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基于PMF模型的吉木萨尔县土壤重金属空间分布特征与来源解析

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新疆大学学报（自然科学版中英文） 2024年第3期41卷 354-363,374页

作者：张锦明张建泽王洲瑜汪世轩赵东阳阿不都艾尼·阿不里新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830017 新疆大学新疆绿洲生态重点实验室新疆乌鲁木齐830017 新疆大学智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室新疆乌鲁木齐830017

土壤重金属污染对区域土壤环境和人类健康构成严重威胁,因此土壤重金属污染评价和预警在土壤资源保护和区域可持续发展中至关重要.共采集了48个土壤样本,并测定了其中六种重金属含量,运用潜在生态风险指数法、地累积指数法和克里金插值... 详细信息

土壤重金属污染对区域土壤环境和人类健康构成严重威胁,因此土壤重金属污染评价和预警在土壤资源保护和区域可持续发展中至关重要.共采集了48个土壤样本,并测定了其中六种重金属含量,运用潜在生态风险指数法、地累积指数法和克里金插值分别对该区域土壤中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg和As六种重金属元素的污染状况和空间分布特征进行了分析,并利用PMF模型对土壤重金属来源进行解析.1)研究区土壤Cu、Pb和As含量均超出中国新疆土壤背景值和全国土壤背景值,Zn和Cr的含量未超过这两种标准.2)污染评价结果显示:土壤未受到Zn、Cu和Cr的污染,Hg处于轻-中污染,Pb和As处于中等和中-强污染.结合潜在生态风险指数分析可知,Zn、Cu、Cr和Pb为低风险状态,Hg和As为中风险状态.3)从重金属元素空间分布来看,Zn元素的空间分布呈中心区域低、四周高的格局;Cu和Hg元素的分布规律存在一定的相似性,均为从西北向东南递减的变化趋势;Cr元素的空间分布呈现从西向东递减的趋势;Pb元素在研究区的分布较均匀.4)PMF模型结果显示:煤炭开采、煤化工和一系列煤电等人类活动容易引起土壤中Hg和As的积累;Cr和Pb主要来自汽车排放;Zn和Cu主要与土壤母质等自然因素密切相关;煤矿开采和工业活动对土壤重金属的贡献最高.吉木萨尔县土壤受到Hg、Pb和As不同程度污染,且该区域污染来源主要为工业生产和汽车尾气.

关键词：土壤重金属污染特征空间分布 PMF模型

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天山北坡经济带土壤重金属来源及污染评价

中国环境科学 2022年第10期42卷 4704-4712页

作者：叶盼青阿不都艾尼·阿不里孙小丽哈力旦·艾赛都力新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830046 新疆大学生态学博士后流动站新疆乌鲁木齐830046

为定量识别与评价天山北坡经济带中奇台、吉木萨尔、阜康等地区土壤重金属来源与生态风险,对该区域171个表层土壤中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As和Cd7种常见重金属的含量进行测定.运用统计学方法、主成分分析、正定矩阵因子分解(PMF)与潜在... 详细信息

为定量识别与评价天山北坡经济带中奇台、吉木萨尔、阜康等地区土壤重金属来源与生态风险,对该区域171个表层土壤中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As和Cd7种常见重金属的含量进行测定.运用统计学方法、主成分分析、正定矩阵因子分解(PMF)与潜在生态风险指数进行重金属污染程度评价以及来源分析.结果表明,研究区土壤Zn、Cu与Cr之外,Pb、Hg、As和Cd分别超过了新疆土壤背景值4.1、2.0、8.0和48.0倍;与国家土壤重金属风险筛选值相比,Zn、Cr和Hg浓度在安全范围内,Cu与Pb有少部分样点污染较严重,超出筛选值,As与Cd平均值分别超出筛选值的3.09倍与19.17倍.污染来源分析结果显示研究区土壤中的重金属元素主要来自于燃煤源、交通运输、大气降尘、农工业排放和自然因素.生态风险评价结果分析表明,Zn、Cu、Cr和Pb处于轻微风险状态;Cd处于极高风险水平;73.68%的Hg处于中等风险,18.71%处于高风险;43.86%的As生态风险处于中等风险,51.46%处于高风险.综合潜在生态指数介于472~2575.69,Cd对综合潜在生态指数贡献率达到了89.24%,其次是As与Hg,表明研究区Cd对土壤生态环境危害很大,As与Hg也需要特别引起重视.

关键词：土壤重金属 PMF模型来源解析生态风险评价

基于PMF模型的天山北坡经济带土壤重金属污染评价及来源分析

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中国环境科学 2022年

作者：叶盼青阿不都艾尼·阿不里孙小丽哈里旦·艾赛都力新疆大学地理与遥感科学学院新疆绿洲生态重点实验室智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室新疆大学生态学博士后流动站

对土壤重金属开展污染溯源并对其潜在生态风险进行评估是土壤重金属调查评价的必要工作，可为区域土壤环境管理与风险防治提供科学指导。本文以天山北坡经济带中的奇台、吉木萨尔、阜康等地区为例，对该区域171个表层土壤样本中Zn、Cu...

对土壤重金属开展污染溯源并对其潜在生态风险进行评估是土壤重金属调查评价的必要工作，可为区域土壤环境管理与风险防治提供科学指导。本文以天山北坡经济带中的奇台、吉木萨尔、阜康等地区为例，对该区域171个表层土壤样本中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As和Cd七种常见重金属的含量进行了分析。本研究主要运用统计学方法、主成分分析和正定矩阵因子分解（PMF）与潜在生态风险指数进行重金属污染程度评价以及来源分析。结果表明：1）研究区土壤Zn、Cu与Cr之外，Pb、Hg、As和Cd分别超过了新疆土壤背景值的4.1、2.0、8.0和48.0倍；与国家土壤重金属风险筛选值相比，Zn、Cr和Hg浓度在安全范围内，Cu与Pb有少部分样点污染较严重，超出筛选值，As与Cd平均值分别超出筛选值的3.09倍与19.17倍。2）该区域污染来源分析结果显示研究区土壤中的重金属元素主要来自于燃煤源、交通运输、大气降尘、农工业排放和自然因素。3）生态风险评价结果分析可知Zn、Cu、Cr和Pb处于轻微风险状态；Cd处于极高风险水平；73.68%的Hg处于中等风险，18.71%处于高风险；43.86%的As生态风险处于中等风险，51.46%处于高风险。综合潜在生态指数介于472～2575.69，Cd对综合潜在生态指数的贡献率达到了89.24%，其次是As与Hg，表明研究区Cd对土壤生态环境危害比较大，As也需要特别引起重视。

关键词：

干旱区绿洲农田土壤重金属含量高光谱反演研究

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中国环境科学 2023年

作者：买买提·沙吾提阿不都艾尼·阿不里胡昕智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室新疆大学地理与遥感科学学院新疆绿洲生态重点实验室

干旱区绿洲农田土壤重金属污染已成为影响粮食安全的人居环境安全的突出问题。高光谱遥感技术为快速高效获取土壤重金属含量提供新的途径，同时也为土壤重金属污染的监测与防治提供技术支撑。本文对新疆渭库绿洲土壤样本的As、Hg、Pb、C... 详细信息

干旱区绿洲农田土壤重金属污染已成为影响粮食安全的人居环境安全的突出问题。高光谱遥感技术为快速高效获取土壤重金属含量提供新的途径，同时也为土壤重金属污染的监测与防治提供技术支撑。本文对新疆渭库绿洲土壤样本的As、Hg、Pb、Cr、Zn和Cu共6种重金属含量与高光谱关系进行分析，基于逐步回归方法筛选出特征波段，采用地理加权回归(GWR)和普通最小二乘法回归(OLS)构建土壤重金属的高光谱反演模型。结果显示：1)研究区的6种重金属元素含量存在一定的差异，土壤中的平均重金属含量依次为Zn>Pb>Cr>Cu>As>Hg，均未超过国家土壤背景值。研究区的Pb平均含量高于当地(新疆)土壤背景值，即研究区表土层中的Pb元素明显富集；2)不同的光谱变换使土壤重金属的光谱特征均得到了增强，但强度有所差异，经过二阶微分变换(SD)和一阶立方根微分变换(CRFD)的土壤光谱相对于原始光谱增强最显著;3)从模型验证来看，在反演6个土壤重金属元素含量时，GWR的R2高于OLS，其中Zn的R2接近在0.8，Cu的R2接近0.6，表明模型有一定预测能力，而As、Hg、Pb和Cr的均依然低于0.5，模型预测能力并不理想；4)两种模型预测的6种土壤重金属含量的空间分布表现出一定的空间差异性。其中，As元素空间分布差异在这两种预测模型中最大，而其余5种重金属元素Hg、Pb、Cr、Zn和Cu的分布则较为均匀。通过高光谱反射率估算土壤重金属元素含量，实现了干旱区绿洲农田土壤重金属元素含量的高效快速反演，为干旱区绿洲农田土壤重金属元素含量动态监测提供了可靠的技术支撑。

关键词： GWR及OLS模型土壤重金属含量高光谱空间分布特征渭干河-库车河绿洲

乌鲁木齐市郊农田土壤及农作物中多环芳烃的污染特征及风险评价

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环境科学 2023年第7期44卷 4039-4051页

作者：范悦曹双瑜艾力江·努尔拉于苏云江·吗米提敏阿不都艾尼·阿不里谢宣宣古丽斯坦·阿不都拉刘河疆新疆大学生态与环境学院乌鲁木齐830017 绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830017 新疆精河温带荒漠生态系统教育部野外科学观测研究站乌鲁木齐830017 新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所乌鲁木齐830091 农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(乌鲁木齐) 乌鲁木齐830091 新疆大学地理与遥感科学学院乌鲁木齐830017

为了解土壤和农作物中PAHs的赋存情况,探究不同农作物对PAHs的富集能力和农作物不同部位中PAHs的分布特征,以乌鲁木齐周边农田种植的农作物和土壤为例,于2021年7月在乌鲁木齐市郊农田聚集区进行样品采集,共采集农作物样品100份,农作物... 详细信息

为了解土壤和农作物中PAHs的赋存情况,探究不同农作物对PAHs的富集能力和农作物不同部位中PAHs的分布特征,以乌鲁木齐周边农田种植的农作物和土壤为例,于2021年7月在乌鲁木齐市郊农田聚集区进行样品采集,共采集农作物样品100份,农作物种类达21种,表层土壤样品45份.结果表明,土壤和农作物中16种PAHs均被检出.农田土壤中ω(总PAHs)范围为19.06~1870.86μg·kg^(-1),平均值为127.40μg·kg^(-1),7种致癌性PAHs占16种PAHs的42.85%~79.20%,其中BaP为土壤中主要污染物.经过特征比值法发现,土壤中PAHs的主要来源为生物质、煤等的燃烧.农作物中ω(总PAHs)范围为1.86~974.05μg·kg^(-1),平均值为303.30μg·kg^(-1).不同作物对PAHs的富集能力不同,在采集到的21种农作物中,南瓜体内的ω(PAHs)累计值最高(431.75μg·kg^(-1)).叶菜类作物中,叶片部位的PAHs含量高于根部和果实部位;果菜类作物中,果实部位高于根部或叶部.土壤中高环PAHs和植物叶片中的PAHs显著相关.对农作物中PAHs进行健康风险评估,结果表明,膳食摄入存在潜在致癌风险,在成年男性和女性群体中甚至存在高致癌风险,需引起关注.

关键词：多环芳烃(PAHs) 农田土壤农作物污染特征风险评价

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基于机器学习的干旱区土壤盐渍化定量估算

土壤通报 2022年第5期53卷 1038-1048页

作者：丁玮祺吾木提·艾山江阿不都艾尼·阿不里尼加提·卡斯木伊犁师范大学资源与生态研究所新疆伊宁835000 伊犁师范大学生物与地理科学学院新疆伊宁835000 新疆大学资源与环境科学学院新疆乌鲁木齐830046

【目的】探讨对土壤盐渍化进行快速、准确监测技术与方法。【方法】利用353个地面表观电导率数据,以及从Worldview-2影像获取对应采样点的波段反射率值,结合两波段组合植被指数和三波段组合植被指数,筛选最佳二维、三维波段组合方式,引... 详细信息

【目的】探讨对土壤盐渍化进行快速、准确监测技术与方法。【方法】利用353个地面表观电导率数据,以及从Worldview-2影像获取对应采样点的波段反射率值,结合两波段组合植被指数和三波段组合植被指数,筛选最佳二维、三维波段组合方式,引入人工神经网络、K近邻和支持向量回归来构建区域土壤盐渍化定量反演模型。【结果】①WV-2影像的红边和近红外波段与ECa呈现显著相关(P不同维度数据的机器学习估算模型中,3DVI和KNN算法结合对土壤盐渍化估算效果最为突出,且模型精度为R^(2)=0.773,RMSE=1.659 dS m^(−1),RPD=2.216。【结论】所构建的多维植被指数可应用于类似环境条件下盐渍土地监测和评价研究。

关键词：土壤盐渍化波段组合算法机器学习克里雅河流域

基于PMF模型的五彩湾矿区土壤重金属污染空间分布与来源解析

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中国矿业 2022年第11期31卷 62-70页

作者：孙小丽阿不都艾尼·阿不里哈力旦·艾赛都力叶盼青新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830046 新疆绿洲生态重点实验室新疆乌鲁木齐830046 智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室新疆乌鲁木齐830046 新疆大学生态学博士后流动站新疆乌鲁木齐830046

以新疆准东煤田五彩湾矿区周围土壤为研究目标,采集了100个表层土壤样本,采用地累积指数、潜在生态风险指数和综合风险指数对研究区土壤中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg和As等6种重金属元素进行生态风险评估,并运用正定矩阵因子分析模型(PMF)解析... 详细信息

以新疆准东煤田五彩湾矿区周围土壤为研究目标,采集了100个表层土壤样本,采用地累积指数、潜在生态风险指数和综合风险指数对研究区土壤中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg和As等6种重金属元素进行生态风险评估,并运用正定矩阵因子分析模型(PMF)解析土壤中6种重金属的来源和贡献率。研究结果表明:土壤中重金属Zn、Cu、Cr、Pb、Hg和As含量的平均值分别为69.60 mg/kg、23.42 mg/kg、59.15 mg/kg、22.37 mg/kg、0.033 mg/kg和6.71 mg/kg,含量浓度的大小为Zn>Cr>Cu>Pb>As>Hg, 6种重金属元素平均值均未超过国家一级标准和国家二级标准,其中,Zn、Pb、Hg和As超出了新疆土壤背景值,分别超出了1.01倍、1.20倍、1.15倍和1.94倍;分析地累积指数大小可知,土壤中Zn、Cu、Cr、Hg和As元素处于轻微污染状态或未污染状态,Pb元素处于中高度污染状态;潜在生态风险指数结果显示:重金属Zn、Cu、Cr、Hg和As均未被污染,Pb处于强度风险状态;综合风险指数结果表明:Hg元素的综合风险指数为7 870.59,处于存在极高的风险状态,而其他5种重金属存在的潜在风险水平属于低水平轻微风险;正定矩阵因子分析模型(PMF)解析出该地区土壤中6种重金属元素的污染源为自然因素、工业排放、交通运输、燃煤源、大气降尘和人类活动,其贡献率分别为20%、14%、14%、22%、20%、10%。本研究结果将为干旱地区土壤重金属污染防治和预警提供科学依据和理论基础。

关键词：五彩湾煤矿土壤重金属正定矩阵因子分析风险评价源解析

基于GIS的不同土地利用方式土壤重金属污染评价及来源解析

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中国矿业 2023年第5期32卷 53-64页

作者：哈力旦·艾赛都力阿不都艾尼·阿不里孙小丽叶盼青新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830046 新疆大学生态学博士后流动站新疆乌鲁木齐830046

为进一步了解奇台县、吉木萨尔县、阜康市等地区草地、耕地和建设用地三种土地利用方式土壤重金属污染状况,利用单因子污染指数、污染负荷指数和地累积指数法对土壤中的Zn、Cu、Cr、Pb、Hg和As等六种重金属元素的污染程度进行评价,运用... 详细信息

为进一步了解奇台县、吉木萨尔县、阜康市等地区草地、耕地和建设用地三种土地利用方式土壤重金属污染状况,利用单因子污染指数、污染负荷指数和地累积指数法对土壤中的Zn、Cu、Cr、Pb、Hg和As等六种重金属元素的污染程度进行评价,运用潜在生态风险指数、主成分分析和正定矩阵因子分析(PMF)进行生态风险和污染源解析。研究结果表明:不同土地利用方式土壤重金属元素含量依次为As>Pb>Zn>Cr>Cu>Hg,其中,Pb、Hg和As等元素含量均超出新疆土壤背景值,并且在建设用地中的含量比草地和耕地高,分别超出新疆土壤背景值的4.43倍、1.50倍和8.23倍,Zn、Cu和Cr等元素含量在不同土地利用方式下均未达污染水平。单因子污染指数和地累积指数结果显示,Pb、Hg和As等元素污染相对严重,呈轻-强度污染水平,Zn、Cu和Cr元素污染呈轻-中度污染水平;整个研究区的污染负荷指数取值范围为0.99~2.57,均为轻度污染水平;不同土地利用方式土壤重金属元素Cu、Pb、Hg和As潜在生态风险指数较高,达到极强污染水平;基于主成分分析和PMF的定量源解析结果表明,Zn、Cu和As等元素除了主要受土壤母质影响外,还受到工业污染活动的影响,Cr元素主要受到土壤母质的影响,Hg和Pb等元素受工业生产和频繁的人类活动的影响较大;不同土地利用方式中Pb、Hg和As等元素的含量普遍高于背景值,污染最严重。

关键词：土地利用方式土壤重金属污染评价 GIS技术

基于PMF模型的准东煤矿周围土壤重金属污染及来源解析

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农业工程学报 2019年第9期35卷 185-192页

作者：比拉力·依明阿不都艾尼·阿不里师庆东刘素红尼加提·卡斯木李浩新疆大学干旱生态环境研究所乌鲁木齐830046 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046 北京师范大学地理科学学部北京100875

为了解准东煤矿区周围土壤的污染状况及来源,在准东露天矿区采集47个表层土壤样本,测定其中 Zn、Cu、Pb、Cr、Hg 和 As 6 种重金属元素的含量。运用统计学方法、地累计指数(geoaccumulation index,Igeo)和潜在风险指数(potential ecolog... 详细信息

为了解准东煤矿区周围土壤的污染状况及来源,在准东露天矿区采集47个表层土壤样本,测定其中 Zn、Cu、Pb、Cr、Hg 和 As 6 种重金属元素的含量。运用统计学方法、地累计指数(geoaccumulation index,Igeo)和潜在风险指数(potential ecological risk index,PER)对研究区土壤重金属污染程度和生态风险态势进行评价,采用正矩阵分解模型(positive matrix factorization,PMF)解析重金属污染源。结果表明:1)研究区土壤 Zn、Cu、Pb、Cr、Hg 和 As 含量均超出新疆土壤环境质量背景值,超标率分别为 2.1%、14.9%、4.3%、68.1%、68.1%和 95.8%,其中 As 含量的均值分别超过国家土壤质量Ⅰ级和Ⅱ级标准(GB15618-1995)的 2.1 和 1.3 倍;2)Hg 的地累积指数和潜在生态风险指数呈极高污染和高风险态势,Zn、Cu 和 Pb 处于未污染和低风险状态。研究区综合潜在生态风险指数介于 50.09~1 038.47 之间,差异明显,均值为 180.22,21%和 11%土壤采样点呈现出较高和高风险水平;3)PMF 模型结果显示:研究区土壤 Hg 主要受到燃煤活动的影响;Pb 的积累主要与交通运输有关,As 的积累主要与大气沉降和工业排放有关,工业排放是 Cr 的主要污染源,Zn 和 Cu 的积累主要与土壤成土母质等自然因素有关。燃煤、交通运输、大气降尘、工业排放和自然因素 5 种来源的贡献率分别为 20.79%,16.83%,16.83%和 27.72%和 17.82%。

关键词：土壤重金属污染矿区生态风险 PMF模型污染源