矿山环境土壤重金属污染状况监测方法研究
发布时间:2024-07-19

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一、引言

土地资源是农业生产的基础,是人类生存最宝贵的自然资源。若是土壤资源受到污染,就会影响农业的健康稳定生产,从而对人类生存造成一定的威胁。现今社会,矿山开采导致的环境问题逐渐严重,也受到了社会大众以及相关学者的重视与关注。矿山资源开采虽然为国家发展提供了重要的资源,但是也造成了一系列环境污染问题。矿山开采由于废料、废渣的大规模堆积,不但会恶化矿山周边生态环境,也会使土壤中生物毒性显著的重金属元素逐渐增多,从而致使矿山环境土壤出现重金属污染状况。

为避免上述事情的发生,减轻或者治理矿山环境土壤重金属污染状况,提出矿山环境土壤重金属污染状况监测方法研究。

二、矿山环境土壤重金属污染状况监测方法研究

2.1土壤重金属监测方法比较

池塘遥感图像辐射校正本研究为“广东省125万湛江市幅、海口市幅区域地质调查”项目的一部分,研究区位于广东省

当前,对土壤重金属污染状况的监测方法主要有化学方法、物理方法和生物方法,具体内容见表1。

表1土壤重金属监测方法比较

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2.2 土壤数据获取

为了监测矿山环境土壤重金属污染状况,选取手持地物光谱仪测量土壤光谱。在矿山环境土壤光谱测量过程中,设置测量时间为11:00~14:00,这个时间范围内太阳辐射较为强烈,另外,还需要注意空气能见度与风力情况,空气能见度保障不低于10km,风力保障小于3级。

同时,为了避免光污染对土壤光谱的影响,在测量过程中,测量人员应该穿着深色服装,清除土壤表面的植物、枯叶等杂物。

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地物光谱仪需要严格依照使用说明书进行使用,并且在使用之前需要对仪器进行预热,时间设置为20~30分钟,并利用白板定标校准,每十分钟定标一次。土壤光谱测量时,测量人员应该面对阳光,避免探头产生阴影,与土壤距离设置为50cm,仪器与水平面法线角度在10度以内,以此来降低地物光谱仪自身带来的误差。另外,为了精确获得矿山环境土壤光谱数据,在每个研究区域内设置10个采样点,测量10条光谱数据,并对其进行平均处理,以平均数值作为土壤光谱数据,为后续土壤重金属污染状况监测提供数据支持。

2.3土壤光谱特征波段提取

以处理后土壤光谱数据为基础,建立光谱估算模型,选取光谱指标信息,分析重金属质量比之间的相关性,提取土壤光谱特征波段,为土壤重金属污染状况监测与判定做准备。

土壤成因较为复杂,再加之天气、动植物、时间、污染等多种因素综合影响下形成的。为了精确的估算土壤中重金属的含量,需要建立光谱估算模型,具体模型建立过程如下:

依据采集土壤光谱数据,获取土壤反射率光谱曲线。采用数据处理软件,提取光谱指标信息,以此为基础,分析重金属质量比之间的关系。常规情况下,土壤中的重金属容易吸附在Fe氧化物与Hg化合物中。依据回归模型得到土壤重金属的相关系数矩阵见表2。

表2土壤重金属相关系数矩阵表

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如表2所示,H与N的相关系数为0.90,说明了两者之间的共生关系。而其它土壤重金属中,与H显著相关的包含Cr、As、Pb、Zn。

2.4土壤重金属含量估算

依据表2相关系数,提取土壤重金属光谱特征波段。计算均方根误差与决定系数数值,构建重金属含量估算模型,制定土壤重金属污染程度判定规则,实现土壤重金属污染状况的监测。土壤重金属含量均方根误差检验计算公式为:

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式中,εi表示的是重金属元素样本实测值;

表示的是PLSR模型预测值;n表示的是样本依据公式中计算土壤重金属均方根误差与决定系数,具体数值如表3所示。

表3土壤重金属均方根误差与决定系数表

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采用最小二乘法建立光谱与土壤重金属含量之间的估算模型,以此来估算矿山环境土壤重金属含量,判定土壤重金属的污染状况。土壤重金属污染状况判定规则如表4所示。

表4土壤重金属污染状况判定规则表

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依照表4制定的土壤重金属污染状况判定规,即可实现矿山环境土壤重金属污染状况的监测,为土壤的治理与防治提供精确的数据支撑。

三、实验与结果分析

为了验证提出方法与现有方法之间的性能差异,采用软件设计仿真实验,具体实验过程如下:

3.1实验准备与过程

实验选取某矿山作为实验区域,选取地物光谱仪作为光谱测量仪器,为了保障实验的顺利进行,依据仿真实验的需求,合理的、科学的设置光谱测量仪的波段。采用提出方法及现有的原子吸收光谱法进行对比实验。

3.2实验结果分析

依据上述选取的实验区域,设置的光谱测量仪器参数,进行矿区环境土壤重金属污染状况监测实验,通过重金属含量监测误差反映方法的性能。通过实验得到土壤重金属含量监测误差数据见表5。

表5土壤重金属含量监测误差数据表mg/kg

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如表5所示,在不同实验时间条件下进行实验,与实际数值进行比较,得到现有方法土壤重金属含量监测误差范围为0.04mg/kg~0.58mg/kg,提出方法土壤重金属含量监测误差范围为0.00mg/kg~0.10mg/kg。通过数据对比发现,提出方法土壤重金属含量监测误差较小,充分证实了提出方法的有效性。

四、结语

研究提出了一种新的矿山环境土壤重金属污染状况监测方法,极大的降低了土壤重金属含量监测误差,为土壤重金属污染治理与防治提供了更加精确的数据,也为土壤重金属污染研究提供参考。