实施例中下风向重金属Pb的空间分布示意图；

图14为本发明实施例中下风向重金属Cu的空间分布示意图；

图15为本发明实施例中下风向重金属Zn的空间分布示意图；

图16为本发明实施例中1km缓冲线上距河流不同垂直距离处重金属含量变化曲线图；

图17为本发明实施例中5km缓冲线上距河流不同垂直距离处重金属含量变化曲线图；

图18为本发明实施例中下风向不同海拔土壤重金属含量分布曲线图；

图19为本发明实施例中下风向相对于上风向重金属含量变化率柱状图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法，包括以下步骤：

步骤一，确定研究区域，在研究区域中根据主导风向确定上风向采样线和下风向采样线；按照设定距离从研究区域的中心向外侧依次设置N个缓冲区；相邻两个缓冲区之间为缓冲线；

步骤二，在上风向采样线上位于不同缓冲区的位置确定M个上采样点并采集M组上土壤样品；在下风向采样线采集上位于不同缓冲区的位置确定M个下采样点并采集M组下土壤样品；

步骤三，对上土壤样品和下土壤样品进行风干、研磨、过筛和消煮处理，分别测定上土壤样品和下土壤样品中不同重金属的含量；

步骤四，计算不同缓冲区内下风向相对上风向各重金属含量的变化率，变化率为同一缓冲区内同种重金属在下风向和上风向上的含量的差值与上风向含量的比值，根据变化率确定风向和缓冲区的地形对土壤重金属含量的影响规律。

下面给出一个具体实施例对本发明的方法进行说明。

湖南省郴州市苏仙区蕴含大量的矿产资源，包括许家洞煤、硚口铅锌、柿竹园多金属、野鸡尾铜锡、玛瑙山铁锰等多处矿区。研究表明，整体上苏仙区居民死亡率受矿业活动影响的缓冲区距离约为7km，以此为依据，本发明选择境内具有代表性的大型金属矿山，包括柿竹园和玛瑙山矿等，以此为中心向外取8km缓冲区作为此次的研究区域，如图2所示(北纬25°38′14″-25°52′14″，东经113°0′24″-113°16′15″)。

研究区总面积467.58km²，涵盖了白露塘镇、坳上镇、白鹿洞镇以及大奎上乡和塘溪乡等多个乡镇；地形以丘陵为主，地势西北低、东南高，东部最高海拔达到1913m，主要流经东河和西河等河流；属于亚热带湿润季风气候并伴随典型的山地气候特征，昼夜与季节温差较大，常年主导风向为北风，平均风速1.8m/s；该区域是闻名世界的多金属矿床地，矿物种类繁多、储量巨大，矿种具有W、Sn、Mo、Bi、Be、Fe、Mn、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、F等十数种，其中，柿竹园有色金属矿床拥有的矿产资源多达143种，被中外地质专家誉为“世界有色金属博物馆”。1000多年的矿业活动在给当地带来经济效益的同时，也造成了矿区周边严重的重金属污染。

1、土壤样品采集

依据研究区内矿业活动的实际布局情况，结合主导风向北风，有针对性地设计两条采样线，分别为上风向采样线和下风向采样线(如图3)。上风向采样线位于矿区北部，由于过矿区中心的南北方向线附近零散分布有一些小型的采矿、选矿厂，再加上相对平坦的地势，其对周边区域土壤重金属的分布影响较大，为减小此类干扰，本发明将上风向采样线由正北方向向西稍作偏移，将过矿区中心沿西北方向的线设定为上风向采样线。

下风向采样线位于矿区南部，该地区高耸的地势和崎岖的道路给采样带来了极大困难，出于多方面的考虑，将西山和五盖山之间沿东南方向且过矿区中心的线设定为下风向采样线。沿采样线，用GPS精准定位，分别在矿区1km、1-2km、2-4km、4-6km和6-8km缓冲区内，使用蛇形法各采集一组表层土壤样点，要求各样点距采样线的垂直距离不超过1km，且各点位的高程和坡度按一定比例变化。本过程分别采集上风向和下风向样品各5组。

为探讨河流对其流域内土壤重金属分布的影响，在矿区上风向1km和5km缓冲线附近，距东河0m、800m和1600m左右分别采样，两条缓冲线上各采集3组共6组表层土壤样点(如图3)。样点的采集时间为2015年7-8月。

样品经过风干，研磨，过筛和消煮过程，最终测定了As、Pb、Cu和Zn的含量。其中，As的含量采用原子荧光光谱仪(AFS-2202，海光，中国)进行测定，Pb、Cu和Zn的含量使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES,Optima 2000,Perkin Elmer Co.,美国)测定。

除土壤重金属含量数据，本发明从中国科学院资源环境科学数据中心搜集了研究区的基础地理数据，包括行政区划、河流和数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)等。数据的空间分析和数据统计分析分别使用ArcGIS10.0(ESRI公司)和Excel2010(微软公司)软件进行。

2、不同地形因子条件下土壤重金属的分布特征

2.1不同海拔土壤重金属含量分布

为了尽可能减少风对重金属分布的影响，选取上风向采样点分析不同海拔和高度下重金属的含量特征。

As，Pb，Cu和Zn四种土壤重金属在垂直空间上的分布特征如图4所示。采样点的高程处于150m-220m之间，各元素的分布趋势一致。随高程的增加，各重金属浓度均先稍有减少后大幅增大，分别在海拔190m和220m附近达到最低值和最高值。经对比，高程为190m的样点位于距中心矿区6-8km的距离，受矿山影响最小，故浓度最低；而高程为220m的采样点处于中心矿区内部，该地矿山密度最大，且高海拔地形对重金属具有强烈的阻滞效应，导致该地重金属的浓度最高。

2.2不同坡度土壤重金属含量分布

坡度是影响元素迁移、分布的重要地形因子，各元素浓度随坡度变化的分布趋势如图5所示。采样点的坡度处于2°-14°之间，重金属在坡度影响下表现出一致的变化规律，且与高程的影响效应恰恰相反。随坡度增加，各元素浓度先升高后降低，在8°时含量最大，且坡度为8°的点位于金属矿区内部。

由此可见，大范围内，重金属浓度随海拔与坡度的变化特点与金属矿区位置和规模息息相关，大型金属矿山所处的海拔和坡度也是矿区及其周边重金属浓度最大处的海拔和坡度，在此基础上，无论海拔降低，或坡度升高与降低，重金属的浓度均减小。

3、沿风向不同距离处土壤重金属含量分布

3.1上风向不同距离处重金属含量分布

沿风向不同距离处重金属的变化过程即采矿、选矿、冶炼以及运输过程中产生的废水、废气及废渣等的风化、迁移、沉降和累积的过程，矿区及其周边土壤中累积了大量的重金属。上风向采样线不同距离处重金属分布如图6所示，各元素的变化趋势一致，1km缓冲区范围内含量最高，并随缓冲距离的增加而减小，其中1km和1-2km缓冲区采样点浓度降低的幅度最大，2km以外浓度平稳降低，说明在常年风的影响下，上风向2km以内地区受矿区重金属的影响较大，超过两公里，影响变小。

对上风向采样点进行普通克里金插值得到各重金属的空间分布(如图7至图10)，图中颜色越深表示浓度越大，上风向重金属的浓度随与矿区距离的增大而减小且南北方向各缓冲区内任一重金属的浓度明显低于西北-东南方向相应缓冲区内对应的重金属浓度。其中，As在西北方向6-8km缓冲区的浓度与南北方向1km缓冲区内浓度大致相同；Pb和Zn在西北方向6-8km缓冲区的浓度相当于南北方向2-4km缓冲区内的浓度，西北方向4-6km缓冲区的浓度相当于南北方向2km缓冲区内的浓度；Cu在西北方向6-8km缓冲区的浓度接近于南北方向2km缓冲区内的浓度。由此说明，在常年风的影响下重金属向上风向(北)扩散的程度相对减弱，导致重金属在上风向的高浓度值集中在距矿区1km缓冲区范围内。

3.2下风向不同距离处重金属含量分布

矿区下风向不同距离处重金属分布如图11所示。下风向各元素的变化趋势与上风向一致，均在1km缓冲区内含量达到最高，后随缓冲距离的增加而减小，同样，在2km缓冲区以内，浓度减小的幅度最大。

对下风向采样点进行普通克里金插值得到各重金属的空间分布(如图12至图15)，下风向重金属的浓度均随与矿区距离的增大而减小且南北方向各缓冲区内任一重金属的平均浓度相对东北-西南方向相应缓冲区内对应重金属的平均浓度稍高。其中，As在南北方向与东北-西南方向浓度大致相同；而Cu,Pb,Zn在南北方向1-2km，2-4km，4-6km，6-8km缓冲区内的浓度分别近似于东北-西南方向1km,1-2km,2-4km,4-6km缓冲区内的浓度。说明常年风促进了重金属向矿区下风向扩散，但扩散程度较小，可能与下风向海拔较高的地势有关。

4、距河流不同垂直距离处土壤重金属含量分布

1km和5km缓冲线上，距河流不同垂直距离处采样点重金属含量的变化曲线如图16和图17所示。在1km缓冲线附近，Pn,Zn和Cu的变化趋势相似，尤其是Pn和Zn，三者的含量随距离的增大均先减小在800m处达到最小，后增大，其中，Pn和Zn在1600m处浓度最高，而Cu虽在0m处含量最高，但与1600m处浓度差别不大；As在0m处达到最大值，含量随距离的增加持续减小。

可以认为，在距矿区1km处，河流重金属的含量比周边一定范围内土壤重金属的含量高，此时，河流中的重金属会向周边土壤中进行扩散，从而增大周边土壤中相应重金属的含量。0m处四种重金属的斜率均为负值，其绝对值由大到小的顺序为：As>Pb>Cu>Zn，可知Zn受河流的扩散效应影响最强，As最弱；随距离的增加，距河流垂直距离超过800m，As的斜率的绝对值减小，说明此处河流对As的扩散作用减弱。Pn,Zn和Cu在超过800m，斜率变为正值，说明此处河流的作用已远远小于其他因素的增强作用，可以认为，河流对Pn,Zn和Cu的影响范围在800m之内。

在5km缓冲线附近，采样点的重金属含量均比1km缓冲线对应采样点的含量低。四种重金属的变化趋势与1km缓冲线附近相似，Pn,Zn和Cu的含量先减小后增大，As持续减小，不同的是Pn和Zn在0m处浓度达到最大，As的含量在800m处较0m处仅降低了3.6％。

同样可以认为，在距矿区5km处，河流中的重金属同样会向周边土壤中进行扩散。0m处四种重金属斜率的绝对值由大到小的顺序为：Pn>Zn>Cu>As，可知As受河流的影响最强，Pn最弱；800m处As的斜率绝对值显著减小，与1km处类似，河流在此处对As的扩散作用减弱。Pn,Zn和Cu在超过800m，斜率为正，说明在5km缓冲区河流对Pn,Zn和Cu的影响范围在800m之内。

不论在1km缓冲线还是在5km缓冲线，河流中重金属的浓度均高于周边土壤中相应重金属的浓度，可以认为，河流相比土壤对重金属的迁移距离更长。

5、总结分析

5.1样点的布设和采集

针对不同的研究目的，本研究共设计了四条采样线，分别为上风向采样线，下风向采样线，矿区1km缓冲线和矿区5km缓冲线，采样线的设计以及样点的采集都需综合考虑矿点位置、矿渣处理厂的位置、地形、风向等因素，从而最大程度地减少干扰项。

⑴采样线的布设。在综合考虑各种因素后，上下风向采样线并没有严格地沿着常年风向(南北方向)来布设，虽较南北方向有一定的偏移，但都处于南北风的辐射范围，且上风向采样线有效地避免了其余小型矿区等矿业活动的干扰，下风向采样线沿着五盖山和西山山脉之间的分水沟布设，是矿区南部风的主要途径线路，因此本发明采样线的布设具有合理性。

⑵采样间距。沿矿区1km和5km缓冲线采样，相邻样点的间隔大约为800m，沿上下风向采样线采样，相邻样点的间隔更是长达1-3km，较远的间距难以捕捉到重金属分布的细节变化，甚至无法准确地判断自然因素对土壤重金属的影响范围，同时稀疏的采样点对于避免奇异值的影响具有一定的困难，在后续的研究中应根据研究目的对样点进行适当加密。

5.2高海拔处土壤重金属随海拔的变化规律

大范围内，金属矿山所处海拔是矿区及其周边土壤重金属浓度最大处的海拔，在此基础上，海拔降低，浓度减小。那么，海拔升高，浓度会有怎样的变化？下风向采样点的海拔均较高，以此为研究对象探讨重金属浓度随海拔升高的变化趋势。

高海拔处土壤重金属含量随海拔变化的分布如图18所示，可以看出重金属浓度的最大值所处海拔均为563m，此采样点海拔最低且位于矿区1km缓冲区范围内，随海拔的升高，四种元素的浓度先降低，后升高并在807m处达到峰值，接着又降低，807m处浓度升高可能是受到地形阻滞作用的影响，由于海拔为973m的采样点位于6-8km缓冲区内，虽然其海拔最高，阻滞作用理应更强，但其距金属矿山距离最远，故此处的重金属浓度有所降低。

由此可见，与低海拔处一致，大范围内，金属矿山所处的海拔为重金属浓度最大处的海拔，但在地形阻滞作用的影响下，高海拔处重金属浓度随海拔的升高表现出先降低后升高再降低的趋势特征。

5.3下风向与上风向不同距离处土壤重金属浓度的比较

本发明中下风向与上风向采样点不仅相对矿区的位置不同，而且所处的地形差异较大，所以二者在矿区同一缓冲区内相应采样点的浓度差异可以认为是风向和地形的综合影响的结果。

各缓冲区内下风向相对上风向各元素含量的变化率如图19所示，变化率即同一缓冲区内同种重金属下风向和上风向含量的差值与上风向含量的比值，正值表示下风向相对上风向重金属浓度升高，负值则表示浓度降低。可以看出，在风向和地形的双重影响下，四种重金属在下风向任意缓冲区内的含量均比上风向相应缓冲区内含量低。各重金属在不同缓冲区内含量减小率由大到小的排列顺序为：As:1-2km缓冲区>4-6km缓冲区>2-4km缓冲区>6-8km缓冲区>1km缓冲区；Pb:6-8km缓冲区>4-6km缓冲区>2-4km缓冲区>1-2km缓冲区>1km缓冲区；Cu:6-8km缓冲区>4-6km缓冲区>1km缓冲区>2-4km缓冲区>1-2km缓冲区；Zn:4-6km缓冲区>6-8km缓冲区>2-4km缓冲区>1-2km缓冲区>1km缓冲区，该排列顺序揭示了风和地形对不同重金属在上下风向不同距离处综合影响程度的顺序，变化率越大，说明影响程度越深，反之则越浅，其中，Pb，Zn和Cu的变化较为相似，说明三者可能具有同源性。

比较任一缓冲区内不同重金属的变化率发现，在1km和2-4km缓冲区内Cu的变化率最大，分别高达66％和64％；1-2km缓冲区内As的变化率最大，变化率为64％；4-6km和6-8km缓冲区内Pb的变化率最大，分别为85％和87％，另外，Cu和Zn在4-6km和6-8km缓冲区的变化率也较高，4-6km内高达82％和78％，6-8km内高达87％和74％。说明在1km和2-4km缓冲区内风向和地形对Cu的影响效应最大，在1-2km缓冲区对As的影响效应最大，在4-6km和6-8km缓冲区对Pb的影响最大，同时可以看出，风和地形在对矿区远距离土壤重金属Pb,Cu,Zn的影响比近距离的影响大，而对As在各个缓冲区内作用效果差别不大。

本发明采用空间统计的方法，研究了在地形(海拔和坡度)、风向和河流一系列自然因素影响下，金属矿区周边土壤重金属的分布规律。结果表明：

⑴大范围内，大型金属矿山所处的海拔和坡度即为矿区及其周边土壤重金属浓度最大处的海拔和坡度，在此基础上，随坡度的升高或降低，重金属的浓度逐渐减小；海拔降低，重金属的浓度也减小，但受地形的阻滞作用得影响，随海拔升高重金属浓度呈现出先降低后升高再降低的特征。

⑵矿区的上下风向，重金属浓度具有一致的变化趋势，1km缓冲区内含量最大，随与矿区距离的增加而减小，并在2km缓冲区内，浓度减小的幅度最大。由重金属含量的空间分布可知，矿区北部各缓冲区南北方向任一重金属的浓度低于西北-东南方向的浓度，说明在常年风的影响下，重金属向上风向扩散的程度较弱，高浓度值集中在1km缓冲区范围；而矿区南部各缓冲区南北方向任一重金属的平均浓度相对东北-西南方向平均浓度稍高，说明常年风促进了重金属向矿区下风向扩散，但由于高海拔的限制，扩散程度较小。

⑶在矿区1km和5km缓冲线附近，河流对土壤重金属浓度的影响效果类似。Pn,Zn和Cu的含量均随与河流距离的增加先减小后增大，并在800m处达到最小，Cu在0m处含量最高，而Pn和Zn在1km缓冲线附近距河流1600m处浓度最高，在而5km缓冲线附近距河流0m处浓度最高；As在0m处达到最大值，含量随距离的增加持续减小；研究区域河流相比土壤拉长了重金属的迁移距离，对Pn,Zn和Cu的影响范围在800m之内。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里记载的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本申请旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据本申请的保护范围来确定技术性范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的代表保护范围的内容来限制。

Claims (8)

1.一种矿区周边土壤重金属随自然因素的变化定量研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，确定研究区域，在所述研究区域中根据主导风向确定上风向采样线和下风向采样线；所述上风向采样线为沿西北风向方向且过所述研究区域中心的线，所述下风向采样线为沿东南方向且过所述研究区域中心的线，按照设定距离从所述研究区域的中心向外侧依次设置N个缓冲区；相邻两个所述缓冲区之间为缓冲线；

步骤二，在所述上风向采样线上位于不同缓冲区的位置确定M个上采样点并采集M组上土壤样品；在所述下风向采样线采集上位于不同缓冲区的位置确定M个下采样点并采集M组下土壤样品；

步骤三，对所述上土壤样品和所述下土壤样品进行风干、研磨、过筛和消煮处理，分别测定所述上土壤样品和所述下土壤样品中不同重金属的含量；

步骤四，计算不同缓冲区内下风向相对上风向各重金属含量的变化率，所述变化率为同一缓冲区内同种重金属在下风向和上风向上的含量的差值与上风向含量的比值，根据所述变化率确定风向和缓冲区的地形对土壤重金属含量的影响规律。

2.根据权利要求1所述的变化定量研究方法，其特征在于，绘制所述上采样点处的海拔与所述上采样点处重金属含量之间的第一关系曲线，根据所述第一关系曲线确定海拔对土壤中重金属含量的影响情况为：随海拔高度的增加，重金属的含量先减少后增大。

3.根据权利要求2所述的变化定量研究方法，其特征在于，绘制所述上采样点处的坡度与所述上采样点处重金属含量之间的第二关系曲线，根据所述第二关系曲线确定坡度对土壤中重金属含量的影响情况为：随坡度的增加，重金属的含量先升高后降低。

4.根据权利要求3所述的变化定量研究方法，其特征在于，绘制所述上采样点所在的缓冲区位置与所述上采样点处重金属含量之间的第三关系曲线，根据所述第三关系曲线确定上风向上不同缓冲区对土壤中重金属含量的影响情况为：随缓冲区距离的增加重金属含量逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的变化定量研究方法，其特征在于，对所述上采样点进行克里金插值得到所述上风向采样线所在区域重金属的空间分布图。

6.根据权利要求1所述的变化定量研究方法，其特征在于，绘制所述下采样点所在的缓冲区位置与所述下采样点处重金属含量之间的第四关系曲线，根据所述第四关系曲线确定下风向上不同缓冲区对土壤中重金属含量的影响情况为：随缓冲区距离的增加重金属含量逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的变化定量研究方法，其特征在于，对所述下采样点进行克里金插值得到所述下风向采样线所在区域重金属的空间分布图。

8.根据权利要求1所述的变化定量研究方法，其特征在于，在所述研究区域不同缓冲区中距离河流设定距离的位置确定河流土壤采样点，并获得T组河流土壤样品；绘制所述河流土壤采样点对应的设定距离与所述河流土壤采样点处重金属含量之间的第五关系曲线，根据所述第五关系曲线得到：河流附近重金属的含量高于周边土壤中相应重金属的含量，河流相比土壤对重金属的迁移距离更长。

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