[發明專利]一種土壤重金屬風險預測方法

有效

• 申請號: 201810301982.6
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108918815B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 胡月明;楊灝;宋英強
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 佛山市廣盈專利商標事務所(普通合伙) 44339
• 代理人: 李俊

本發明提供一種土壤重金屬風險預測方法，基于序貫條件模擬方法對目標區域內土壤的各種類重金屬含量進行估計，并基于Hakanson潛在生態風險指數法綜合各種重金屬含量，生成可視化土壤重金屬風險圖。與傳統的克里格插值法而言，序貫條件模擬方法更加能體現重金屬分布的不確定性，克服傳統克里格插值方法的平滑作用，具有更加良好的預測性；Hakanson潛在生態風險指數法可科學的綜合各種土壤重金屬含量，得出較為準確的評估風險；可較為直觀的從可視化土壤重金屬風險圖中觀測出高風險區域，并及時作出預防措施，具有良好的實用性。

技術領域

本發明屬于地統計學領域，具體涉及到一種土壤重金屬風險預測方法。

背景技術

隨著城鎮化、工礦業的快速發展以及農藥有機肥的大量使用，越來越多的重金屬通過污水灌溉、大氣沉降、降水徑流等途徑進入農田土壤環境。農田中重金屬的含量日益累積，而重金屬難以被土壤中的微生物降解，重金屬含量一旦超過特定閾值，將對農作物安全、生態環境和人類健康造成嚴重危害。針對農田土壤重金屬的危害脅迫，預先識別農田重金屬的風險區域，能對區域的農田環境保護、重金屬污染預警和風險管控等提供科學的指導和依據。

現有方法在判斷土壤重金屬區域風險時一般分為兩步，首先是對土壤重金屬含量空間分布的預測，然后再根據評價方法確定風險的閾值，進而判斷該地區是否有風險。

農田重金屬風險識別需要區域內土壤重金屬精確的空間分布制圖作為支撐，通過空間分布及趨勢來分析其聚集特點，對比預測含量與風險閾值來判斷土壤是否存在風險性。當前在土壤屬性預測研究中最常用的是克里格插值法，識別土壤重金屬風險一般有兩種途徑：一是直接利用插值方法對土壤重金屬含量進行空間預測，獲得重金屬含量的空間分布后和閾值進行對比，多用線性克里格模型，如普通克里格(Ordinary Kriging,OK)；二是利用不確定性評估來確定區域重金屬含量超過閾值概率的空間分布，多用非線性克里格模型，如指示克里格(Indicator Kriging,IK)。

污染評價可以界定土壤受重金屬污染的程度，通過分級確定重金屬污染的閾值，從而劃分土壤中重金屬的危害等級。對重金屬污染的評級方法和標準有很多，主要可分為指數法、模型指數法和其他評價方法。

現有常用的預測方法存在一定的限制和缺陷，一方面克里格插值是對未采樣點的最優無偏估計，其對數據的分布有較為嚴格的要求。但土壤中重金屬的含量不僅與土壤本身質地有關，還與人為因素的影響有關，這導致土壤重金屬的分布呈現極高的空間異質性。在實際采樣中也存在著異常值，使數據成偏態分布，具有較大的變異系數和偏度值。這使得數據經常不完全符合克里格的要求。一般通過非線性變換來使數據服從正態分布，但難以轉換為原尺度；或者利用變異云圖、三倍標準差準則等來剔除異常值，但異常值客觀存在，對其直接忽視可能會對預測的結果產生較大的影響。同時克里格插值還存在平滑效應，平滑程度受到采樣點分布影響，采樣點相距越遠其插值的平滑效應越強烈。而在大的尺度下，由于農田分布不均、空間、時間和人力的成本等的限制性，很難做到均勻密集的采樣，產生的平滑效應可能導致土壤重金屬含量異常區的重要信息丟失。

另一方面，指數法形式簡單易懂，容易掌握與操作，但還是存在一定的問題:例如單因子指數法難以全面、綜合地展現土壤的污染程度。內梅羅綜合污染指數法，人為估算因子帶有主觀性，容易夸大高濃度重金屬污染的影響。地累計指數法忽略了元素間的相關性，各金屬的不同污染能力和生物有效性，難以比較元素間或區域間環境質量，在選取k值時會帶有主觀性。

發明內容