重金属污染严重制约生态文明和人民健康的发展，湖北省污染情况较为严重，受到污染的耕地面积达40万公顷，占全省耕地面积的10％。重金属污染监测是建立污染防治体系的重要前提和基础，急需用于快速筛查的高效低成本检测设备与监测平台。存在的主要问题是：1)缺乏土壤-农作物中重金属镉的快速、痕量检测；2)缺乏对于土壤-水体-农作物中重金属快速、现场检测的便携式检测装备；3)缺乏对现有数据的关联分析、综合评价与智能决策。

项目针对重金属快速检测领域的技术瓶颈，从生态环境及人民健康公益的实际需求出发，结合湖北省实际情况，以土壤、农田水体及农作物为对象，基于X荧光光谱原理，突破了重金属快速检测、大规模筛查及污染评价等关键技术难点，研制了快速、实时在线的实用系列检测装备与监测分析平台。总体技术路线贯穿方法发现、关键技术突破、实用装备研制、平台研发的过程。主要科技创新点如下。

1.提出了重金属快速检测、空间分析、污染评价的方法体系。基于X射线荧光光谱分析原理，在光谱预处理、波段选择、模型集成方面实现了方法创新；针对数据在“点面转换”过程中随意性大和准确度低等问题，提出基于多辅助因素的空间分析方法；建立土壤和农产品协同评估模型，提出了农产品重金属含量超标风险分级预警的标准和决策方法。

2.研发面向水-土-作物的系列重金属检测技术装备。突破了土壤和农作物重金属X射线荧光光谱、水体中镉元素的非标记核酸适配体荧光快速检测技术。集成检测、定位、数据传输等功能，研制出基于“物联网+”的土壤、水体、农产品重金属便携式快速检测装备，实现对重金属镉的快速、痕量检测。检测土壤及农产品样品速度达到200秒/样品，准确度达到90％。作物中Cd检出限0.038mg/kg，土壤中Cd检出限0.8 mg/kg，水体中Cd检出限0.4ng/ml。

3.研发了重金属污染评价与分析监测平台。实现重金属含量分布的可视化表达、污染评价、等级划分、趋势分析和专题图生成。基于元数据融合与清洗技术，建立全国最大的产地安全数据库；系统揭示了中国产地重金属内源高背景值区和外源污染输入区区域分异规律及其成因。构建了三位一体的区划指标体系，完成了全国农产品产地安全三级区划；布设了4万个国控预警监测点位，构建了全国农产品产地安全信息管理系统；在全国农业监测体系推广应用。

成果获授权专利28件(其中发明专利11件、实用新型专利17件)，登记软件著作权22件，发表论文70篇(其中SCI论文31篇)，出版专著5部，参与制定国家标准1项，创制重金属快速检测仪器装备３项，软件产品8套。

项目成果在农业部及全国31个省的农业监测部门进行了实际应用，经中国农业科学院农业经济与发展研究所测算，在项目推广的4年内，成果已经获得经济效益19.49亿元，科研投资年均纯收益率达到20.71元/元，产生的经济效益可观。提供的支撑材料中，2015～2018年项目产生直接经济效益18108.61万元。研制的系列检测装备累计销售14900万元，新增利润1490万元；通过重金属快速检测，替代了费时、非现场的常规化学检测手段，提升了农产品品质及附加值，累计新增利润约8258.77万元，节支8359.84万元，经济效益和社会效益显著。

第三方评价组织的成果评价会上，以刘文清院士为组长的专家组一致认为：项目整体达到国际先进水平，其中，自主知识产权的能量色散型X射线荧光光谱重金属痕量检测装备达到国际领先。

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