土壤,在社会生产生活中扮演者不可或缺的重要角色,其质量直接决定了农作物的品质乃至人类健康。然而随着人口的爆发式增长及工业的迅速发展,越来越多的“三废”等有害物质通过多种途径在土壤中积累,造成土壤污染,进而影响生长在土地上的作物,其中使用污水对农田进行灌溉而导致农田重金属污染的事件时有发生。生活废水中含有较多的营养物质,可以在缓解灌溉用水不足的同时改善土壤肥力、促进作物生长,但工业废水的重金属等有害物质成分偏多,长期灌溉势必会引起重金属在土壤及作物体内的过度积累;而重金属在土壤中难以转化分解,危害性持久,因此如何快速高效地监测污灌区农田的重金属含量水平及做出合理的污染评价成为当前的研究热点。相比于传统监测手段,遥感技术以其实效性、非侵入性及覆盖范围广等特点,为农田重金属的监测与评价提供了新的解决思路。本文以山东省龙口市北部平原为研究区,在国家自然科学基金项目“基于地表参量的污水灌溉区农田生态安全遥感监测研究”(No.41371395),山东省自然科学基金项目“龙口矿区及周边海岸带遥感监测研究”(鲁勘字[2012]110号)、“山东省焦家金成矿区及周边矿区环境地质遥感调查研究”(鲁勘字[2013]141号)和“黄河三角洲高效生态经济区海咸水入侵调查与监控预警系统建设”(鲁勘字[2011]14号),以及山东省国土厅项目“山东省国土资源遥感波谱库建设项目”的共同支撑之下,采集72个土壤样品及42个玉米叶片样品进行光谱实验室测量,并化验重金属Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As、Cd和Hg的含量。对原始光谱进行了光谱变换,提取了一阶微分(RD1)、去包络线(CR)、标准正态变量(SNV)及多重散射校正(MSC)4种光谱指标,分别利用逐步回归和偏最小二乘回归等多种分析方法建立了土壤和玉米叶片重金属含量的高光谱估测模型;利用地统计技术及主成分分析法探究了8种重金属的空间分布特征及可能性来源;以内梅罗综合指数、污染负荷指数和潜在生态危害指数为参考指标,评价了研究区土壤污染状况及潜在危害程度;最后针对龙口市污灌区的农田污染现状提出了相应的防治建议与对策。主要研究结果如下:(1)土壤元素中Cr、Cu、Pb和Zn的建模效果最好;Cr的最佳光谱指标为SNV、Zn为去包络线,其余元素均为一阶微分数据;所有重金属中7种元素的逐步回归模型更优。玉米叶片中Zn、Cd和Hg的模型效果比较理想;除Cd元素外最佳建模指标同样为RD1光谱,且最佳模型中逐步回归模型数量高于其他方法。因此可以认为一阶微分数据可以有效地提高建模精度,而逐步回归法更适合本次研究。玉米叶片光谱对土壤重金属Pb和Cd的预测效果比较理想,R2均达到0.5以上,表明植物叶片光谱可以在一定程度上反映土壤的重金属污染状况。(2)土壤重金属除Cr与Ni外,其余元素的空间分布存在一定差异,但东北部工业区及中部人口密集区为主要的高值区域,说明重金属含量受人为活动扰动较大。玉米与土壤对应元素的空间分布特征并不相似,其中Cd的高值区位于研究区南部,而其余元素高值区出现在北部及东部的部分岛状区域。玉米叶片中的重金属含量受到化肥农药施用等随机干扰的可能性更大。(3)多种重金属间存在比较显著的相关关系,表明可能拥有相同的来源,主成分分析则进一步解析了各种来源。土壤重金属共辨识出3个主成分,主成分1代表自然源因子,主要包含Cr和Ni元素;主成分2代表交通及工业源因子,包含Cu和Zn元素;主成分3代表工农业源因子,主要包含Cd和Pb;As和Hg则是受到自然和工农业活动的双重影响。玉米叶片同样辨别出3种来源,As和Cd与化肥农药的施用有关,Cu和Zn多源于植物本身,用于叶绿素合成、光合与呼吸等生理活动,而Cr、Ni、Pb和Hg受工业活动影响。(4)内梅罗综合指数及污染负荷指数评价结果显示,研究区农田土壤主要处于中等污染水平,各别地区存在点源污染;而潜在生态危害指数评价结果表明,农田土壤的生态危害性不高,为轻微水平。评价结果空间化表达后显示,污染较严重的地区与土壤重金属的普遍高值区分布比较一致,集中分布于东北部和龙口港工业区及中部人口密集的城区。总体来说,龙口市污灌区农田重金属的污染程度并不严重,但已经出现明显富集的态势。针对研究区现状,本文在土壤修复、土壤环境监管、保护与立法及减少污水灌溉方面提出了几点对策建议,以期为该地区的农田生态环境改善提供一定的理论指导。