一、引言

土地資源是農業生產的基礎，是人類生存最寶貴的自然資源。若是土壤資源受到污染，就會影響農業的健康穩定生產，從而對人類生存造成一定的威脅。現今社會，礦山開采導致的環境問題逐漸嚴重，也受到了社會大眾以及相關學者的重視與關注。礦山資源開采雖然為國家發展提供了重要的資源，但是也造成了一系列環境污染問題。礦山開采由于廢料、廢渣的大規模堆積，不但會惡化礦山周邊生態環境，也會使土壤中生物毒性顯著的重金屬元素逐漸增多，從而致使礦山環境土壤出現重金屬污染狀況。

為避免上述事情的發生，減輕或者治理礦山環境土壤重金屬污染狀況，提出礦山環境土壤重金屬污染狀況監測方法研究。

二、礦山環境土壤重金屬污染狀況監測方法研究

2.1土壤重金屬監測方法比較

池塘遙感圖像輻射校正本研究為“廣東省1∶25萬湛江市幅、海口市幅區域地質調查”項目的一部分，研究區位于廣東省

當前，對土壤重金屬污染狀況的監測方法主要有化學方法、物理方法和生物方法，具體內容見表１。

表１土壤重金屬監測方法比較

2.2 土壤數據獲取

為了監測礦山環境土壤重金屬污染狀況，選取手持地物光譜儀測量土壤光譜。在礦山環境土壤光譜測量過程中，設置測量時間為１１：００～１４：００，這個時間范圍內太陽輻射較為強烈，另外，還需要注意空氣能見度與風力情況，空氣能見度保障不低于１０ｋｍ，風力保障小于３級。

同時，為了避免光污染對土壤光譜的影響，在測量過程中，測量人員應該穿著深色服裝，清除土壤表面的植物、枯葉等雜物。

地物光譜儀需要嚴格依照使用說明書進行使用，并且在使用之前需要對儀器進行預熱，時間設置為２０～３０分鐘，并利用白板定標校準，每十分鐘定標一次。土壤光譜測量時，測量人員應該面對陽光，避免探頭產生陰影，與土壤距離設置為５０ｃｍ，儀器與水平面法線角度在１０度以內，以此來降低地物光譜儀自身帶來的誤差。另外，為了精確獲得礦山環境土壤光譜數據，在每個研究區域內設置１０個采樣點，測量１０條光譜數據，并對其進行平均處理，以平均數值作為土壤光譜數據，為后續土壤重金屬污染狀況監測提供數據支持。

2.3土壤光譜特征波段提取

以處理后土壤光譜數據為基礎，建立光譜估算模型，選取光譜指標信息，分析重金屬質量比之間的相關性，提取土壤光譜特征波段，為土壤重金屬污染狀況監測與判定做準備。

土壤成因較為復雜，再加之天氣、動植物、時間、污染等多種因素綜合影響下形成的。為了精確的估算土壤中重金屬的含量，需要建立光譜估算模型，具體模型建立過程如下：

依據采集土壤光譜數據，獲取土壤反射率光譜曲線。采用數據處理軟件，提取光譜指標信息，以此為基礎，分析重金屬質量比之間的關系。常規情況下，土壤中的重金屬容易吸附在Ｆｅ氧化物與Ｈｇ化合物中。依據回歸模型得到土壤重金屬的相關系數矩陣見表２。

表２土壤重金屬相關系數矩陣表

如表２所示，Ｈｇ與Ｎｉ的相關系數為0.90，說明了兩者之間的共生關系。而其它土壤重金屬中，與Ｈｇ顯著相關的包含Ｃｒ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｚｎ。

2.4土壤重金屬含量估算

依據表２相關系數，提取土壤重金屬光譜特征波段。計算均方根誤差與決定系數數值，構建重金屬含量估算模型，制定土壤重金屬污染程度判定規則，實現土壤重金屬污染狀況的監測。土壤重金屬含量均方根誤差檢驗計算公式為：

式中，εｉ表示的是重金屬元素樣本實測值；

表示的是ＰＬＳＲ模型預測值；ｎ表示的是樣本依據公式中計算土壤重金屬均方根誤差與決定系數，具體數值如表３所示。

表３土壤重金屬均方根誤差與決定系數表

采用最小二乘法建立光譜與土壤重金屬含量之間的估算模型，以此來估算礦山環境土壤重金屬含量，判定土壤重金屬的污染狀況。土壤重金屬污染狀況判定規則如表４所示。

表４土壤重金屬污染狀況判定規則表

依照表４制定的土壤重金屬污染狀況判定規，即可實現礦山環境土壤重金屬污染狀況的監測，為土壤的治理與防治提供精確的數據支撐。

三、實驗與結果分析

為了驗證提出方法與現有方法之間的性能差異，采用軟件設計仿真實驗，具體實驗過程如下：

3.1實驗準備與過程

實驗選取某礦山作為實驗區域，選取地物光譜儀作為光譜測量儀器，為了保障實驗的順利進行，依據仿真實驗的需求，合理的、科學的設置光譜測量儀的波段。采用提出方法及現有的原子吸收光譜法進行對比實驗。

3.2實驗結果分析

依據上述選取的實驗區域，設置的光譜測量儀器參數，進行礦區環境土壤重金屬污染狀況監測實驗，通過重金屬含量監測誤差反映方法的性能。通過實驗得到土壤重金屬含量監測誤差數據見表５。

表５土壤重金屬含量監測誤差數據表ｍｇ／ｋｇ

如表５所示，在不同實驗時間條件下進行實驗，與實際數值進行比較，得到現有方法土壤重金屬含量監測誤差范圍為0.04ｍｇ／ｋｇ～0.58ｍｇ／ｋｇ，提出方法土壤重金屬含量監測誤差范圍為0.００ｍｇ／ｋｇ～０.１０ｍｇ／ｋｇ。通過數據對比發現，提出方法土壤重金屬含量監測誤差較小，充分證實了提出方法的有效性。

四、結語

研究提出了一種新的礦山環境土壤重金屬污染狀況監測方法，極大的降低了土壤重金屬含量監測誤差，為土壤重金屬污染治理與防治提供了更加精確的數據，也為土壤重金屬污染研究提供參考。

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審核編輯 黃宇