近年来,随着人类工业活动的不断开展,矿区开采力度加大,废渣随意堆放和废气不经处理排放导致矿区、工厂一定范围内土壤重金属含量超标,造成土壤重金属污染,影响了人们生命健康。本文以湖南省石门县雄黄矿区东面下风向处为研究对象,利用国家重点研发项目(2018YFC1802604)采集的170个土壤样品(其中镇级尺度43个,村级尺度85个,田块尺度42个),采用地统计学和GIS相结合的数据处理与分析方法,研究乡镇、村和田块三个不同尺度下土壤重金属的空间变异特征,查明研究区土壤重金属超标元素并分析其空间变异情况、分布特征、污染来源和污染程度,使不同尺度下土壤重金属的空间变异特征和污染状况可视化,为当地政府有关部门环境治理和规划提供决策依据。论文主要研究工作及取得成果如下:1)通过研究区七种重金属测试分析发现,研究区重金属元素砷(As)、镉(Cd)超标现象严重,少数采样点铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)超过国家二级标准,经核实该点位于雄黄矿提炼厂附近。对两种尺度下研究区重金属进行相关分析和主成分分析发现As、Pb、Cu、Zn可能主要来自于同一污染源-当地雄黄矿提炼厂;Cd元素与其他污染元素相关性不大,且在研究区分布均匀,可能主要来源于人类活动,如农药、化肥的使用。2)由镇级、村级尺度下重金属元素As、Cd的Moran’s I系数、块金值C₀、变程A₀研究结果可知,镇级尺度下有利于揭示土壤重金属受结构因素影响的大小,了解土壤重金属受地形、母质等因素影响程度;村级尺度下有利于揭示土壤重金属受随机因素(自然因素、人为因素、)影响的大小,了解土壤重金属在微域结构的特征。随着研究尺度的缩小,重金属As、Cd元素含量的空间自相关距离增大,地形、母质、土壤类型等大尺度结构因素对As、Cd含量的影响逐渐增大,而小尺度结构因素影响逐渐减弱。3)两种尺度下元素As模型的决定系数分别为0.73、0.99,Cd元素模型的决定系数分别为0.63、0.98,模型精度较高。两种尺度下元素As、Cd克里格插值结果为:村级尺度下研究区As、Cd元素二级、三级污染区域均存在不同程度地减小,两种尺度下As、Cd元素一级污染区域均在研究区东北方向,三级污染区域均在研究区西南方向,主要原因为该区域为雄黄矿区,加之该地离提炼厂较近,所以表现为As、Cd协同污染。4)研究表明田块尺度下As、Cd元素分布不均匀主要为外源因素所致。不同田块元素As、Cd含量差异较大,同一田块之间元素As、Cd含量差异也大,田块之间重金属变异系数在10%~100%之间,属于中等强度变异。指数评价结果为As元素田块A、C部分采样点超标严重,达到重度污染;Cd元素田块D、E含量较A、C高,部分区域达到了中度污染。田块尺度下克里格插值结果为靠近公路、居民点处的田块重金属含量较高,表明田块污染受人为因素扰动大。5)本文综合研究区范围、重金属污染类型、地理环境等因素运用内梅罗综合指数法、地累积指数法、污染负荷指数法和潜在生态危害指数法对研究区进行污染评价,四种重金属污染评价方法结果不同,表现为地累积指数和污染负荷指数评价方法得出的污染面积大于内梅罗指数,评价方法参照标准和侧重点不同可能是导致重金属污染评价结果不一的原因。研究区受人为因素污染较大,镇级尺度下由人为因素导致污染的面积为9.33km²,占总面积的66.31%,村级尺度下由人为因素导致的污染面积为10.30km²,占总面积的73.21%。潜在生态危害指数评价结果表明研究区重金属As、Cd、Zn、Pb、Cu、Cr、Ni潜在生态危害大小为Cd>As>Cu>Pb>Ni>Cr>Zn,其中Cd是对生态危害最大的元素,可能与重金属Cd的毒性大,少量Cd就能对人体产生毒害有关,研究区生态危害以As、Cd较为严重。