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摘 要：众所周知，土壤是当前十分重要的环境因子，积极提高土壤质量已经成为了当前的关键所在，但因受到诸多因素所带来的影响，土壤污染现象十分严重，其中最为主要的便是土壤重金属污染非常大，积极探究土壤重金属含量测定方法，可进一步提高土壤环境质量，鉴于此，本文主要研究土壤重金属遥感监测方式，旨在实现环境治理的完善性。
关键词：土壤；重金属；遥感监测
引言
随着人类活动强度的增加，土壤受到不同程度的污染，进而影响到人类的生存质量。污染物的性质决定了土壤污染的类型，含重金属的污染物进入土壤就会造成土壤重金属污染。由于表层土壤接纳了大部分的污染物，所以表层土壤也成为重金属污染的“重灾区”。
重金属在自然环境中难降解，易累积，进入人体并积累到一定程度就会产生危害。土壤监测是摸清土壤重金属污染“家底”的前提，因此，对土壤重金属污染进行监测具有重要意义。
1土壤重金属污染现状
土壤重金属污染具有隐蔽性强、滞留时间长、迁移难、降解难和毒性大等特点，给重金属污染治理增添了难度。土壤一旦受到重金属污染后，重金属元素通过植物根系被农作物吸收后会进入食物链。此外，土壤重金属污染经由空气、地表水等，也威胁人类健康和农业环境。
土壤中重金属的存在形式可分为有机结合态、残留态、碳酸盐结合态和可交换态。不同形态的重金属元素通过一系列化学反应产生联系，从而腐蚀土壤，其毒性对土壤和农作物的影响不容小觑。若重金属超过一定的含量，会使得整个生态环境退化，造成水污染、土地污染、空气污染等诸多污染问题，导致植物的生长受到抑制，使其营养不足、枯萎衰败，光合作用受到影响；人和动物受重金属影响，会使行动能力下降、智商降低，严重威胁人类健康。
我国拥有大量用污水灌溉的农业用地，已经被重金属污染的土地过半，汞等重金属元素污染面积增大，导致粮食减产、蔬菜中毒，造成的综合经济损失不可估量。
2高光谱遥感简介
随着人类对地球资源、人类生存环境及地外空间的探索、开发及利用，对陆地表层、大气、海洋以及空间目标的探测与监视，科学家们越来越重视对既具有高空间分辨率，与此同时研究开发具有高光谱分辨率的高科技检测技术和仪器。高光谱遥感技术具有高光谱分辨率和地图集成的独特优势，是遥感技术发展史上的一次革命性飞跃。高光谱遥感是利用非常狭窄和连续的光谱通道对地物进行连续遥感成像的技术。它是在成像和光谱学的基础上发展起来的。与地面光谱辐射计相比，高光谱遥感不需要在点上获取光谱测量值，而是在连续的空间上获取目标的图像信息和光谱信息。与传统遥感相比，高光谱分辨率成像光谱仪为每个成像像素提供了非常狭窄的成像频带，分辨率可达纳米级，光谱通道数可达几十个甚至上百个，而光谱通道基本都是连续的。高光谱遥感相对于传统遥感，能获得更多的光谱空间信息，在对地观测和环境调查中能够更加有效的应用，主要体现在：地物的分辨识别能力大幅提高，成像通道数大大增加，遥感从定性分析向定量或半定量转变是可能的。时至今日，在环境监测、大气探测、土壤污染监测、地球资源普查、自然灾害、天文观测等诸多领域中，高光谱遥感技术已经得到了广泛的应用，大大推动了人类社会的发展，并且还将继续发展下去，在国家安全、国民经济建设的各个方面发挥至今我们还认识不到的重要作用。
3土壤重金属污染遥感监测的必要性
常规的监测方法虽然检测精度高、检出限低，但是其步骤繁琐，破坏土壤，需要较大的人力和物力；而异位检测不仅程序繁瑣，而且不能大面积检测，已经无法满足土壤重金属污染的快速、实时、大面积检测需求也无法遵守早发现、早治理的原则。然而高光谱遥感具有宏观、实时、原位、快速的监测特点，可以满足土壤重金属污染监测的需求，通过便携式高光谱仪、航空遥感和航天遥感的应用，实现由点到面、由定性分析到定量分析的大面积原位立体监测，高光谱遥感监测土壤重金属污染将是未来土壤重金属污染监测的发展方向。本文针对高光谱遥感技术在土壤重金属污染监测中的应用，提出未来可利用卫星遥感等大尺度上的遥感影像资料，通过污染源、土壤颜色、植物形态和生理特征、农产品污染等多角度获取土壤重金属的污染区域和污染程度，实现由点到面，由定性分析到定量分析，向大面积原位立体监测土壤重金属的方向发展。
4土壤重金属污染的高光谱遥感监测应用
4.1直接监测方法及其机理
直接监测方法是利用地物光谱仪直接测定土壤的光谱反射率变化，结合实验室实测土重金属元素含量和理化特性数据的辅助分析进行敏感波段诊断特征识别，建立土壤质量预测模型检索的信息。其机理为土壤中的重金属元素可以被土壤有机质、粘土矿物、锰铁氧化物和碳酸盐岩矿物被吸附，这些土群影响土壤光谱形态大小和光谱反射率，也能在土壤光谱中表现出特定的光谱吸收特征，这对于监测土壤重金属污染有重要意义。Cu与反射谱的相关性主要受有机物的影响。铅、锌、钴、镍主要受粘土矿物和铁、锰氧化物的影响。有机矿物和粘土矿物均影响Cr与反射谱的相关性。采用高光谱仪测定重金属污染区域的光谱数据，结合多元线性回归方法和人工神经网络方法对光谱数据进行分析建模，预测精度较高。
4.2间接监测方法及其机理
第1种方法是利用高光谱仪测定植物冠层和叶片的反射光谱数据，结合测定的叶片叶绿素或蛋白质含量及实际的土壤重金属含量等数据，通过反演叶绿素或蛋白质含量间接估测土壤重金属污染水平。其机理为土壤重金属可通过土壤植物根系的迁移、转化进入植株体内，到达茎、叶、穗和籽粒，通过测定植物叶片的高光谱数据来计算各光谱参数值，如红边参数、吸收谷参数等，对叶绿素含量和各光谱参数值进行多元线性回归分析，建立预测模型；植物根部吸收重金属元素，最后到达籽粒中，破坏叶片和籽粒载体蛋白的活性，引起叶片氮素和籽粒蛋白质含量变化，进而引起反射光谱的变化。
第2种方法是利用航空或航天遥感，主要是飞机、人造卫星等搭载传感器，连续获取地表土壤重金属污染信息，实现土壤重金属污染的实时、宏观、原位、立体监测。这方面已有了初步进展，利用Hyperion高光谱卫星遥感数据和大量地面实测数据，确定了监测水稻叶绿素变化的敏感遥感参数。其中，改良后的叶绿素吸收反射指数遥感参数对镉污染水稻叶绿素含量的变化最敏感，相关系数高达0.59。所以可以得知，高光谱遥感技术可以有效检测土壤中重金属污染含量，但检测精度方面仍有所不足。
5结束语
土壤由于受到重金属污染，对人和生物而言将变得非常不安全。为了人类社会的可持续发展，必须对土壤重金属进行控制。监测是环境管理的“前哨站”，为此，必须加强土壤重金属监测技术的研究和应用，只有准确、可靠的监测才能为重金属的治理与决策提供相应基础数据。
参考文献
[1] 周斌 钱园凤 潘仪超.土壤重金属检测方法研究进展[J].种子科技，2016（07）
[2] 方銮燕.城市表层土壤重金属污染监测[J].环境与发展，2018（04）
[3] 孙莉鑫.关于表层土壤重金属含量测定方法探讨[J].世界有色金属，2018（12）
[4] 傅国伟.中国水土重金属污染的防治对策[J].中国环境科学，2012（02）
作者简介
邓梁娟（1990—），女，助理工程师，本科，主要从事环境监测工作。
（作者单位：衡阳市环境监测站）
关键词：土壤；重金属；遥感监测
引言
随着人类活动强度的增加，土壤受到不同程度的污染，进而影响到人类的生存质量。污染物的性质决定了土壤污染的类型，含重金属的污染物进入土壤就会造成土壤重金属污染。由于表层土壤接纳了大部分的污染物，所以表层土壤也成为重金属污染的“重灾区”。
重金属在自然环境中难降解，易累积，进入人体并积累到一定程度就会产生危害。土壤监测是摸清土壤重金属污染“家底”的前提，因此，对土壤重金属污染进行监测具有重要意义。
1土壤重金属污染现状
土壤重金属污染具有隐蔽性强、滞留时间长、迁移难、降解难和毒性大等特点，给重金属污染治理增添了难度。土壤一旦受到重金属污染后，重金属元素通过植物根系被农作物吸收后会进入食物链。此外，土壤重金属污染经由空气、地表水等，也威胁人类健康和农业环境。
土壤中重金属的存在形式可分为有机结合态、残留态、碳酸盐结合态和可交换态。不同形态的重金属元素通过一系列化学反应产生联系，从而腐蚀土壤，其毒性对土壤和农作物的影响不容小觑。若重金属超过一定的含量，会使得整个生态环境退化，造成水污染、土地污染、空气污染等诸多污染问题，导致植物的生长受到抑制，使其营养不足、枯萎衰败，光合作用受到影响；人和动物受重金属影响，会使行动能力下降、智商降低，严重威胁人类健康。
我国拥有大量用污水灌溉的农业用地，已经被重金属污染的土地过半，汞等重金属元素污染面积增大，导致粮食减产、蔬菜中毒，造成的综合经济损失不可估量。
2高光谱遥感简介
随着人类对地球资源、人类生存环境及地外空间的探索、开发及利用，对陆地表层、大气、海洋以及空间目标的探测与监视，科学家们越来越重视对既具有高空间分辨率，与此同时研究开发具有高光谱分辨率的高科技检测技术和仪器。高光谱遥感技术具有高光谱分辨率和地图集成的独特优势，是遥感技术发展史上的一次革命性飞跃。高光谱遥感是利用非常狭窄和连续的光谱通道对地物进行连续遥感成像的技术。它是在成像和光谱学的基础上发展起来的。与地面光谱辐射计相比，高光谱遥感不需要在点上获取光谱测量值，而是在连续的空间上获取目标的图像信息和光谱信息。与传统遥感相比，高光谱分辨率成像光谱仪为每个成像像素提供了非常狭窄的成像频带，分辨率可达纳米级，光谱通道数可达几十个甚至上百个，而光谱通道基本都是连续的。高光谱遥感相对于传统遥感，能获得更多的光谱空间信息，在对地观测和环境调查中能够更加有效的应用，主要体现在：地物的分辨识别能力大幅提高，成像通道数大大增加，遥感从定性分析向定量或半定量转变是可能的。时至今日，在环境监测、大气探测、土壤污染监测、地球资源普查、自然灾害、天文观测等诸多领域中，高光谱遥感技术已经得到了广泛的应用，大大推动了人类社会的发展，并且还将继续发展下去，在国家安全、国民经济建设的各个方面发挥至今我们还认识不到的重要作用。
3土壤重金属污染遥感监测的必要性
常规的监测方法虽然检测精度高、检出限低，但是其步骤繁琐，破坏土壤，需要较大的人力和物力；而异位检测不仅程序繁瑣，而且不能大面积检测，已经无法满足土壤重金属污染的快速、实时、大面积检测需求也无法遵守早发现、早治理的原则。然而高光谱遥感具有宏观、实时、原位、快速的监测特点，可以满足土壤重金属污染监测的需求，通过便携式高光谱仪、航空遥感和航天遥感的应用，实现由点到面、由定性分析到定量分析的大面积原位立体监测，高光谱遥感监测土壤重金属污染将是未来土壤重金属污染监测的发展方向。本文针对高光谱遥感技术在土壤重金属污染监测中的应用，提出未来可利用卫星遥感等大尺度上的遥感影像资料，通过污染源、土壤颜色、植物形态和生理特征、农产品污染等多角度获取土壤重金属的污染区域和污染程度，实现由点到面，由定性分析到定量分析，向大面积原位立体监测土壤重金属的方向发展。
4土壤重金属污染的高光谱遥感监测应用
4.1直接监测方法及其机理
直接监测方法是利用地物光谱仪直接测定土壤的光谱反射率变化，结合实验室实测土重金属元素含量和理化特性数据的辅助分析进行敏感波段诊断特征识别，建立土壤质量预测模型检索的信息。其机理为土壤中的重金属元素可以被土壤有机质、粘土矿物、锰铁氧化物和碳酸盐岩矿物被吸附，这些土群影响土壤光谱形态大小和光谱反射率，也能在土壤光谱中表现出特定的光谱吸收特征，这对于监测土壤重金属污染有重要意义。Cu与反射谱的相关性主要受有机物的影响。铅、锌、钴、镍主要受粘土矿物和铁、锰氧化物的影响。有机矿物和粘土矿物均影响Cr与反射谱的相关性。采用高光谱仪测定重金属污染区域的光谱数据，结合多元线性回归方法和人工神经网络方法对光谱数据进行分析建模，预测精度较高。
4.2间接监测方法及其机理
第1种方法是利用高光谱仪测定植物冠层和叶片的反射光谱数据，结合测定的叶片叶绿素或蛋白质含量及实际的土壤重金属含量等数据，通过反演叶绿素或蛋白质含量间接估测土壤重金属污染水平。其机理为土壤重金属可通过土壤植物根系的迁移、转化进入植株体内，到达茎、叶、穗和籽粒，通过测定植物叶片的高光谱数据来计算各光谱参数值，如红边参数、吸收谷参数等，对叶绿素含量和各光谱参数值进行多元线性回归分析，建立预测模型；植物根部吸收重金属元素，最后到达籽粒中，破坏叶片和籽粒载体蛋白的活性，引起叶片氮素和籽粒蛋白质含量变化，进而引起反射光谱的变化。
第2种方法是利用航空或航天遥感，主要是飞机、人造卫星等搭载传感器，连续获取地表土壤重金属污染信息，实现土壤重金属污染的实时、宏观、原位、立体监测。这方面已有了初步进展，利用Hyperion高光谱卫星遥感数据和大量地面实测数据，确定了监测水稻叶绿素变化的敏感遥感参数。其中，改良后的叶绿素吸收反射指数遥感参数对镉污染水稻叶绿素含量的变化最敏感，相关系数高达0.59。所以可以得知，高光谱遥感技术可以有效检测土壤中重金属污染含量，但检测精度方面仍有所不足。
5结束语
土壤由于受到重金属污染，对人和生物而言将变得非常不安全。为了人类社会的可持续发展，必须对土壤重金属进行控制。监测是环境管理的“前哨站”，为此，必须加强土壤重金属监测技术的研究和应用，只有准确、可靠的监测才能为重金属的治理与决策提供相应基础数据。
参考文献
[1] 周斌 钱园凤 潘仪超.土壤重金属检测方法研究进展[J].种子科技，2016（07）
[2] 方銮燕.城市表层土壤重金属污染监测[J].环境与发展，2018（04）
[3] 孙莉鑫.关于表层土壤重金属含量测定方法探讨[J].世界有色金属，2018（12）
[4] 傅国伟.中国水土重金属污染的防治对策[J].中国环境科学，2012（02）
作者简介
邓梁娟（1990—），女，助理工程师，本科，主要从事环境监测工作。
（作者单位：衡阳市环境监测站）