基于GIS和污染指數(shù)法的土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)
——以甘孜藏族自治州東部為例

成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 豆敬翔 唐 斌

安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 322地質(zhì)隊(duì) 游 芳

基于GIS和污染指數(shù)法的土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)
——以甘孜藏族自治州東部為例

成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 豆敬翔 唐 斌

安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 322地質(zhì)隊(duì) 游 芳

甘孜藏族自治州東部地處三江成礦帶和康滇成礦帶北段，是我國(guó)礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)的九大熱點(diǎn)地區(qū)之一，將逐步發(fā)展為國(guó)家級(jí)大型礦業(yè)基地。礦區(qū)污染物的累積、遷移和轉(zhuǎn)化加劇了環(huán)境質(zhì)量惡化，嚴(yán)重影響了土壤圈的良性物質(zhì)循環(huán)和人類的生存環(huán)境。

國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者是基于實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)探討土壤環(huán)境質(zhì)量的空間分布特征，再對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行插值，模擬區(qū)域分布狀況。由于成本問題，實(shí)際采樣點(diǎn)一般較少，因而很難準(zhǔn)確模擬區(qū)域分布狀況。本文，筆者采用區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)，精度相對(duì)較高。

一、研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘孜藏族自治州東部，地處28°15′N～31°35′N，100°30′E～102°30′E。地形上大渡河和雅礱江兩岸河谷地帶屬于中高山區(qū)地表切割強(qiáng)烈；土壤類型多樣，河谷兩岸主要分布有棕壤和褐土，高原平坦地區(qū)主要分布有草氈土和黑氈土。

二、土壤環(huán)境質(zhì)量因子的選定和評(píng)價(jià)方法

對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法多種多樣，主要有污染指數(shù)法、污染程度法，層次分析法、基準(zhǔn)分級(jí)法、密切值法和模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法、灰色聚類法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。本文，筆者以研究區(qū)1∶25萬區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用污染指數(shù)法和GIS空間分析技術(shù)，對(duì)研究區(qū)土壤的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。采取污染指數(shù)法進(jìn)行研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，參照中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618 -1995）來確定此次研究的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)綜合污染指數(shù)建立土壤質(zhì)量級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)。

1.評(píng)價(jià)因子的選定。根據(jù)研究區(qū)礦產(chǎn)資源分布狀況和土壤類型，將土壤中的Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，Cr，A，Ni元素作為評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量的因子。

（1）單污染指數(shù).單污染指數(shù)表示某項(xiàng)單一因子對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量影響的程度，該方法只用一個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，可直接了解土壤質(zhì)量狀況與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，它是綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。其表達(dá)式為：

式（1）中，Pi表示污染物i的污染指數(shù)，Ci表示污染物i的實(shí)測(cè)濃度，Si表示污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。若Pi＜1，則表示未受污染物的i的污染；若Pi＞1，則表示已遭受污染物的i的污染；Pi越大，表示受污染程度越重。

（2）綜合污染指數(shù)。綜合污染指數(shù)表示多項(xiàng)污染物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生綜合影響的程度。它以單污染指數(shù)為基礎(chǔ)，通過各種數(shù)學(xué)關(guān)系綜合獲得。它兼顧了單因子污染指數(shù)的平均值和最高值，能較全面地反映環(huán)境質(zhì)量，而且可以突出污染較重的污染物的作用。其表達(dá)式為：

式（2）中，P綜表示綜地表水綜合污染指數(shù)；Pimax表示各單項(xiàng)組分評(píng)分值Pi中的最大值；表示各單項(xiàng)組分評(píng)分值Pi中的平均值。

三、土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分析

利用1∶25萬區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)中的Cu，Pb，Z，Cd，Hg，Cr，As，Ni八個(gè)元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。具體分析在ArcGIS軟件中的ArcMap下實(shí)現(xiàn)。

1.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。將區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)八個(gè)要素的矢量格式（shape）轉(zhuǎn)換成柵格格式（Gird），便于進(jìn)行柵格分析。

2.計(jì)算單污染指數(shù)。利用ArcGIS的空間分析功能，在Spatial Analyst功能中的柵格計(jì)算器（RasterCalculator），參照式（1）和中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）計(jì)算出各重金屬元素的單污染指數(shù)。

3.計(jì)算綜合污染指數(shù)。首先利用ArcGIS統(tǒng)計(jì)出八個(gè)單污染指數(shù)柵格圖層的最大值和平均值，具體利用 Local工具下的Cell Statistics功能，然后再利用柵格計(jì)算器結(jié)合式（2）計(jì)算土壤的綜合污染指數(shù)。

4.重分類綜合污染指數(shù)。按照土壤質(zhì)量級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)計(jì)算出的土壤綜合污染指數(shù)結(jié)果重分類。

四、結(jié)論

本文，筆者土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)采用區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精度相對(duì)較高。單污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法結(jié)合GIS的空間分析可以精確的對(duì)區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析了土壤環(huán)境質(zhì)量分布特征，為以后區(qū)域土壤修復(fù)和治理提供依據(jù)。GIS技術(shù)在復(fù)雜的空間事物處理上越發(fā)顯得重要。