FIELD RAPID SCREENING TECHNOLOGY DRIVEN SOIL SAMPLING OPTIMIZATION
-
摘要: 合理的土壤采样策略是精确刻画场地污染情况的关键。以湖南某铬污染场地为研究对象,基于现场快速检测数据对反距离加权法(IDW)、普通克里金法(OK)、局部多项式法(LPI)和径向基函数法(RBF)4种空间插值方法的精确度和适用性进行了比较;通过冗余分析确定了实验室分析样品的布点数量;分析对比了实验室检测与快速检测空间插值结果。结果表明:1)不同空间插值方法对场地污染分布识别存在明显差异,适用性排序为IDW法 > RBF法 > OK法 > LPI法;2)经基于快速检测阶段235个点位数据进行的采样策略优化,需送往实验室分析的采样点位减少至113个;3)快速检测技术可有效反映场地铬污染区域分布趋势。Abstract: A rational soil sampling approach is critical to accurately characterizing potentially contaminated sites. Rapid element screening was applied to a case study for a chromium-contaminated site in Hunan Province. The results were processed by four spatial interpolation methods, including inverse distance weighted (IDW), ordinary kriging (OK), local polynomial interpolation (LPI), and radial basis function (RBF) methods, aiming to compare their accuracy and feasibility on predicting contaminated area. Then, the redundancy analysis was leveraged to determine the number of samples collected for laboratory evaluation. Finally, the results of spatial interpolation between field rapid screening and laboratory analysis were compared. The findings were as follows: 1) the results of predicted contaminated area evaluated by four spatial interpolation methods were significantly different, the accuracy decreased in the qequence of IDW > RBF > OK > LPI; 2) the number of sampling locations needed for laboratory analysis decreased from 245 to 113; and 3) the rapid screening technology was effective in evaluating contamination distribution for chromium-contaminated sites.
-
Key words:
- soil contamination /
- chromium /
- rapid screening technology /
- spatial interpolation /
- sampling approach
-
OSMAN K T. Soil Pollution[M]. Springer, Netherlands, 2014. LACARCE E, SABY N P A, MARTIN M P, et al. Mapping soil Pb stocks and availability in mainland France combining regression trees with robust geostatistics[J]. Geoderma, 2012, 170:359-368. 李梅,张学雷,武继承. GIS支持下豫东地区土壤野外采样布点方法探索[J]. 土壤,2011,43(3):459-465. LI X P, GAO Y, ZHANG M, et al. Heavy metals in urban soil:spatial distribution,source and pollution assessment[J]. Environmental Science & Technology, 2018. 王子龙,陈伟杰,付强,等. 土壤优化采样策略研究进展[J]. 水土保持通报,2017,37(5):205-212. HU W Y, HUANG B, WEINDORF D C, et al. Metals analysis of agricultural soils via portable x-ray fluorescence spectrometry[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2014, 92(4):420-426. MELQUIADES F L, APPOLONI C R. Application of XRF and field portable XRF for environmental analysis[J]. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2004, 262(2):533-541. 边超,蔡五田,刘金巍,等. FPXRF用于污染场地铬分布特征及迁移规律研究[J]. 环境科学与技术,2017,40(12):126-132. 赵满,王哲,易发成,等. 基于GIS的某尾矿库区土壤中As元素的研究[J]. 冶金与材料,2018,38(5):94-96. KALNICKY D J, SINGHVI R. Field portable XRF analysis of environmental samples[J]. Journal of hazardous materials, 2001, 83(1/2):93-122. 邝荣禧,胡文友,何跃,等. 便携式X射线荧光光谱法(PXRF)在矿区农田土壤重金属快速检测中的应用研究[J]. 土壤,2015,47(3):589-595. LI J, HEAP ANDREW D. Spatial interpolation methods applied in the environmental sciences:a review[J]. Environmental Modelling and Software, 2014, 53:173-189. XIE Y F, CHEN T B, LEI M, et al. Spatial distribution of soil heavy metal pollution estimated by different interpolation methods:accuracy and uncertainty analysis[J]. Chemosphere, 2010, 82(3):468-476. 付传城,王文勇,潘剑君,等. 南京市溧水区土壤重金属污染不同插值方法的对比研究[J]. 土壤通报,2014,45(6):1325-1333. 胡碧峰, 王佳昱, 傅婷婷,等. 空间分析在土壤重金属污染研究中的应用[J]. 土壤通报, 2017, 48(4):1014-1024. 张金兰,欧阳婷萍,黄铁兰,等. 农田表层土壤镉的典型空间插值方法对比研究[J]. 生态科学,2017,36(6):130-136. GOMEZDELACMPO E. GIS:an introduction to mapping technologies[J]. Choice:Current Reviews for Academic Libraries, 2019, 56(11):1384-1384. CHEN Y X, JIANG X S, WANG Y, et al. Spatial characteristics of heavy metal pollution and the potential ecological risk of a typical mining area:a case study in China[J]. Process Safety & Environmental Protection, 2018, 113:204-219. LIAO Y L, LI D Y, ZHANG N X. Comparison of interpolation models for estimating heavy metals in soils under various spatial characteristics and sampling methods[J]. Transactions in GIS, 2018, 22(1). ZHANG C S, TANG Y, LUO L, et al. Outlier identification and visualization for Pb concentrations in urban soils and its implications for identification of potential contaminated land[J]. Environmental Pollution, 2009, 157(11):3083-3090. 谢云峰,陈同斌,雷梅,等. 空间插值模型对土壤Cd污染评价结果的影响[J]. 环境科学学报,2010,30(4):847-854. 马宏宏,余涛,杨忠芳,等. 典型区土壤重金属空间插值方法与污染评价[J]. 环境科学,2018,39(10):4684-4693. WANG H C, YANG J, LIN H P. Application of RBF networks in mercury pollution spatial prediction of a gold mine area[J]. Advanced Materials Research, 2014,926/930:2771-2776. 史文娇,岳天祥,石晓丽,等. 土壤连续属性空间插值方法及其精度的研究进展[J]. 自然资源学报,2012,27(1):163-175. 田美影. 污染场地空间插值的精度评价方法及应用[D]. 北京:首都师范大学, 2013. 余笑眉,吕晓男,王美琴,等. 南方丘陵耕地土壤有机质空间插值精度比较:以衢江区为例[J]. 浙江农业学报,2010,22(5):639-643. ALEXANDRA KRAVCHENKO, DONALD G BULLOCK. A comparative study of interpolation methods for mapping soil properties[J]. Agronomy Journal, 1999, 91(3):393-400. 期刊类型引用(28)
1. 吴姬,王婧,符式锦. 海口市城乡环境梯度带土壤重金属富集特征. 热带作物学报. 2025(02): 503-513 . 百度学术
2. 邵璐,刘洪,欧阳渊,张景华,高文龙,刘小念,宋雯洁,吴君毅,苏悦. 三峡库区典型岩石土壤中重(类)金属迁移富集特征研究及风险评价. 西北地质. 2025(01): 204-218 . 百度学术
3. 陈佳,范萍萍,龙文涛,邰良. 土壤侵蚀对重金属迁移的作用规律与机制研究进展. 水土保持研究. 2024(01): 460-470 . 百度学术
4. 占楠彪,谷端银,李婷,崔秀敏,娄燕宏,诸葛玉平. 中轻度重金属污染农田土壤的时空特征及改良. 农业环境科学学报. 2024(02): 294-307 . 百度学术
5. 葛磊,方凤满,周浩,姚有如,谭华荣,王飞,林跃胜. 菜子湖湿地不同类型土壤重金属的垂直分布特征及迁移规律. 环境化学. 2024(03): 933-941 . 百度学术
6. 闫金霞,杨家哲,杜正浩. 垃圾堆放场土壤重金属分布特征及污染评价. 山东化工. 2024(05): 231-236 . 百度学术
7. 张锦明,张建泽,王洲瑜,汪世轩,赵东阳,阿不都艾尼·阿不里. 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. 新疆大学学报(自然科学版)(中英文). 2024(03): 354-363+374 . 百度学术
8. 贾少宁,申发,颜宁,王若菲,刘苏慧,于洋,栗云召,杨继松,于君宝. 黄河三角洲不同土地利用方式下土壤重金属分析评价. 鲁东大学学报(自然科学版). 2023(03): 193-202 . 百度学术
9. 丰土根,郑柳钦,张箭,韦扬. 重金属-有机物复合污染土风险评价新方法. 环境工程. 2023(07): 222-228 . 本站查看
10. 高梦绯,郑顺安,刘昌华,郜允兵,高戈,赵亚楠. 基于多因素融合的耕地土壤重金属污染风险评价. 环境工程. 2023(08): 233-241 . 本站查看
11. 阮彦楠,吕本春,王志远,王应学,王伟,陈检锋,尹梅,陈华,付利波. 云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价. 安徽农业科学. 2023(21): 65-72 . 百度学术
12. 陈海英,虎啸,覃昆,魏腾川,白薇. 巴中市巴州区水田与旱地土壤重金属富集与垂直分布特征. 四川农业科技. 2023(12): 56-59 . 百度学术
13. 陈敏毅,宋清梅,叶权运,游学睿,吴颖欣. 华南典型金属制品遗留生产场地重金属空间分布特征. 生态环境学报. 2023(12): 2228-2235 . 百度学术
14. 黄钟霆,易盛炜,陈贝贝,彭锐,石雪芳,李峰. 典型锰矿区周边农田土壤-农作物重金属污染特征及生态风险评价. 环境科学. 2022(02): 975-984 . 百度学术
15. 毛盼,王明娅,孙昂,陈纯,冯茜茜,韩桥,王明仕. 某典型废弃硫酸场地土壤重金属污染特征与评价. 环境化学. 2022(02): 511-525 . 百度学术
16. 丰土根,郑柳钦,张箭,张福海,宋健. 废弃农药厂重金属污染土风险评价及焙烧修复效果研究. 环境工程. 2022(02): 132-138 . 本站查看
17. 陈锐,杜双杰,徐伟,竹涛. 南京城郊某典型退耕农用地土壤重金属含量特征与污染评价分析. 环境工程. 2022(03): 102-110+165 . 本站查看
18. 朱迪,张朝晖,王智慧. 农田-泥炭藓系统重金属富集特征与生态风险评价. 环境科学. 2022(04): 2115-2123 . 百度学术
19. 姜宇,郭庆军,邓义楠. 长江流域沉积物和土壤重金属分布规律研究进展. 生态学杂志. 2022(04): 804-812 . 百度学术
20. 张瀚丹,刘新会,王宇静,段林帅,董璐. 土壤剖面重金属污染对微生物群落结构的影响. 环境科学与技术. 2022(04): 184-191 . 百度学术
21. 王磊,周璐瑶,胡静博,蔡佳坊,王伟,肖万川,何妙妙. 再生水灌溉对稻田重金属分布的影响. 排灌机械工程学报. 2022(08): 842-849 . 百度学术
22. 李延雪,张梦竹,舒莎莎,邹君晗,焦伟,周峻宇. 基于富集因子法与MLR-APCS模型应用的农田土壤重金属人为来源定量识别. 环境工程. 2022(09): 173-177+232 . 本站查看
23. 赵家印,杨地,杨湘智,张宁,刘宇,王蒙蒙,吴云成,陈秋会,田伟. 云南省某煤矿开采遗址周边农用地土壤重金属污染评价及源解析研究. 生态与农村环境学报. 2022(11): 1473-1481 . 百度学术
24. 陆音,肖昕,徐蕾,梁妍,栾慧君,塞古,李俊池,郭春滢. 煤矿开采裂缝对土壤中重金属分布的影响. 环境科技. 2022(06): 1-5+12 . 百度学术
25. 孟婷婷,刘金宝,董浩,王博,张国剑. 城市绿地不同管理方式土壤重金属污染及生态风险评价. 环境工程. 2022(12): 217-223 . 本站查看
26. 马晓慧,郝春明,王梦露,朱云燕. 峰峰煤矿塌陷区典型农田土壤剖面重金素元素化学风化规律. 科学技术与工程. 2021(03): 1202-1210 . 百度学术
27. 浦江,张翠萍,刘淑娟,杨小燕,赵斌,李淑英,陆轶峰,王媛媛,周元清. 杞麓湖径流区不同湿地沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价. 农业资源与环境学报. 2021(05): 755-763 . 百度学术
28. 王多兵,张猛,韩冬雅,陈锦,朱鹏鹏,肖立权. 湖南典型煤矿区地表水——土壤系统重金属污染特征、来源及风险. 应用化工. 2021(S2): 94-100+112 . 百度学术
其他类型引用(20)
-

计量
- 文章访问数: 220
- HTML全文浏览量: 41
- PDF下载量: 3
- 被引次数: 48