基于模糊逻辑的北京城市边缘区土壤重金属污染空间预测

Fuzzy classification combined with spatial prediction was used to assess the state of soil pollution in the peri-urban Beijing area. Total concentrations of As, Cr, Cd, Hg, and Pb were determined in 220 topsoil samples （0-20 cm） collected using a grid design in a study area of 2 600 kin2. Heavy metal concentrations were grouped into three classes according to the optimum number of classes and fuzziness exponent using the fuzzy comean （FCM） algorithm. Membership values were interpolated using ordinary kriging. The polluted soils of the study area induced by the measured heavy metals were concentrated in the northwest corner and eastern part, especially the southeastern part close to the urban zone, whereas the soils free of pollution were mainly distributed in the southwestern part. The soils with potential risk of heavy metal pollution were located in isolated spots mainly in the northern part and southeastern corner of the study region. The FCM algorithm combined with geostatistical techniques, as compared to conventional single geostatistical kriging methods, could produce a prediction with a quantitative uncertainty evaluation and higher reliability. Successful prediction of soil pollution achieved with FCM algorithm in this study indicated that fuzzy set theory had great potential for use in other areas of soil science.     

模糊集理论在土壤剖面质地构型中的应用——以河南省封丘冲积平原区土壤为例

封丘县是典型的黄河中下游冲积平原区,不同层次土壤质地类型、厚度及其在剖面中的组合,是影响土壤水肥贮存与供给能力的重要因素。本研究通过39个土壤剖面和113个土钻样点的野外调查获取第一手资料。根据层次质地类型与其在剖面中出现位置两个基本特征定义特征质地层,在研究区最终确立了9种特征质地层。以特征质地层在已观测土壤剖面和土钻样本中出现缺失特征以及厚度参数为基础数据,应用模糊c-均值算法模型,研究区观测土壤被自动划分为9种特征质地层组合类别,亦称为土壤剖面质地构型。结合普通克里格空间预测方法,实现了9种土壤剖面质地构型在空间上分布的单一类别隶属度图和去模糊化图。剖面不同质地层次在垂直方向的组合特征以及不同土壤剖面质地构型在水平方向上的分布规律,为区域耕地质量评价、生产潜力评估以及改良、利用实践提供了更加客观、丰富的基础信息。     

模糊c-均值算法在区域土壤预测制图中的应用

基于模糊c-均值算法和地统计学空间插值,在面积约为1km2的研究区内进行区域土壤预测制图。研究结果表明:根据研究区123个剖面和土钻样点,通过分析它们在形态学上的特征和定量属性,建立了9类诊断特征土层。通过FCM算法模型,获得4类最佳分类数,模糊指数为1.7。类别数目与研究区受地形、母质和土地利用方式影响的主要成土过程决定的土纲下土壤类型数目一致。将经过对称对数比转换的隶属度成分数据进行单一模糊类别隶属度土壤预测制图,4种类别土壤在空间上具有明显的渐变过渡特征,制图结果较理想。在单一类别隶属度土壤图的基础上生成最大隶属度土壤图,与常规土壤调查土壤图具有共同参比的基础。     

基于“源-径-汇”关系的土壤重金属污染风险空间区划研究

构建土壤污染风险管控空间区划体系是对《中华人民共和国土壤污染防治法》“分类分区分阶段管理”思想的深入落实,高分辨率的风险空间区划地图能为划分风险管控优先区和大尺度统筹部署土壤污染防治铺排工作提供科学有效的决策指导。利用正定矩阵因子分析模型（PMF）源解析模型明确了浙江省宁波市某工业集聚区铬、铜、砷、镉、铅、镍、锑和汞等8种重金属的污染源和贡献率,然后基于“源-径-汇”关系和质量平衡理论形成土壤重金属污染风险管控空间区划技术体系。结果表明,土壤重金属的空间分布具有明显异质性,主要排放源包括火力发电燃煤燃烧源（17.08%）、其他工业源（17.94%）、农业活动排放源（26.07%）、自然源（28.61%）和交通排放源（10.31%）等五类;利用构建的空间区划技术体系可将土壤重金属污染风险划分为极高、高、中、低和极低共五个等级,分别占研究区总面积的8.64%、17.28%、18.27%、22.92%和32.89%。区域风险胁迫水平的空间量化表达能有效识别高风险热点,进而采取优先管控措施实现土壤污染精准防治。     

土壤中重金属复合污染的表征

综述土壤中重金属复合污染的表征方法的研究进展,目的在于为农业生态环境中重金属污染的研究和防治提供参考。     

重金属污染土壤的微生物学评价

随着研究方法 改进,采用微生物学指标评价土壤重金属污染越来越受人们关注。比较敏感的指标有：对重金属敏感细菌与耐性细菌之比,脱氢酶活性与土壤有机碳之比,代谢商,微生物生物量碳与土壤有机碳之比,异养因氮菌的固氮作用。但微生物的生物是及其活性在受重属金影响的同时也受土壤性质及自然条件的影响,应当把微生物学性质的变化与重金属的形态、植物吸收联系起来评介污染土壤。     

基于局部离群指数的土壤重金属污染评价方法

为评价土壤重金属污染,该文提出了一种局部离群指数方法。局部离群指数方法计算监测样点的局部离群指数,监测样点的局部离群指数越大,则该样点是污染样点的趋势越大。为确保算法的准确性,定义了深度离群点以及广度离群点;为减少算法处理海量数据的计算复杂性,开发了基于密度取样的数据过滤方法,以过滤数据分布致密的数据点而保留稀疏区域的数据点。以京郊农田重金属监测数据为实例,比较局部离群指数方法与内梅罗污染指数方法的评价结果的准确性,结果显示局部离群指数方法的评价结果与内梅罗污染指数方法的结果吻合,表明局部离群指数方法可作为一种有效的重金属污染评价方法。     

基于遗传算法和BP神经网络的矿区土壤重金属含量空间分布预测

本研究提出了一种基于遗传算法（Genetic Algorithm）和BP神经网络（Back Propagation Neural Network）的复合模型—GABP模型,以安徽省池州市某矿区及其周边为研究区,预测了土壤中pH值和7种重金属元素（Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Hg、As）含量的空间分布,并与BP神经网络和反比距离权重法（Inverse Distance Weighting）进行了比较。研究结果表明：受采矿活动影响,研究区土壤pH值和重金属含量呈现出显著的空间分异性;GABP复合模型的数据扩增能够有效弥补BP神经网络对样本数量的依赖,同时结合了地理位置和高程属性,精度评价结果显示GABP模型的平均R2分别是IDW和BP神经网络的3.03和2.56倍,GABP的平均R分别为IDW和BP神经网络的2.93和2.39倍,GABP的平均RMSE分别为IDW和BP神经网络的0.85和0.61倍,GABP的平均MAE分别为IDW和BP神经网络的0.79和0.62倍,预测精度更高;模型解决了传统空间插值方法结果中可能出现负值和边界无法插值的问题,为土壤重金属含量空间分布预测提供了一种新方法。     

中国耕地土壤重金属污染概况

依托收集的耕地土壤重金属污染案例资料,建立了我国138个典型区域的耕地土壤重金属污染数据库,并利用《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中的二级标准作为评价标准,测算了我国耕地的土壤重金属污染概况.研究表明:(1)我国耕地的土壤重金属污染概率为16.67％左右,据此推断我国耕地重金属污染的面积占耕地总量的1 /6左右;(2)耕地土壤重金属污染等别中,尚清洁、清洁、轻污染、中污染、重污染比重分别为68.12％,15.22％,14.49％,1.45％,0.72％;(3)8种土壤重金属元素中,Cd污染概率为25.20％,远超过其他几种土壤重金属元素;此外,也有一些区域发生Ni,Hg,As和Pb土壤污染,但是Zn、Cr和Cu元素发生污染的概率较小;(4)辽宁、河北、江苏、广东、山西、湖南、河南、贵州、陕西、云南、重庆、新疆、四川和广西14个省、市和自治区可能是我国耕地重金属污染的多发区域,特别是辽宁和山西的耕地土壤重金属污染可能尤其严重.     

有机质在土壤重金属污染治理中的应用

根据对土壤重金属污染的严重性和目前国内外对此治理方法的分析,提出有必要在较大污染面积的土壤上实行有机质改良;还阐述了有机质对重金属污染净化作用的主要机制及调控措施。有机质改良法兼顾了经济效益、环境效益及社会效益三者的统一,是土壤重金属污染治理的一个最佳方向之一。     

土壤重金属污染现状与修复技术研究进展

阐述了土壤重金属污染物的来源和重金属污染土壤修复技术研究现状,分析了各种修复技术的优缺点、实用性与发展动态,为土壤重金属污染综合治理与修复提出了新的思路。     

冶炼厂周边土壤重金属污染范围的界定与不确定性分析

在浙江省富阳市某冶炼厂周边以网格法采集了147个表层土壤样品,测定了铜、锌、铅和镉总含量。运用组合预测法(普通块状克里格法和三角网格插值法)预测了研究区各种重金属含量的空间分布,又运用指示克里格法预测了研究区各种重金属的污染概率;再分别依据土壤污染临界值(土壤环境质量标准)和污染概率的临界值(50%)来界定各种重金属的污染范围。本研究将基于两种方法的界定结果相对比来综合界定污染范围,并将污染土壤重金属污染状况分为污染、未污染和不确定。综合界定结果表明,研究区分别有71.7%、80.0%、3.0%、83.1%的区域土壤被重金属Cu、Zn、Pb、Cd所污染,不能被确定是否被重金属Cu、Zn、Pb、Cd所污染的区域分别占20.8%、10.5%、12.5%和10.9%。     

南通市城市边缘带土壤重金属污染现状及评价

通过对不同土地利用方式下的7个样区进行系统的采样测定,对南通城市边缘带土壤重金属富集与污染状况进行了分析与评价。结果显示,研究区土壤未发生明显的重金属污染。但3个样区的土壤有轻度的重金属污染现象,Zn是发生富集最普遍的元素,约76%的样点土壤Zn富集指数>1,18%的样点土壤出现Zn的轻度污染。Cu、Pb等重金属元素导致的污染也在零星样点被发现。方差分析表明,土地利用方式不是导致研究区土壤重金属含量空间差异的主要因素,而土壤类型、样区空间环境与土壤重金属含量及富集、污染有相对密切的关系。     

污染土壤上水稻生长及对Pb、Cd和As的吸收

通过温室盆栽试验研究了Pb、Cd和As于中国土壤环境质量标准III级水平(Pb:400 mg/kg;Cd:1.0 mg/kg:As:40 mg/kg)时对水稻在3种不同类型土壤上的生长和吸收Pb、Cd及As的影响.结果表明:在红壤上,As处理的稻谷产量显著降低,除Cd处理对稻谷产量影响不大外,其他处理也明显降低了水稻稻谷产量,且 Pb、Cd 的存在加重了As的毒性;对稻草产量只有Pb和Pb-Cd-As两个处理与对照有显著性差异.在乌栅土上,仅As和Pb-Cd-As处理与对照相比明显降低了稻谷产量,而所有复合处理均降低了稻草产量,且对稻草产量影响要大于其对稻谷产量的影响.在青紫泥上各处理影响较小.Cd-As、Pb-Cd和Pbr-Cd-As处理红壤其稻米Cd含量较Cd单独存在时分别增加了15.7%、11.5%和25.6%;红壤上Pb处理显著增加了稻米Pb的含量.但Pb-As处理降低了稻米Pb含量.稻米中重金属含量在3种不同性质土壤上的含量大小顺序为:红壤>青紫泥>乌栅土.     

平凉市典型作物种植区土壤重金属污染状况及其分布特征

土壤重金属污染已严重危害粮食安全与人类健康。为了解平凉市土壤重金属污染现状,摸清典型作物生长、生产环境,明确土壤重金属空间分布特征及污染源。选取506个典型作物种植区耕层土样,测量其重金属含量,并利用内梅罗指数法和潜在生态危害指数法进行土壤重金属污染评价。结果表明,平凉市土壤重金属污染等级为清洁的样品占99.41 %、尚清洁占0.59 %;潜在生态危害等级轻微的土壤样品占95.85 %、中等生态危害占4.15%。506 个点位样品中,铅和砷2种土壤重金属元素有部分超标,超标率Pd为0.45%、As为0.90%。从地理区域来看,土壤重金属潜在生态危害程度在平凉市的分布为中部 > 西部 > 东部;从土壤类型来看,土壤重金属污染占比较大的土类主要为山地草甸土、灰褐土、新积土和红粘土。     

重金属污染矿区复垦土壤微生物生物量及酶活性的研究

对铜矿废弃地复垦土壤微生物生物量及酶活性研究结果表明 ,与对照土壤相比 ,矿区复垦土壤微生物生物量C、N和P均有所降低 ,微生物商Cmic Corg可作为矿区重金属污染土壤微生物学敏感指标之一 ;酶活性变化与此相似 ,脲酶、脱氢酶和酸性磷酸酶与对照差异显著 ,其他则与对照差异明显 ,一定程度削弱了矿区土壤中C、N营养元素周转速率和能量循环     

基于GIS的杭州市居民区土壤重金属污染现状及空间分异研究

研究了杭州市50个代表性居民小区土壤重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn)的含量,按照国家《土壤环境质量标准》对该市居民区土壤重金属污染状况做出了评价,并在GIS技术支持下,研究了土壤重金属污染的空间变异性。结果表明,杭州市居民区土壤均受到了不同程度的污染。其中4%的土壤轻度污染,54%的土壤中度污染,42%的土壤严重污染。土壤重金属污染具有显著的空间分异特征,严重污染区域大致呈西北-东南走向,包括了城北的大部分地区、市中心和城东南一些地区。工业生产和居民区形成时间对居民区土壤重金属积累有较大的影响。