土地是人类生产生活的根本保障,是支撑人类社会发展进步的基础。人类在对土地资源的开发利用过程中,会导致土壤中的重金属含量及其空间分布发生不同程度的改变。经济的快速发展以及人口的迅猛增加带来的压力迫使我们加大对土地资源的索取程度,为了保产增收而导致化肥农药不合理投入从而引起的一系列农业清洁生产和环境安全问题,是当前土地资源科学配置、合理利用以及区域生态环境安全稳定和农业可持续发展的巨大障碍。准确掌握当前流域土壤中重金属含量现状,空间格局及其影响因素,对提高区域粮食生产安全和改善生态环境质量具有重要的意义和作用。选择位于我国东北典型黑土区的海沟河小流域为研究区,以促进农业清洁生产和提升农业可持续发展能力为研究背景,以经典统计学和地统计学分析为研究基础,集合“3S”技术及相关空间插值模拟方法,对流域土壤表层中重金属Hg、Pb、Cd含量的空间变异特征、空间分布格局、影响因素与防治进行研究,主要得到以下结论:(1)海沟河小流域土壤中三种重金属Hg、Pb和Cd含量的平均值都要高于研究区所位于的松嫩平原土壤背景值,分别高出土壤背景值的5.26%、18.20%、213.13%,其中以重金属Cd的平均含量最高,已超过国家规定的土壤无机污染物二级标准。统计结果显示流域土壤中三种重金属的含量都符合正态分布,可以进行地统计分析。分析结果表明三者的变异强度为Hg>Pb>Cd,变异系数分别是58.54%、25.65%、13.40%。可以看出Hg含量的变异系数最高,表示在所有样点中重金属Hg的含量相对比较离散,分异特征较大。另外两种重金属Pb和Cd的变异系数较小,说明离散性相对较小,表明这两种重金属的空间分异差距相对较小,可能都受同一外界因素影响,具有相似的同源性。(2)海沟河小流域土壤中重金属Hg、Pb和Cd含量的半方差函数理论模型依次对应高斯模型、高斯模型和球型模型,对应的拟合残差分别为1.694E-08、29.8、8.615E-09,R2分别为0.945、0.732、0.764,表示这三种模型的拟合效果良好,能够有效的体现出研究区土壤中三种重金属含量的空间分布与变异特征。块金效应揭示了流域土壤中三种重金属含量的空间变异受地形地貌、成土母质等结构性要素影响较小,受人类活动如开发利用、种植方式等随机因素影响较大。(3)以地形及环境因子为辅助变量进行的协同克里格插值和地理加权回归克里格插值模拟得出的预测结果同普通克里格插值模拟的预测结果相比较,其相应的精度验证误差指标均有不同程度的降低。相比之下采用地理加权回归克里格插值法得到的预测值的平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差都要小于协同克里格插值和普通克里格插值,由于辅助变量相关性等原因导致误差降低幅度不明显,但还是能够说明地理加权回归克里格插值法同普通克里格插值法和协同克里格插值法相比能够进一步提高流域土壤中三种重金属含量的空间分布模拟精度,能为农业清洁生产、土壤重金属污染防治等方面的提供准确的参考。(4)在导致海沟河小流域土壤中重金属含量的空间分布差异上,流域土壤的理化性质在一定程度上能够影响土壤中各类重金属的含量,只是这种影响相对有限,具体表现为在酸性土壤中重金属含量较高而且分布广泛;在不同地形地貌影响下,土壤中重金属集中分布在地势较低且平坦的区域;不同土地利用方式是导致土壤重金属空间分布差异的主要因素,表现为大部分耕地中都存在重金属污染,且部分地区污染严重,建设用地与居民区次之;在不同因素距离的影响下与相关因素的距离越近土壤中重金属空间分布越密集。(5)海沟河小流域土壤中的重金属Hg、Pb和Cd含量过高主要是由人为生产生活因素导致的,不属于自然现象。而且研究区土壤中的三种重金属的来源途径是复合的,存在共同的来源,只是来源程度存在差异。针对海沟河小流域土壤中的重金属污染情况,提出划分区域开展污染治理与修复和强化未污染区域保护与污染源管控的主要防治措施,有助于快速控制住流域当前土壤重金属污染状况,防止污染面积继续扩大,在来源上减少重金属污染物的产生,能够有效抑制污染物积累量,减轻后续污染治理与修复的压力。