發(fā)布時間：2020-05-24 01:48

【摘要】：土壤不僅供給植物生長必需的營養(yǎng)元素,同時也為一些動物及微生物提供生存環(huán)境。因此,土壤不僅是地理環(huán)境統(tǒng)一體的組成要素,也是一個地區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。“食物鏈”理論將“以人為本”的政治原則,“民以食為天”的坊間俗成最終都演繹至土壤。以土壤為對象的研究包括方方面面,最為人類關心的莫過于土壤中各種元素,包括對人類有益或是有害的。近年來隨著經(jīng)濟化、城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展,由人類活動造成的土壤重金屬污染對人類身體健康構成嚴重威脅。珠三角土壤重金屬鎘污染治理迫在眉睫,土壤鐵元素作為亞熱帶地區(qū)代表性土壤元素,不僅能夠影響重金屬鎘對氨基酸、蛋白質及各種對應酶的合成,作為土壤鎘污染修復原料,其含量多少也會使植物產(chǎn)生不良性狀。因此本文整理分析了近20年土壤重金屬反演研究,探索了快速獲取實時土壤鐵含量的反演方法。因為點位信息難以表達研究區(qū)域面域信息,因此最后利用不同的插值方法對珠三角土壤鐵進行插值驗證,繪制了研究區(qū)土壤鐵的空間分布圖。傳統(tǒng)土壤元素的測定是野外采樣結合實驗室測量需耗費巨大的人力物力及財力,完成周期長,具有較強的破壞性,且投入產(chǎn)出比較低,無法滿足當下人類追求的實時快速精準的要求。高光譜遙感具有波段范圍廣,信息連續(xù)性強,無破壞性,分析速度快等特性。該技術的出現(xiàn),為快速精準的獲取實驗結果提供了可能。文章主要分為三部分,第一部分主要是資料的收集分析。通過對近二十年光譜反演土壤重金屬的研究整理分析,發(fā)現(xiàn)研究一般采用間接反演的方式;與土壤重金屬相關性較好的土壤元素主要為有機質和土壤鐵·,光譜的處理對于反演模型精度具有顯著的影響,多數(shù)研究認為一階微分效果最好,但仍有研究不支持這一結論,實際研究中仍需具體情況具體對待。第二、三部分主要是研究性分析。第二部分利用珠三角水稻土采樣點對土壤鐵含量快速光譜反演模型進行了探索。數(shù)據(jù)處理包括對原始反射光譜平滑去噪處理,依據(jù)Rank-KS劃分法將原始光譜分為預測集及驗證集,預測集經(jīng)光譜預處理提取特征波段作為多元線性,偏最小二乘,人工神經(jīng)網(wǎng)絡及支持向量機反演方法的輸入?yún)��?shù)。結果表明,人工神經(jīng)網(wǎng)絡構建的模型為最佳模型,光譜經(jīng)微分處理后與土壤鐵相關性顯著提高,珠三角土壤鐵的特征光譜波段主要集中404、574、784、854以及1204 nm波段附近,其中又以854nm最為顯著。第三部分根據(jù)珠三角土壤鐵的實測值對整個珠三角研究區(qū)進行插值,驗證各種插值方法的插值效果,分析土壤鐵含量的空間分布特征。驗證方法選擇交叉驗證及獨立樣本驗證。結果插值效果較好的為反距離加權,普通克里格,徑向基插值及簡單克里格。插值結果表明,研究區(qū)內土壤鐵含量由珠三角入口向四周逐漸降低。通過計算不同局部變異系數(shù)(CV)范圍的均值相對誤差(RMSE),發(fā)現(xiàn)當CV大于0.07時,任何插值方法效果都很差,但在0.04～0.07范圍內,徑向基插值法能夠突出局部變異特征。
【圖文】：

２邋土壤重金屬光譜反演概論逡逑利用反射高光譜反演土壤重金屬含量的主要手段包括直接反演和間接反演兩種方逡逑式，基本流程見圖２－１。利用高光譜影像能夠實現(xiàn)土壤重金屬的定量反演，鑒于高光譜逡逑影像獲取費用較高，所以研究者多選擇土壤光譜數(shù)據(jù)［５２］�；�于高光譜遙感的有機質，土逡逑壤碳，含水率等土壤組分的反演手段已經(jīng)成熟［５３］。與土壤成分反演類似，土壤重金屬含逡逑量的直接反演包括反射光譜預處理、分析預處理光譜與土壤重金屬含量之間的相關性，逡逑提取特征光譜波段構建反演模型、根據(jù)模型評價標準選擇最優(yōu)的反演模型，最后利用最逡逑佳反演模型預測研究區(qū)土壤重金屬含量。通過土壤重金屬含量與高光譜數(shù)據(jù)之間的相關逡逑性建立的反演模型為直接反演，該方法主要應用于污染嚴重或重金屬含量較高的特定區(qū)逡逑域［５４］，如煤礦［５５］，冶煉廠％］等，不具有普適性。逡逑－８－逡逑

圖２－３不同土壤重金屬元素反演方法統(tǒng)計逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｓｕｍｍａｒｙ邋ｏｆ邋ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｏｉｌ邋ｈｅａｖｙ邋ｍｅｔａｌｓ逡逑觀察分析表２－２，，圖２－２及圖２－３可知，偏最小二乘是目前普遍采用的反演方法，為逡逑追求更高的反演精度，近年來基于機器語言的反演方法逐漸進入該領域，具體包括以逡逑最小二乘為基礎的偏最小二乘支持向量機［５６］、偏最小二乘遺傳算法［６５＼序列最小優(yōu)化逡逑持向量機［８７］、隨機森林及超限學習機［９（）］等。逡逑具體研究中，Ｓｏｎｉａ等認為偏最小二乘能夠較好的預測鉛和鋅的污染水平，鉻的精逡逑次之［６Ｇ］。Ｍｏｒｅｓ等基于土壤可見－近紅外和中紅外反射光譜，建立偏最小二乘回歸，實現(xiàn)了對河灘土壤中砷、鎘、銅、鉛和鋅元素污染水平的定量監(jiān)測，其回歸系數(shù)逡逑別為０．９２、０．７６、０．８５、０．８８和０．７７［９１］。葉元元對土壤重金屬砷和鉛建立了多種定量逡逑－１２－逡逑
【學位授予單位】：山西農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S153.6;X144

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 黎年如;劉金元;;土壤元素測量在地質找礦工作中的作用[J];中國新技術新產(chǎn)品;2014年08期

2 黃尚佐;劉海君;;探究土壤元素測量在地質找礦工作中的實際作用[J];江西建材;2013年06期

3 黃聲嵐,黃近丹;電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定土壤元素[J];福建農(nóng)業(yè)科技;2000年04期

4 林舜華;黃銀曉;姚依群;韓榮莊;;以植物、土壤元素含量評價天津大氣環(huán)境質量[J];Journal of Integrative Plant Biology;1989年01期

5 張萬全;;土壤元素測量在地質工作和地質找礦中的作用[J];中國資源綜合利用;2018年04期

6 朱立新,馬生明,周國華,鄭立果;沖積平原區(qū)土壤元素組成特征及其示蹤作用[J];地質與勘探;2002年04期

7 楊海菊;韋樹根;閆志剛;黃春榮;董青松;;廣西荔枝林下土壤元素分析[J];農(nóng)業(yè)研究與應用;2016年01期

8 劉文;吳敬祿;曾海鰲;馬龍;吉力力·阿不都外力;SAPAROV A S;;哈薩克斯坦東部土壤元素組成及其空間影響因素分析[J];地球環(huán)境學報;2013年01期

9 董巖翔,鄭文;浙江省北部地區(qū)土壤元素有效量研究[J];貴州地質;2005年03期

10 吳月照,潘懋;中國東部玄武巖地區(qū)母巖及土壤元素含量變化規(guī)律研究[J];環(huán)境科學進展;1993年05期

相關會議論文 前5條

1 宋明義;吳小勇;周宗堯;李恒溪;酈逸根;;浙江省土壤元素地球化學特征研究[A];全國環(huán)境生態(tài)地球化學調查與評價論文摘要集[C];2006年

2 何瑤;劉穎;陳玲;;上海市表層土壤中金屬元素含量及其分布特征[A];2008中國可持續(xù)發(fā)展論壇論文集（2）[C];2008年

3 高衛(wèi)東;;新疆土壤元素含量特征及其對沙塵氣溶膠貢獻分析[A];第九屆全國氣溶膠會議暨第三屆海峽兩岸氣溶膠技術研討會論文集[C];2007年

4 黃春雷;;浙江省金華市農(nóng)業(yè)地質環(huán)境調查項目初步成果綜述[A];中國地質學會2013年學術年會論文摘要匯編——S03中國地質學會農(nóng)業(yè)地學專業(yè)委員會換屆暨2013年學術研討會分會場[C];2013年

5 李強;孫海龍;賀秋芳;賈麗萍;;自然降雨條件下巖溶區(qū)土壤鉀、氮流失及其對泉水水化學的影響——以廣西馬山弄拉為例[A];首屆全國農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學術研討會論文集[C];2005年

相關重要報紙文章 前1條

1 萬通;全元肥料[N];山西科技報;2002年

相關碩士學位論文 前10條

1 郭穎;土壤元素光譜反演及空間分布研究[D];山西農(nóng)業(yè)大學;2018年

2 邢懷學;基于GIS合肥地區(qū)土壤元素空間變異及分形特征研究[D];合肥工業(yè)大學;2007年

3 張鐵錚;張家口葡萄產(chǎn)區(qū)土壤元素空間變異性及其環(huán)境風險評價研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學;2010年

4 傅佳麗;平潭海島土壤元素的高光譜遙感反演模型[D];福建師范大學;2016年

5 武興;露天煤礦排土場土壤養(yǎng)分時空變異性及環(huán)境解釋[D];山東農(nóng)業(yè)大學;2011年

6 孫彬彬;珠江三角洲土壤元素時空變化研究[D];中國地質大學（北京）;2008年

7 谷海峰;河北平原區(qū)地貌地球化學特征研究[D];石家莊經(jīng)濟學院;2011年

8 李春亮;甘肅省武威地區(qū)多目標區(qū)域地球化學特征及土壤環(huán)境質量評估[D];中國地質大學（北京）;2013年

9 殷衛(wèi)抗;寶天曼銳齒櫟林物種分布與土壤因子關聯(lián)分析[D];河南農(nóng)業(yè)大學;2013年

10 阮曉峰;上海市香樟黃化成因與環(huán)境影響研究[D];復旦大學;2009年

本文編號：2678274