龙口市污灌区农田重金属遥感监测研究

摘要

土壤，在社会生产生活中扮演者不可或缺的重要角色，其质量直接决定了农作物的品质乃至人类健康。然而随着人口的爆发式增长及工业的迅速发展，越来越多的“三废”等有害物质通过多种途径在土壤中积累，造成土壤污染，进而影响生长在土地上的作物，其中使用污水对农田进行灌溉而导致农田重金属污染的事件时有发生。生活废水中含有较多的营养物质，可以在缓解灌溉用水不足的同时改善土壤肥力、促进作物生长，但工业废水的重金属等有害物质成分偏多，长期灌溉势必会引起重金属在土壤及作物体内的过度积累；而重金属在土壤中难以转化分解，危害性持久，因此如何快速高效地监测污灌区农田的重金属含量水平及做出合理的污染评价成为当前的研究热点。相比于传统监测手段，遥感技术以其实效性、非侵入性及覆盖范围广等特点，为农田重金属的监测与评价提供了新的解决思路。
　　本研究主要内容包括：⑴土壤元素中Cr、Cu、Pb和Zn的建模效果最好；Cr的最佳光谱指标为SNV、Zn为去包络线，其余元素均为一阶微分数据；所有重金属中7种元素的逐步回归模型更优。玉米叶片中Zn、Cd和Hg的模型效果比较理想；除Cd元素外最佳建模指标同样为RD1光谱，且最佳模型中逐步回归模型数量高于其他方法。因此可以认为一阶微分数据可以有效地提高建模精度，而逐步回归法更适合本次研究。玉米叶片光谱对土壤重金属Pb和Cd的预测效果比较理想，R2均达到0.5以上，表明植物叶片光谱可以在一定程度上反映土壤的重金属污染状况。⑵土壤重金属除Cr与N i外，其余元素的空间分布存在一定差异，但东北部工业区及中部人口密集区为主要的高值区域，说明重金属含量受人为活动扰动较大。玉米与土壤对应元素的空间分布特征并不相似，其中Cd的高值区位于研究区南部，而其余元素高值区出现在北部及东部的部分岛状区域。玉米叶片中的重金属含量受到化肥农药施用等随机干扰的可能性更大。⑶多种重金属间存在比较显著的相关关系，表明可能拥有相同的来源，主成分分析则进一步解析了各种来源。土壤重金属共辨识出3个主成分，主成分1代表自然源因子，主要包含Cr和N i元素；主成分2代表交通及工业源因子，包含Cu和Zn元素；主成分3代表工农业源因子，主要包含Cd和Pb；As和Hg则是受到自然和工农业活动的双重影响。玉米叶片同样辨别出3种来源，As和Cd与化肥农药的施用有关，Cu和Zn多源于植物本身，用于叶绿素合成、光合与呼吸等生理活动，而Cr、Ni、Pb和Hg受工业活动影响。⑷内梅罗综合指数及污染负荷指数评价结果显示，研究区农田土壤主要处于中等污染水平，各别地区存在点源污染；而潜在生态危害指数评价结果表明，农田土壤的生态危害性不高，为轻微水平。评价结果空间化表达后显示，污染较严重的地区与土壤重金属的普遍高值区分布比较一致，集中分布于东北部和龙口港工业区及中部人口密集的城区。

目录

声明

1 引言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容

1.4 技术路线

2 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.2 社会经济概况

3 数据获取与预处理

3.1 样品采集与分析

3.2 高光谱数据测量与预处理

4.1 高光谱估测模型建立方法

4.2 土壤重金属含量监测

4.3 玉米叶片重金属含量监测

4.4 玉米叶片光谱预测土壤重金属含量

5 污灌区农田重金属来源分析与土壤环境质量评价

5.1 土壤重金属来源分析

5.2 玉米叶片重金属来源分析

5.3 污灌区农田土壤环境质量评价

5.4 防治对策

6.1 主要结论

6.2 存在问题与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的课题

致谢