实验室污染与防治论文提纲

论文题目：基于GIS的稻田镉空间分布与演变趋势研究

摘要：我国稻田土壤镉（Cd）污染形势严峻,稻米Cd含量超标现象频发,已严重威胁区域农产品安全及人体健康。稻田Cd污染防治是保障稻米安全生产的前提,有效、准确模拟稻田土壤Cd累积趋势是土壤Cd污染防治的关键。湖南攸县是我国南方最主要的水稻生产区之一,近年来的“Cd大米”事件严重影响了该地区农业生产和经济发展,并危害区域民众健康。本研究以湖南攸县为研究区,以区域调查和实验室分析获取基础数据,以模型模拟为核心,结合GIS空间分析、地统计分析、Monte Carlo模拟、参数敏感性分析和场景分析等方法,多方法多角度多尺度地揭示区域稻田土壤Cd累积变化,量化不同输入途径对土壤Cd累积效应的影响程度,评估不同调控措施在区域稻田长期施用的有效性和可持续性,为区域稻田安全管理提供科学依据,主要研究结果如下:（1）通过调查分析发现,攸县土壤Cd累积风险较大,稻米Cd迁移风险较高,稻米Cd富集水平显著。研究区以轻中度Cd污染为主,东部和西部地区污染水平较高,绝大多数土壤Cd存在中等以上程度生态风险,应引起重视。基于地统计分析,结合GIS空间分析,发现不同乡镇稻田Cd存在明显差异,受区域人为活动方式、强度及Cd来源差异的影响,存在局部地区稻田Cd污染。此外,土壤Cd与稻米Cd在空间分布上具有一定相关性,但不显著。（2）在多环境介质采样的基础上,基于质量平衡原理,构建了稻田土壤Cd累积单元通量模型,并结合Monte Carlo随机模拟分析方法,预测了区域稻田土壤Cd累积趋势及累积风险。结果显示研究区土壤Cd累积风险逐年增大,土壤Cd为轻度污染的概率高达82.1%,且中度污染概率增长到12.4%。可见在当前土壤Cd输入模式下攸县稻田土壤Cd污染形势严峻,在风险管理时应给予足够重视,并采取有效措施降低区域稻田土壤Cd累积风险。通过敏感性分析确定了大气沉降输入过程、灌溉输入过程和秸秆还田输出过程是稻田土壤Cd累积的关键环境过程。（3）结合地统计学和GIS空间分析,构建了区域土壤Cd累积空间预测模型,实现单元通量模型空间化计算,模拟了攸县土壤Cd未来50年的时空变化过程。模拟结果表明随着时间的推移,研究区土壤Cd累积水平与生态风险有所增加,受工矿活动、人群聚集地和农业活动的干扰,在空间上聚集分布于攸县东北部和中南部,其中东北部地区是潜在高风险地区,应引起重视。研究表明,空间模型可以有效模拟区域土壤Cd累积过程的动态变化,预测潜在高风险地区,对于区域尺度土壤Cd污染防治具有十分重要的指导意义。（4）多场景模拟结果显示优化工矿企业布局和清洁灌溉水可减缓土壤Cd累积速率,但不具备降Cd效果,主要体现在长期作用。秸秆不还田可显著降低土壤Cd含量,是区域土壤Cd污染防控的有效调控措施。综合治理措施在秸秆不还田的基础上,通过降低大气沉降和清洁灌溉水的输入通量,进一步降低区域Cd累积水平,在该措施施用50年后,全县80%以上地区土壤Cd可降低至无污染水平。通过土壤Cd累积预测空间模型进行场景模拟,可有效分析不同调控措施应用场景下稻田土壤Cd含量时空变化,评估各措施的有效性和可持续性,为区域稻田土壤Cd污染防治提供科学借鉴。

关键词：地理信息系统;地统计学;空间分布预测模型;稻田;镉

学科专业：地图学与地理信息系统

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 稻田土壤Cd污染现状

1.2.2 稻田土壤Cd累积影响因子

1.2.3 土壤重金属通量模型研究进展

1.2.4 GIS和地统计学在土壤污染领域应用情况

1.3 研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 关键问题

1.4 技术路线

第2章 研究区概况及数据来源

2.1 研究区概况

2.1.1 自然地理条件

2.1.2 社会经济状况

2.1.3 农业生产特征

2.2 数据来源

2.2.1 调查方案

2.2.2 采样方法

2.2.3 分析方法

第3章 区域稻田Cd污染特征

3.1 引言

3.2 研究方法

3.2.1 数据处理

3.2.2 空间变异分析方法

3.2.3 污染程度与风险评价方法

3.3 结果与分析

3.3.1 土壤-稻米Cd富集概况

3.3.2 土壤-稻米Cd空间自相关分析

3.3.3 土壤-稻米Cd空间变异特征

3.3.4 土壤Cd污染状况及风险评价

3.4 小结

第4章 稻田土壤Cd累积过程模拟

4.1 引言

4.2 单元模型概述

4.2.1 模型简介

4.2.2 参数设定

4.3 不确定性分析

4.3.1 敏感性分析

4.3.2 Monte Carlo模拟

4.4 结果与分析

4.4.1 土壤Cd来源分析

4.4.2 土壤Cd累积趋势模拟

4.4.3 参数敏感性分析

4.4.4 土壤Cd累积风险概率预测

4.5 小结

第5章 区域稻田土壤Cd时空演变趋势

5.1 引言

5.2 空间模型概述

5.2.1 空间模型构建

5.2.2 参数空间化

5.3 结果与分析

5.3.1 土壤Cd含量时空演变趋势

5.3.2 土壤Cd污染时空演变趋势

5.3.3 土壤Cd累积风险时空演变趋势

5.4 小结

第6章 区域稻田Cd污染调控多场景模拟

6.1 源头控制场景

6.1.1 优化工矿企业布局

6.1.2 清洁灌溉水

6.2 农艺调控场景

6.3 综合治理场景

6.4 小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 主要创新点

7.3 存在问题与展望

参考文献

致谢