离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法和应用，涉及生态风险评估技术领域。该土壤氮素环境风险评价方法，针对离子稀土矿区林地土壤的特性，建立特定的离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型和氮素环境风险判别标准，且过程中运用高光谱遥感技术以及无人机勘查，大大缩减了野外工作量，节省了人力，同时在氮素平衡总量连续地理空间制图过程中引入了空间制图和GIS空间几何运算手段，使得结果更为精准；该离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法可快速高效的对于大范围连续地理空间的离子稀土矿区林地土壤进行环境风险评价，填补了本领域的空白。本发明专利技术还提供了上述离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法的应用。

【技术实现步骤摘要】
离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法和应用
本专利技术属于生态风险评估
，具体涉及一种离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法和应用。
技术介绍
我国南方省份分布有大量的离子吸附型稀土，是特有的中重稀土资源。离子稀土主要采取以硫酸铵作浸矿剂的原地浸矿工艺，氨氮是矿区土壤主要的污染物之一。离子稀土多分布于林地，通常情况，氮是树木养分的限制因子。但用硫酸铵作为浸矿剂的开采方法带入土壤的氮很可能超过了森林的需求。过量的氮，对环境带来负面影响：首先，土壤会出现酸化和铝中毒现象；其次，氮淋溶到地下水或短径流出露于地表，对区域水环境带来危害。目前，国家缺少土壤氮素污染风险管控标准。虽然有一些关于农田的土壤氮素环境风险评价方法，但其并不适用于离子稀土矿区林地土壤，这主要是由于农田与离子稀土矿区林地土壤研究对象不同，主要体现在以下方面：(1)投入量方面，农田有化肥、有机物、种子、灌溉带入氮，而离子稀土矿区林地不涉及；(2)产出方面，人工种植的农田收获物种类和对应面积是一个已知均质参数，而矿区林地植物种类和对应分布参数不是已知均质参数，且林地交通不便，工作难度较大；(3)农田和离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险标准不同，因为地表植物种类不同，收割方式不同(农田一年一收割，林地多年砍伐或者不砍伐)，因此农田和林地对于土壤氮素的耐受性不同。此外，也有一些关于森林生态系统土壤氮临界值的研究，因评价方法限制，研究主要集中于单一实验样地等小尺度范围。故离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法尚属空白。有鉴于此，特提出本专利技术以解决上述技术问题中的至少一个。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，可快速高效的对于大范围连续地理空间的离子稀土矿区林地土壤进行环境风险评价。本专利技术的第二目的在于提供上述离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供了一种离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，包括以下步骤：(a)提供浸矿剂注入氮量的矢量图和区域林分类型连续地理空间图；(b)建立离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型和氮素环境风险判别标准；(c)根据浸矿剂注入氮量的矢量图、区域林分类型连续地理空间图和离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型，采用GIS空间几何运算，建立氮素平衡总量连续地理空间制图，然后根据氮素环境风险判别标准，制作离子稀土矿区林地土壤氮素风险分布图。进一步地，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，根据离子稀土矿区储量资源基础资料和原地浸矿工艺数据，制作带地理坐标的浸矿剂注入氮量的矢量图。进一步地，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，采集林分类型样本，将高光谱遥感影像数据和无人机影像信息关联，对林分类型样本解译，建立林分类型与光谱反射率数据的模型，然后将光谱反射率数据输入林分类型与光谱反射率数据的模型，得到区域林分类型连续地理空间图。进一步地，在本专利技术上述技术方案的基础之上，采集林分类型样本，按照(3-4)：1比例将林分类型样本划分为训练数据集和验证数据集；将高光谱遥感影像数据进行几何及辐射预处理，然后对照地面控制点进行几何精校正；无人机获取调查区域高精度图像，然后将多景图像拼接成带地理坐标的栅格图像；将高光谱遥感影像数据和无人机影像信息关联，然后采用计算机监督分类和目视判读的方法，将图像斑块特征与训练数据集结合，建立林分类型与光谱反射率数据的模型；采用验证数据集验证图像解译提取精度，将光谱反射率数据输入模型，得到区域林分类型连续地理空间图。进一步地，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型公式如式(1)所示：M＝Ni-No(1)式(1)中，Ni为氮素投入量，No为氮素产出量，M为氮素平衡总量；其中，所述氮素投入量Ni如式(2)所示计算：Ni＝N1+N2+N3(2)式(2)中，N1为大气沉降氮量，N2为土壤氮矿化量，N3为浸矿剂注入氮量；其中，所述氮素产出量No如式(3)所示计算：No＝N4+N5+N6+N7(3)式(3)中，N4为植物生长氮吸收量，N5为稀土交换氮消耗量，N6为采场氮渗漏量，N7为清水清洗氮淋出量。进一步地，在本专利技术上述技术方案的基础之上，式(2)中，浸矿剂注入氮量按照注入硫酸铵浸矿剂含氮量计算。进一步地，在本专利技术上述技术方案的基础之上，式(3)中，植物生长氮吸收量N4根据区域林分类型连续地理空间图与单位面积植物生长带走氮量进行GIS空间几何运算得到；优选地，稀土交换氮消耗量N5根据浸矿剂与稀土进行交换的化学方程式计算得到。进一步地，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，根据土壤氮临界负荷与氮素平衡总量，建立氮素环境风险判别标准：氮素平衡总量小于0，则该区域属于缺氮区域；氮素平衡总量介于0与土壤氮临界负荷之间，则该区域属于无风险区域；氮素平衡总量大于或等于土壤氮临界负荷，该区域属于重点风险区域。进一步地，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(c)中，根据浸矿剂注入氮量的矢量图、区域林分类型连续地理空间图和离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型，将浸矿剂注入氮量和植物生长氮吸收量采用GIS空间几何运算，建立氮素平衡总量连续地理空间制图，然后根据氮素环境风险判别标准，制作离子稀土矿区林地土壤氮素风险分布图。本专利技术还提供了上述离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法在生态风险评估领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术提供了一种离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，针对离子稀土矿区林地土壤的特性，建立特定的离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型和氮素环境风险判别标准，且过程中运用高光谱遥感技术以及无人机勘查，大大缩减了野外工作量，节省了人力，同时氮素平衡总量连续地理空间制图过程中引入了空间制图和GIS空间几何运算手段，使得结果更为精准；该离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法可快速高效的对于大范围连续地理空间的离子稀土矿区林地土壤进行环境风险评价，填补了本领域的空白。(2)本专利技术提供了上述离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法在生态风险评估领域中的应用，鉴于上述离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法所具有的优势，使得该土壤氮素环境风险评价方法可快速高效的对于大范围连续地理空间的离子稀土矿区林地土壤进行环境风险评价，在生态风险评估领域具有良好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种实施方式下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(a)提供浸矿剂注入氮量的矢量图和区域林分类型连续地理空间图；/n(b)建立离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型和氮素环境风险判别标准；/n(c)根据浸矿剂注入氮量的矢量图、区域林分类型连续地理空间图和离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型，采用GIS空间几何运算，建立氮素平衡总量连续地理空间制图，然后根据氮素环境风险判别标准，制作离子稀土矿区林地土壤氮素风险分布图。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供浸矿剂注入氮量的矢量图和区域林分类型连续地理空间图；
(b)建立离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型和氮素环境风险判别标准；
(c)根据浸矿剂注入氮量的矢量图、区域林分类型连续地理空间图和离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型，采用GIS空间几何运算，建立氮素平衡总量连续地理空间制图，然后根据氮素环境风险判别标准，制作离子稀土矿区林地土壤氮素风险分布图。


2.根据权利要求1所述的离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，其特征在于，步骤(a)中，根据离子稀土矿区储量资源基础资料和原地浸矿工艺数据，制作带地理坐标的浸矿剂注入氮量的矢量图。


3.根据权利要求1所述的离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，其特征在于，步骤(a)中，采集林分类型样本，将高光谱遥感影像数据和无人机影像信息关联，对林分类型样本解译，建立林分类型与光谱反射率数据的模型，然后将光谱反射率数据输入林分类型与光谱反射率数据的模型，得到区域林分类型连续地理空间图。


4.根据权利要求3所述的离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，其特征在于，采集林分类型样本，按照(3-4)：1比例将林分类型样本划分为训练数据集和验证数据集；
将高光谱遥感影像数据进行几何及辐射预处理，然后对照地面控制点进行几何精校正；无人机获取调查区域高精度图像，然后将多景图像拼接成带地理坐标的栅格图像；将高光谱遥感影像数据和无人机影像信息关联，然后采用计算机监督分类和目视判读的方法，将图像斑块特征与训练数据集结合，建立林分类型与光谱反射率数据的模型；
采用验证数据集验证图像解译提取精度，将光谱反射率数据输入林分类型与光谱反射率数据的模型，得到区域林分类型连续地理空间图。


5.根据权利要求1-4任意一项所述的离子稀土矿区林地土壤氮素环境风险评价方法，其特征在于，步骤(b)中，离子稀土矿区林地土壤氮素平衡模型公式如式(1)所示：
M...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠丽萍，祝怡斌，李青，陈斌，陈谦，霍汉鑫，陈玉福，
申请(专利权)人：矿冶科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11