淺談土壤重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)的污染評(píng)價(jià)與分析

高建峰 姜小三 丁瑞芬 韓國(guó)新 徐明芳 陳雪民（江蘇省蘇州市吳江區(qū)土肥站 500；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇省南京市 0095）

淺談土壤重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)的污染評(píng)價(jià)與分析

高建峰1*姜小三2丁瑞芬1韓國(guó)新1徐明芳1陳雪民1（1江蘇省蘇州市吳江區(qū)土肥站 215200；2南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇省南京市 210095）

根據(jù)江蘇省農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治普查工作方案要求，從2014年起，該項(xiàng)工作進(jìn)入數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)和分析階段，需要對(duì)前幾年采集的農(nóng)產(chǎn)品和土壤樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入復(fù)查、存檔和數(shù)據(jù)資料匯總、統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)、產(chǎn)地安全分級(jí)、區(qū)劃、國(guó)控點(diǎn)設(shè)置、圖表制作等，其中利用調(diào)查的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行合理評(píng)價(jià)具有重要意義，但在實(shí)際工作中，因數(shù)據(jù)多、繁，難以進(jìn)行分析?，F(xiàn)結(jié)合蘇州市吳江區(qū)的土地利用實(shí)際情況和結(jié)合自身污染評(píng)價(jià)和數(shù)據(jù)分析的實(shí)際，重點(diǎn)介紹土壤重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)的污染評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)分析的相關(guān)步驟，以供同行參考。

土壤；重金屬；調(diào)查；評(píng)價(jià)分析

農(nóng)業(yè)部自2012年起，在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治調(diào)查工作，目的在于全面系統(tǒng)地對(duì)重金屬重點(diǎn)污染區(qū)域進(jìn)行普查監(jiān)測(cè)，摸清底數(shù)，建立農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)預(yù)警體系和制度，為及時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)預(yù)警農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染發(fā)生趨勢(shì)、開(kāi)展污染土壤修復(fù)和進(jìn)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)[1，2]。目前該項(xiàng)工作已進(jìn)入數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)和分析階段，充分利用調(diào)查的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行合理評(píng)價(jià)是這次調(diào)查的主要目的之一，但在實(shí)際工作中，因數(shù)據(jù)多、繁而難以進(jìn)行分析[3]。本文結(jié)合蘇州市吳江區(qū)土壤重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)的分析評(píng)價(jià)工作，重點(diǎn)介紹了土壤重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)的污染評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)分析的相關(guān)步驟，以供同行參考。

1 分析步驟

1.1 數(shù)據(jù)整理

首先根據(jù)江蘇省農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染調(diào)查培訓(xùn)的要求整理各類數(shù)據(jù)表格，詳細(xì)閱讀填表說(shuō)明，熟悉填表要求、明晰填寫要點(diǎn)、關(guān)注注意事項(xiàng)，并對(duì)概念模糊的地方要經(jīng)反復(fù)核實(shí)后再填寫。填寫好表格后，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件自動(dòng)審核和人工審核，其中人工審核是重點(diǎn)，同時(shí)對(duì)所有檢測(cè)數(shù)據(jù)和采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，也包括檢測(cè)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的位置關(guān)系一一對(duì)應(yīng)，此外，要反復(fù)核實(shí)樣點(diǎn)位置草圖，做到能充分了解樣點(diǎn)的土壤、肥力、耕作制度及周邊情況。

1.2 數(shù)據(jù)分析前的準(zhǔn)備工作

在對(duì)重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析前，要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，包括：（1）各種標(biāo)準(zhǔn)。如樣品數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1），供對(duì)超標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；圖件資料，包括近年來(lái)的土地利用現(xiàn)狀圖、遙感圖像、土壤圖、耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)時(shí)的重金屬分布圖；土壤背景數(shù)據(jù)，包括土壤志及土壤普查、農(nóng)灌水調(diào)查數(shù)據(jù)，以掌握土壤背景值、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、農(nóng)作物產(chǎn)量水平、施肥和農(nóng)藥施用強(qiáng)度、耕作方式及秸稈還田等農(nóng)業(yè)措施；有關(guān)科技文獻(xiàn)資料。（2）實(shí)地考察。結(jié)合遙感圖像到實(shí)地進(jìn)行考察，并采用與農(nóng)業(yè)人員、農(nóng)技專業(yè)人員座談等方式進(jìn)行溝通。

表1 樣品數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 異常值的判斷與分析

在對(duì)土壤重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之前，需要對(duì)所有土壤和農(nóng)產(chǎn)品的測(cè)定值對(duì)照表1中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步分析，有時(shí)測(cè)定的結(jié)果比相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)高出數(shù)十倍甚至幾百倍，這樣的異常測(cè)定結(jié)果的產(chǎn)生原因通常有：人為因素，樣品在采集、運(yùn)輸和儲(chǔ)存期間受到污染，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)明顯誤差。異常值對(duì)于后期的空間插值會(huì)產(chǎn)生很大的影響，所以必須預(yù)先進(jìn)行剔除。在剔除前，要仔細(xì)核對(duì)耕地土壤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、早期的土壤重金屬分布圖、周邊的可能引起測(cè)定數(shù)值升高的各種人為因素、農(nóng)灌水測(cè)定數(shù)據(jù)及有關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)等，防止產(chǎn)生誤判。

1.4 相關(guān)性分析

對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬超標(biāo)的數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行初步分析，要按以下步驟進(jìn)行：（1）解讀相關(guān)數(shù)據(jù)資料。包括土壤背景值、對(duì)應(yīng)超標(biāo)點(diǎn)位歷史數(shù)據(jù)、對(duì)應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)點(diǎn)位的土壤測(cè)定結(jié)果、農(nóng)灌水質(zhì)量數(shù)據(jù)、可能引起超標(biāo)的其它人為因素。同時(shí)要結(jié)合土地利用情況、近期的遙感圖像，進(jìn)一步分析人為因素。在對(duì)總體數(shù)據(jù)有了基本概念以及對(duì)調(diào)查對(duì)象的土壤、灌溉狀況、人為污染等因素逐步排查后，就可利用專業(yè)的統(tǒng)計(jì)知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。（2）相關(guān)性分析。對(duì)兩個(gè)或多個(gè)具備相關(guān)性的變量元素進(jìn)行分析，從而衡量?jī)蓚€(gè)變量因素的相關(guān)密切程度。找出農(nóng)產(chǎn)品樣點(diǎn)的測(cè)定值與對(duì)應(yīng)土壤點(diǎn)位、農(nóng)灌水水質(zhì)、工礦企業(yè)以及其它人為因素之間是否存在相關(guān)性，通常使用的分析方法包括線性相關(guān)、偏相關(guān)和距離分析等。其關(guān)鍵是要充分理解測(cè)定結(jié)果，對(duì)測(cè)定異常值進(jìn)行預(yù)先剔除，否則分析結(jié)果會(huì)出現(xiàn)誤判，相關(guān)性分析常用軟件包括SPSS、SAS等。相關(guān)性分析的目的在于找出超標(biāo)點(diǎn)位受到人為因素干擾的原因，為土壤質(zhì)量修復(fù)和提升提供依據(jù)。1.5 重金屬污染評(píng)價(jià)

在對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析后，就要對(duì)土壤污染進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估方法包括：?jiǎn)我蜃又笖?shù)法（質(zhì)量指數(shù)法、富集因子法、地積累指數(shù)法）、綜合因子指數(shù)法（內(nèi)梅羅指數(shù)、潛在生態(tài)危害指數(shù)法）、模型指數(shù)法（模糊數(shù)學(xué)模型、灰色聚類法）、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法（健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)）等。指數(shù)法是將實(shí)際測(cè)得的污染物濃度值代入到數(shù)學(xué)公式中，得到污染指數(shù)，然后與相應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定污染等級(jí)的方法。模型指數(shù)法是在已有參數(shù)基礎(chǔ)上，構(gòu)建較復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，借助計(jì)算軟件評(píng)價(jià)重金屬污染。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法是通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，評(píng)估污染物對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。這些評(píng)估方法各具優(yōu)缺點(diǎn)（見(jiàn)表2），可在實(shí)踐中視情況靈活運(yùn)用。

1.6 GIS在土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用

表2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

利用GIS 強(qiáng)大的空間疊加分析和空間插值分析功能，可將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化成圖，進(jìn)一步利用其空間查詢與空間分析功能，以在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮重要作用。

通常在對(duì)數(shù)據(jù)做好評(píng)價(jià)分析后通過(guò)空間插值做含量分布圖，具體步驟：（1）數(shù)據(jù)錄入與編輯、數(shù)據(jù)的空間化。（2）按照要素、類別、數(shù)量和圖表渲染。（3）創(chuàng)建地圖版面（頁(yè)面設(shè)置、制圖元素圖例、指北針、比例尺的添加等），制圖、輸出作圖的關(guān)鍵還是要對(duì)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理插值，剔除異常值和排除人為因素的干擾，具體作圖可借助軟件來(lái)完成，常用的軟件包括ArcGIS等。如使用ArcGIS軟件，制作蘇州市吳江區(qū)鉛砷含量分布圖（見(jiàn)圖1），軟件的使用方法參照使用手冊(cè)，本文不再贅述。

圖1 蘇州市吳江區(qū)鉛砷含量分布

2 小 結(jié)

土壤重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)的污染評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)分析是一項(xiàng)技術(shù)含量較高的工作，需要做好大量的前期準(zhǔn)備工作，除了要盡可能多地搜集各方面資料外，還必須進(jìn)行充分的實(shí)地調(diào)研，只有對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況和土地利用方式了解足夠透徹，評(píng)價(jià)結(jié)果才能接近真實(shí)情況；同時(shí)，只有對(duì)影響空間插值的因素（如地形、河流、居民區(qū)、道路、垃圾填埋場(chǎng)、工廠等）在空間插值前做好詳細(xì)的調(diào)研和分析，才能避免因異常值導(dǎo)致空間插值產(chǎn)生誤判。在實(shí)際工作中，還可調(diào)用穩(wěn)健變異函數(shù)對(duì)異常值進(jìn)行識(shí)別和去除。對(duì)于污染評(píng)價(jià)的各種方法，也必須在對(duì)污染水平、各類標(biāo)準(zhǔn)充分掌握的基礎(chǔ)上靈活選擇，或?qū)追N方法相結(jié)合，以得到合理、準(zhǔn)確的判斷和評(píng)價(jià)結(jié)果[5-7]。

[1] 全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治普查技術(shù)方案培訓(xùn)資料[Z].2012.

[2] 江蘇省農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治領(lǐng)導(dǎo)小組.江蘇省農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治普查工作方案[Z].2010.

[3] 江蘇省農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)站.2015年度農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治指導(dǎo)意見(jiàn)[Z].2015.

[4] 吳運(yùn)金.蘇州市農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬檢測(cè)數(shù)據(jù)分析技術(shù)培訓(xùn)課件[Z].2015.

[5] 劉晶,滕彥國(guó),崔艷芳,等.土壤重金屬污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法綜述[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù).2007,19(3):6-11.

[6] 趙沁娜,徐啟新,楊凱.潛在生態(tài)危害指數(shù)法在典型污染行業(yè)土壤污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2005,(1):111-116.

[7] 徐燕,李淑芹,郭書(shū)海,等.土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法的比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué).2008,36(11）：4615-4617.

2015-09-07

農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治項(xiàng)目。

*為通訊作者。