[發明專利]一種地形平緩區土壤重金屬鎘空間分布預測方法

有效

• 申請號: 201610992934.7
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106779061B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 李啟權;肖怡;王昌全;彭月月;李珊;代天飛;岳天祥;史文嬌;羅由林;張浩;張新;蔣欣燁;李冰;高雪松;王棟;羅琳;謝云波;易蔓
• 申請（專利權）人: 四川農業大學
• 主分類號: G06N3/08
• 分類號: G06N3/08
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

本發明公開了一種地形平緩區土壤重金屬鎘空間分布預測方法，首先采用徑向基函數神經網絡模型建立各影響因素與土壤鎘含量間的非線性映射關系；針對土壤鎘含量在距離分析區域不同范圍內與各因素間相關性的變化，將分析區域劃分為距離分析區域10km范圍內和外兩個區域，分別構建揭示土壤鎘含量與土壤鎘含量影響因素間非線性映射關系的神經網絡模型；再以HASM模型對神經網絡模型預測結果的殘差進行模擬，得到對分析區土壤鎘含量空間分布的預測結果。本發明對驗證點預測結果的精度提高了5.56％?17.65％；同時，該方法能較好地反映分析區土壤鎘含量空間變化的細節信息。

技術領域

本發明屬于土壤重金屬含量測定技術領域，尤其涉及一種地形平緩區土壤重金屬鎘空間分布預測方法。

背景技術

土壤變化是目前全球環境變化的重要內容之一。近年來，隨著社會經濟的快速發展，化肥農藥的大量施用以及工業排污的不斷增加，我國的土壤環境面臨的壓力越來越大。其中，移動性差、難以被微生物降解的土壤重金屬污染問題尤其嚴重，土壤重金屬污染不僅會導致農作物減產或絕收，還會進入食物鏈或污染大氣危害人畜的健康，引發慢性疾病。目前，我國已約有占耕地總面積的1/5的耕地正遭受不同程度重金屬污染，這是導致糧食減產的原因之一，直接造成的經濟損失高達200億元。從廣東、沈陽等城市的重點調查結果來看，污染區的癌癥死亡率和癌癥發病率明顯高于未污染區。因此，開展土壤重金屬污染防控和治理已是當前土壤環境保護工作的迫切需要。

準確掌握土壤重金屬的空間變化特征是進行土壤重金屬污染防治的關鍵和前提。受各種因素的綜合影響，土壤重金屬的空間分布存在明顯的空間異質性。研究表明，不同成土母質、土壤類型以及不同土地利用方式[下土壤重金屬含量存在明顯差異。在地形平緩區，主要受區域母質、土壤類型、城市化進程、經濟和交通發展以及土地利用方式的影響，土壤重金屬的空間分布也具有較高的空間異質性。因此，在當前土壤環境問題日趨嚴峻的背景下，土壤資源的優化利用以及土壤環境的保護和治理迫切需要準確掌握區域土壤重金屬含量的空間變化信息。

土壤重金屬的空間變化信息通常可以通過土壤采樣分析獲取。但是，受采樣條件、研究區范圍和研究成本(人力、物力)等因素的影響，現實過程中大量采樣并不可行。因此，使用科學的方法以較少的樣點獲得區域土壤性質的空間變化信息，就成為了一個關鍵問題。

傳統的統計方法是通過最小值、最大值、均值和標準差等統計參數分析計算，結果可以反映區域土壤重金屬含量特征的全貌，但不能描述其空間變化特征。僅基于采樣點數據和自身相關性的空間插值方法，如反比距離加權法、克里格插值法等能在一定程度上避免傳統統計方法的局限性，獲得區域土壤重金屬含量的空間分布趨勢，但這類模型沒有較充分地考慮各環境因素對土壤性質空間分布的影響，不能揭示復雜環境背景下土壤性質空間變化的細節信息。研究表明，引入土壤類型、河流、道路和居民點等因素作為輔助變量的預測方法其誤差比僅基于采樣點數據進行空間插值的方法有明顯的降低，因而，將環境因子作為輔助變量進行土壤性質的空間分布模擬已是提高其模擬精度的必然途徑。但在地形平緩區內，由于地形等常用環境因子差別不大，很難用于作為土壤性質空間分布模擬預測中的輔助變量。因此，合理選擇和表達地形平緩區土壤重金屬空間分布的影響因子，開展土壤重金屬空間變異的預測方法研究，可為準確獲取區域土壤重金屬空間分布信息提供相應的方法參考，為經濟社會發展迅速的平原區土壤環境保護提供科學依據。

綜上所述，現有的土壤重金屬鎘空間分布預測方法不能合理選擇和表達地形平緩區土壤重金屬空間分布的影響因子，從而不能準確獲取區域土壤重金屬空間分布信息。

發明內容

本發明的目的在于提供一種地形平緩區土壤重金屬鎘空間分布預測方法，旨在解決現有的土壤重金屬鎘空間分布預測方法不能合理選擇和表達地形平緩區土壤重金屬空間分布的影響因子，以及未能準確捕捉各影響因子與土壤重金屬間非線性關系，從而不能準確獲取區域土壤重金屬空間分布信息的問題。

本發明是這樣實現的，一種地形平緩區土壤重金屬鎘空間分布預測方法，該地形平緩區土壤重金屬鎘空間分布預測方法包括：