矿区复垦土壤重金属光谱特征与估算研究

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1、硕士学位论文矿区复垦土壤重金属光谱特征与估算研究StudyonSpectralSignaturesandEstimationofHeavyMetalsinMineReclamationSoils作者：许吉仁导师：董霁红教授中国矿业大学二〇一五年六月中图分类号X53学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文矿区复垦土壤重金属光谱特征与估算研究StudyonSpectralSignaturesandEstimationofHeavyMetalsinMineReclamationSoils作者许吉仁导师董霁红申请学位管理学硕士学位培养单位环境与测绘学院学科专业土

2、地资源管理研究方向土地复垦与生态修复答辩委员会主席陈龙乾评阅人二○一五年六月论文审阅认定书研究生许吉仁在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在董霁红教授的悉心指导下完成的,没有董霁红教授的指导、鼓励及经费上的大力支持,论文是难以顺利完成的。三年来，不论是在学业上还是生活上董老师都给予我极大的关心、支持和帮助。董老师优秀的做人品质，严谨的治学态度，忘我的工

3、作精神给学生树立起潜移默化的典范作用，这是导师传授给学生最宝贵的财富。在此,谨向我的导师致以深深的感谢。感谢导师主持的国家自然科学基金No.51374208的资助和依托。感谢中国矿业大学卞正富教授在我攻读硕士学位期间给予的关心和支持，卞老师高屋建瓴的把握全局，带领着团队不断进步，卞老师的为师之德、治学之道将是我终生学习的榜样。感谢加拿大瑞尔森大学李松年教授在我英文小论文撰写过程中提供帮助，李老师对我耳提面命，论文逐字逐句地审阅、提出修改意见，让我认识到了一位科研工作者应有的对待学术的那份虔诚。感谢中国矿业大学的赵银娣副教授、谭琨副教授、闫庆武副教授、程伟讲师在实验数据采

4、集与光谱测量过程中提供的帮助，感谢中国科学院南京土壤研究所的宋静研究员提供的实验平台及实验指导，感谢徐州市产品质量检验所的葛冬梅老师在数据上给予的便利。在选题过程中，得到了中国矿业大学环测学院土地系陈龙乾教授、李永峰教授，地信系王行风副教授、张华副教授的指导和帮助，在此特表感谢。此外，感谢环测学院土地系张绍良教授、汪应宏教授、李钢教授、牟守国副教授、陈浮副教授、侯湖平副教授、丁忠义副教授、雷少刚副教授、王辉副教授、李效顺副教授、赵华讲师、周天建讲师、张婷讲师，感谢他们七年来对我的授业与指导。感谢我的挚友杨源譞和潘凌潇、室友赵奎勇和黄安平、同门邵国权和戴文婷，是他们让我的

5、求学生涯更加丰富多彩。感谢与我共同参与实验的师兄弟姐妹们在试验场地建设、野外数据采集、室内光谱采集过程中给予我的支持和帮助，在此谨作谢忱。论文写作过程中,引用或参阅了专家学者的文献、成果,作者谨致谢忱。特别感谢我的家人，在我的人生道路中是他们一路给予我精神和物质上的支持和帮助，让我能够专心致力于学业。感谢未提及的所有曾经帮助过我的人。最后，谨以此文献给我留在中国矿业大学的人生最精彩的七年青春，我在这里欢笑，我在这里哭泣，我在这里变得更加的成熟、坚强与自信。我，仍将积极进取，奋斗不止。许吉仁2015年5月于徐州摘要中国的矿区复垦土壤被优先用于农业生产，然而由于复垦工艺的特

6、殊性以及复垦环境的复杂性，充填物料所携带的重金属元素和矿区环境要素都有可能造成矿区复垦土壤重金属污染，并通过粮食作物危害人体健康。通过传统方法监测矿区复垦土壤重金属污染情况不仅费时、费力，而且难以进行大面积动态实施。研究利用矿区复垦土壤光谱信息估算其重金属含量，可为及时、高效、大范围监测矿区复垦土壤重金属污染提供有效方法，为矿区土壤重金属污染评价和矿区粮食安全调控提供理论基础与技术支持。本文以徐州市柳新国家复垦示范区内煤矸石充填场地、粉煤灰充填场地和正常对照场地的表层土壤为研究对象，采用传统化学分析方法测定了土壤中五种重金属元素（Cd镉、Cr铬、Cu铜、Pb铅、Zn锌）

7、含量，同时借助ASDFieldSpec3型光谱仪采集了土壤样点的光谱数据。在土壤光谱数据预处理、光谱特征分析的基础上提取重金属胁迫敏感波段，并利用多元线性回归、广义回归神经网络和序列最小优化支持向量机方法建立矿区复垦土壤重金属光谱估算模型。论文主要结论如下：（1）矿区复垦场地中土壤重金属含量及污染风险程度均大于对照场地。研究区中煤矸石复垦场地、粉煤灰复垦场地和正常场地重金属含量均未超过土壤环境质量标准；相对于土壤元素背景值，三块场地中均存在部分元素超标的现象，复垦场地中镉、铬、铜、铅、锌元素含量均高于对照场地；通过地累积指数法和内梅罗指数