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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明公开了一种小麦田镉污染土壤修复方案辅助决策系统，属于土壤重金属污染修复领域。针对目前土壤修复决策系统功能针对性低、权重赋值主观性大的特点，本发明以修复效果为导向、小麦安全生产为目标，通过修复技术筛选矩阵的构建以及小麦籽粒镉富集量预测模型的预测，实现对不同类型土壤钝化材料的筛选、小麦品种更换和锌生物强化的可行性判定。同时，以突出人为源的贡献识别辅助修复决策。本发明增强了小麦田镉污染修复方案制定的客观性和准确性，可为区域小麦田镉污染修复方案决策提供指导建议。

主权项：1.一种小麦田镉污染土壤修复方案辅助决策系统，其特征在于，主要包含：1输入单元输入单元用于系统运行参数的获取；当修复决策的进行处于小麦生长期时，采集研究区域的土壤及小麦样本，并进行预处理和分析测试；获取土壤镉含量、小麦籽粒镉含量、土壤pH、土壤锌含量和土壤钙含量，作为系统运行的基础参数；当修复决策的进行处于非小麦生长期时或小麦籽粒样本缺失时，通过基于共存金属影响的小麦镉富集量预测方法，利用土壤镉含量、土壤pH、土壤锌含量和土壤钙含量对缺失的小麦籽粒镉含量进行估算；2风险识别单元风险识别单元用于识别具有修复需求的样本；当样点小麦籽粒镉含量小于等于小麦籽粒风险筛选值时，样点小麦安全无需进行修复；当样点小麦籽粒镉含量大于小麦籽粒风险筛选值时，样点小麦存在风险需要进一步选择可行的修复措施；小麦籽粒风险筛选值的设定：参照公式1计算实验允许偏差范围内的实测值范围，取实测值范围的极小值Ymin作为小麦籽粒风险筛选值；│X-Y│≤20％*X+Y1其中，X为小麦籽粒中镉的污染限量；Y为重复实验的实测值；3修复技术筛选单元修复技术筛选单元包含钝化模块、小麦品种更换模块及锌生物强化模块，模块间彼此独立，在技术筛选时分别运行；3.1在钝化模块中，首先将样点小麦籽粒镉含量与钝化修复的预筛值S进行比较，当样点小麦籽粒镉含量小于等于S时，进行钝化材料的筛选，反之则不适用于钝化修复；对可进行钝化材料筛选的样本，计算样本经过钝化处理修复后小麦籽粒镉含量可达Ymin时的籽粒镉降低率；最后将土壤镉含量、土壤pH、籽粒镉降低率分别与钝化修复技术筛选矩阵中各类钝化材料的土壤应用条件和土壤应用效果进行匹配，筛选出满足条件的钝化材料；其中，土壤应用条件为土壤镉含量和土壤pH；土壤应用效果为籽粒镉降低率；设定钝化修复的预筛值S：对钝化修复案例库中各钝化材料的土壤应用效果进行由小到大的排序，取90％分位值为钝化修复籽粒镉降低率的上限，即90％的籽粒镉降低率低于此分位值，并按照公式2计算钝化修复的预筛值S；S＝Ymin*1-R2其中，S为钝化修复的籽粒预筛值；R为钝化修复案例库中籽粒镉降低率数据的90％分位值；钝化修复技术筛选矩阵的构建：汇总实际修复案例中的钝化材料名称、材料用量、土壤镉含量、土壤pH、籽粒镉降低率，建立钝化修复案例库；采用K-means聚类方法对钝化修复案例库中土壤镉含量、土壤pH、籽粒镉降低率进行细化分类，得到各类钝化材料的应用效果范围及土壤应用条件范围；参照农用地土壤污染风险管控标准及土壤重金属污染分级标准，对于pH≤7.5的土壤，分别以相应镉风险筛选值＝0.3mgkg的1倍、2倍和3倍为边界值划分不同镉污染水平；对于pH7.5的土壤，分别以相应镉风险筛选值＝0.6mgkg的1倍、2倍和3倍为边界值划分不同镉污染水平；对于土壤pH，以pH＝5.5、pH＝6.5和pH＝7.5为边界值进行划分；将不连续的土壤应用条件按照上述边界值转换成最相近的边界值的区间，实现数据分布的连续化，最终得到钝化修复技术筛选矩阵；3.2在小麦品种更换模块中，首先计算更换小麦品种后籽粒镉含量达Ymin时所需的小麦籽粒镉富集系数；然后将土壤镉含量、土壤pH、籽粒镉富集系数分别与小麦品种更换修复技术筛选矩阵中各类小麦品种的土壤应用条件和土壤应用效果进行匹配，判定小麦品种更换的可行性；其中，土壤应用条件为土壤镉含量和土壤pH；土壤应用效果为籽粒镉富集系数；小麦品种更换修复技术筛选矩阵的构建：汇总实际修复案例中的小麦品种名称、土壤镉含量、土壤pH、籽粒镉富集系数，建立钝化修复案例库；采用K-means聚类方法对钝化修复案例库中土壤镉含量、土壤pH、籽粒镉富集系数进行细化分类，得到各类小麦品种的应用效果范围及土壤应用条件范围；采用与钝化模块相同的土壤条件边界值划分方法，将不连续的土壤应用条件按照上述边界值转换成最相近的边界值的区间，实现数据分布的连续化，最终得到小麦品种更换修复技术筛选矩阵；3.3在锌生物强化模块中，包括含锌材料施用和土壤pH调节辅助含锌材料施用两种修复方法；其中，选择农用地土壤污染风险管控标准中锌的限值作为修复后土壤锌含量的极限值，选择土壤pH＝8.5作为修复后土壤pH的极限值，将土壤锌含量和土壤pH的极限值代入小麦籽粒镉富集量预测模型，估算在土壤极限条件下锌生物强化修复后得到的籽粒镉含量，判定锌生物强化技术的可行性；当修复决策的进行处于小麦生长期时，含锌材料施用后籽粒镉含量的计算方式如公式3所示：Ct＝C0*C2C13其中，Ct为修复后籽粒镉的估算值，mgkg；C0为籽粒镉的初始含量，mgkg；C1为样点实测土壤镉含量、土壤pH、土壤锌含量和土壤钙含量代入小麦籽粒镉富集量预测模型得到的籽粒镉初始预测值，mgkg；C2为土壤锌含量极限值或土壤锌含量极限值+土壤pH极限值代入小麦籽粒镉富集量预测模型得到的修复后籽粒镉预测值，mgkg；当修复决策的进行处于非小麦生长期时或小麦籽粒样本缺失时，直接取Ct＝C2；若Ct≤Ymin，则锌生物强化技术可行，反之则不然；4源解析辅助单元源解析辅助单元是输入样点为区域性批量样点时的选用功能；采用绝对主成分分析法对区域性样点的土壤镉含量、小麦籽粒镉含量、土壤pH、土壤锌含量、土壤钙含量、其他土壤性质或无机元素含量进行分析，识别小麦籽粒镉的人为污染源并估算人为源的绝对贡献，筛选出绝对贡献大于Ymin的样点并做出源干扰提示；5输出单元输出单元用于输出可用钝化材料、小麦品种更换可行性分析、锌生物强化的可行性分析及源干扰提示信息，作为修复决策制定的辅助依据。

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