西北某钢厂周边土壤重金属污染:土壤色度和遥感影像灰度特征

发布时间：2020-02-19 13:13

【摘要】：土壤是大自然的主体,与人类的生存环境和健康息息相关。钢铁厂对土壤的重金属污染已成为土壤环境问题的研究热点。以往对土壤重金属污染的检测多是基于实地采样的化学分析方法,鲜有利用色度和基于遥感影像象元灰度的方法,本文以色度和遥感影像灰度都是基于光谱反射为原理,以西北某钢铁厂2014年5月3日的一期Landsat8 LIT遥感影像和同年5月份钢厂附近采集的土壤样品为数据源,分析了样品的重金属含量、色度参数(即亮度L母、红度a*、黄度b*)和象元灰度(DN)各自的分布特征及三者之间的相关关系,以色度作为辅助验证探讨了用遥感影像灰度值的方法进行土壤重金属污染快速评估的可行性,获得了以下认识：1.研究区土壤重金属Cr、Cu、Mn、Pb、Zn、Fe在垂向的变化以土壤类型的不同而不同。在水平方向的变化由距离污染源的远近及主导风向决定,根据内梅罗综合污染评价指数,位于下风向3-9kmn以内的采样点属于中-重度污染；位于下风向9～12km内的采样点属于轻-中度污染；位于上风向0-3km内的采样点属于未污染-轻度污染。元素相关性分析表明：Fe与Cu、Zn的相关性较好,相关系数在0.5～0.9之间,说明它们有着相同的污染来源；而与Cr相关性不明显,说明Cr可能有不同的污染来源。2.色度值与重金属含量在垂直和水平方向的变化特征有一定的相反性,红度与Cr呈显著负相关(相关系数R2=-0.665)；红度与Zn、Pb、Mn呈负相关(相关系数|R2|=0.335-0.537),而与Fe呈正相关(相关系数R2=0.107),这可能与Fe主要以磁铁矿形式存在而赤铁矿含量较少有关；红度与Cu相关性不明显(相关系数R2=-0.013)；亮度与Fe和Cu极显著负相关(相关系数R2=0.887和0.925)；亮度与Mn显著负相关(相关系数R2=-0.665),与Pb、Zn的相关性不高(相关系数分别为R2=0.21和0.30),与Cr基本无相关性(|R2|=0.045)。黄度与Mn极显著负相关(相关系数R2=0.828),与Zn、Fe、Cu显著性负相关(|R2|=0.629-0.665),与Cr、Pb的相关性较低(相关系数R2=0.493和0.202)。3.色度值分别与各波段灰度值表现了较好地相关性。其中,红度(a*)和可见光波段灰度值负相关性较高(相关系数|R2|=0.399-0.431),与其余波段灰度值相关性较低；黄度(b*)和近红外波段的相关性较高(相关系数R2=-0.385)；亮度(L*)与短波红外波段B7有极显著相关(相关系数R2=-0.710),与短波红外波段B6存在显著相关(相关系数R2=-0.650)。4.可见光波段与Cr相关性较好(相关系数|R2|=0.275-0.302),与其余重金属基本无相关关系；近红外波段B5与Fe的相关性最高(相关系数|R2|=0.537)；短波红外波段(B6、B7)与Fe. Cu均有显著性负相关(相关系数|R2|0.6)。5.基于单波段灰度值的模型在土壤重金属污染评价结果上与内梅罗单因子评价结果有53.8%完全一致,有23.1%的结果相差在一个污染等级之内；有15.4%的结果相差在两个污染等级之间；基于多波段的模型对土壤重金属的评价结果有38.5%与内梅罗综合污染指数的评价结果完全一致,有46.2%的结果差别在一个污染等级之内；有15.4%的结果差别在两个污染等级之间。基于单波段的评价模型可信度高于基于多波段的评价模型,这可能是由于波段之间的信息冗余度高造成的。因而,利用遥感影像灰度值能有效地进行土壤重金属污染评价,是一种更为简便、快速、实时的评价方法。
【图文】：

研究区位于地域空旷的戈壁滩，主要的表±类型是Ｗ戈壁表层砂王为主。戈逡逑壁地势较平坦，由于所处地理位置不同，受不同的岩层厚度影响，戈壁±壤也有逡逑所区别。如图２－２所示，此类上壤受人类活动影响较大。可从图中明显看出，此逡逑处有推止机工作过的迹象，地表没有巧石覆盖，也没有植被覆盖。表上呈灰黑色，逡逑有结皮现象，表王（＾＾＞下0￣ｌ0ｃｍ是±黄色黏上，１化ｍ深处开始有少量烁石混杂，逡逑粒径０．５？４ｃｍ不等，，大约占到２０％。逡逑／枺冿灥灄Ｃ逦．帽逡逑激蠢}鑯徆髛鑙辏和ㄥ义贤迹玻�２戈壁（１）逡逑如图２－３所示，这一类戈壁王壤其表面是由砂及碌石混合组成，并有一逡逑定的植被覆盖。其中砂王约占到６０￣７０％，碌石约占３０？４０％。碌石磨圆度较好，逡逑分选性较差，粒径在２ｃｍ邋下的约占８０％，邋２？５ｃｍ的约占１５％，５ｃｍ邋上的约逡逑占５％。地表植被覆盖度约为４０％左右，植被Ｗ鼓巧草为主，还有少量的骆驼刺。逡逑表王１＾深灰色为�

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