數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)支持下的土壤重金屬污染評價系統(tǒng)的研究.pdf

1、土壤不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而且還是人類生存壞境的重要組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)中有著獨特和重要的地位.目前中國土壤污染的總體形勢相當(dāng)嚴峻.引起土壤重金屬空間變異的原因比較復(fù)雜，不僅包括母質(zhì)、氣候、地形等非人為因素，還有施肥、農(nóng)藥，土地利用方式和工業(yè)污染等人為因素.不同尺度上土壤重金屬的變異情況和變異機理也會有所不同.由于人類活動(工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn))或者自然變化(土壤母質(zhì)礦化)而引起的土壤重金屬時空變化，這些變化均能導(dǎo)致土壤重金屬時空屬性數(shù)據(jù)的復(fù)

2、雜化，而且土壤中不同重金屬之間的相互關(guān)系也在空間上表現(xiàn)出復(fù)雜的相關(guān)性與變異性。因此，探索科學(xué)的土壤重金屬污染評價方法、開發(fā)相應(yīng)的土壤重金屬污染評價軟件對于保護土壤環(huán)境質(zhì)量、消減土壤污染，保障我國土壤生態(tài)安全和糧食生產(chǎn)安全具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 地統(tǒng)計學(xué)方法雖然在研究土壤重金屬污染空間變異方面取得了很大的成功，但因為地統(tǒng)計學(xué)的應(yīng)用首先要符合內(nèi)蘊假設(shè)，而不同土壤特性的空間變異性是否符合內(nèi)蘊假設(shè)尚不清楚；其次，半方差函數(shù)的擬合曲線

3、選擇受主觀因素影響較大；再次，取樣數(shù)目和采樣布局直接影響變異程度的高低，如何經(jīng)濟、高效、可靠地確定采樣策略和方法仍然是一個難題。同時由于Kriging方法模擬是利用周圍已知樣點的數(shù)據(jù)去模擬未知區(qū)域中的數(shù)據(jù).在土壤重金屬污染的空間分布模擬和評價中，很多變化劇烈的異常區(qū)的信息在Kriging插值平滑后丟失，富陽市土壤重金屬含量受人為活動特別是工業(yè)活動影響強烈，空間自相關(guān)性相當(dāng)?shù)?。統(tǒng)計分析表明富陽市土壤重金屬含量在分布上變異強烈，不符合正態(tài)分

4、布.另外，借助于GIS的空間分析技術(shù)往往也只能得到定性的分析結(jié)果，而很難綜合考慮人類活動之間的交互作用，而空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)恰恰能有效的彌補這些不足，由此本文結(jié)合區(qū)域土壤重金屬污染評價系統(tǒng)的建立，引入決策樹方法、模糊綜合評判等數(shù)據(jù)挖掘方法，更好地適應(yīng)重金屬污染程度變異大而且相對區(qū)域較集中的特點，初步建立起了基于組件式GIS的土壤重金屬污染評價系統(tǒng)，從而提高評價的針對性、精度及效率。
　　 在應(yīng)用決策樹方法(CART)對整個富陽市進

5、行土壤Zn污染評價后，結(jié)果顯示其評價精度由原先的提高到了89.39％和87.18％(訓(xùn)練集和測試集).Kappa系數(shù)則由原先的0.2584提高到了0.8296和0.8018(訓(xùn)練集和測試集).結(jié)果還是比較令人滿意.當(dāng)然，決策樹方法并不能取代地統(tǒng)計插值法，二者在這里是一種互補的關(guān)系。
　　 同時，相對一個行政區(qū)域而言，它有工業(yè)活動劇烈的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，但同時也存在著相當(dāng)數(shù)量的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因為自然條件、交通運輸及自身發(fā)展的其它主客觀因素影響，從而使

6、得其工業(yè)活動處于一個較低的水平，這類地區(qū)重金屬的空間分布主要受母質(zhì)及土壤類型等自然因素影響，那么它還是符合Kriging方法的基本條件.在這種情況下，類似決策樹的評價方法就有其欠缺與不足.所以在此提出了應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的方法，先將各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的重金屬空間分布的空間變異強烈程度進行比較，然后再針對該鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者該地區(qū)所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)的特點選擇相應(yīng)的模擬方法.本文利用了數(shù)據(jù)挖掘中的模糊綜合評判方法，即利用各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在工業(yè)用地、建設(shè)用地、工業(yè)類型、境內(nèi)交通及其距離

7、交通主干線等因子方面的不同，分別計算出了隸屬度并將污染程度按隸屬度總共分5級.1為最輕污染，5則為污染最嚴重的鄉(xiāng)鎮(zhèn).然后對這些地區(qū)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別采取地統(tǒng)計或者決策樹方法，從評價精度的結(jié)果來看，大部分地區(qū)(包括工業(yè)活動相當(dāng)強烈的地區(qū))的評價精度能提高到95％以上，特別是那些受到輕微污染的鄉(xiāng)鎮(zhèn)如湖源鄉(xiāng)和常綠鎮(zhèn)(它們的隸屬度都為1)，其評價精度能達到98％以上。
　　 最后，GIS與數(shù)學(xué)建模的緊密耦合提供了強大的技術(shù)支持.在環(huán)境、社會和經(jīng)