基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法

技术特征：
1.一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：采集研究区域中的环境样品，获取实测变量的概率分布信息；基于质量平衡原理，构建用于描述农田土壤重金属累积过程的概念框架，建立输入输出清单；通过不同方程表征农田土壤重金属迁移归趋过程，并初步获取土壤重金属的通量变化；构建基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟模型；对所述土壤重金属累积过程概率模拟模型的运算结果进行评估和参数校正，获取最优的土壤重金属累积过程概率模拟模型；基于所述最优的土壤重金属累积过程概率模拟模型进行多场景模拟，根据不同防控目标获取相应的土壤重金属污染防治优化策略。2.根据权利要求1所述的一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，其特征在于，所述获取实测变量的概率分布信息，具体包括以下步骤：确定研究区域，采集所述研究区域中包括土壤、大气、灌溉水、肥料和农作物在内的环境样品；测定所述研究区域中不同环境介质重金属含量及土壤基本理化性质，采用概率分析的方法获取实测变量的概率分布信息。3.根据权利要求1所述的一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，其特征在于，所述建立输入输出清单，具体包括以下步骤：构建用于描述农田土壤重金属累积过程的概念框架，包括农田土壤重金属的输入过程和输出过程；所述输入过程包括大气沉降输入过程、灌溉水输入过程、肥料输入过程和秸秆还田过程；所述输出过程包括农作物吸收过程、土壤淋滤过程和径流损失过程；基于质量平衡原理，构建农田土壤重金属含量增加量为“年输入量-年输出量”，年输入量为“大气沉降输入量 灌溉水输入量 肥料输入量 农作物还田量”，年输出量为“农作物吸收量 淋滤输出量 径流损失量”。4.根据权利要求3所述的一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，其特征在于，所述农作物吸收过程包括农田土壤重金属在固态和植物可利用态之间的形态转化，定义土壤重金属植物可利用态含量为土壤重金属固态含量与植物重金属可利用系数的乘积。5.根据权利要求4所述的一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，其特征在于，所述初步获取土壤重金属的通量变化，具体包括以下步骤：通过不同方程描述所述农田土壤重金属的输入过程和输出过程；其中，分别采用freundlich吸收方程和freundlich扩展方程描述土壤重金属形态转换过程及农作物吸收过程；将所述实测变量的平均值作为输入参数，联立各方程进行土壤重金属通量变化的初步计算。6.根据权利要求2所述的一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，其特征在于，所述构建基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟模型，具体包
括以下步骤：采用微分方程描述土壤重金属变化量和时间的关系，建立基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟模型；基于monte carlo随机模拟方法，将所述不同环境介质重金属含量及土壤基本理化性质参数以数据分布的形式输入所述基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟模型中；将采样年土壤重金属含量模拟的结果作为下一年土壤重金属含量变化的初始值，设置模型模拟的时间步长和每年的模拟次数，通过方程迭代获取区域农田土壤重金属含量在时间尺度上的变化特征。7.根据权利要求6所述的一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，其特征在于，所述获取最优的土壤重金属累积过程概率模拟模型，具体包括以下步骤：对所述基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟模型进行敏感性分析，判断不同参数对模型模拟结果的影响程度并进行相应的校准和调整；对所述每年的模拟次数进行调整，获取能够达到期望精度δ的最小模拟次数，同时保证不影响模型的预测精度。8.根据权利要求1所述的一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，其特征在于，获取相应的土壤重金属污染防治优化策略，具体包括以下步骤：基于所述最优的土壤重金属累积过程概率模拟模型进行多场景模拟，通过调整参数分布规律来设置不同的模拟场景，预测不同的模拟场景下土壤重金属累积趋势，评估不同措施的调控效率和可持续性；比较不同模拟场景的模拟结果，根据不同防控目标，获取相应的土壤重金属污染防治优化策略。

技术总结
本发明公开了一种基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法，涉及精准农业技术领域，针对我国农田土壤污染防治的重点和难点的土壤重金属污染过程模拟的问题，通过不同主控方程来计算土壤重金属在农田生态系统中经不同输入输出途径的通量变化，再通过多个子模块耦合，揭示重金属在农田生态系统中的迁移过程。在此基础上，耦合MonteCarlo模拟方法，构建基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟模型，从概率角度揭示区域土壤重金属累积过程和演变规律，预测分析不同土壤环境或调控措施下土壤重金属变化趋势并进行策略优化，为土壤重金属污染防治和风险管控工作提供科学支撑，保障粮食安全生产和土壤生态系统的健康运转。健康运转。健康运转。


技术研发人员：杨阳 陈卫平 王美娥
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2022/4/29