文档介绍：优秀
作者简介:王芬(1982-),女(汉族),福建浦城人,成都信息工程学院在读研究生,研究方向为气候与生态环境。Email:wangfen909@
通讯作者:彭国照(1958-),男(汉族),四川遂宁人,中国气象局成都高原气象研究所研究员,正研级高工,从事农业环境和农业气候资源开发研究。Email:pgzhao567@
基于双层组合神经网络的川芎道地产区土壤重金属污染评价与GIS可视化
王芬1,2 彭国照1* 蒋锦刚2
(1中国气象局成都高原气象研究所, 成都 610071 ;2成都信息工程学院资源环境学院, 成都 610225)
摘要:为了对土壤重金属污染进行评价,以四川省川芎道地产区为例,本文通过对道地川芎主产区--都江堰、崇州、新都等15地土壤的重金属元素取样检测分析,采用双层组合神经网络和GIS 空间分析技术综合评价川芎道地产区土壤重金属污染。结果表明:研究区大部分区域处于轻度重金属污染状态,处于中度污染状态的区域为崇州、都江堰和彭州区域。并且基于双层组合神经网络和GIS的研究方法,可以在只具有少量数据的情况下对数据进行比较精确的空间分析,能够在满足一定精度分析的原则下适当的降低采样分析成本。通过本研究可以为川芎的生产布局和川芎GAP生产提供科学依据。
关键词:双层组合神经网络;污染评价;川芎;重金属;GIS;
中图分类号:X825 文献标识码:A
0 引言
川芎是道地的四川名贵中药材之一,川西平原的都江堰市、崇州等地是川芎的主产区。近年来,四川省委、省政府将中药材产业作为四川的一项支柱产业着力发展,川芎被列入《中药现代化科技产业基地》开发项目,都江堰、彭州、郫县列为川芎产业基地,促进了川芎生产的发展。但是,川芎产品中所含的重金属元素对川芎品质形成产生重要作用,超过一定限度则对人体有害。国际上不断提高了进口农产品中重金属元素含量的限制指标,因此重金属含量的多少直接影响到川芎产品的出口。
文献[1]指出,中药材中重金属的含量主要来源于种植环境,特别是土壤和水中的重金属含量直接与产品中的重金属金属含量密切相关。但是目前对川芎道地产区土壤中重金属污染研究还很少,在一定程度上影响了优质川芎的生产布局,也影响了川芎产业的发展。
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[2-8] 。主要研究方法为有针对性的从野外采集样品,实验室分析重金属含量的基础上,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,通过BP神经网络对分析数据加密插值,采用双层组合神经网络和GIS 空间分析技术综合评价川芎道地产区土壤重金属污染,旨在为川芎道地产区的污染防治提供依据。
1 资料来源
在成都平原川芎主产区的都江堰、崇州、新都、彭州等地选择不同土壤点,用GPS确定各取
样点的经纬度和海拔位置(如图1),按照统一标准进行采样,采样土壤厚度30cm,按10cm一层分为3层,每层采取土样500g。样品取回在实验室荫干、碾碎再将同一采样点的3层土壤均匀混合,代表0-30cm土壤的平均土样,再将土样送四川省农业厅土肥站进行化验分析。为了确保土样的金属元素含量不受采样工具的影响,我们首先采用铁锄挖出50cm深的剖面,然后用竹块将整个剖面削去10cm厚的1层,再取各层完全没有与金属工具接触的土壤作为样品,检测了对川芎品质有重要影响的Pb、As、Cr、Hg、Cu和Cd等6个元素。利用GIS系统[9-11]的空间分析技术分析6个元素的分布特征。
图1 研究区域内的采样点与加密点分布
Sampling location in research area
2 处理方法
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。文献[12]给出了采用污染指数法和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。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。通常进行土壤环境质量评价时,参照中国土壤环境质量标准(GB15618-1995)来确定研究的评价标准(表1)。具体的单因子污染指数法如下[12]:
(1)
式中:为土壤中污染中污染元素的实测值;为土壤中污染元素的评价标准。采用分别代表土壤污染积累起始值、中度污染起始值和重度污染起始值(如表1),与的计算关系如公式(2)所示。
(2)
根据式(2)计算得到污染指数值来对重金属的污染程度进行评价,其中为非污染状态;为轻污染状态;为中度污染状态;为重污染状态。
为了全面、综合地反映多种污染物的整体污染水平,因此,需要一种同时考虑多