为适应自然资源管理向“数量-质量-生态”三位一体转变的新的形势要求，本书依托自然资源部野外科学观测研究基地“耕地质量-江苏东海、宜兴野外基地”，在国土资源部公益性行业科研专项、国家重点研发计划专项、国家自然科学基金项目和江苏省科技支撑计划等的支持下，基于土壤样点、空间预测和赋值方法综合优化下的县域耕地资源质量等级评价，基于大数据分析方法的省域耕地资源质量等级评价，基于大气-土壤-作物多介质系统监测的耕地污染风险评价和源解析，基于监测-模拟的城市地区土壤、大气多环芳烃分布变化、来源和风险预警，基于溪流溶解态有机质监测的土壤环境变化的效应评价，基于污染物湖泊沉积记录的资源环境保护效应评价等方面，对基于新方法的耕地资源质量与土壤环境监测评价进行了较系统的探索。
样章试读
目录
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序
第1章 绪论 1
1.1 本书创作背景 1
1.2 本书主要内容 8
参考文献 11
第2章 土壤样点、空间预测和赋值方法综合优化下的县域耕地资源质量等级评价 14
2.1 耕地质量评价方法完善研究概况 14
2.1.1 评价内容与指标体系的完善 14
2.1.2 耕地土壤属性预测方法的完善 16
2.1.3 评价样点空间抽样方法的完善 18
2.2 研究思路与基础数据 19
2.2.1 研究内容 19
2.2.2 研究技术路线 20
2.2.3 研究区概况 21
2.2.4 研究基础数据 22
2.3 样点疏密差异对土壤属性空间预测精度的影响及分区 23
2.3.1 基于不同来源样点的土壤属性预测总体精度 23
2.3.2 基于土壤属性均质单元的样点密度空间差异 34
2.3.3 土壤属性预测精度与样点密度的关系 40
2.3.4 研究区土壤样点的疏密性分区 43
2.4 样点稀缺区土壤属性空间分布的优化预测 45
2.4.1 优化预测的土壤-景观模型建立 45
2.4.2 研究区样点密集区土壤属性特征与景观因子的关系 49
2.4.3 基于土壤-景观模型的土壤属性空间分布预测 51
2.4.4 土壤-景观预测与地统计插值预测结果比较 56
2.4.5 样点稀缺区土壤属性提取及其分布特征 60
2.5 样点密集区参评土壤样点的数量及布局优化 61
2.5.1 样点数量及布局优化的空间抽样原理与智能优化算法 61
2.5.2 基于模拟退火算法的参评土壤样点数量及布局优化 63
2.5.3 考虑土壤属性空间异质性的模拟退火算法改进及运用 70
2.5.4 优选土壤样点的精度评价与来源分析 77
2.6 评价单元土壤属性数据赋值方法的优化选择 80
2.6.1 评价单元土壤属性数据赋值过程 80
2.6.2 不同土壤属性最优空间插值方法选择 81
2.6.3 评价单元土壤属性赋值方法优化选择 87
2.7 各优化方法综合运用的县域耕地质量评价 92
2.7.1 评价的方法体系 92
2.7.2 评价单元数据获取 93
2.7.3 耕地质量评价结果 95
2.7.4 评价精度分析 96
2.8 本章小结 98
参考文献 100
第3章 运用大数据分析方法的省域耕地资源质量等级评价 103
3.1 大数据研究概况 103
3.1.1 大数据研究的兴起 103
3.1.2 大数据信息来源 104
3.1.3 大数据管理与云计算 105
3.1.4 大数据分析与机器学习研究 106
3.2 省域耕地资源质量等级评价内容及技术路线 107
3.2.1 省域耕地资源质量等级评价内容 107
3.2.2 省域耕地资源质量等级评价技术路线 108
3.2.3 江苏省概况 110
3.3 耕地资源质量基础大数据集和云计算环境构建 110
3.3.1 耕地资源质量的驱动因素与被驱动因素 111
3.3.2 研究基础大数据集的构建 112
3.3.3 大数据云计算环境的构建与数据集成 117
3.4 大数据深度学习的省域耕地资源等级评价 121
3.4.1 基本流程与数据处理 122
3.4.2 大数据耕地资源质量评价研究结果与精度 127
3.4.3 大数据耕地资源质量评价空间差异与影响因素 132
3.4.4 大数据深度学习方法在耕地资源质量评价中的应用效果评价 134
3.5 方法融合下的大数据耕地资源质量评价结果的精度效应 136
3.5.1 面向对象方法 136
3.5.2 深度学习与面向对象方法融合的耕地资源质量评价结果 140
3.5.3 深度学习与面向对象方法融合的耕地资源质量评价精度 140
3.6 本章小结 143
参考文献 145
第4章 基于农田大气-土壤-作物多介质系统监测的耕地污染和风险评价 149
4.1 各介质重金属污染特征与风险概况 149
4.1.1 大气重金属污染特征与风险概况 149
4.1.2 土壤重金属污染特征与风险概况 150
4.1.3 作物重金属污染特征与风险概况 151
4.2 多介质系统监测的耕地污染和风险评价 152
4.2.1 耕地污染和风险评价对象与技术路线 152
4.2.2 蠡河流域概况 153
4.2.3 监测点布设与样品采集 156
4.2.4 样品的测试 160
4.2.5 数据分析和评价方法 163
4.3 大气降尘重金属污染特征和风险评价 169
4.3.1 大气降尘重金属时空分布特征 169
4.3.2 大气降尘重金属生态风险评价 175
4.3.3 大气降尘重金属健康风险评价 178
4.4 土壤重金属污染特征和风险评价 180
4.4.1 土壤基本理化性质 180
4.4.2 土壤重金属分布特征 182
4.4.3 土壤重金属生态风险评价 190
4.4.4 土壤重金属健康风险评价 192
4.5 作物重金属污染特征与风险评价 195
4.5.1 小麦重金属污染特征与风险评价 195
4.5.2 水稻重金属污染特征和风险评价 202
4.5.3 两种作物籽粒重金属污染特征和风险的比较 207
4.6 农田系统多介质重金属综合健康风险 211
4.6.1 饮用水重金属的健康风险 211
4.6.2 不同输入途径下重金属污染产生的健康风险比较 213
4.6.3 综合健康风险评价及空间分布 214
4.7 本章小结 215
参考文献 217
第5章 多方法联用的农田大气-土壤-作物系统重金属污染源解析 221
5.1 农田系统重金属污染源解析研究概况 221
5.1.1 大气降尘重金属源解析 221
5.1.2 土壤重金属污染源解析 221
5.1.3 作物重金属污染源解析 222
5.2 农田各介质重金属污染源解析 222
5.2.1 拟解决的关键问题 222
5.2.2 研究内容与技术路线 223
5.2.3 研究材料 223
5.2.4 重金属污染源解析方法 224
5.3 大气降尘重金属污染源解析 228
5.3.1 相关分析与富集因子分析 229
5.3.2 PMF分析和Pb同位素分析 230
5.3.3 大气降尘重金属源解析方法联用探讨 234
5.4 土壤重金属污染源解析 235
5.4.1 定性源识别 235
5.4.2 定量源解析 237
5.4.3 土壤源解析方法联用探讨 249
5.5 作物重金属污染源解析 251
5.5.1 小麦籽粒元素Pb来源解析 252
5.5.2 水稻籽粒元素Pb来源解析 254
5.5.3 两种作物籽粒Pb污染源解析结果比较 256
5.6 本章小结 257
参考文献 258
第6章 基于监测-模拟的城市地区土壤-大气多环芳烃分布变化、来源和风险预警 262
6.1 多环芳烃的来源、性质和分布 262
6.1.1 多环芳烃的来源 262
6.1.2 多环芳烃的性质 262
6.1.3 土壤多环芳烃的空间分布 263
6.2 多环芳烃分布、来源与预警的研究内容与方法 264
6.2.1 研究内容与技术路线 264
6.2.2 研究区概况 266
6.2.3 样品采集与测定 266
6.3 城市土壤-大气多环芳烃的空间分布与来源 272
6.3.1 城市土壤多环芳烃的污染水平与空间差异 272
6.3.2 城市大气PAHs时空分布特征 278
6.3.3 城市土壤-大气多环芳烃的来源解析 282
6.4 城市环境多环芳烃的多介质空间分布模拟 286
6.4.1 多环芳烃排放量估算 287
6.4.2 多介质逸度Ⅲ级模型及其参数 288
6.4.3 OC-Model与BC-Model模拟结果对比与选择 295
6.4.4 BC-Model模拟多环芳烃的空间分布 299
6.5 城市土壤多环芳烃累积变化的模拟重建与预测 303
6.5.1 多介质逸度Ⅳ级模型及其参数 304
6.5.2 城市土壤多环芳烃累积变化模拟重建与预测的方法 307
6.5.3 1978～2013年城市土壤多环芳烃的累积变化与未来预测 310
6.5.4 城市土壤多环芳烃累积变化的时空特征 313
6.6 城市土壤多环芳烃累积的风险评估与预警 314
6.6.1 健康风险评估和预警的方法 315
6.6.2 城市土壤多环芳烃累积的健康风险评估 318
6.6.3 城市土壤多环芳烃累积的健康风险预警 321
6.7 本章小结 322
参考文献 323
第7章 基于溪流溶解态有机质监测的土地利用、土壤环境变化的效应评价 327
7.1 溪流溶解态有机质性状及土地利用、土壤环境变化的影响 327
7.1.1 溪流有机质的生物地球化学功能 327
7.1.2 溪流溶解态有机质的来源 327
7.1.3 溪流溶解态有机质的组成 328
7.1.4 土地利用、土壤环境变化对溪流溶解态有机质性状的影响 329
7.2 溪流溶解态有机质检测效应评价研究内容与方法 331
7.2.1 研究内容与技术路线 331
7.2.2 研究材料与方法 333
7.2.3 样品测试分析 335
7.2.4 数据分析 339
7.3 流域溪流有机质陆源输入特征对土地利用、土壤环境变化的响应 339
7.3.1 陆源有机质输入估算模型的耦合 339
7.3.2 流域水体有机碳、氮陆源输入特征的空间变异 347
7.3.3 流域水体有机质陆源输入特征对土地利用、土壤环境变化的响应 352
7.3.4 典型溪流有机质陆源输入特征对土地利用、土壤环境变化的响应 356
7.4 典型溪流溶解态有机质性状对土地利用、土壤环境变化的响应 359
7.4.1 不同土地利用-土壤类型影响溪流中溶解态有机质输出含量的特征差异 359
7.4.2 不同土地利用-土壤类型影响溪流中溶解态有机质组成的特征差异 367
7.4.3 溪流溶解态有机质组成对土地利用、土壤环境变化的响应 376
7.5 本章小结 381
参考文献 382
第8章 基于污染物湖泊沉积记录的资源环境保护的效应评价 387
8.1 湖泊沉积与污染物的变化记录 387
8.1.1 湖泊沉积物定年 387
8.1.2 湖泊沉积物中多环芳烃的累积变化 388
8.1.3 湖泊沉积物中重金属的累积变化 389
8.2 湖泊沉积物研究内容与方法 390
8.2.1 研究内容与技术路线 390
8.2.2 研究区概况 391
8.2.3 样品的采集与测定 392
8.2.4 数据分析和评价模拟的方法 396
8.3 西太湖沉积物中多环芳烃的历史变化与物源分析 400
8.3.1 西太湖沉积环境与沉积速率测算 400
8.3.2 西太湖多环芳烃的历史变化 402
8.3.3 多环芳烃吸附沉积的影响因素 411
8.3.4 西太湖多环芳烃的来源分析 415
8.4 西太湖沉积物中重金属的累积历史与来源解析 418
8.4.1 重金属沉积累积与人为通量的分离 418
8.4.2 基于大气降尘影响的物源分析 421
8.4.3 基于PMF模型的重金属来源解析 429
8.4.4 重金属与多环芳烃沉积变化和来源的对比分析 433
8.5 湖泊沉积污染物变化的模拟预测与资源环境保护的效应评价 435
8.5.1 湖泊沉积多环芳烃和重金属的风险变化 435
8.5.2 湖泊沉积污染物变化的模拟与预测 438
8.5.3 基于实测值与模拟值的资源环境保护效应分析 444
8.6 本章小结 445
参考文献 447
第9章 研究结论 450
9.1 土壤样点、空间预测和赋值方法的优化尤其是综合运用，能够较好地提升区域耕地资源质量评价的结果精度 450
9.2 大数据分析可以有效开展省域大尺度耕地资源质量评价，综合提升耕地质量评价的效率、精度和精细化水平 451
9.3 基于农田大气-土壤-作物多介质系统监测和来源综合解析，可以有效揭示耕地系统重金属污染的综合风险及其来源 452
9.4 基于监测-模拟可较好地进行城市土壤多环芳烃累积的模拟预测，揭示其时空特征和健康风险 454
9.5 土地利用变化显著影响溪流溶解态有机质的来源和组成特征，基于溪流溶解态有机质监测可有效评价土壤环境变化的影响效应 455
9.6 利用湖泊沉积记录能够较好地重建模拟区域污染历史，评价资源环境保护的影响效应 456
后记 459
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