基于机器学习的表层土壤成矿元素空间预测: 以稀有金属铷元素为例

近些年随着土地质量地球化学调查工作的开展,获取了大量表层土壤样品数据。然而,这些数据也存在一个明显的缺陷,即1∶50 000大比例尺表层土壤数据往往缺少成矿元素。鉴于土壤成矿元素含量对于矿产资源勘查的重要指示作用,尝试基于现有数据对大比例尺表层土壤成矿元素含量提供一个补全方案。以稀有金属铷元素为例,采用随机森林算法把同一区域2 548组1∶250 000小比例尺表层土壤数据按照8∶2的比例随机分为两组,用80%的数据进行训练建模,20%的数据对模型进行验证。采用变量重要性度量排序和构建学习曲线的组合方法优选了8种元素(K、B、Ni、V、Zn、As、Co、Cu)作为预测变量,模型对训练数据和测试数据的拟合优度R²分别达到0.983 2和0.895 6,说明预测变量的优选方法是有效的。随后将1∶50 000表层土壤的上述预测变量数据作为输入变量导入模型中,得到预测的Rb元素含量,预测结果比较符合实际特征。本研究表明将大数据机器学习随机森林算法引入表层土壤地球化学元素含量空间定量预测具有可行性,可进一步拓展土地质量地球化学数据的服务应用维度。     

广西三江县土壤硒含量分布特征及其影响因素研究

以广西三江县土壤为研究对象,采集了表层土壤样2 751件和土壤垂向剖面样180件,测定了土壤中硒的含量。利用多元统计分析、地统计学法、GIS空间分析技术和Pearson相关性分析法研究了土壤硒的含量特征和影响因素。结果表明:研究区表层土壤硒平均含量为0.63 mg/kg,变化范围为0.10~14.41 mg/kg。研究区土壤硒资源丰富,足硒和富硒土壤面积为95.87%。土壤硒含量的分布主要受到地质背景的控制,不同成土母岩形成的表层土壤硒含量存在较大差异,寒武系以黑色岩系为母质的土壤硒含量最高,平均含量达2.58 mg/kg,变化范围为0.31~14.41 mg/kg。不同土壤类型中,黄壤硒含量最高,平均含量达0.75 mg/kg,变化范围为0.24~2.07 mg/kg,水稻土硒含量最低,平均含量为0.51 mg/kg;不同土地利用类型土壤硒含量差异较大,除水田为基本自然状态以外,其余地类均呈现富集。研究区表层土壤硒含量总体上受控于深层土壤硒含量,成土过程中表层土壤硒含量发生了次生富集。同时土壤pH、Corg、P、S、Al₂O₃、TFe₂O₃含量和CIA等对土壤硒含量的分布也有一定的影响。     

四川邻水县华蓥山—西槽土壤Cu地球化学特征与生态健康

铜(Cu)是人体所必需的微量元素,目前我国还没有农作物Cu含量的推荐值,更缺少开发富Cu土地资源的土壤Cu含量标准。本文以四川省邻水县华蓥山—西槽耕地区为研究区,根据1∶5万土地质量地球化学调查获取的表层土壤、农作物及根系土中Cu含量数据调查结果,研究了土壤与农作物中Cu的含量及分布特征,分析了玉米籽实Cu生物富集系数(BAF)的影响因素,构建了玉米籽实Cu的BAF预测模型,提出了开发富Cu玉米和富Cu土地资源的Cu含量最佳赋值范围。研究结果显示:(1)研究区表层土壤Cu含量范围为(3.33～173)×10^-6,平均值、中位值分别为26.85×10^-6、25.60×10^-6。土壤Cu高值区主要分布在邻水县华蓥山玄武岩、碳酸盐岩与炭质页岩为成土母岩的地区,土壤Cu低值区分布在西槽侏罗系砂页岩为成土母岩的地区。(2)研究区玉米籽实Cu含量范围为(0.80～2.71)×10^-6,平均值为1.76×10^-6,中位值为1.82×10^-6。(3)为保证人体摄入Cu安全...     

黔西北地区土壤重金属地球化学背景及管理目标值

基于贵州省毕节地区1∶25万土地质量地球化学调查的1 308件深层土壤样品重金属含量数据,研究了土壤重金属含量分布及其地球化学背景特征,与全国土壤比较,黔西北土壤重金属地球化学背景值显著高于全国土壤元素背景值,但是,与我国西南地区土壤元素背景值接近。黔西北地区土壤重金属含量与地质背景关系密切,不同地质单元区土壤重金属含量存在显著差异,石炭系地层发育的土壤呈Pb、Zn地球化学高背景,二叠系中统风化形成的土壤呈Cd、Hg地球化学高背景,黔西北地区不仅存在土法炼锌造成的土壤重金属污染,土壤重金属地球化学高背景也是影响土壤重金属富集的重要因素。统计表明,黔西北地区二叠系中统风化土壤Cd管理目标值高于我国农用地土壤Cd风险管制值(2.0×10^-6),认为在确定黔西北地区土壤重金属管理目标时,应充分考虑不同地质单元区土壤重金属地球化学背景值差异及其生态环境效应的影响。     

柴北缘双口山荒漠戈壁景观区1∶5万“HS-9-4”弱小化探异常的矿化发现及意义

双口山荒漠、戈壁景观区位于我国柴北缘重要成矿带上。该景观区1∶5万水系沉积物测量发现"HS-9-4"综合异常弱小、零散、峰值低;元素空间套合性差,无规律性;多元素仅有1级异常分带。根据其本身自然地理景观,经"衬度异常法"与常规方法对比,发现"HS-9-4"弱小异常值得重视,对该异常开展了查证工作,最终在异常区发现了多处与金相关的矿(化)体及线索,为下一步地质工作提供了可靠依据。     

河北中南部平原土壤重金属元素存在形态及生物有效性分析

本文以河北省中南部平原农田表层土壤为研究对象,对表层土壤中7种重金属元素的形态含量进行了统计和分析,对重金属元素的生物有效性进行了评价,并运用相关分析法,对影响重金属元素生物有效性的因素进行了研究。结果表明,研究区表层土壤7种重金属元素的有效态含量以Cd最高,达36.83%,潜在生态危害性较大;其次为Pb,达13.37%,其中碳酸盐结合态达到12.38%,由于土壤呈中性或偏碱性,Pb元素的迁移能力较弱,其潜在危害性较小;Cu、Hg、Cr、As、Zn重金属元素含量均以稳定态的含量存在,之和均在90%以上,表明其潜在危害性较小;研究区土壤重金属元素的活性系数和迁移系数大小顺序为:CdPbHgCuZnAsCr和CdHgAsCuPbZnCr,其中Cd的活性系数和迁移系数平均值分别达到0.330和0.160,展现出较强的生物活性、不稳定性和迁移能力,其他重金属元素在土壤中活性系数(Pb除外)和迁移系数均较小,生物活性较弱,在土壤中稳定存在,由土壤中向植物中的迁移能力弱;研究区不同的重金属的生物有效性与其影响因素的关系不尽相同,其主要因素是土壤重金属元素全量,其次为p H、TOC、CEC、粘粒含量等,二者关系复杂。     

非火山地热区玛旁雍热田土壤CO_2脱气研究

地热活动是地球脱气的重要形式之一,其过程常伴随大量温室气体排放。选取非火山地热区西藏玛旁雍热田作为研究对象,基于菲克扩散定律对地热田区土壤CO_2脱气量进行评估。结果表明:该区一般土壤CO_2脱气通量为0.167~0.771 kg/(m2·a),含喷气孔区域土壤CO_2脱气通量为2.054~7.877 kg/(m2·a),含喷气孔地区的土壤CO_2脱气通量是一般土壤脱气量的18.9倍;与全球火山区土壤脱气量(0.001~2.25 Mt/(m2·a))相比,其值显著偏低;但比青藏高原高寒草原生态系统土壤的CO_2排放量(187.46 g/(m2·a))大。结合区域地质背景推测地热系统中的CO_2含量主要来源于岩浆脱气和热液同长石等围岩矿物的蚀变反应。区内土壤CO_2的低脱气通量受透水性较差的碎屑岩沉积盖层约束。     

岩土工程勘察中冻土可钻性的影响因素分析

对含水率为13%~27%的粉质粘土,在0~-25 ℃之间进行冻结,测定冻土的单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、波速等。试验结果表明,当粉质粘土含水率在18%~25%,冻土温度为0~-18 ℃的条件下,温度一定时,随着含水率的增大,抗压、抗拉和抗剪强度总体呈降低趋势,可钻性级别呈降低趋势;含水率一定时,冻土的抗压、抗拉和抗剪强度随着温度的降低而增大,可钻性级别提高。冬季勘察时,受冻土影响,可通过在钻孔内加热水提高钻速的方法提高成孔效率。     

天津滨海地区土壤剖面盐渍化特征及其影响因素

土壤盐渍化是由自然或人类活动引起的一种环境风险,对工农业生产具有重要影响。本次研究在天津滨海地区布置了6条具有代表性的土壤盐渍化剖面,选取其中4个剖面进行了为期两年的按月采样监测。研究发现,除了BHY6土壤剖面由于长年耕种,表现为平衡型土壤剖面形态之外,其余基本表现为底聚型土壤盐渍化剖面形态;从剖面中下部直到底部浅层地下水位附近,土壤中阳离子以Na+为主,阴离子以Cl-或Cl-+HCO-3为主,尤其在浅层地下水矿化度显著偏高(达盐水程度)的地区,土壤中Na+、Cl-所占比例具有绝对优势,具有滨海盐土的基本发生特征;气候因素、浅层地下水矿化度及埋深、表层土壤植被都是滨海地区土壤盐渍化的重要影响因素。表层土壤表现出春季积盐、夏季脱盐、秋冬季缓慢积盐的特征,浅层地下水矿化度越高、埋深越浅,其土壤剖面含盐量越高;果林地和长期耕种的土地可以降低土壤盐分的活性,有效抑制盐分的累积,降低滨海地区土壤盐渍化程度,保护和改良土壤。     

重金属污染物侵入对土体强度影响的试验研究

通过三轴试验、压缩试验和直剪试验对重金属污染土进行了研究,在100、200、300KPa围压条件下,对5种重金属含量不同的污染土试样:一般土、污染土(重金属元素质量比分别为:1%、3%、5%、7%)进行三轴对比试验,试验结果表明:污染土的强度随着重金属元素的含量的增加显著降低,围压增大对重金属含量低的污染土的强度的影响不显著,质量比小于3%时,峰值强度降低10%~15%,质量比大于5%时,峰值强度降低40%~50%;直剪试验结果表明:质量比小于3%的污染土抗剪强度-垂直压力曲线基本平行,垂直压力与抗剪强度成正比,抗剪强度降低幅度为5%~10%,质量比大于5%的污染土抗剪强度-垂直压力曲线表现为不规则,抗剪强度降低45%~55%左右;压缩试验结果表明,污染土与一般土的压缩量差别较大,质量比超过5%以上时对压缩性的影响尤为显著。