基于二次判別模型(QDA)的土壤鎘安全閾值判定.pdf

1、土壤重金屬閾值是指土壤重金屬含量既不影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學(xué)質(zhì)量，又不導(dǎo)致地表水和地下水污染的最大含量。本文主要目的是建立水稻鎘安全風(fēng)險評估模型進而判別土壤鎘安全閾值，為了實現(xiàn)這一目的，主要從三方面展開研究，即土壤-水稻體系鎘遷移指標(biāo)的選取，水稻鎘安全風(fēng)險評估模型的建立以及土壤鎘風(fēng)險閾值的計算。
　　利用湘潭縣2012-2014年的土壤理化性質(zhì)及水稻鎘含量的數(shù)據(jù)，通過k-means算法進行指標(biāo)篩選，通過二次判別模型(Quadrati

2、c Discriminant Analysis，QDA)建立水稻鎘安全風(fēng)險評估模型，二次判別模型反推的決策面公式及克里金插值計算點位及區(qū)域土壤鎘安全。土壤鎘安全閾值的計算對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地適應(yīng)性評價和禁產(chǎn)區(qū)劃分提供依據(jù)。最終得出如下結(jié)果:
　　(1)本次構(gòu)建的土壤-水稻體系鎘遷移累積指標(biāo)體系分為三級。一級指標(biāo)包含土壤鎘含量影響指標(biāo)、土壤鎘活性影響指標(biāo)、稻米鎘累積的影響指標(biāo)。二級指標(biāo)中包含土壤本底含量、降水、灌溉水、大氣、投入品以及污染源

3、、土壤理化性質(zhì)、協(xié)同陽離子、伴隨陰離子、作物、水文、氣象12個指標(biāo)。三級指標(biāo)為細(xì)化的具體可監(jiān)測或調(diào)查的指標(biāo)，包含132個具體指標(biāo)。
　　(2)通過K-means聚類選取土壤pH、土壤鎘、有機質(zhì)三個指標(biāo)，再通過K-means驗證指標(biāo)篩選選取的3個指標(biāo)是有效的，能較好地代表所有指標(biāo)的信息。
　　(3)利用pH、土壤有機質(zhì)、土壤陽離子交換量、土壤鎘含量建立了一個二次判別模型，對稻米鎘超標(biāo)風(fēng)險進行評估，同時將決策樹模型、邏輯回歸模型

4、作為對比模型。二次判別模型的準(zhǔn)確度為74％，而決策樹和邏輯回歸模型的準(zhǔn)確度分別為66％和68％，二次判別模型預(yù)測精度顯著高于其他兩個。對三個模型預(yù)測結(jié)果的穩(wěn)定性進行檢驗，三個模型的穩(wěn)定性沒有顯著性差異。
　　(4)土壤pH值與其他三個因素（土壤有機質(zhì)、土壤陽離子交換量、土壤鎘）的相關(guān)性在二次判別模型預(yù)測不準(zhǔn)確組比準(zhǔn)確組更高;土壤有機質(zhì)與土壤陽離子交換量/土壤鎘之間的相關(guān)系數(shù)在二次判別模型預(yù)測準(zhǔn)確的組比不準(zhǔn)確組的更高;而土壤陽離子交

5、換量與土壤鎘的相關(guān)性，在二次判別模型預(yù)測不準(zhǔn)確組比準(zhǔn)確組更高，但其相關(guān)系數(shù)為負(fù)。
　　(5)通過二次判別模型反推計算的土壤鎘安全閾值，土壤鎘安全閾值80％以上小于0.3mg/kg，小于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)。將計算所得的380條土壤鎘風(fēng)險閾值數(shù)據(jù)與對應(yīng)的土壤鎘含量數(shù)據(jù)對比，對二次判別模型反推算法預(yù)測的土壤鎘安全閾值的結(jié)果合理性進行了檢驗，二次判別模型反推土壤鎘安全閾值合理的數(shù)據(jù)所占比例為66％。
　　(6)通過球