利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法技术

本发明专利技术公开了利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法

【技术实现步骤摘要】
利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法、系统及装置


[0001]本专利技术属于环境建模
，具体涉及利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法
、
系统及装置
。

技术介绍

[0002]土壤镉
(Cd)
污染是一个损害人类健康和环境安全的严重问题
。
镉可以被农田中的粮食植物从污染的土壤中吸收，然后进入人类的食物链
。
通过食用粮食作物将镉从农田中转移到食物链中，对人类而言是一个重要的重金属积累途径，占人体重金属积累途径的九成左右
。
全球一半以上的人口以农田粮食作物为主食，食用谷物是最常见的膳食镉摄入来源
。
因此，从食物链污染的角度来看，需要对农田中的镉的迁移能力进行预测，以确保食品安全
。
[0003]生物有效性指环境中重金属可迁移到人体中的能力，常用于农田中重金属迁移能力研究
。
就实验方法而言，目前主要利用大田或盆栽进行实验
。
盆栽实验指研究室内种植的粮食植物盆栽的重金属迁移情况，主要用于研究特定地下水流场前提下重金属生物有效性；野外实验指直接在对应研究区域开展长时间的粮食植物采样，分析工作，在大量数据的基础上研究重金属的迁移规律，主要用于研究存在降水和灌溉，下渗作用的变化流场的农田重金属生物有效性
。
显然，基于大田实验的研究更符合生产实践的需要
。
[0004]就预测方法而言，目前常以运用特定的单一提取液提取土壤中某种单一赋存形态的重金属，以该提取态浓度作为生物有效态重金属浓度，带入预测模型
。
这种方法涉及土壤的预处理过程，流程复杂，冗长，不便于大范围推广，需要开发一种更方便
、
快速的重金属生物有效性预测方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法
、
系统及装置
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]本专利技术的第一目的提供一种利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法，包括以下具体步骤：
[0008]S1、
采集研究区域内的土壤重金属生物有效性的地球化学因子数据和植物的重金属含量数据；
[0009]S2、
根据所述地球化学因子数据和植物的重金属含量数据，利用主成分分析确定决定农产品中重金属富集的关键时期和关键因子；
[0010]S3、
在关键时期内，在研究区域内收集关键地球化学影响因子数据，并在成熟期内收集农产品重金属含量数据，以关键因子作为自变量，农产品重金属含量作为因变量，代表土壤水重金属的生物有效性，建立不同的多元线性回归模型；
[0011]S4、
比较不同的多元线性回归模型的
R2值，选取
R2接近1的多元线性回归模型指定
为预测土壤重金属的生物有效性；
[0012]S5、
获取待测土壤水样本的关键因子数据，代入步骤
S4
得到的模型中计算，得到待测农作物可食用部分重金属含量，即土壤重金属生物有效性
。
[0013]进一步的，步骤
S1
中，根据农作物生长全周期试验，在农作物播种前开始，每隔
12
～
15
天取一次土壤水样品，同时现场测定土壤
、
土壤水理化性质
。
[0014]进一步的，所述土壤水理化性质包括土壤水酸碱度
pH、
土壤水氧化还原电位
Eh、
土壤水电导率
Ec、
土壤水矿化度
TDS。
[0015]进一步的，步骤
S2
中，以实验测得的农作物生长收起内土壤及土壤水理化性质
、
土壤及土壤水镉含量
、
植株各部位镉含量作为变量进行相关性分析，确定农产品中重金属富集的关键时期和关键因子
。
[0016]进一步的，步骤
S3
中，以
AAS
测得农作物可食用部分重金属含量，即重金属生物有效性值作为多元线性回归模型的响应变量，分别以土壤水理化性质即土壤水酸碱度
pH、
土壤水氧化还原电位
Eh、
土壤水电导率
Ec、
土壤水矿化度
TDS、
土壤水重金属含量作为预测变量，分别构建多元线性回归模型，计算得到预测变量和响应变量的交互作用
。
[0017]进一步的，步骤
S3
中，以农作物中重金属为多元线性回归模型的响应变量，以土壤水中对应的重金属含量和土壤水
pH
值为预测变量，构建多元回归模型
。
[0018]本专利技术的第二个目的是提供一种利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的系统，该系统包括：
[0019]数据采集模块，通过采集模块采集研究区域内的植物
(
以水稻为例
)
整个生长周期中农田
(
以稻田为例
)
土壤
、
土壤水
、
植株理化性质
、
重金属
(
以镉为例
)
含量
、
组分数据；
[0020]PCA
分析模块，通过
PCA
分析模块分析影响稻田重金属生物有效性的关键因子，及决定其含量变化的关键时期；其中，生物有效性是指稻谷中的重金属含量；
[0021]数据提取模块，提取已经确定的关键时期，在研究区内大范围收集关键因子数据，并在成熟期内采集对应农田内的稻米，以获得重金属含量数据；
[0022]计算模块，以农田重金属生物有效性为响应变量，以土壤水重金属含量
、
土壤
、
土壤水理化性质为预测变量，采用多元回归模型建立预测方程，基于各方程
R2值，确定最优的预测方程；
[0023]检验模块，将采集到的数据带入最优的预测方程进行预测，判断其预测成功率
。
[0024]本专利技术的第三个目的是提供一种计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现上述的利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法的步骤
。
[0025]与现有技术比较，本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：
[0026]本专利技术提供了利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法
、
系统及装置
。
该农田重金属生物有效性预测方法包括采集研究区域内的土壤重金属生物有效性的地球化学因子数据和植物的重金属含量数据；根据所述地球化学因子数据和植物的重金属含量数据，利用主成分分析确定决定农产品中重金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用土壤水预测土壤重金属生物有效性的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1、
采集研究区域内的土壤重金属生物有效性的地球化学因子数据和植物的重金属含量数据；
S2、
根据所述地球化学因子数据和植物的重金属含量数据，利用主成分分析确定决定农产品中重金属富集的关键时期和关键因子；
S3、
在关键时期内，在研究区域内收集关键地球化学影响因子数据，并在成熟期内收集农产品重金属含量数据，以关键因子作为自变量，农产品重金属含量作为因变量，代表土壤水重金属的生物有效性，建立不同的多元线性回归模型；
S4、
比较不同的多元线性回归模型的
R2值，选取
R2接近1的多元线性回归模型指定为预测土壤重金属的生物有效性；
S5、
获取待测土壤水样本的关键因子数据，代入步骤
S4
得到的模型中计算，得到待测农作物可食用部分重金属含量，即土壤重金属生物有效性
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
S1
中，根据农作物生长全周期试验，在农作物播种前开始，每隔
12
～
15
天取一次土壤水样品，同时现场测定土壤
、
土壤水理化性质
。3.
如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述土壤水理化性质包括土壤水酸碱度
、
土壤水氧化还原电位
、
土壤水电导率
、
土壤水矿化度
。4.
如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤
S2
中，以实验测得的农作物生长收起内土壤及土壤水理化性质
、
土壤及土壤水镉含量
、
植株各部位镉含量作为变量进行相关性分析，确定农产品中重金属富集的关键时期和关键因子
。5.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
S3
中，以
AAS
测得农作物谷物中重金属含量作为多元线性回归模型的响应变量，分别以土壤水理化性质即土壤水酸碱度
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏夏国，孔淑琼，邵一先，蔡达伟，刘瑞琪，易志豪，白冰，陈依依，陈洁，黄纯静，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：