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(xiǎn)評(píng)估模型進(jìn)而判別土壤鎘安全閾值，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，主要從三方面展開(kāi)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(xiǎn)評(píng)估模型的建立以及土壤鎘風(fēng)險(xiǎn)閾值的計(jì)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(guò)k-means算法進(jìn)行指標(biāo)篩選，通過(guò)二次判別模型(Quadrati

2、c Discriminant Analysis，QDA)建立水稻鎘安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，二次判別模型反推的決策面公式及克里金插值計(jì)算點(diǎn)位及區(qū)域土壤鎘安全。土壤鎘安全閾值的計(jì)算對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地適應(yīng)性評(píng)價(jià)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(jí)。一級(jí)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(jí)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(yáng)離子、伴隨陰離子、作物、水文、氣象12個(gè)指標(biāo)。三級(jí)指標(biāo)為細(xì)化的具體可監(jiān)測(cè)或調(diào)查的指標(biāo)，包含132個(gè)具體指標(biāo)。
　　(2)通過(guò)K-means聚類選取土壤pH、土壤鎘、有機(jī)質(zhì)三個(gè)指標(biāo)，再通過(guò)K-means驗(yàn)證指標(biāo)篩選選取的3個(gè)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(jī)質(zhì)、土壤陽(yáng)離子交換量、土壤鎘含量建立了一個(gè)二次判別模型，對(duì)稻米鎘超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)將決策樹(shù)模型、邏輯回歸模型

4、作為對(duì)比模型。二次判別模型的準(zhǔn)確度為74％，而決策樹(shù)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(cè)精度顯著高于其他兩個(gè)。對(duì)三個(gè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，三個(gè)模型的穩(wěn)定性沒(méi)有顯著性差異。
　　(4)土壤pH值與其他三個(gè)因素（土壤有機(jī)質(zhì)、土壤陽(yáng)離子交換量、土壤鎘）的相關(guān)性在二次判別模型預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確組比準(zhǔn)確組更高;土壤有機(jī)質(zhì)與土壤陽(yáng)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(cè)準(zhǔn)確的組比不準(zhǔn)確組的更高;而土壤陽(yáng)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(cè)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(guò)二次判別模型反推計(jì)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)。將計(jì)算所得的380條土壤鎘風(fēng)險(xiǎn)閾值數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的土壤鎘含量數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)二次判別模型反推算法預(yù)測(cè)的土壤鎘安全閾值的結(jié)果合理性進(jìn)行了檢驗(yàn)，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(guò)球