[01331262]长株潭地区耕地土壤重金属污染的遥感监测评价研究

1、课题来源与背景

农作物重金属污染是当今世界面临的重大生态环境问题之一，利用遥感技术对耕地土壤重金属污染状况进行监测、评价，将从根本上解决监测与评价的及时性、快速性、宏观性。研究长株潭地区耕地土壤重金属污染的大范围、快速监测对于国土部门制定相应的政策具有显著的意义。

基于此长沙理工大学与湖南省国土资源厅耕地保护处联合进行基于遥感反演的土壤重金属污染评价，提取土壤铜、锌、铅、镉、砷等元素分布信息，建立基于遥感技术的土壤重金属污染评价体系，进行遥感评价综合分析。项目来自湖南省国土资源厅2012年度科技计划项目，项目编号为2012-37。

2、技术原理及性能指标

本项目以湘潭锰矿区、株洲清水塘两个项目区的耕地为研究对象，通过获取遥感影像和野外土样采集，实地测定光谱数据，创新性地构建长株潭城市群耕地土壤重金属污染（包括锌、镉、铅、铜、砷等）的遥感监测估算评价模型。并以土壤重金属全量与水稻冠层光谱为研究对象，建立水稻污染胁迫诊断模型，分析重金属污染对水稻生长健康状况的影响。

该方法成果可靠，实时动态进行大范围监测，节省大量人力物力财力，为土壤重金属污染评价提供理论和技术的支持，同时也将丰富我国土壤重金属污染监测理论，促进土壤重金属污染评价理论体系的形成。

本研究将野外光谱采集与影像光谱采集相结合，以Landsat多光谱影像光谱反射率建立土壤重金属预测模型，成功反演了项目区土壤Cu、Zn、Pb、Cd、As含量分布， ，除Zn外所有重金属的预测模型精度都能达到80%以上，得到了较为满意的结果。

通过不同时期的重金属含量分布图能够快速的获取项目区的重金属污染时空分布特征。

在遥感评价模型的基础上，通过深入分析不同土壤重金属污染评价方法的特征，研究提出了采用加权平均综合污染指数遥感评价方法对长株潭地区耕地土壤重金属污染进行综合评价，遥感反演结果与实际相符，具有一定实用价值。

通过综合研究水稻分蘖期冠层光谱微分变换值，光谱波长位置参数、植被指数与土壤重金属全量的相关性，结果显示土壤重金属全量与水稻的污染胁迫水平具有明显的相关性，且污染程度越大的重金属元素（本研究中为Cd、Pb），对冠层光谱参数变化越敏感，表明了土壤中重金属全量污染指数越高，重金属元素进入农作物的机会越大，对进一步研究植被重金属胁迫有一定的应用价值。

3、技术的创造性和创新性 国内外尚无基于Cu的光谱响应机制间接预测其他重金属含量的研究，基于遥感影像的土壤重金属污染综合评价也尚未见报导，因此成果具有一定的创造性和先进性。

4、技术的成熟程度，适用范围和安全性 已经探讨出的初步研究成果，能为国土局以及相关环保部门对土壤重金属污染评价与治理提供有力数据，将在该领域研究中大有发展潜力。另外利用遥感反演技术监测、评价土壤重金属污染现状、分析污染来源，不仅可以利用多时相、多分辨率、多角度的遥感数据，为土壤污染的监测和治理提供实时、准确的空间信息，而且还可以使得遥感反演科学的研究进一步深入。

应用情况及存在的问题

本课题的研究成果已应用于湖南省湘潭、株洲等多个市的土壤重金属污染监测工作中，使耕地土壤重金属污染评价工作更加科学与便捷，促进了遥感反演技术的新发展。