【摘要】：土壤是人類賴以生存、發(fā)展和文明的基礎(chǔ),不僅是地球的重要自然資源之一,還是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的生命線。煤炭資源的大規(guī)模開發(fā),會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的重金屬污染,進(jìn)而引起土壤退化、水體污染和植被受損等一系列環(huán)境問題,甚至威脅到人類的生命安全,而反過來又會(huì)制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以,對(duì)土壤重金屬污染做到快速、實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警,是當(dāng)前礦區(qū)環(huán)境保護(hù)工作的急迫任務(wù)。由于傳統(tǒng)的野外土壤采集和室內(nèi)化學(xué)分析工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力,不適合對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行大面積、快速監(jiān)測。遙感技術(shù)特別是高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬污染的大面積、實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警提供了新的途徑。 針對(duì)煤炭資源開發(fā)利用過程中引發(fā)的環(huán)境污染問題,本研究以新疆準(zhǔn)東煤田五彩灣露天礦區(qū)為靶區(qū),以土壤環(huán)境作為切入點(diǎn),揭示礦區(qū)土壤重金屬(Hg、As、Cu、Ni、 Cr、Pb和Zn)污染的規(guī)律和識(shí)別重金屬污染的來源,探討利用高光譜遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)土壤重金屬含量定量估算的可行性,并嘗試模擬星載多光譜傳感器預(yù)測土壤重金屬含量。本研究主要得出以下結(jié)論： (1)土壤重金屬元素空間分布特征分析表明：7種重金屬元素的空間自相關(guān)性低；在空間分布趨勢上各元素間存在著明顯差異,但大體上南部靠近沙漠地帶比北部卡拉麥里山區(qū)含量低,中部(礦區(qū)及周邊)含量高；重金屬在礦區(qū)的分布變化大,具有很強(qiáng)的隨機(jī)性,受到人類活動(dòng)的影響非常強(qiáng)烈。 (2)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)顯示：Hg有78%的樣點(diǎn)受到不同程度污染,其中極強(qiáng)度污染的樣點(diǎn)數(shù)占到了10%,表層土壤Hg污染最嚴(yán)重：As的所有樣點(diǎn)都被輕、中度污染；Pb和Cr有約10%樣點(diǎn)被輕微污染；Zn在有一個(gè)樣點(diǎn)受到輕微污染；Cu和Ni未受到污染。重金屬污染來源主要為粉塵、污水、煤堆和矸石、煙塵等。 (3)礦區(qū)土壤的可見光-近紅外(、VNIR,350～2500nm)反射率光譜與熱紅外(TIR,8-13μm)發(fā)射率光譜特征存在明顯區(qū)別,主要受水分、有機(jī)質(zhì)、鐵氧化物、粘土礦物和土壤質(zhì)地等影響。由于有機(jī)質(zhì)、鐵氧化物和粘土礦物等具有富集重金屬的能力,這就從機(jī)理上解釋了利用遙感技術(shù)反演土壤重金屬含量的原理。VNIR反射率光譜和TIR發(fā)射率光譜與土壤重金屬含量的相關(guān)性都比較低,通過不同形式的光譜變換后,相關(guān)性有明顯提高。 (4)通過多元逐步回歸(SMLR)分析,土壤原始光譜及其不同變換形式與7種重金屬含量建模精度均不高；而采用最佳變換形式的VNIR-TIR組合光譜,對(duì)于SMLR和偏最小二乘回歸(PLSR)兩種方法的建模效果均有所提高,從預(yù)測決定系數(shù)和均方根誤差看：對(duì)于Ni來說采用SMLR方法建模效果好,而Hg、As、Cu、Cr、Pb和Zn6種元素均為PLSR方法較優(yōu)�？梢�,通過對(duì)原始光譜進(jìn)行變換處理、選擇最佳變換形式進(jìn)行VNIR和TIR光譜組合、嘗試不同的建模方法,都可能提高對(duì)土壤重金屬含量的預(yù)測精度。 (5)用支持向量機(jī)(SVM)分類方法對(duì)Hg的污染等級(jí)進(jìn)行分類,基于VNIR-TIR組合光譜進(jìn)行分類研究,結(jié)果表明：已污染土壤可以達(dá)到100%正確分類,無污染土壤分類精度為90.91%；輕中度污染土壤可以全部正確識(shí)別,而強(qiáng)污染土壤有可能被輕視,無污染土壤也可能被誤判為已污染�？梢�,利用VNIR和TIR兩種高光譜的組合,實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬污染等級(jí)的劃分是可行的。 (6)通過對(duì)OLI-TIRS和ASTER星載多光譜傳感器波段模擬進(jìn)行土壤重金屬含量預(yù)測,效果欠佳,而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還會(huì)存在諸多因素的影響,很難實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬含量的定量估算,應(yīng)該尋求其他更高光譜分辨率的遙感數(shù)據(jù)。 本研究從方法上探討了對(duì)土壤重金屬含量的高光譜遙感監(jiān)測技術(shù),為今后土壤重金屬污染大面積、低成本、實(shí)時(shí)監(jiān)測及預(yù)警提供技術(shù)方法,為礦區(qū)環(huán)境管理和保護(hù)工作提供決策建議,并促進(jìn)高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
【圖文】：

阜康市、吉木薩爾縣、奇臺(tái)縣、木壘縣、烏魯木齊市均為一級(jí)公路或高等級(jí)公路，，外部交通條件方便順暢，如圖2.1所示。ncr ir \「'v 4) ^"一"1I—區(qū) I 1 N L ； b>~ILJ L .圖2.1五彩灣礦區(qū)交通位置圖20

區(qū)南部的古爾班通古特沙漠分布著荒漠風(fēng)沙土 ；卡拉麥里山山前地帶與南部沙漠交錯(cuò)帶分布著鹽堿土（結(jié)殼鹽土、荒漠堿土)。圖2.2為準(zhǔn)東區(qū)域土壤類型分布圖，各類土壤23
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X87;X53

【參考文獻(xiàn)】

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1 馬宏瑞;黨楠;范春輝;;紅外光譜法在土壤重金屬·有機(jī)質(zhì)關(guān)系預(yù)測分析中的應(yīng)用[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年33期

2 王霞,金偉其;利用FTIR光譜儀進(jìn)行地物光譜發(fā)射率的野外測量方法研究[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2003年04期

3 滕彥國,庹先國,倪師軍,張成江;應(yīng)用地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)價(jià)攀枝花地區(qū)土壤重金屬污染[J];重慶環(huán)境科學(xué);2002年04期

4 何挺;王靜;程燁;林宗堅(jiān);;土壤氧化鐵光譜特征研究[J];地理與地理信息科學(xué);2006年02期

5 楊勁松;姚榮江;;黃河三角洲地區(qū)土壤水鹽空間變異特征研究[J];地理科學(xué);2007年03期

6 張朝生,章申,何建邦;長江水系沉積物重金屬含量空間分布特征研究——空間自相關(guān)與分形方法[J];地理學(xué)報(bào);1998年01期

7 陳橋,胡克,王建國,李福來;礦山土地污染危害及污染源探討[J];國土資源科技管理;2004年04期

8 李金城;尹仁湛;羅亞平;陸義林;張露丹;;廣西大新錳礦區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2010年07期

9 敬久旺;趙玉紅;張涪平;李成芳;曹湊貴;劉宗磊;;藏中礦區(qū)表層土壤重金屬污染評(píng)價(jià)[J];貴州農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年07期

10 王先兵;楊世植;喬延利;麻金繼;李大成;周全;;地物目標(biāo)熱紅外光譜發(fā)射率的野外測量方法研究[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào);2006年05期

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1 張飛;干旱區(qū)典型綠洲鹽漬地地物光譜特征研究[D];新疆大學(xué);2011年

2 任紅艷;寶山礦區(qū)農(nóng)田土壤—水稻系統(tǒng)重金屬污染的遙感監(jiān)測[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

3 王平;農(nóng)作物重金屬污染脅迫遙感弱信息增強(qiáng)與計(jì)算[D];東北師范大學(xué);2010年

4 陳紅艷;土壤主要養(yǎng)分含量的高光譜估測研究[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2700645