矿区土壤重金属污染遥感反演研究进展

随着工矿企业开采力度加剧、采矿废气排放与废水灌溉增多,矿区表层土壤重金属污染日渐成为人们关注的环境热点问题。如何快速高效地掌握矿区土壤重金属含量空间分布是进行矿区开采及风险评价的前提条件。由于土壤重金属在遥感光谱上所表现出来的特殊的反射特征,遥感技术已逐渐成为矿区土壤重金属污染反演新的技术手段,为区域环境污染状况评估提供了新的契机。总结了目前地面实测与室内反演、多光谱与高光谱、直接与间接遥感反演矿区土壤重金属污染的技术方法及优劣性,对比分析了不同反演模型的精度及改进方法,展望了今后的研究趋势。为探索利用遥感技术反演土壤重金属含量的可行性,及生态环境改善、土壤质量评估及矿区规划等提供了重要的科学依据和决策支撑。      

重金属污染土壤植物修复效果评价方法 ——高光谱遥感

重金属污染土壤修复是当今全球生态修复中面临的一项难题。植物修复因其成本低、环保等优点在重金属污染土壤治理中展现出良好的应用前景。高光谱遥感技术可以高效、无损、实时地获取植物的生理生化参数信息，可为评价植物修复效果提供技术支撑。阐述了高光谱遥感技术在重金属污染土壤植物修复中的应用进展，探讨了高光谱遥感反演植被理化参数含量的估算模型，并对基于微分光谱、基于“三边”参数、基于植被指数等估算模型进行了分析比较，为有效评价矿区植物修复效果提供参考。     

重金属污染土壤修复遥感监测研究进展

本文归纳了遥感技术在重金属污染土壤监测中的应用研究现状,分析了适合遥感监测的土壤重金属污染修复技术,并论述了结合修复技术对土壤重金属污染修复效果进行监测的研究,进而提出了当前土壤重金属污染修复遥感监测研究的不足与解决方法,最后展望了遥感技术在土壤重金属污染修复方面的应用前景.分析表明:土壤中重金属含量反演研究集中在可见光-红外遥感与微波监测,其中可见光-红外遥感反演已较为成熟,微波监测的研究有待加强,两者结合反演的研究还处于起步阶段;在土壤重金属污染修复方法方面,生物修复及其联合修复(生物间联合修复)的过程适合遥感监测;在遥感监测土壤修复效果的过程中,对植物性状的监测多于动物、微生物监测研究;同时,对于修复效果基本体现在土壤与植物表现出的特性.目前,土壤重金属污染修复遥感监测研究涉及多源数据的使用以及多学科交叉研究,且平台较为单一,致使整体研究还处于相对松散的状态.未来,解决遥感技术在土壤修复中的应用不足问题,依赖于精度不断提高的遥感数据、土壤修复体系完善等方面的进步.     

重金属铜污染土壤光谱特性研究

近年来,重金属对土壤、植物的污染倍受人类的关注。因此,如何快速、准确、实时、大面积地监测重金属污染土壤和污染植物的研究迫在眉睫。首先通过实验的方法系统分析了不同程度重金属铜污染下土壤的光谱特性,并对各光谱数据进行显著性检验,方差分析结果表明利用高光谱直接对铜污染土壤进行监测是不可行的。     

矿山土壤重金属含量估算研究

随着时代的进步与科技水平的不断发展,针对矿山土壤重金属污染估算方法必须在保证精度的前提下,逐步适应现代化的高效率要求。依托某矿山工程实际,针对土壤中所含重金属问题,创新提出一种快速估算的思路:对野外的土壤光谱进行现场测定,对所获得的实际高光谱通过光谱转换实现数据处理,提取相应的光谱指标,包括去除包络线、反射率倒数对数、一阶微分、二阶微分等,基于不同光谱与各土壤重金属的关系,建立偏最小二乘回归模型,并以精度验证的方式实现最优模型的选择,从而能够通过高光谱数据快速估算出土壤中的重金属含量。     

高光谱遥感技术在土壤调查中的应用

高光谱分辨率遥感技术其具有光谱分辨率高、数据丰富等独特性能,因而在环境保护、植物生长监测、土壤调查等许多方面有着广泛的应用。高光谱分辨率遥感在土壤调查中的应用主要通过测量土壤光谱数据,并进行微分等光谱处理,用逐步回归的方法筛选一些对预测土壤中某成分含量重要的波段,然后建立各种预测模型。高光谱遥感技术大大提高了土壤信息反演的深度和广度,从而可以大面积、实时、快速、准确地进行土壤调查,有着非常高的应用价值。     

航空高光谱遥感在重金属土壤污染检测中的应用

近年来,使用高光谱技术进行土壤重金属估算受到重视,本次研究利用航空高光谱遥感实现了石家庄市深泽县试验区土壤重金属污染的分级评估。在建模方法上,引入竞争自适应加权采样方法(Competitive Adaptive Reweighted Sampling, CARS)进行特征选择,并使用支持向量机(Support Vector Machine, SVM)方法对选取的特征波段进行回归建模,最终得到重金属的测试集决定系数R■均在0.5以上,模型具有较高精度和可靠性,对于小样本集数据和不平衡数据取得了很好的建模效果。     

基于小波神经网络的矿区土壤铜含量反演研究

研究了基于小波神经网络方法反演矿区尾矿土壤铜元素含量的可行性。以陕西金堆城矿区尾矿库为研究区,利用ASD光谱仪测量土壤光谱,通过实验室化学分析获取土壤样本铜元素含量;利用小波神经网络方法对矿区尾矿土壤的Cu含量进行建模研究,建立矿区尾矿土壤铜含量高光谱反演模型,并对模型进行了检验。研究发现:土壤铜含量反演模型预测铜元素含量的相关系数R2为0.7381,均方根误差RMSE为0.9788。研究结果为深入研究矿区尾矿土壤重金属含量遥感监测机理提供了理论依据,对利用高光谱遥感数据获取土壤重金属含量信息具有重要的应用价值。     

基于高分二号卫星影像高潜水位煤矿区沉陷地土壤含水量监测

高潜水位地区煤炭开采破坏导致地表沉陷出现积水和斜坡,沉陷内土壤含水量会分布不均匀,影响农作物的生长,从而严重影响矿区居民的生产和生活。因此大范围快速、精确监测高潜水位地区煤矿开采区的土壤含水量具有重要现实意义。卫星遥感技术可以快速、准确、高效监测矿区土壤含水量。通过遥感手段对高潜水位采煤塌陷地土壤含水量进行监测,探求出一个比较方便、快速、合理监测高潜水位采煤塌陷地土壤含水量分布状况方法,为矿区环境影响评价、农作物估产、破坏等级评价、耕地损害补偿与土地复垦方案的编制提供参考依据。借鉴土壤含水量遥感监测经验,通过野外实地采集土壤样本并测量土壤光谱数据,在室内测量土壤含水量,分析实测地面光谱数据与土壤含水量的变化关系,结合实测的土壤含水量与光谱特征数据,对土壤含水量与实测水体光谱进行相关性分析,得到土壤含水量光谱数据敏感波段范围。结合高分二号卫星影像谱段数据特点,将实测光谱波长按照波段范围划分为与高分二号卫星影像谱段对应的4个波段,即450~520,520~590,630~690,770~890 nm,再取各个波段范围反射率的平均值与土壤含水量光谱反射率进行相关性分析,寻求高分二号卫星影像监测土壤含水量最敏感的波段数据,在确定遥感探测敏感波段的基础上,建立了土壤含水量与光谱反射率的遥感反演模型,即:S曲线模型、逆函数模型,基于预处理的高分二号卫星影像进行沉陷区地土壤含水量遥感反演,从而得到高潜水位采煤塌陷地土壤含水量的空间分布情况。研究结果表明不同土壤含水量的光谱特征基本相似,实测地面光谱数据与土壤含水量的变化关系为土壤光谱反射率随着波长的增长而增大,呈正相关关系;土壤含水量与高分二号卫星影像数据B3波段的反射率具有显著的负相关关系,可将B3波段作为监测土壤含水量最敏感的波段;通过对S曲线模型、逆函数模型进行分析与检验,S曲线模型比逆函数模型更接近实测值;基于高分二号遥感影像,利用S曲线模型进行遥感反演,可以迅速得到高潜水位采煤塌陷地土壤含水量空间等级分布图。     

放射性核素及重金属污染土壤电动修复技术研究进展

工业、农业和核技术的快速发展不可避免的带来土壤放射性核素及重金属污染问题,对生态环境安全及人体健康造成威胁。因此,选择高效科学的修复技术对改善和解决土壤重金属及放射性核素污染问题至关重要。物理修复技术适用于大面积污染土壤,该技术具有处理速度快的优点,但存在修复不彻底的缺点;化学修复技术适用于有高渗透能力的污染土壤,该技术通过使用固化剂与污染物络合形成沉淀从而去除污染物,其优点是处理速度较快,但存在易产生二次污染的缺点;生物修复技术适用范围较广,在修复过程中对土壤结构没有影响、成本低,但修复周期长,且不适用高浓度污染土壤的修复。电动修复技术是新兴的修复技术,具有可有效处理低渗透性污染土壤、修复时间短等优点。同时,电动修复联合技术也表现出一定优势。近年来,研究者们在放射性核素及重金属污染土壤电动修复技术方面开展了大量研究,但是针对这方面的综述还鲜有报道。因此,本文综述了重金属及放射性核素污染土壤电动修复技术、电动增强修复技术及电动修复联合技术,展望了电动修复技术的发展趋势,以期为电动修复技术在土壤污染修复方面的发展提供参考。