基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法的花生鎘富集系數(shù)預(yù)測(cè)

關(guān)鍵詞：土壤；花生；鎘；隨機(jī)森林；預(yù)測(cè)模型

花生是我國(guó)重要的油料和經(jīng)濟(jì)作物，是我國(guó)居民食用植物油和蛋白質(zhì)的重要來(lái)源。我國(guó)是世界花生的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，花生是我國(guó)為數(shù)不多的具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的出口創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品。隨著花生直接食用和食品加工需求不斷增加，國(guó)際上對(duì)花生重金屬超標(biāo)問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注。近年來(lái)花生重金屬特別是鎘（Cd）含量超標(biāo)等食品安全問(wèn)題，已經(jīng)成為我國(guó)花生出口貿(mào)易的主要制約因素之一。調(diào)查發(fā)現(xiàn)花生對(duì)土壤中的Cd具有較強(qiáng)的富集能力，按照我國(guó)食品安全限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2022. Cd≤0.5mg·kg-1），我國(guó)花生Cd超標(biāo)現(xiàn)象在局部地區(qū)較為嚴(yán)重。Dai等于2009-2014年在我國(guó)15個(gè)花生主產(chǎn)省的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，8698份花生樣品籽粒Cd平均含量為0.17mg·kg-1，有2.8%的樣品Cd含量超出食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限量值。王珊珊等在遼寧省調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在土壤Cd含量低于篩選值的花生產(chǎn)區(qū)，花生籽粒Cd含量達(dá)到了0.21-0.75mg·kg-1，超標(biāo)比例高達(dá)31%。如果按照FAO/WHO的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（CXS 193-1995，Cd≤0.10mg·kg-1）或歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EC 18861/2006．Cd≤0.20mg·kg-1），我國(guó)局部地區(qū)花生Cd超標(biāo)問(wèn)題將更為突出。

目前，關(guān)于Cd在土壤一作物系統(tǒng)中的遷移預(yù)測(cè)模型研究主要集中在水稻、小麥、蔬菜等大宗作物，而土壤一花生體系中Cd的遷移預(yù)測(cè)研究較少。Yang等基于田間調(diào)查采樣，建立了廣西地質(zhì)高背景區(qū)花生富集Cd的多元線性回歸模型。由于大尺度田間環(huán)境下污染物一土壤一作物之間復(fù)雜的相互作用，傳統(tǒng)的多元線性回歸模型難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)污染物在土壤一作物系統(tǒng)中的非線性關(guān)系。通過(guò)大樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)變量的高精度預(yù)測(cè)，在面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中自變量和因變量的非線性關(guān)系以及處理多維特征數(shù)據(jù)集時(shí)均表現(xiàn)出較大潛力。Huang等通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)基于土壤鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd、土壤pH、土壤可還原態(tài)錳含量和水稻灌漿成熟后期的土壤含水率，能很好地預(yù)測(cè)區(qū)域尺度稻米Cd含量（R2=0.81）。牟力言等在全國(guó)大尺度空間范圍內(nèi)，基于隨機(jī)森林等機(jī)器學(xué)習(xí)算法識(shí)別了不同區(qū)域稻米富集Cd、As的重要影響因素。然而機(jī)器學(xué)習(xí)方法在土壤一花生系統(tǒng)中Cd的遷移預(yù)測(cè)方面還未見報(bào)道，我國(guó)不同區(qū)域花生富集Cd的重要影響因素還不明確。

富集系數(shù)（BCF，作物Cd含量與土壤Cd含量的商）可以量化Cd在土壤一作物中的轉(zhuǎn)移過(guò)程，表征作物吸收積累Cd的能力。本研究結(jié)合全國(guó)范圍調(diào)查的土壤一花生系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)，利用隨機(jī)森林模型對(duì)全國(guó)以及南、北方花生產(chǎn)區(qū)花生Cd富集系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)一步利用隨機(jī)森林模型分析特征變量的相對(duì)重要性，解析影響Cd在土壤一花生系統(tǒng)中遷移的主要因素，以期為我國(guó)花生產(chǎn)地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控與修復(fù)技術(shù)研發(fā)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)獲取

綜合考慮我國(guó)花生主產(chǎn)區(qū)分布、潛在土壤污染情況等因素，在我國(guó)北方花生主產(chǎn)區(qū)吉林（16個(gè)采樣點(diǎn)）、山東（18個(gè)采樣點(diǎn)）、山西（9個(gè)采樣點(diǎn)）、河南（7個(gè)采樣點(diǎn)）、遼寧（7個(gè)采樣點(diǎn)）、河北（3個(gè)采樣點(diǎn)）、新疆（2個(gè)采樣點(diǎn)）以及南方花生主產(chǎn)區(qū)江蘇（13個(gè)采樣點(diǎn)）、安徽（6個(gè)采樣點(diǎn)）、江西（6個(gè)采樣點(diǎn)）、廣西（5個(gè)采樣點(diǎn)）、四川（5個(gè)采樣點(diǎn)）、湖北（2個(gè)采樣點(diǎn)）、廣東（1個(gè)采樣點(diǎn)）等地共點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采集土壤一花生樣品100組。利用五點(diǎn)取樣法分別采集相應(yīng)花生和表層土壤（0-20cm）樣品，采集后的土壤樣品密封存于自封袋中，經(jīng)風(fēng)干過(guò)篩后保存?zhèn)溆谩；ㄉv果樣品經(jīng)自來(lái)水洗凈后脫殼，籽粒105℃殺青30min，60℃烘干至質(zhì)量恒定，研磨粉碎。土壤pH、有機(jī)質(zhì)．陽(yáng)離子交換量、黏粒、交換性鈣、游離鐵氧化物、游離鋁氧化物、游離錳氧化物等土壤基本理化性質(zhì)的分析測(cè)試方法詳見文獻(xiàn)。土壤全量Cd采用HN03+H202+HF高壓密封消解，電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）（Agilent7700x，美國(guó)）測(cè)定，采用國(guó)家土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07405a）進(jìn)行質(zhì)量控制，測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍（0.16+0.03mg·kg-1）內(nèi)。土壤有效態(tài)Cd含量采用0.005mol·L-1的DTPA提?。甀CP-MS測(cè)定。花生籽粒Cd含量采用HN03+H202高壓密封消解，ICP-MS測(cè)定，采用大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSB-23a）進(jìn)行質(zhì)量控制，測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍（0.32+0.04mg·kg-1）內(nèi)。

1.2預(yù)測(cè)模型建立

多元線性回歸模型（Multiple Linear Regression，MLR）是利用多個(gè)自變量解釋因變量變化的一種常用模型，通過(guò)優(yōu)化自變量的組合來(lái)解釋與因變量的線性關(guān)系，并且該模型還可以避免自變量多重共線性?；谕寥览砘再|(zhì)數(shù)據(jù)，模型由式（1）建立：

隨機(jī)森林模型（Random Forest，RF）是一種基于分類和回歸的集成機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可用于分析自變量與因變量之間復(fù)雜的非線性關(guān)系，其特點(diǎn)是利用Bootstrap抽樣法，從樣本數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽取n個(gè)樣本數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，基于這些數(shù)據(jù)建立決策樹，且重復(fù)抽樣和訓(xùn)練步驟建立大量決策樹，從而最終形成隨機(jī)森林。由于數(shù)據(jù)選取具有隨機(jī)性和決策樹參數(shù)的可調(diào)節(jié)性，并且該模型不用對(duì)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布和獨(dú)立性等假設(shè)條件進(jìn)行檢驗(yàn)，不用考慮變量的共線性問(wèn)題，因此在處理分類和回歸的問(wèn)題上，RF具有良好的表現(xiàn)。

MLR和RF模型的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)選取決定系數(shù)（R2）和均方根誤差（RMSE）。特征重要性利用隨機(jī)森林解釋器中節(jié)點(diǎn)不純度基尼系數(shù)（Gini）計(jì)算，特征變量x的重要性為決策樹節(jié)點(diǎn)分支前后基尼指數(shù)變化量的歸一化數(shù)值。隨機(jī)森林決策樹數(shù)量為500，最大深度為8。

1.3數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析通過(guò)SPSS 26.0實(shí)現(xiàn)，MLR通過(guò)SPSS26.0中的線性回歸模型進(jìn)行擬合，南、北花生產(chǎn)區(qū)污染特征以及土壤理化性質(zhì)顯著性差異由SPSS 26.0中的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析。RF通過(guò)Python 3.9 sklearn包中的函數(shù)搭建，可視化過(guò)程通過(guò)matplotlib包和Orig-inPr0 2019b實(shí)現(xiàn)。

2結(jié)果與討論

2.1土壤性質(zhì)、土壤Cd含量與花生Cd含量特征分析

采集的全國(guó)100組樣品的土壤理化性質(zhì)、土壤Cd含量、花生Cd含量以及富集系數(shù)數(shù)據(jù)特征見表1，南、北方花生產(chǎn)區(qū)土壤理化性質(zhì)以及土壤和花生Cd污染特征見圖1、圖2。全國(guó)100組樣品的土壤pH在4.03-9.10之間，平均值6.45，其中5%呈極強(qiáng)酸性（pHlt;4.5）、28%呈強(qiáng)酸性（pH 4.5～5.5）、27%呈酸性（pH5.5-6.5）、11%呈中性（pH 6.5-7.5）、19%呈堿性（pH7.5-8.5）、10%呈強(qiáng)堿性（pHgt;8.5），酸性土壤占60%。南方花生產(chǎn)區(qū)土壤pH平均值（5.96）顯著低于北方產(chǎn)區(qū)pH平均值（6.72）。

全國(guó)100組樣品的土壤陽(yáng)離子交換量、黏粒、交換性鈣、有機(jī)質(zhì)、游離鐵氧化物、游離鋁氧化物、游離錳氧化物含量的平均值分別為11.97cmol·kg-1、45.93%、0.92g·kg-1、14.72g·kg-1．9.89g·kg-1、1.10g·kg-1、0.43g·kg-1。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，南、北方花生產(chǎn)區(qū)的游離鐵氧化物、游離鋁氧化物和游離錳氧化物含量存在顯著差異，而陽(yáng)離子交換量、土壤有機(jī)質(zhì)、黏粒含量、交換性鈣含量無(wú)顯著差異。

全國(guó)100組樣品的土壤全量Cd含量為0.03-1.19mg·kg-1，有14%的樣品超過(guò)我國(guó)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。利用0.005mol·L-1DTPA提取的土壤有效態(tài)Cd含量為0.02-0.20mg·kg-1，平均值為0.04mg·kg-1。全國(guó)100組樣品的花生籽粒Cd含量為0.01-1.43mg·kg-1，有15個(gè)采樣點(diǎn)位的花生籽粒Cd含量超過(guò)我國(guó)食品安全限量標(biāo)準(zhǔn)（0.5mg·kg-1）。花生籽粒Cd超標(biāo)的點(diǎn)位中僅有3個(gè)土壤Cd含量超標(biāo)，其余均未超標(biāo)，這意味著我國(guó)現(xiàn)行的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值可能并不能準(zhǔn)確評(píng)估我國(guó)花生產(chǎn)地Cd污染風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)比南、北方花生產(chǎn)區(qū)Cd污染特征，發(fā)現(xiàn)南方產(chǎn)區(qū)土壤全量Cd、有效態(tài)Cd以及花生籽粒Cd含量均顯著高于北方。

采集的全國(guó)100組花生樣品中BCF范圍為0.05-13.23，平均值為2.42。南、北方花生產(chǎn)區(qū)花生BCF無(wú)明顯差異。Wang等通過(guò)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在pH值6.03、全量Cd含量0.31mg·kg-1的土壤上，種植的19個(gè)花生品種Cd富集系數(shù)為0.83-3.26，均值為2.08。王飛等發(fā)現(xiàn)在湖南湘江流域酸性Cd污染稻田（0.70mg·kg-1）上種植的5個(gè)花生品種Cd平均富集系數(shù)達(dá)到1.10。Gu等在廣西南寧地區(qū)Cd污染土壤（0.33mg·kg-1）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，花生對(duì)Cd的平均富集系數(shù)為1.65。以上文獻(xiàn)報(bào)道的花生BCF均在本研究的BCF范圍內(nèi)，但本研究的BCF平均值要更高，其原因在于本研究采集的花生產(chǎn)區(qū)土壤樣品全量Cd含量（0.19mg·kg-1）相對(duì)更低，由于作物Cd含量并非隨著土壤Cd含量的升高而線性升高，導(dǎo)致BCF往往隨著土壤Cd含量的升高而降低。從本研究結(jié)果和以往文獻(xiàn)報(bào)道都可以看出，花生對(duì)Cd的富集能力非常強(qiáng)，這加劇了花生的食品安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2花生Cd富集系數(shù)預(yù)測(cè)模型

花生籽粒Cd含量、富集系數(shù)與土壤Cd含量及理化參數(shù)之間的相關(guān)性見圖3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤有效態(tài)Cd含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、游離鐵氧化物、游離鋁氧化物、游離錳氧化物、陽(yáng)離子交換量、黏粒含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系?；ㄉ蚜d含量與土壤有效態(tài)Cd含量、游離鋁氧化物含量、陽(yáng)離子交換量、黏粒含量呈顯著正相關(guān)，與pH、交換性鈣含量呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤重金屬有效態(tài)含量往往比總量更能反映重金屬的生物富集效應(yīng)，Liu等在珠三角區(qū)域調(diào)查發(fā)現(xiàn)，白菜Cd含量與土壤有效態(tài)Cd含量的相關(guān)性（r=0.673）明顯高于土壤全量Cd （r=0.485）?；ㄉ鶦d富集系數(shù)BCF則與土壤pH、交換性鈣、有機(jī)質(zhì)、游離鐵氧化物、游離錳氧化物含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

對(duì)數(shù)據(jù)采用逐步回歸分析的方法建立最優(yōu)的多元線性回歸模型，結(jié)果見表2。通過(guò)建立的預(yù)測(cè)方程可知，對(duì)于全國(guó)100組樣品，利用土壤pH和游離鐵氧化物含量建立的預(yù)測(cè)方程回歸系數(shù)R2為0.471，表明可以解釋花生Cd富集系數(shù)47.1%的變化。對(duì)于北方和南方產(chǎn)區(qū)的分組數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建出以土壤pH、游離鐵氧化物和交換性鈣含量為變量的最優(yōu)預(yù)測(cè)模型（R2=0.545，n=62）和以土壤pH、游離錳氧化物、有機(jī)質(zhì)和黏粒含量為變量的最優(yōu)預(yù)測(cè)模型（R2=0.657，n=38）。

利用土壤pH、交換性鈣、有機(jī)質(zhì)、游離鐵氧化物、游離鋁氧化物、游離錳氧化物、陽(yáng)離子交換量、黏粒含量這些特征變量（n=8）構(gòu)建隨機(jī)森林模型對(duì)花生Cd富集系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示在全國(guó)100組樣品的花生Cd富集系數(shù)預(yù)測(cè)方面，與最優(yōu)多元線性回歸模型（R2=0.471）相比，RF模型（R2=0.935）取得了明顯更好的預(yù)測(cè)效果（圖2a、圖2b），同時(shí)RF模型（RMSE=0.789）的均方根誤差也低于多元線性回歸模型（RMSE=2.345）。同時(shí)在北方和南方花生產(chǎn)區(qū)花生Cd富集系數(shù)預(yù)測(cè)方面，與相應(yīng)的最優(yōu)多元線性回歸模型相比，RF模型均取得了更好的預(yù)測(cè)效果和更低的均方根誤差（圖2c、圖2d、圖2e、圖2f）。牛碩等基于區(qū)域調(diào)查，構(gòu)建了隨機(jī)森林（R2=0.583）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（R2=0.490）的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，對(duì)小麥Cd富集系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)二者預(yù)測(cè)性能均優(yōu)于多元線性回歸模型（R2=0.410）。Xie等建立了土壤一水稻系統(tǒng)中Cr、Cu、Zn、Ni的生物富集預(yù)測(cè)模型，發(fā)現(xiàn)隨機(jī)森林模型（R2=0.58-0.79）對(duì)4種元素的預(yù)測(cè)效果均優(yōu)于多元線性回歸模型（R2=0.46～0.67）。這些結(jié)果與本研究相似，均表明與傳統(tǒng)的多元線性回歸模型相比，基于隨機(jī)森林等算法的機(jī)器學(xué)習(xí)模型表現(xiàn)更為可靠，有較大應(yīng)用潛力。其原因可能是土壤重金屬生物有效性與環(huán)境因子之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，MLR僅能構(gòu)建變量之間簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，導(dǎo)致模型預(yù)測(cè)精度受到限制。而基于集成機(jī)器學(xué)習(xí)算法的RF，具有較強(qiáng)的非線性處理能力，RF模型預(yù)測(cè)不需要對(duì)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布和獨(dú)立性等假設(shè)條件進(jìn)行檢驗(yàn)，也不需要考慮變量的共線性問(wèn)題，即共線性問(wèn)題不會(huì)對(duì)RF模型的預(yù)測(cè)性能產(chǎn)生影響。

2.3隨機(jī)森林模型特征變量重要性

應(yīng)用RF解釋器對(duì)特征變量重要性進(jìn)行排序，結(jié)果如圖5所示。土壤游離鐵氧化物含量和pH是影響全國(guó)產(chǎn)區(qū)花生Cd富集系數(shù)預(yù)測(cè)最重要的2個(gè)特征變量，其相對(duì)重要性分別為51.5%和16.6%，其余特征變量的相對(duì)重要性均低于10%。影響北方產(chǎn)區(qū)花生Cd富集系數(shù)預(yù)測(cè)最重要的3個(gè)特征變量為土壤游離錳氧化物含量、游離鐵氧化物含量和pH，其相對(duì)重要性分別為30.0%、29.9%、11.7%，其余特征變量的相對(duì)重要性均低于10%。影響南方產(chǎn)區(qū)花生Cd富集系數(shù)預(yù)測(cè)最重要的特征變量為土壤游離錳氧化物、黏粒、游離鐵氧化物和有機(jī)質(zhì)含量，其相對(duì)重要性分別為29.7%、20.8%、14.0%、13.0%，其余特征變量的相對(duì)重要性均低于10%。

由于pH可以顯著影響土壤中Cd的沉淀／溶解、吸附／解吸等過(guò)程，土壤pH通常被認(rèn)為是所有理化性質(zhì)中影響土壤Cd有效性最重要的因子之一。低pH條件下由于Cd2+與正電荷的相斥作用、Cd形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化作用以及Cd與其他金屬及非金屬離子的競(jìng)爭(zhēng)作用等，使得有效態(tài)Cd的含量迅速增加。Zhao等通過(guò)對(duì)江蘇省稻米Cd含量的機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，除土壤全量Cd外，土壤pH是影響稻米Cd含量預(yù)測(cè)的最重要變量，其相對(duì)重要性為17.2%。Cd化學(xué)形態(tài)模型預(yù)測(cè)表明，當(dāng)土壤pHlt;6.5時(shí)，Cd主要與土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合；當(dāng)pHgt;6.5時(shí)，鐵錳氧化物成為主要吸附位點(diǎn)，土壤中無(wú)定形錳氧化物與Cd的結(jié)合能力強(qiáng)于鐵鋁氧化物或氫氧化物。因此，錳氧化物含量高的土壤通常Cd的活性也較低。土壤中黏粒含量越高，對(duì)Cd的吸附固定能力越強(qiáng)，導(dǎo)致作物體內(nèi)Cd含量降低。陳宏坪等基于8種水稻土的盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤pH和黏粒含量是影響水稻土Cd臨界值的兩個(gè)最主要因素。我國(guó)花生種植的最適宜區(qū)土壤黏粒含量相對(duì)較低，這是由于砂性土壤有利于花生莢果膨大和干物質(zhì)積累，而黏土土壤致密，透氣性差，不利于花生根系深扎和莢果干物質(zhì)積累。但砂土中黏粒含量較低導(dǎo)致Cd的有效性往往較高，這也可能是引起花生Cd富集能力較強(qiáng)的原因之一。Ca2+和Cd2+具有同樣的化合價(jià)，且離子半徑極度接近（Ca2+為g.gX10-2nm，Cd2+為9.7x 10-2nm），它們能夠競(jìng)爭(zhēng)土壤中黏土礦物、氧化物及有機(jī)質(zhì)上的陽(yáng)離子吸附交換位點(diǎn)，因此，外源Ca可以通過(guò)影響土壤中Cd的生物有效性從而調(diào)控植物對(duì)Cd的吸收。宋正國(guó)等通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用硝酸鈣后，土壤溶液中Ca2+/Cd2+比值與小油菜體內(nèi)Cd濃度呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明土壤中鈣濃度升高會(huì)促進(jìn)Cd的解吸，進(jìn)而影響小油菜對(duì)Cd的吸收。Zhang等通過(guò)水培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硝酸鈣增強(qiáng)了水稻體內(nèi)Cd從根向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，表明Ca還可能會(huì)促進(jìn)Cd在作物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)。

比較南方、北方花生產(chǎn)區(qū)的MLR模型和RF模型的特征變量，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域相對(duì)重要性較高的特征變量有所差異，可能是由于不同區(qū)域土壤理化性質(zhì)及污染特征差異造成的。本研究發(fā)現(xiàn)南方花生產(chǎn)區(qū)預(yù)測(cè)模型中土壤黏粒和有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)重要性更高，原因可能在于南方花生產(chǎn)區(qū)土壤黏粒含量的變異系數(shù)（0.59）要高于北方花生產(chǎn)區(qū)的（0.49），同時(shí)南方花生產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的變異系數(shù)（0.43）也明顯高于北方花生產(chǎn)區(qū)的（0.39）。全國(guó)以及南、北方花生產(chǎn)區(qū)土壤的游離鐵氧化物含量變異系數(shù)均遠(yuǎn)高于土壤pH的變異系數(shù)，這可能是導(dǎo)致全國(guó)以及南、北方花生產(chǎn)區(qū)預(yù)測(cè)模型中游離鐵氧化物含量相對(duì)重要性均更高的原因之一。此外，據(jù)褚宏欣等在我國(guó)17個(gè)省份開展的旱地土壤微量元素調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北方土壤有效鐵含量相較于南方明顯偏低，缺鐵現(xiàn)象主要集中在北方，而最近Xu等發(fā)現(xiàn)缺鐵會(huì)促進(jìn)雙子葉植物根系鐵相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)基因IRT1介導(dǎo)的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)增強(qiáng)。

3結(jié)論

（1）采集的全國(guó)花生樣品Cd富集系數(shù)平均值為2.42，花生籽粒Cd含量超標(biāo)的15個(gè)點(diǎn)位中僅有3個(gè)土壤Cd含量超標(biāo)，說(shuō)明花生對(duì)Cd的富集能力較強(qiáng)，我國(guó)現(xiàn)行的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)可能并不能準(zhǔn)確評(píng)估我國(guó)花生產(chǎn)地Cd污染風(fēng)險(xiǎn)。

（2）利用全國(guó)以及南北方產(chǎn)區(qū)分組數(shù)據(jù)構(gòu)建的隨機(jī)森林模型（R2=0.930-0.966）對(duì)花生Cd富集系數(shù)的預(yù)測(cè)性能均明顯優(yōu)于相應(yīng)的多元線性回歸模型（R2=0.471-0.657），為田間大尺度下土壤一花生系統(tǒng)中Cd的遷移預(yù)測(cè)提供了新的視角和解決方案。

（3）隨機(jī)森林模型分析結(jié)果表明影響北方產(chǎn)區(qū)花生Cd富集系數(shù)預(yù)測(cè)最重要的特征變量為土壤游離錳氧化物含量、游離鐵氧化物含量和pH，而影響南方產(chǎn)區(qū)花生Cd富集系數(shù)預(yù)測(cè)最重要的特征變量為土壤游離錳氧化物、黏粒、游離鐵氧化物和有機(jī)質(zhì)含量。結(jié)果為有針對(duì)性地研發(fā)區(qū)域花生產(chǎn)地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控與修復(fù)技術(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。