湖北恩施地区土壤重金属高光谱反演模型研究

文章以恩施地区土壤重金属As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn为研究对象,利用ASD地物光谱仪采集土壤光谱数据,在光谱预处理和相关分析的基础上,采用偏最小二乘回归(PLSR)方法,构建土壤重金属含量与光谱的反演预测模型.结果 表明,平滑处理、一阶导数、去趋势、归一化处理散射校正(SNV)4种光谱处理方法组合使用可以有效地提高模型反演精度;通过对PLSR模型RMSEC、RMSECV、RMSEP、R2Cal 、R2CV 、R2Pred、6种参数分析发现,As、Pb、Cu相比Cd、Cr、Zn在PLSR模型中的测误差值较小且模型的相关性较高,说明模型可以预测As、Pb、Cu 3种元素,该研究为后期采用高光谱遥感影像数据快速监测恩施地区土壤重金属污染情况提供了技术参考.     

干旱区绿洲农田土壤重金属含量高光谱反演

对新疆渭库绿洲土壤样本的As、Hg、Pb、Cr、Zn和Cu共6种重金属含量与高光谱关系进行分析,基于逐步回归方法筛选出特征波段,采用地理加权回归(GWR)和普通最小二乘法回归(OLS)构建土壤重金属的高光谱反演模型.结果显示:1)研究区的6种重金属元素含量存在一定的差异,土壤中的平均重金属含量依次为Zn>Pb>Cr>Cu>As>Hg,均未超过国家土壤背景值.研究区的Pb平均含量高于当地(新疆)土壤背景值,即研究区表土层中的Pb元素明显富集;2)不同的光谱变换使土壤重金属的光谱特征均得到了增强,但强度有所差异,经过二阶微分变换(SD)和一阶立方根微分变换(CRFD)的土壤光谱相对于原始光谱增强最显著;3)从模型验证来看,在反演6个土壤重金属元素含量时,GWR的R²高于OLS,其中Zn的R²接近0.8,Cu的R²接近0.6,表明模型有一定预测能力,而As、Hg、Pb和Cr的R²均依然低于0.5,模型预测能力并不理想;4)两种模型预测的6种土壤重金属含量的空间分布表现出一定的...     

多光谱数据定量反演土壤营养元素含量可行性分析

运用室内光谱模拟多光谱数据,采用回归分析方法建立土壤营养元素含量预测模型,并进行验证.首先,根据光谱响应函数将实验室光谱数据重采样至多光谱传感器（TM和 ASTER）波段;然后,分别利用多元逐步回归（SMLR）和偏最小二乘回归（PLSR）方法,建立建模土壤样本实测光谱以及模拟光谱（TM和ASTER）与土壤营养元素含量间的经验模型;最后,利用检验土壤样本进行模型精度验证.与实测光谱模型相比,模拟光谱模型对土壤营养元素含量的预测精度受光谱分辨率的影响并不大.模拟光谱模型对N、P、K元素含量预测精度最高分别为0.89、0.79和 0.67.土壤N、P、K元素含量SMLR模型的入选波段分别位于2 000～2 300　nm、1 650～1 800　nm和600～800　nm波长附近范围内; 土壤N、P、K元素含量PLSR模型的系数表明,近红外（NIR）波段对总氮和总磷元素含量比可见光（VIS）波段敏感,而VIS对K元素含量预测的贡献更大.利用多光谱数据进行土壤营养元素含量的估测具有理论上的可行性;由于不同元素对不同光谱波段的响应不同,在选择多光谱遥感数据时要充分考虑传感器的波段特征.     

城市交通绿地土壤重金属含量的高光谱反演

以交通绿地区土壤Cr、Pb、Zn为研究对象,分析重金属元素与土壤光谱在一阶、二阶等微分变换下的相关性,突出特征波段,通过多元线性逐步回归(MLR)和偏最小二乘回归(PLSR)方法,建立光谱与重金属元素含量的最佳模型,并进行精度检验与模型预测。结果表明:光谱微分变换可以有效地提高土壤重金属含量与土壤光谱反射率间的相关性,土壤Cr、Pb、Zn的最大特征波段分别在1 289.41、1 408.35、1 411.9 nm;从模型稳定性和精确性来看,土壤Cr、Pb、Zn在PLSR模型中的R~2分别为0.986、0.809、0.629,依次是MLR模型的1.32、1.14、1.12倍,土壤Cr、Pb、Zn在PLSR模型中的建模RMSE均低于MLR模型,PLSR模型效果较优;与土壤Cr相比,土壤Pb、Zn的MLR和PLSR模型效果较差,这可能与人为因素影响有关。     

基于OHS-D的四龙镇土壤重金属污染反演研究

文章以珠海一号(OHS-D)高光谱遥感卫星影像为主要数据源,利用偏最小二乘回归(PLSR)建模分析方法和地理信息系统的强大空间分析能力,结合实地采样送检化验的土壤重金属含量数据,分析了Pb、As和Cd等重金属离子在OHS-D数据中的光谱特征,建立了土壤重金属含量与OHS-D高光谱数据的偏最小二乘回归模型,对白银四龙镇农田土壤重金属含量反演并进行专题制图。结果表明,Pb和Cd的模型反演能力相当,判定系数R2分别为0.69和0.65,As的反演模型精度最高,R2为0.78。基于OHS-D数据并结合PLSR方法反演白银四龙镇土壤重金属含量,具有方法可行性与结果可靠性,可为珠海一号高光谱数据在土壤重金属反演方面的推广应用提供有益探索。     

天山北麓土壤有机质高光谱特征分析

随着土壤遥感科学的快速发展,光谱技术及其相关理论分析在农业生产与生态规划领域得到了广泛的应用。通过对光谱反射率进行一阶微分与倒数对数形式的变换,选取相关系数较大的波段构建基于多元逐步回归与偏最小二乘法的反演模型,得到如下基本结论:土壤光谱的一阶微分的变化,显著提高了土壤有机质含量与光谱间的敏感性;在多元逐步回归分析中,反射率一阶微分的多元回归模型的稳定性及预测精度最好;在偏最小二乘法回归分析中,反射率倒数对数模型的决定系数达到了最高的0.962,而总均方根误差为最低的1.082,其模型的稳定性及预算精度优于其他模型;总体上,偏最小二乘法回归模型的稳定性及预测精度优于多元回归模型,能够进一步满足研究区土壤有机质含量估算的实际需求。     

基于贝叶斯理论的小麦籽粒镉铅超标风险预测

对农作物污染风险进行预测具有重大意义.基于贝叶斯定理及数据分布特征,建立了贝叶斯风险预测模型,并使用区域大田调查土壤-小麦重金属含量数据,预测小麦籽粒Cd和Pb超标风险并验证该模型的准确度.结果表明,该模型预测小麦籽粒Cd超标风险时相对偏差较小,以小麦籽粒Cd含量为变量的预测相对偏差仅为(2.66±1.87)%,以土壤DTPA-Cd含量和土壤Cd全量为变量时预测相对偏差则分别为(5.11±3.77)%和(5.88±3.87)%, 3个变量均能使预测结果与真实超标概率的平均相对偏差小于10%.预测小麦籽粒Pb超标风险时,仅小麦籽粒Pb含量的预测相对偏差小于10%.数据来源、数据分布特征和变量的选择是影响贝叶斯风险预测模型预测相对偏差的重要因素.该模型基于大田数据的先验分布,能够有效反映大田生产条件下小麦籽粒重金属与土壤因子间的相互关系,预测较准确,具有应用潜力.     

基于Cokriging的土壤重金属空间变异研究——以昆山市为例

土壤重金属来源及空间分布是土壤学及环境学研究的热点问题。地统计学是土壤元素空间变异研究的有效方法以昆山市土壤重金属分布为例,先利用多元回归分析方法,提取与重金属含量显著相关的因子,再利用协同克里格方法研究了土壤理化性质和土壤重金属含量的相互关系,最后比较协同克里格与普通克里空间预测的精度。研究表明Hg、As、Cu、Pb的精度分别提高了2.75%、2.13%、0.17%和0.43%,cr、Zn和Cd 3种元素空间预测精度没有显著提高。     

南京市大气沉降中重金属特征及对土壤环境的影响

为明确城市大气重金属沉降对土壤环境的影响,在对南京市6个典型城市功能区连续4a大气(干、湿)沉降中重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Ni)含量、通量、时空变异等方面研究的基础上,结合不同功能区表土重金属含量与土壤剖面206Pb/207Pb特征,分析其在城市土壤的累积特征.研究显示,Cu、Zn和Pb在大气沉降中强烈富集,其中又以Cu和Pb为潜在生态危害的关键元素.大气沉降导致除在相对未受城市人为活动影响的风景区外各功能区表土重金属均有明显富集,这种富集受大气沉降重金属含量和沉降量的共同影响.土壤累积模式预测钢铁工业区表土受大气重金属沉降影响的长期累积增量最大,以Zn和Pb最明显.钢铁工业区土壤剖面Pb含量和同位素特征显示表层20cm土体受大气沉降影响明显,206Pb/207Pb二元模型与预测模式对定量大气Pb沉降的土壤影响结果较一致,表明土壤中某些重金属的累积与大气沉降密切相关.     

南京市大气沉降中重金属特征及对土壤环境的影响

为明确城市大气重金属沉降对土壤环境的影响,在对南京市6个典型城市功能区连续4a大气(干、湿)沉降中重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Ni)含量、通量、时空变异等方面研究的基础上,结合不同功能区表土重金属含量与土壤剖面206Pb/207Pb特征,分析其在城市土壤的累积特征.研究显示,Cu、Zn和Pb在大气沉降中强烈富集,其中又以Cu和Pb为潜在生态危害的关键元素.大气沉降导致除在相对未受城市人为活动影响的风景区外各功能区表土重金属均有明显富集,这种富集受大气沉降重金属含量和沉降量的共同影响.土壤累积模式预测钢铁工业区表土受大气重金属沉降影响的长期累积增量最大,以Zn和Pb最明显.钢铁工业区土壤剖面Pb含量和同位素特征显示表层20cm土体受大气沉降影响明显,206Pb/207Pb二元模型与预测模式对定量大气Pb沉降的土壤影响结果较一致,表明土壤中某些重金属的累积与大气沉降密切相关.     

复合淋洗剂土柱淋洗法修复Cd、Pb污染土壤

选取三氯化铁和有机酸(柠檬酸、苹果酸、酒石酸)复合淋洗,采用土柱淋洗的方法对Cd、Pb污染土壤进行淋洗实验,研究了复合淋洗剂浓度配比、淋洗剂用量和淋洗次数对重金属去除效果的影响,并测定了土壤淋洗前后Cd、Pb形态的变化。结果表明:三氯化铁浓度为10 mmol/L,有机酸浓度为20 mmol/L时,淋洗率Cd为72.15%,Pb为30.26%,与使用单一淋洗剂相比均有大幅提升。复合淋洗剂能有效地去除交换态、碳酸盐结合态和氧化物结合态重金属,而对有机态和残余态部分重金属作用效果不明显;Cd比Pb容易去除是由于污染土壤中Cd的存在形态主要是可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态,而Pb的存在形态主要是有机结合态和残渣态。淋洗后土壤中Cd和Pb均达到土壤环境质量标准。     

污泥堆肥对重金属稳定化过程的影响研究

将重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni)溶液添加到污水处理厂脱水污泥中进行堆肥,考察了污泥的堆肥过程对重金属稳定化的影响。分析发现:进入污泥后各重金属中可交换态+碳酸盐结合态的总占比顺序为Cd(72.31%)>Ni(65.83%)>Zn(33.67%)>Cu(19.49%)>Pb(7.40%)。说明Pb、Cu及Zn与污泥化学物质反应较快,而Cd及Ni的反应速率相对较慢。在整个过程中Pb形态达到稳定状态最快,Cu和Ni的形态稳定速度次之,Zn形态变化稍慢,Cd变化最慢。该结论可为污泥堆肥应用于土壤重金属污染治理的研究提供参考。     

环江尾砂库溃坝影响区农田土壤和蔬菜中重金属含量测定与健康风险评价

为了解广西大环江上游尾砂库溃坝对下游农田土壤和蔬菜中重金属含量的影响,本研究采集了104个蔬菜样品,74个蔬菜样品对应的土壤样品和13个背景土壤样品,分析其砷、铅、镉的含量特征,评估通过食用蔬菜途径摄入重金属的人体健康风险。结果表明,被淹土壤中的砷、铅、镉含量均值分别为46.72,442.6,1.760 mg/kg,未淹土壤分别为24.06,56.89,0.490 mg/kg,被淹土壤重金属含量显著高于未淹土壤。现场采集蔬菜与市场采购蔬菜中铅、镉含量差异显著;被淹土壤与未淹土壤种植的蔬菜铅含量差异显著。溃坝影响区居民中成人食用蔬菜而摄入砷、铅和镉的目标危险系数值(THQ)分别为0.029、0.190、0.120,儿童分别为0.044、0.290、0.183,危害系数均低于安全阈值。若考虑到当地生产的大米等其他食品的贡献,通过全膳食途径摄入的铅对溃坝居民存在健康风险。     

宝鸡市长青镇冶炼厂周围土壤重金属污染与健康风险评估

以宝鸡市长青镇冶炼厂周围土壤为研究对象,分析了Pb、Zn、Cr和Cu的含量,评估了其健康风险,对污染源进行解析。研究结果表明:Pb、Zn、Cr和Cu的含量均高于背景值,且从表层向下浓度逐渐降低;均处于中污染-重污染以内,污染顺序为:Pb≥Cr≥Zn>Cu;儿童日暴露量、单因子非致癌健康风险和总非致癌健康风险均大于成人,成人和儿童的日暴露量和非致癌健康风险顺序为经口摄入>皮肤接触吸收>呼吸吸入,均不存在非致癌健康风险和总风险;Cr对儿童经呼吸暴露的致癌健康风险大于成人,且均不可能造成致癌健康影响;源解析显示Pb、Cr和Cu具有相同的污染源,而Zn有不同的污染源。     

保守性离子在包气带层状土中运移规律研究

为研究溶质在多层层状包气带土中运移规律,选取5种颗粒配比不同的土样填装成由粗及细和由细及粗两分层顺序相反的土柱,通过室内试验研究保守性Br-在两种不同结构层状土中基本运移规律。研究得出:当土体表层遭受浓度为200 g/L Na Br一次性污染,在15 mm/12 h降雨强度下,Br-在第1、2层土体浓度经历快速上升段、峰值段、下降段3个阶段变化,第3、4、5层土体浓度经历上升段、平稳下降段。试验结束时,Br-在由粗及细的土柱中分布较均匀,在由细及粗的土柱中集中在表层;溶质穿透整个土柱的时间,由粗及细结构比由细及粗结构提前96 h。结果表明,在截污性能和延缓溶质向地下水补给方面,由细及粗结构均要优于由粗及细的结构。     

组合灰色预测模型应用于山东省碳排放预测

根据山东省2000—2012年工业、建筑业和交通运输业能源消费数据测算得到碳排放量,基于GM(1,1)模型、Verhulst模型和SCGM(1,1)c模型建立组合灰色预测模型,运用预测有效度方法确定组合预测模型的权重系数。选用2000—2009年三大碳排放行业的实际值作为原始数据,利用各预测模型预测2010—2012年碳排放量。结果表明:组合灰色预测模型比单一预测模型具有更高的预测精度。利用组合模型预测山东省2013—2017年各行业碳排放量,为相关部门制定节能减排政策提供理论及方法借鉴。     

金属冶选尾矿库周边土壤重金属污染诊断

通过对某尾矿库周边15个取样点的土壤进行取样调查,根据国家土壤环境质量标准(GB 15618—1995),采用单项污染指数法、综合污染指数法对该区的土壤重金属(Cu、Zn、Cd、Pb)含量进行评价。结果表明:所有采样点的土壤重金属含量均未超过GB 15618—1995二级标准值,各金属污染程度为Zn>Cu>Cd>Pb;采样点土壤中Cu含量均未超过GB 15618—1995一级标准值,Pb在采样点GW-3、GW-5、GW-6、GW-7的含量超过了GB 15618—1995一级标准值,Zn在采样点GW-2、GW-8的含量也超过了GB 15618—1995一级标准值,Cd在采样点GW-5、GW-7的含量超过GB15618—1995一级标准值;尾矿库四周污染程度依次为:东侧>南侧>北侧>西侧。     

燃煤电厂周边地区积尘的污染特征研究

以成都市某燃煤电厂周边地区积尘为研究对象,分别研究了积尘中的Pb、Zn、Cu、Ni、Cr 5种重金属以及水溶性无机阴离子含量,并在此基础上分析了该区域积尘的污染特征。结果表明:该区域积尘中Zn、Pb污染最为严重,均属中度污染,主要受电厂活动影响;积尘中Cl-、NO-3和SO2-4的富集因子分别为2.8、4.78和3.03,属中度污染,说明部分来源于地壳或土壤源,部分来源于人为活动,尤其是电厂活动。     

铬污染土壤的药剂修复及其长期稳定性研究

利用不同投加比例的硫化钠及连二亚硫酸钠,分别对不同类型的铬污染土壤进行修复处理,通过土壤总铬及六价铬浸出浓度的测定,研究了供试药剂对铬污染土壤的短期(3 d)和长期(1.5 a)稳定化效果。结果表明:两种药剂对铬污染土壤的稳定化均具有很好的效果,可以在短期内快速降低总铬和六价铬的浸出浓度,其效果随着投加量的增加而提高。在长期稳定过程中,不同药剂不同投加量的的稳定化效果进一步提高,且保持稳定。     

4种牧草植物对红枫湖底泥中重金属污染的植物修复研究

为研究牧草对红枫湖底泥中复合重金属的修复潜力,采用盆栽试验考察了4种牧草植物对红枫湖底泥中Zn、Cu、Pb、Cd的吸收能力和底泥修复效率的差异。结果表明:种植4种牧草植物后,底泥中重金属Zn、Cu、Pb、Cd含量均有所降低。高羊茅对Zn的吸收能力较强,且主要积累在地上部分;黑麦草对Cu和Pb的吸收能力较强,且主要积累在根系;4种植物对Cd的吸收能力相差不大,除菊苣的Cd主要积累在地上部分外,其余植物都积累在根系。黑麦草对底泥中Cu、Pb和Cd的修复效率高于其他3种植物,分别为38.69%、17.12%和31.68%;高羊茅对底泥中Zn的修复效率相对较高,为55.03%,且其Zn的转移系数大于1,反映出其对红枫湖底泥中Zn具有植物提取的潜力。