基于GIS的土壤重金属污染分析与模拟系统设计

作为环境质量评估的重要指标之一,土壤重金属污染程度对环境质量具有重要影响。为了了解土壤重金属污染现状以及评价重金属污染对环境的影响,利用GIS平台、MySQL数据库、空间分析方法、土壤重金属污染扩散模型等关键技术和方法,设计并开发了基于GIS的土壤重金属污染分析与模拟系统。系统实现了重金属污染分析、二维扩散模拟等功能,可为大面积土壤重金属污染的预防与治理提供技术支持。     

GIS在土壤重金属污染评价中的应用

针对土壤采样点的重金属含量平均值无法全面、科学地表示区域土壤污染情况进而影响土壤污染评价的问题,该文讨论了利用GIS评价土壤重金属污染的合理性,总结探讨了GIS在土壤重金属污染评价中专题图制作、空间分析、数据管理等方面的具体应用,并结合GIS技术发展,展望了GIS在土壤重金属研究中的应用趋势。结果表明,借助GIS可以揭示土壤重金属空间分布与周围环境的关联性,为土壤重金属污染的预测预警及有效治理提供科学依据。     

基于GIS的土壤重金属数据库构建及应用

本文首先探讨了利用GIS技术构建上海市基本农田土壤重金属数据库的方法,该数据库集空间数据、采样点监测数据和元数据于一体,对于土壤重金属信息的管理、应用服务等具有重要的基础作用,是农产品安全生产环境认证和土壤环境长效管理的重要依据;接着,基于数据库进行了重金属元素的描述性统计、动态累积和Kriging插值分析;结果表明,除As外,其余重金属平均含量均高于该区域的背景值含量,尤其是Cd、Hg、Zn、Cu累积指数较高,是上海市农田土壤重金属污染的主要元素。     

土壤重金属污染灰色综合评价模型

针对稀疏采样难以准确估测区域土壤重金属综合污染情况和迁移变化规律的问题,提出基于GIS的多属性决策组合赋权灰色综合评价模型。首先采用GIS技术揭示土壤重金属空间变异和污染分布格局;然后利用最大化熵理论集成主客观因素,架构优化组合赋权的土壤重金属污染灰色综合评价体系;最后以试验区土壤中8种(铜、锌、铅、镉、砷、铬、汞、镍)重金属的综合污染情况为例,检验该方法应用效果。结果表明:最优组合权重的灰色综合分析方法兼顾主观偏好和客观属性,其评价结果具有更高的可信度和风险辨识度,提高了综合评价的合理性与有效性,可为土壤重金属污染监测提供方案参考。     

临潼区绿化带土壤重金属污染与健康风险评价

针对城市绿化带土壤重金属污染问题,该文利用射线荧光光谱仪测量重金属含量,引用单因子与负荷污染指数法并依据国家标准进行污染评价;引入人体暴露风险评价模型,对致癌和非致癌健康风险进行评价。结果表明,研究区土壤重金属污染较严重;经手-口直接摄入是健康风险的主要暴露途径,儿童总的非致癌风险为0.573,成人总的非致癌风险为0.088,均未超过限制1,表明8种重金属不存在明显的非致癌风险;Cr、Co、Ni、As的致癌风险均低于美国环境保护部推荐标准10~(-6),表明重金属的致癌风险均在可接受范围内。研究区内土壤重金属含量及污染状况空间分异显著。研究结果对城市绿化带内土壤重金属污染评价有一定借鉴意义。     

基于GIS的土壤重金属污染模拟扩散研究及应用

土壤污染是全球三大环境污染之一,目前、重金属污染是造成我国土壤污染主要原因之一,土壤中的重金属元素会严重危害相关农作物的生长,且传统的土壤重金属污染研究和污染模型的建立大部分是通过单一的数据表格来对结果进行分析说明,不够直观和简明。因此,基于地理信息系统十分强大的空间数据管理及空间分析能力,结合相关算法,构建出土壤中重金属污染扩散迁移模型,并将WebGIS技术和土壤重金属污染扩散迁移起来,对土壤重金属污染数据用GIS技术进行分析和展示。研究表明:改进之后的模型及程序与传统模型及程序相比,数据的展示更加直观,对数据展示更加多维,可以辅助政府环保相关部门对土壤中的重金属污染制订更加精准的治理方案。     

矿区土壤重金属Pb、Cd污染状况高光谱分类建模

针对矿区土壤重金属含量高度变异性及样本不均衡导致重金属污染状况分类误差较大的问题，本文在光谱预处理及光谱变换基础上，采用主成分分析（PCA）对光谱进行降维处理，并通过SMOTE算法生成虚拟样本均衡各污染等级样本，最后应用随机森林（RF）对Cd、Pb进行回归与分类。研究结果表明：定量反演重金属Pb、Cd含量精度很低；在定性分析试验中对降维前光谱样本应用SMOTE算法，土壤重金属Pb、Cd污染等级分类精度较原始样本分类精度均有较大提升，且少数类别误判率也降低明显。其研究为大面积监测矿区土壤重金属污染状况提供了一种有效、精确的方法。     

徐州市九里矿区土壤重金属插值分析及污染评价

通过对徐州市九里矿区的表层土壤进行采样测定,进而对该矿区土壤重金属富集与污染状况进行了分析与评价。结果表明,该矿区表层土壤中5种重金属(Cd、Cu、Zn、Pb、Cr)含量均略高于中国土壤元素背景值,土壤中Cd富集程度较高,污染较严重;Cu、Zn、Pb、Cr富集程度较低,污染程度较轻。在GIS环境下利用空间数据插值方法对重金属的空间分布特征研究发现,该城区土壤重金属含量与该区的工矿活动和交通活动等密切相关。     

湖南典型矿区耕地土壤重金属空间特征研究

运用GS+及GIS技术,对茶陵县耕地土壤中Cd、Cr、Pb、As、Hg的含量进行了特定阈值的条件概率空间分布特征研究。结果显示,该区耕地土壤Cd超标最为严重,其余4种重金属元素污染较轻,其中Cd、Pb、As含量的空间变异性较强。重金属Cd、Cr、Pb、As、Hg监测值的指示变异函数最佳拟合模型全都为指数模型,Cd、Pb、As和Hg的空间自相关性较强,Cr体现为中等强度的空间相关性。茶陵县耕地土壤Cd污染高风险区域位于八团乡、高垅镇以及平水镇,Cr污染高风险区域位于潞水镇、平水镇;Pb污染高风险区域位于平水镇、七地乡、八团乡、高垅镇、尧水乡以及严塘镇,As污染高风险区域位于高垅镇、桃坑乡、严塘镇以及平水镇;Hg污染高风险区集中在平水镇和秩堂乡。研究结果可为研究区域的重金属污染综合防控和农业安全生产布局提供科学依据。     

光谱解混下耕地土壤铬含量GMDH模型反演

针对遥感影像反射率与重金属元素间的光谱响应弱,土壤重金属经典反演模型精度较低等问题,本文以Sentinel-2号遥感影像为数据源,利用像元二分模型进行影像光谱解混,筛选出相关性较高的特征光谱作为光谱参量,构建基于像元线性解混和不同光谱变换下土壤反射率与重金属Cr含量的PLS模型和GMDH模型。研究结果表明,解混后的光谱与重金属Cr含量间的显著相关波段数增多,相关性增强。基于解混后的土壤光谱与重金属Cr含量构建的GMDH模型,其模型稳定性较好,预测能力更强,精度更好。该方法拓展了传统的利用遥感影像进行反演的思路,可为大范围监测土壤重金属的污染状况提供有益参考。     

基于GIS的县域土壤重金属生态风险评价

为研究经济快速发展区农田土壤中重金属的含量及污染状况,本文以浙江省慈溪市为研究对象,研究土壤中铜、汞、镉、铅、砷、铬、锌七种重金属含量特征,并采用潜在生态危害指数法对其进行评价,并绘制生态风险危害指数分级图。结果表明:土壤中除汞元素含量较高外,其他各元素含量仅稍高于当地土壤背景值。七种元素的单因子污染指数Cfi值均属于中等的污染参数,综合污染指数Cd上限值已处于高污染指数的范围,但平均值为属于中等污染水平。从潜在生态风险评价结果来看,七种元素的单项潜在生态风险参数Eri的值也只有汞达到了强生态危害,七种元素综合潜在生态危害指数RI刚刚达到中等生态危害水平,说明该区农田土壤尚处于较低的生态风险状态。生态危害指数插值结果表明,慈溪市重金属元素的高风险区分布在中南部人类活动较为活跃、城乡工业较发达的区域,在今后的土地利用中,应高度重视人类活动对土壤重金属污染的影响。     

Monitoring stress levels on rice with heavy metal pollution from hyperspectral reflectance data using wavelet-fractal analysis

Remote sensing allows monitoring heavy metal pollution in crops for agricultural production and food security. This paper presents an approach to wavelet-fractal analysis for exploring a set of sensitive spectral parameters to monitor the heavy metal pollution levels in rice crops from hyperspectral reflectance data. Hyperspectral and biochemical data were collected from three study farms in Changchun, Jilin Province, China. Our study explored the fractal dimension of reflectance with wavelet transform (FDWT) that demonstrated a better performance than other existing methods. Our results obtained in this study show that the red edge position (REP) was the most sensitive indicator for monitoring the heavy metal pollution levels in rice crops among common indices. As compared with REP, the FDWT is more sensitive to biochemical composition, namely with respect to chlorophyll concentrations, N, Cu and Cd. The established linear models showed a correlation coefficient (R²) above 0.70, model efficiency (ME) above 0.65 and a root mean square error (RMSE) below 3.5. Minimum FDWT values occurred in rice with Level II pollution followed by Level I pollution, and finally the safe level. This study suggests that wavelet transform is well suited as a spectral analysis method to eliminate noise and amplify the stress information from heavy metals. The wavelet transform in conjunction with fractal analysis is promising for detecting heavy metal-induced stress in rice crops.     

城市化的农用地评价比较研究——以南京市江宁、六合区为例

我国城市化步入快速发展时期,城市用地的迅速增长,使得大量的农用地正在快速转变为非农业用地。本文以GIS技术为核心,在快速城市化的背景下,综合考虑农用地的经济价值和社会价值影响因素,建立评价模型,通过对南京市江宁区和六合区为例进行实证比较研究,探索农用地评价的方法和规律,为农用地的征用、整理、分等、定级和估价提供一定科学依据。     

Remote sensing of human beings – a perspective from nighttime light

City lights, fishing boats, and oil fields are the major sources of nighttime lights, therefore the nighttime light images provide a unique source to map human beings and their activities from outer space. While most of the scholars focused on application of nighttime light remote sensing in urbanization and regional development, the actual fields are much wider. This paper summarized the applications of nighttime light remote sensing into fields such as the estimation of socioeconomic parameters, monitoring urbanization, evaluation of important events, analyzing light pollution, fishery, etc. For estimation of socioeconomic parameters, the most promising progress is that Gross Domestic Product and its growth rate have been estimated with statistical data and nighttime light data using econometric models. For monitoring urbanization, urban area and its dynamics can be extracted using different classification methods, and spatial analysis has been employed to map urban agglomeration. As sharp changes of nighttime light are associated with important socioeconomic events, the images have been used to evaluate humanitarian disasters, especially in the current Syrian and Iraqi wars. Light pollution is another hotspot of nighttime light application, as the night light is related to some diseases and abnormal behavior of animals, and the nighttime light images can provide light pollution information on large scales so that it is much easier to analyze the effects of light pollutions. In each field, we listed typical cases of the applications. At last, future studies of nighttime light remote sensing have been predicted.     

遥感技术在农业立体污染监测中的应用

分析我国农业立体污染的客观现实，探讨遥感技术在农业立体污染监测中的应用。主要分析遥感技术在农区水体污染监测、土壤污染时空动态监测、农作物污染变异监测和农业气体污染监测等方面的应用前景； 提出遥感技术与地理信息系统技术相结合，建立综合农业立体污染空间地理信息管理系统，实现农业立体污染的时空动态模拟分析，为农业立体污染防治决策提供科学依据。