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基于GIS技术的农业土壤污染分析方法研究一、绪论随着人口的不断增加和工业化进程的加速推进，我国农业土壤污染已成为一个严重的环境问题。
农业生产中，长期使用化肥、农药、畜禽粪便等，会导致土壤中残留有害物质的增多，从而引起农产品质量和安全问题，给人们的生产生活带来严重威胁。
因此，如何利用现代科技手段进行土壤污染监测与管理已成为各界关注的热点问题之一。
地理信息系统（Geographic Information System, GIS）是一种高度集成的多学科交叉技术，涵盖地理、地质、城市规划、环境保护等众多方面。
利用GIS技术，可以进行多元大数据的空间分析和决策支持，为土壤污染监测、土地利用规划、农业推广等提供强有力的支持。
本文将介绍基于GIS技术的农业土壤污染分析方法，包括数据采集和处理、空间分析和决策支持等方面的研究进展。
二、数据采集和处理农业土壤污染的监测与评价需要大量的数据支撑。
传统的数据采集和处理方法主要是通过实地调查和化验分析获得，但这种方法费时费力，且受监测点数量和位置的限制，导致数据参考性较差。
而利用GIS技术，可以实现大规模数据获取和处理，并将不同来源的数据进行融合和分析，提高数据的可靠性和参考性。
常见的几种数据采集和处理方法如下。
（一）遥感数据采集和处理遥感技术是指通过航空或卫星等无人机平台获取地球表面的各类信息，并将其转换成数字形式进行数据处理和分析的技术。
遥感技术可以获取大范围、高分辨率的地表信息，包括土地利用类型、植被覆盖度、地形高程等特征。
其中，植被指数（Vegetation Index, VI）被广泛用于反演土壤有机质、矿质元素和重金属等指标。
通过利用GIS软件对遥感数据进行处理和分析，可以实现土壤污染的快速评价和精准定位。
（二）地球化学数据采集和处理地球化学数据是指通过化学分析手段获得的土壤中元素和离子浓度数据。
这类数据有别于遥感数据，更能够反映土壤中有害元素和化学物质的含量和分布情况。
文章编号:1006-446X(2007)08-0013-05地积累指数法及生态危害指数评价法在土壤重金属污染中的应用及探讨彭 景1 李泽琴1 侯家渝2(11成都理工大学环境与土木工程学院,四川 成都 610059;21天津市地质调查研究院,天津 300191)摘 要:将近年常用于重金属污染的地积累指数法及生态危害指数评价法进行了对比分析,并对西南某铅锌矿矿区表层土壤中重金属(Zn、Pb、Cd、Cu)污染情况进行了评价。
结果表明,该区Cd为极严重污染,Pb为中等污染,Zn和Cu为轻微污染。
地积累指数评价法和生态危害指数评价法两者各有侧重点,对于重金属污染的系统评价各具合理性;但两种方法都是基于沉积学理论提出,在对土壤重金属污染进行评价时,有其局限性,建议在对其参数修正后综合应用。
关键词:土壤;重金属污染;地积累指数评价法;生态风险评价法中图分类号:X825 文献标识码:A近年来,土壤污染问题日渐突出,在不同种类的污染物中,重金属因其持续性和毒性,显得尤为危险。
土壤中的重金属能从土壤迁移到其它生态系统组成部分中,如地下水、植物等,并通过饮用水和食物链影响人类健康[1]。
因此,有必要对土壤中重金属污染程度、危害性进行合理的评价,根据其对环境危害的轻重缓急,采用相应的方法对污染土壤实施科学管理、修复和治理,防止污染的进一步发展和扩大。
重金属污染评价方法种类繁多,从环境地球化学角度出发,应用于土壤重金属污染评价中的有单因子指数评价法、内梅罗综合污染指数法、地积累指数法(MULLER,1979)[2]、生态危害指数法(HAK ANS ON,1980)[3],另外,还有引入富集因子的标准化方法(滕彦国等, 2003)[4]、结合模糊数学理论产生的模糊综合评价法[5-6]和改性灰色聚类法[7-9]等。
这些评价方法各具特色,适用范围不一,目前尚未对这些评价方法进行分类系统化。
本文就近几年我国土壤重金属评价中使用最为广泛的地积累指数评价法和生态危害指数评价法进行比较探讨。
基于遥感和GIS的矿山环境监测与评价矿山环境问题是当前我国面临的一个重要挑战,人类对矿产资源的大规模开发不可避免的破坏了原有的自然界的环境平衡,矿山开发可能产生的污染对人类的生存环境会造成了严重的污染,矿山地质灾害危害了人们生命安全和财产安全。
德兴铜矿是我国最大的铜矿企业,拥有最多的铜产量和亚洲最大的尾砂库,笔者自2002年至2005年在国土资源部《矿产资源开发对矿山环境的影响及整治示范研究研究》项目中对德兴铜矿进行研究工作,从水质污染监测、土地利用变化信息、植被受污染动态监测、矿山地质灾害四个方面提出了一套遥感监测技术方法,并做出了评价,相对于传统调查方法有快速、低成本、宏观性好等特点。
以TM、SPOT等多源遥感数据为主要信息源,结合SRTM雷达测量地形数据,通过计算机图像处理,在不同分辨率信息源融合的基础上,提高遥感信息的有效性。
采用人机交互解译方式,提取反映矿区地质环境、地理环境、生态环境的遥感信息,分析矿山环境污染的形成机制,制作环境遥感评价图,最终快捷方便地得到了环境监测结果。
配合适当的野外实地验证的方法,对比不同时相的遥感资料,分析矿区动态变化趋势,获得了令人满意的效果。
本文主要获得的成果如下(1)基于水体在不同污染程度的光谱特征,提出了水质污染遥感评价模型,提取了4景不同时期的TM影像的水体综合污染浓度指数,分析了大坞河和乐安河的水体波谱特性,并根据污染指数得出污染源的位置、污染物的扩散动态变化,以便能及时采取防护措施。
得出结论:乐安河上游没有污染,污染的大坞河水在两河交汇处开始汇入,污染了乐安河下游,乐安河1986年至1992年污染较轻,但从1992年到1996年污染逐步恶化,经过治理2000年总体有所好转,污染程度有所下降。
(2)提出一套基于多光谱融合技术的植被破坏面积计算方法,可以准确快速的计算04年至05年植被破坏面积;用归一化NDVI植被指数评价24年来德兴铜矿的植被污染情况,分析了变化趋势,得出结论:由于矿山只注重生产而忽视了环境保护和污染治理,从1986年至1992年矿山植被质量逐步下降,1992年至1998年快速恶化,1998年是植被污染最为严重的时候,但自1998年矿山重视环境的治理以米,污染恶化的趋势开始减缓,到2000年的时候生态环境已经得到改善。
江西德兴铜矿地区重金属元素污染现状及对环境影响分析张 怡（江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西 南昌 330002）摘 要：重金属元素污染问题是当前生态环境面临的严峻挑战，尤其是金属矿山开采区域的重金属元素污染问题，对当地社会的生存环境带来了严重的破坏。
基于此，本文以江西德兴铜矿地区的重金属元素污染问题为研究对象，在总结该区域重金属污染现状的基础，从土壤、水体、植物等3个方面讲述了重金属元素污染对环境影响，认为该区域的Cu、V、Ni、Co、Pb、Mn 等元素在土壤中的含量远高于当地正常土壤背景值，水体中的含量普遍偏高。
关键词：铜矿床；重金属元素；污染问题中图分类号：X142 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）11-0142-2收稿日期：2019-11作者简介：张怡，男，生于1987年，汉族，江西鹰潭人，本科，工程师，研究方向：水文地质、工程地质、环境地质、地质勘查。
矿产资源的开发与利用促进了社会经济、科学技术等的发展和基础建设的不断完善，但对矿山区域的生态环境也带来了负面影响，如植被、生态平衡破坏、土质、水质污染等问题随之而来。
金属矿山周边的重金属元素污染现象日益严重，影响着土壤、水体等的质量，进而使得植物、饮用水等中的重金属元素含量超标。
江西德兴铜矿床是我国早期阶段开发的铜矿床之一，促进了我国社会建设的发展[1]。
但是，随着开采利用时间的增长，使得周边的重金属污染问题更为突出，严重的威胁着人类社会的正常生活。
基于此，本文以江西德兴铜矿地区的重金属元素污染为研究对象，分析及污染现状以及对环境的影响，为治理该区域的重金属元素污染提供参考。
1 江西德兴铜矿地区重金属元素污染现状本文收集了几年来关于该区域重金属污染方面的调查报告和研究资料，以Cu、V、Ni、Co、Pb、Mn 等6种元素为研究对象，分析了其污染现状。
根据分析结果显示，德兴铜矿地区土壤中的Cu、V、Ni、Co、Pb、Mn 元素含量高于该区域的土壤背景值，远高于该区域的地壳克拉克值，说明上述元素在该区域相对富集，在土壤中更为富集，间接的反映出土壤中Cu、V、Ni、Co、Pb、Mn 污染严重[2]。
第４０卷第２期２０１５年２月测绘科学Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ ＭａｐｐｉｎｇＶｏｌ．４０Ｎｏ．２Ｆｅｂ．作者简介：李冰茹（１９７９），女，河南沈丘人，工程师，硕士研究生，从事农产品质量检测及污染评价研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｂｉｎｇｒｕ８０＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２０１３－０８－２０ＧＩＳ在土壤重金属污染评价中的应用李冰茹，王纪华，马智宏，冯晓元（北京农业质量标准与检测技术研究中心，北京 １０００９７）摘 要：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。
关键词：地理信息系统；重金属；污染；应用研究【中图分类号】Ｐ２０８；Ｘ８ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００９－２３０７（２０１５）０２－０１１９－０５ＤＯＩ：１０．１６２５１／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－２３０７．２０１５．０２．０２３１ 引言重金属在土壤中长期积累富集和迁移，对生态环境和人体健康存在诸多现实和潜在风险［１］，其污染的空间分布与评价已经成为当前世界各国的关注焦点［２－３］。
由于土壤是一个不均匀、具有高度空间变异性的混合体，使得以监测点土壤重金属含量的平均值表示区域土壤污染程度的研究方法无法在真正意义上表达区域土壤污染的分布情况［１］。
因此，利用克里金插值等方法将监测的点源数据转换成面源数据，结合ＧＩＳ技术制作土壤重金属污染评价图、分布图等各种具有空间分布特征的专题图，并与表格与图形报表有机结合，提高了对土壤重金属时空变异分析的定量性和可视化程度，为重金属污染的预警预测和治理提供决策依据［４－５］。
土壤重金属污染生态风险评价方法综述一、本文概述随着工业化和城市化进程的加速，土壤重金属污染问题日益严重，对生态环境和人类健康构成严重威胁。
因此，对土壤重金属污染进行生态风险评价显得尤为重要。
本文综述了土壤重金属污染生态风险评价的方法，旨在为相关研究和实践提供全面的理论支持和技术指导。
本文首先介绍了土壤重金属污染的概念、来源及其危害，为后续的风险评价方法提供背景信息。
随后，文章重点阐述了生态风险评价的基本原理和流程，包括风险识别、暴露评估、效应评估和风险表征等关键步骤。
在此基础上，文章对国内外现有的土壤重金属污染生态风险评价方法进行了梳理和评价，包括基于概率统计的方法、基于地理信息系统的方法、基于生态模型的方法等。
这些方法各有优劣，适用于不同的评价对象和场景。
本文还讨论了土壤重金属污染生态风险评价中面临的主要问题和挑战，如数据获取困难、评价标准不统评价方法局限性等。
针对这些问题，文章提出了一些改进建议和未来研究方向，如加强数据共享和标准制定、发展多元化评价方法、提高评价精度和可靠性等。
本文旨在通过综述土壤重金属污染生态风险评价的方法，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和启示。
通过不断完善和优化评价方法，我们有望更好地评估土壤重金属污染对生态环境和人类健康的风险，为制定有效的防控措施提供科学依据。
二、土壤重金属污染概述三、生态风险评价的基本原理生态风险评价（Ecological Risk Assessment, ERA）是一种系统性的方法，用于评估特定环境因子（如重金属）对生态系统及其组分可能产生的负面影响。
这一评价过程基于风险管理的原则，主要包括风险识别、风险分析、风险表征和风险管理四个步骤。
风险识别是生态风险评价的首要步骤，主要任务是确定可能的环境污染物、受体以及暴露途径。
在重金属污染的情况下，需要识别土壤中重金属的种类、浓度和分布，以及可能受到影响的生态系统类型，如水体、土壤生物和植物等。
风险分析阶段主要评估重金属暴露对生态系统及其组分可能产生的具体影响。
重金属污染对土壤质量的评估方法重金属污染是目前全球范围内面临的严峻环境问题之一。
由于其毒性较大且难以降解，重金属对土壤质量产生了巨大的影响。
因此，科学准确地评估土壤的重金属污染程度至关重要。
本文将介绍几种常用的重金属污染评估方法。
一、土壤样品采集与分析土壤样品采集是评估土壤重金属污染的第一步，它关系着后续评估结果的准确性。
采集样品时应注意选择代表性的土壤样点，并遵循采样规范，以确保结果的可靠性。
采样完成后，样品需送至实验室进行分析。
常用的分析方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法等，通过测定土壤中重金属的含量，可以初步了解土壤的污染状况。
二、环境指标评估方法环境指标评估方法是常用的定量评估土壤质量的方法。
通过参考各地政府和国际组织的环境标准，结合土壤样品的重金属含量数据，计算出不同重金属元素的评价指数，如污染指数（PI）、环境质量标准指数（EQI）等，从而对土壤的污染程度进行评估。
这种方法简单直观，易于理解和操作，被广泛运用于重金属污染的风险评估研究中。
三、地统计学方法地统计学方法是一种定量评估土壤重金属污染的空间分布特征的方法。
通过采集大量的土壤样品，并运用统计学方法进行处理和分析，可以推断出整个土壤环境中重金属的分布规律。
常用的地统计学方法包括杜宾克利金(Kriging)、克里金(Kriging)等插值方法。
这些方法可以帮助我们更好地理解土壤重金属污染的扩散趋势和污染源的分布。
四、植物指示法植物指示法是一种间接评估土壤重金属污染的方法。
由于植物对重金属的吸收和富集能力不同，可以通过植物组织中重金属的含量来间接评估土壤的污染程度。
植物指示法的操作简便，成本较低，因此广泛应用于大面积的重金属污染调查中。
五、生物传感器方法生物传感器方法是一种新兴的重金属污染评估方法。
该方法利用生物传感器对重金属的高选择性和敏感性，通过感测装置将重金属浓度转化为电信号，从而实现对土壤中重金属的测定。
生物传感器方法具有灵敏度高、实时性强等优点，可以在野外快速准确地评估土壤的重金属污染状况。
基于污染指数法和GIS 技术评价江西德兴矿区土壤重金属污染陈翠华1,倪师军2,何彬彬3,张成江21.成都理工大学地球科学学院,成都 6100592.成都理工大学应用核技术与自动化工程学院,成都 6100593.电子科技大学地表空间技术研究所,成都 610054摘要:以江西德兴大型矿区为例,进行大尺度的土壤环境调查和重金属污染评价。
系统采集该区域919个土壤样品,在应用X 荧光光谱仪和电感耦合等离子原子发射光谱仪为主体的分析配套方案分析土壤样品中重金属含量的基础上,采用单因子污染指数法和综合污染指数法,分别从原始含量、污染指数以及基于GIS 的污染空间分析3个方面进行该矿区的土壤重金属污染评价。
结果表明,矿山开采对该区的土壤环境造成了不同程度的As 、Cd 、Zn 、Cu 重金属污染。
污染区域主要分布在德兴铜钼和铅锌矿区、乐安河下游乐平附近的煤矿区以及南部电化学厂附近。
关键词:重金属;环境评价;污染指数;GIS ;江西德兴中图分类号:X825 文献标识码:A 文章编号:167125888(2008)0120105207收稿日期:2007204229基金项目:国土资源部公益类专项资助项目(30302408-01)作者简介:陈翠华(1972—),女,湖北孝感人,副教授,博士,主要从事环境地球化学、环境质量评价研究,E 2mail :chen_cuihua @ 。
Assessing H eavy Metals Contamination of Soils B ased on the PollutionIndex and GIS Methods in Dexing Mines ,Jiangxi Province ,ChinaCH EN Cui 2hua 1,N I Shi 2jun 2,H E Bin 2bin 3,ZHAN G Cheng 2jiang 21.College of Eart h Sciences ,Cheng du Uni versit y of Technolog y ,Cheng du 610059,China2.College of A p plied N uclear Techniques &A utomatic Engineering ,Cheng du Universit y of Technology ,Cheng du 610059,China3.I nstit ue of Geo 2S patial I nf ormation S cience and Technolog y ,Universit y of Elect ronic S cience and Technolog y of China ,Cheng du 610054,ChinaAbstract :In order to assess t he extent of heavy metals contamination resulting f rom past mining activity in Dexing region ,nine hundred nineteen soil samples were collected and analyzed for t he content of As ,Hg ,Cd ,Cr ,Zn ,Cu and Pb in 2004.Heavy metal levels were determined using inductively co u 2ple plasma 2atomic emission spect romet ry and X 2ray fluorescence spect romet ry procedures.The current assessment of heavy metals contamination in soils was performed from t hree aspect s ,original testing da 2ta ,pollution index (single 2factor pollution index and multiple pollution index )and contamination spatial analysis by means of GIS met hods ,respectively.The result s of assessment indicates consistently t hat t here were different extent s of contamination of As ,Cd ,Zn and Cu ,especially in t he areas of t he Dexing mines ,coal mines along t he lower courses Le ’an River ,coal mines in t he nort hwest and t he areas a 2round battery factory. 第38卷 第1期2008年1月 吉林大学学报(地球科学版)Journal of Jilin University (Earth Science Edition ) Vol.38 No.1J an.2008 K ey w ords:heavy metals;environment assessment;pollution index;GIS;Dexing,Jiangxi我国是世界矿业大国,矿业开发是社会发展重要的经济增长点,但是由矿业开发造成的环境问题也日益突出,并由此严重影响到人民的生命健康。
因此,矿业开发对环境的影响以及环境污染治理等方面的研究正被逐步提到议事日程上来。
一个必不可少的任务就是对矿山及其周边地区的环境进行现状调查,并对其进行质量评价、分析污染源及污染趋势,为环境治理和环境保护提供客观依据。
其中,土壤重金属污染环境质量评价可以为矿山土地复垦与合理利用、矿山环境管理与规划以及土壤污染的综合防治提供科学依据。
本论文的研究区———江西德兴地区,是我国重要的铜、金以及银、铅锌等矿产资源基地,它集中了铜厂斑岩铜矿、银山多金属矿和金山金矿等大型—超大型矿床,是我国东部成矿带中的大型矿集区之一[1]。
同时,研究区内也分布着不同规模的煤矿。
德兴铜矿在我国矿业经济中占有举足轻重的地位,为我国经济建设与发展做出了不可估量的贡献。
然而,德兴矿集区在矿业生产过程中对矿区及其周围环境造成了严重的影响和危害。
1997年由于乐安河水污染十分严重,德兴铜矿饮用水源污染指标严重超标,人们只能靠汽车拉水、排队提水甚至购买矿泉水来解决用水,德兴铜矿下游几个村的几千亩良田变成了荒地,污染甚至波及到鄱阳湖的底泥[2]。
近些年,一些学者对德兴矿区环境污染及评价方面进行了研究,特别是1987—1995年,中德科学家联合进行了一项生态研究合作计划:乐安江—鄱阳湖水域重金属污染及生态效应,对乐安江水体和沉积物中重金属的分布、迁移扩散、形态特征、毒性和生态效应等进行了较长期的监测、广泛和深入的研究,取得了很多重要的成果[3]。
同时,近几年国内外学者针对不同地区已进行了很多土壤环境调查及质量评价方面的研究工作[4214]。
主要研究方法为:有针对性的从野外采集样品,并分析采样点原始含量(主要是土壤重金属元素含量)的基础上,采用污染指数等方法进行土壤环境评价,分析土壤环境污染状况和可能的污染源。
本文在野外系统采样和测试分析的基础上,采用污染指数法和GIS空间分析技术综合评价江西德兴矿区土壤重金属污染状况。
1样品采集与测试野外采样以预先设计好的1∶50000地形图作为工作手图,实际采样点参照地形地物确定,同时采用便携式GPS测定其地理坐标,做好记录与描述。
采样具体地理范围为:经度117°00′～118°00′,纬度28°50′～29°20′,其中对乐平幅、洺口幅、德兴幅部分、太白司幅部分进行了重点采样(图1)。
采样时间为2004年4月4日—4月30日,系统采集了土壤样品919个。
为减少土壤空间分布不均一性的影响,在一个采样单元内不同方位上设多个采样点,进行多点采样,采得后等量均匀混合成具有代表性的土壤样品。
采样深度为0～20cm,采集地表至20cm深处的土柱,并去除杂草、草根、砾石、砖块、肥料团块等杂物。
采样时以一处为中心(作为定点位置),在中心点周围50m范围内用土铲或土钻等工具多点采集5—10个子样组合为一个样品,每个单元内的单点样的土壤类尽量做到基本一致。
每个单元内,每个子样不少于0.5kg,混合均匀作为一个平均样品,再反复使用四分法缩减,至最后的样品质量应不少于1 kg。
样品采集好后,装入统一的聚乙烯塑料保鲜袋,密封贴上标签,并做好记录与描述。
样品分析单位为国土资源部江西省中心实验室。
采用以X荧光光谱仪和电感耦合等离子原子发射光谱仪为主体的分析配套方案,各元素分析方法的各项技术指标均满足规定的要求。
2评价方法及评价指标对土壤环境质量进行评价时所采取的评价方法多种多样,主要有污染指数法、污染程度法,T值分级法、基准分级法、密切值法和模糊数学综合评判法、灰色聚类法等。
本文在对研究区原始测试数据分析评价的基础上,采用污染指数法和GIS空间分析技术对德兴地区土壤的环境质量进行现状评价。
污染指数法具有一定的客观性和可比性,且易于计算,己在环境质量评价中得到了广泛的应用。
由于地域差异等各种因素的影响,污染指数法没有统一的评价标准。
国内外学者对土壤环境质量进行评价时,采取的标准也不统一,一般结合区域实际情况来确定研究所采用的评价标准,包括土壤环境质量评价标准或当地的土壤背景值。
本文采取污染指数法进行德兴地区土壤环境质量评价时,参照中国土壤环境质量标准(G B15618-1995)来确定本次研究的601 吉林大学学报(地球科学版) 第38卷 评价标准(表1)。
所采用的污染指数法评价模型包括单因子污染指数法和综合污染指数法。
表1土壤污染评价标准的建议范围与数值T able1Assessment stand ard of heavy metals in soils元素污染积累起始值X a/10-6中度污染起始值X c/10-6重度污染起始值X p/10-6As153060Hg0.150.30 1.50Cd0.20.3 1.0Cr90250400Zn100200500Cu3550400Pb352505002.1单因子污染指数法单因子污染指数评价即对土壤中的某一污染物的污染程度进行评价。
