廢氣重金屬排放對(duì)土壤累積影響評(píng)價(jià)方法探討

朱鐵才+葛仙梅

摘要：近年來(lái)，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，工業(yè)廢氣對(duì)環(huán)境尤其是廢氣中的重金屬排放對(duì)土壤累積影響逐漸加重。做好工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)之處的環(huán)境影響評(píng)價(jià)，尤其是做好廢氣重金屬排放對(duì)土壤累積影響的評(píng)價(jià)，為提前做好預(yù)測(cè)措施提供依據(jù)。本文在分析了土壤重金屬累積影響評(píng)價(jià)不同方法，及其優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了依據(jù)微積分原理的新的重金屬排放對(duì)土壤累積影響評(píng)價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：廢氣重金屬排放；土壤累積影響評(píng)價(jià)；微積分

中圖分類(lèi)號(hào)：X820.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）03-0044-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.019

Abstract： In recent years， with the acceleration of the industrialization process， the effect of industrial waste gas on the accumulation of heavy metals in the environment， especially the exhaust gas， has gradually increased. Do the environmental impact assessment of the construction of industrial projects， in particular， do the assessment of the impact of heavy metal emissions on the accumulation of soil， in order to provide a basis for forecasting measures in advance. Based on the analysis of different methods and their advantages and disadvantages of soil heavy metal accumulation impact evaluation， this paper presents a new method for evaluating the effect of heavy metal emission on soil accumulation based on calculus principle.

Key words： Exhaust gas heavy metal emission； soil cumulative impact assessment； calculus

近年來(lái)，工業(yè)廢氣重金屬污染事件是最受關(guān)注的公共事件之一，已經(jīng)對(duì)人類(lèi)健康、生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。土壤重金屬污染來(lái)源主要是農(nóng)業(yè)灌溉、汽車(chē)尾氣和工業(yè)“三廢”，廢氣重金屬排放進(jìn)入到土壤后具有蓄積性和難降解等特點(diǎn)。土壤中的重金屬累積未必會(huì)立即表現(xiàn)出危害性，只有當(dāng)廢氣重金屬排放到土壤環(huán)境中含量蓄積超過(guò)土壤的承受限度或含量超過(guò)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，重金屬含量便會(huì)危及農(nóng)作物和人類(lèi)健康的安全。因此，土壤重金屬累積作用及其風(fēng)險(xiǎn)被稱(chēng)為“化學(xué)定時(shí)炸彈”，當(dāng)廢氣重金屬排放到土壤中累積到一定程度便會(huì)爆發(fā)。因此，做好廢氣重金屬排放對(duì)土壤累積的影響評(píng)價(jià)，早發(fā)現(xiàn)、早診斷工業(yè)生產(chǎn)對(duì)土壤重金屬的累積影響，才能早預(yù)防、早治理，避免土壤重金屬的持續(xù)累積造成農(nóng)作物的減產(chǎn)和人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)廢氣排放是大氣重金屬污染的主要來(lái)源，在工業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，做好重金屬?gòu)U氣污染對(duì)土壤累積影響預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)意義重大，通過(guò)評(píng)價(jià)分析，為源頭做好工業(yè)污染源控制提供依據(jù)。

1 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法

1.1 指數(shù)法

指數(shù)法是將實(shí)際所測(cè)得的污染物濃度帶入到數(shù)學(xué)公式中，得到污染指數(shù)，再與相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而確定污染等級(jí)的方法。（1）內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤重金屬累積影響能夠有效避免因平均作用而削弱污染金屬的權(quán)值，但也存在人為夸大或縮小某些因子的影響的可能。[1]（2）富集因子法則是通過(guò)分析表生環(huán)境污染物來(lái)源和污染程度的有效手段。（3）與其他評(píng)價(jià)重金屬污染相比，地累積指數(shù)將人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值等可能引起背景值變動(dòng)等因素納入評(píng)價(jià)范圍，具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在K值的選擇上要贏根據(jù)實(shí)際情況做好選擇。

1.2 模型指數(shù)法

與指數(shù)法相比該法在土壤質(zhì)量影響因素灰色性和模糊邊界處理上具有優(yōu)勢(shì)。其中，常見(jiàn)的有模糊數(shù)學(xué)模型、灰色聚類(lèi)模型和層次分析等方法。（1）模糊數(shù)學(xué)模型。通過(guò)隸屬度來(lái)描述土壤重金屬污染狀況的漸變性、模糊性，對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬度用評(píng)價(jià)因子權(quán)重修正，得到樣品對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度，根據(jù)最大隸屬度原則確定樣品污染等級(jí)，有效解決模糊邊界問(wèn)題，但確定評(píng)價(jià)因子權(quán)重至關(guān)重要，評(píng)價(jià)過(guò)程繁瑣，難掌握。（2）灰色聚類(lèi)模型?；疑垲?lèi)是建立在模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，構(gòu)造白化系數(shù)，引入修正因子，確定權(quán)重因子，計(jì)算聚類(lèi)系數(shù)，對(duì)土壤環(huán)境中存在的灰色性進(jìn)行評(píng)價(jià)?；疑垲?lèi)能夠較好地解決相鄰級(jí)別的邊界問(wèn)題，但需要建立較多的白化函數(shù)，過(guò)程繁瑣。（3）層次分析法。通過(guò)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)，建立判斷矩陣，單因子排序，賦予權(quán)重后重新排序得到評(píng)價(jià)結(jié)果。層次分析法適用于大規(guī)模、多因素、多指標(biāo)的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，但其不足是實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)值的大小未能真正參與到評(píng)價(jià)模式。

1.3 存在的問(wèn)題

從土壤重金屬累積評(píng)價(jià)的應(yīng)用方法來(lái)看，主要涉及到三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值、區(qū)域或研究區(qū)土壤背景值以及對(duì)照值等。其中，土壤背景值在成壤過(guò)程中，受到人類(lèi)活動(dòng)影響較少，也是評(píng)價(jià)土壤是否受到外界活動(dòng)影響的重要指標(biāo)之一。[2]但其評(píng)價(jià)結(jié)果所反映的是土壤受人為活動(dòng)影響重金屬含量的累積程度，其單子因指數(shù)不涉及土壤的污染程度，僅表明土壤的實(shí)測(cè)值偏離了背景值的程度，成土地質(zhì)環(huán)境背景的差異性，人為活動(dòng)影響程度的不同，以及不同地區(qū)土壤重金屬背景含量的平均值差異也很大都會(huì)影響到背景值的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性。土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)土壤功能、保護(hù)目標(biāo)和土壤主要性質(zhì)制定的，并規(guī)定土壤重金屬元素含量的最高限制，以此作為評(píng)價(jià)土壤重金屬是否超標(biāo)的指標(biāo)，但超標(biāo)的原因既有自然因素導(dǎo)致，也有人為活動(dòng)，甚至是兼而有之，因此，評(píng)價(jià)結(jié)果并不關(guān)注、也不能區(qū)分超標(biāo)元素是自然還是人為活動(dòng)引起的結(jié)果。綜上，根據(jù)不同的研究目的采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的評(píng)價(jià)方法。

2 廢氣重金屬排放對(duì)土壤累積影響評(píng)價(jià)方法

工業(yè)廢氣是大氣中重金屬污染的主要來(lái)源，在開(kāi)展工業(yè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，要認(rèn)真做好重金屬?gòu)U氣污染源對(duì)土壤的累積影響預(yù)測(cè)是關(guān)鍵，通過(guò)準(zhǔn)確、定量分析廢氣中的重金屬對(duì)土壤累積貢獻(xiàn)量的評(píng)價(jià)，為源頭上防控工業(yè)污染提供第一手資料。目前，廢氣重金屬排放對(duì)土壤累積影響多是籠統(tǒng)地考慮整個(gè)區(qū)域的沉積量，而考慮污染源距離對(duì)土壤重金屬累積影響的較少。

2.1 廢氣排放對(duì)土壤重金屬累積影響思路的提出

廢氣對(duì)周?chē)h(huán)境的影響預(yù)測(cè)時(shí)，首先要計(jì)算出廢氣污染源對(duì)土壤重金屬的輸入量（一般以年為單位），年輸入量的計(jì)算核心是確定廢氣污染源排放的重金屬污染物在其影響的區(qū)域內(nèi)分?jǐn)倷?quán)重。因此，設(shè)計(jì)出計(jì)算土壤重金屬輸入分?jǐn)倷?quán)重方法。為此，總的思路是：根據(jù)待評(píng)價(jià)區(qū)域的氣象、地形地貌以及廢氣污染源的影響程度，劃定一定污染源影響的區(qū)域，并在該區(qū)域內(nèi)確定劃分污染物影響濃度等值線。再結(jié)合微積分原理，當(dāng)相鄰的兩條等值線之間的差值趨于0時(shí)，表明這兩條等值線之間的區(qū)域中各點(diǎn)污染物濃度趨向于等值，再以污染物濃度和相鄰等值線之間的面積的乘積確定重金屬污染物沉積權(quán)重，并根據(jù)廢氣污染物排放量計(jì)算區(qū)域內(nèi)重金屬的年輸入量。

W= K （B+R）

式中：W—為某重金屬在土壤中的累積量，mg/kg；

B—區(qū)域土壤中某重金屬含量背景值，mg/kg；

R—土壤中某重金屬的年輸入量，mg/kg

K—土壤中某重金屬殘留率，%

假設(shè)土壤中的某重金屬殘留率保持不變（取95%），那么n年后土壤中的某重金屬累積量為：

Wn=BKn+EK（1-Kn）/1-K

2.2 廢氣排放對(duì)土壤重金屬累積影響的適用條件

廢氣污染源的排放量保持不變，且影響在一個(gè)固定的區(qū)域內(nèi)，在該固定區(qū)域內(nèi)隨著距污染源護(hù)理的遞減，污染物濃度也是呈現(xiàn)出連續(xù)和遞減的。受廢氣污染源影響的某區(qū)域內(nèi)的重金屬污染物理論上全部沉降在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的土壤之中，且不考慮其輸出影響等。

3 結(jié)語(yǔ)及展望

總得來(lái)看，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，廢氣污染源對(duì)土壤重金屬的累積影響預(yù)測(cè)方法還有待進(jìn)一步完善，尤其是土壤重金屬沉積年輸入量計(jì)算還不夠成熟，污染源距離的遠(yuǎn)近會(huì)影響沉積權(quán)重的不同這一因素考慮較少，評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性有待提升。而采取微積分理論，計(jì)算出不同區(qū)域土壤重金屬的沉積權(quán)重，得出該區(qū)域內(nèi)土壤重金屬的陳計(jì)量，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較準(zhǔn)確的預(yù)算出廢氣污染源對(duì)不同區(qū)域土壤重金屬的累積影響。影響廢氣污染源對(duì)土壤重金屬的累積影響因素較多，有環(huán)境因素、氣象條件、生產(chǎn)工況等，實(shí)際累積量與預(yù)測(cè)累積量存在差異在所難免，在實(shí)際研究和應(yīng)用中逐步予以完善。

參考文獻(xiàn)

[1]徐友寧，張江華，柯海玲等.礦業(yè)活動(dòng)區(qū)農(nóng)田土壤重金屬累積風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)判方法——以小秦嶺金礦區(qū)為例[J].地質(zhì)通報(bào)，2014，33（8）：1097-1105.

[2]姚淑梅，金海量，王獻(xiàn)平.工業(yè)廢氣污染源對(duì)土壤重金屬累積影響計(jì)算方法的探討[J].大眾科技，2008，（4）：104.

收稿日期：2017-05-10

作者簡(jiǎn)介：朱鐵才（1985-），碩士，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評(píng)價(jià)。