土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展

黃世清 劉月 林運(yùn)萍

摘 要：土壤污染會(huì)間接地對(duì)人們的日常生活造成影響，土壤質(zhì)量的好壞對(duì)植物種植的質(zhì)量也有著直接關(guān)系，土壤污染最主要的原因是重金屬污染。對(duì)土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)方式有許多，不同的評(píng)價(jià)方式得出的結(jié)果也不同。本文對(duì)主要的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行分析，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)并作出展望，旨在為該領(lǐng)域的工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：重金屬；土壤污染；GIS

中圖分類號(hào)：S151 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180632230

1 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)基準(zhǔn)

由于對(duì)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方式較多，所以每種方式得出的結(jié)果也不同，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此較早地開展了研究。我國(guó)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)通常是以土壤環(huán)境背景值為基礎(chǔ)，加上2～3倍的標(biāo)準(zhǔn)差，及土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這種評(píng)價(jià)方式僅僅具有比較意義，并不能夠綜合反映土壤環(huán)境等綜合意義，也無法準(zhǔn)確體現(xiàn)土壤污染程度，導(dǎo)致研究得出的結(jié)論也存在差錯(cuò)。只有通過不斷改善評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，才能夠保證對(duì)土壤重金屬污作出染準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

2 傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法

2.1 指數(shù)評(píng)價(jià)方法

單項(xiàng)污染指數(shù)法，單項(xiàng)污染指數(shù)法在環(huán)境各要素評(píng)價(jià)中使用率較高，基于土壤環(huán)境質(zhì)量，選取最大類別因子作為目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有目標(biāo)明確的特點(diǎn)，卻不能充分反映土壤環(huán)境污染的全面情況；綜合污染指數(shù)法，綜合污染指數(shù)法是使用土壤污染監(jiān)測(cè)結(jié)果、土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合定義的評(píng)價(jià)方式。綜合污染指數(shù)中的內(nèi)梅根污染綜合指數(shù)法全面考慮到了污染物的最大值、平均值，能夠充分反映各種重金屬污染物對(duì)土壤的影響，目前在我國(guó)的使用較為普遍；地質(zhì)累積指數(shù)法，地質(zhì)累積指數(shù)法不僅充分考慮自然地質(zhì)過程對(duì)背景值的影響，還考慮到人為活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響。地質(zhì)累積指數(shù)法能夠反映重金屬分布的特點(diǎn)，判別人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。

2.2 綜合評(píng)價(jià)方式

模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法是通過模糊數(shù)學(xué)中的隸屬理論將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，利用土壤質(zhì)量分級(jí)差異中間過渡的模糊性，從而解決土壤重金屬污染劃分級(jí)別時(shí)邊界模糊問題，可以控制誤差，但此方式?jīng)]有考慮污染物自身的毒性；灰色聚類法考慮到了多種因子影響，根據(jù)環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)的灰色性質(zhì)，將聚類對(duì)象對(duì)其不同的聚類指標(biāo)所擁有的白化數(shù)，按幾個(gè)灰類進(jìn)行歸納，然后判斷每個(gè)聚類對(duì)象屬于哪個(gè)級(jí)別。根據(jù)不同因子在不同級(jí)別中所占的權(quán)重確定其聚類系數(shù)，進(jìn)而確定土壤環(huán)境質(zhì)量的級(jí)別。雖然此方式合理地處理了權(quán)重問題，但忽略了聚類系數(shù)之間是有聯(lián)系的，因此分辨率不高。

3 GIS評(píng)價(jià)方式

隨著地理信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的對(duì)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方式已經(jīng)不適用于現(xiàn)狀，未考慮到重金屬所具有的空間變異特點(diǎn)。漸漸地出現(xiàn)了地統(tǒng)計(jì)模型評(píng)價(jià)方式，經(jīng)過克里格插值使土壤重金屬得到了可視化的表達(dá)，還充分考慮到了重金屬空間變異特點(diǎn)，但克里格插值需要大量樣本。當(dāng)樣本數(shù)量較少時(shí)，需要用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)插值。據(jù)以往研究報(bào)道，當(dāng)樣本數(shù)量較少的情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)插值和克里格插值都具有較高的精度，當(dāng)樣本數(shù)增多時(shí)，克里格插值和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)插值精度也隨之增加，而且慢慢地精度值會(huì)變得穩(wěn)定。但是對(duì)土壤重金屬污染不管使用哪種評(píng)價(jià)方式，在進(jìn)行評(píng)價(jià)之前都應(yīng)當(dāng)先調(diào)查土壤并采樣，隨著我國(guó)社會(huì)重工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)環(huán)境造成極大威脅，同時(shí)其他行業(yè)對(duì)土壤信息的需求也增加，國(guó)家也逐漸重視土壤科學(xué)，開始將GIS技術(shù)運(yùn)用到土壤調(diào)查中。

3.1 地統(tǒng)計(jì)模型

此評(píng)價(jià)方式充分考慮到重金屬空間變異及分布特點(diǎn)，能夠?qū)?shù)據(jù)分布空間的結(jié)構(gòu)性、依賴性、相關(guān)性、變異性等進(jìn)行很好詮釋，還能夠模擬空間數(shù)據(jù)的特性。克里格插值能夠?qū)⑿铚y(cè)地塊及其周圍的樣品之間的數(shù)據(jù)、關(guān)系、位置等的函數(shù)模型所表現(xiàn)出的信息，對(duì)其定義權(quán)系數(shù)，然后使用加權(quán)平均對(duì)每個(gè)點(diǎn)的污染物含量、比重進(jìn)行評(píng)估。地統(tǒng)計(jì)模型評(píng)價(jià)方式能夠?qū)⑼寥乐亟饘傥廴驹诙S、三維上表現(xiàn)出來，使結(jié)果具有可視化，且具有準(zhǔn)確性。

3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是通過計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)。通過模仿真實(shí)系統(tǒng)中輸入—輸出數(shù)據(jù)，探討其中的關(guān)系與規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，選擇新數(shù)據(jù)計(jì)算輸出的結(jié)果。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具具有自學(xué)習(xí)、組織、適應(yīng)、映射能力等特征，所以能夠很好地體現(xiàn)重金屬與污染地之間的映射關(guān)系。據(jù)以往文獻(xiàn)報(bào)道，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)價(jià)方式在樣本數(shù)較少的情況下能夠更好地進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠彌補(bǔ)克里格法的不足。但是此方式缺乏少理論指導(dǎo)，建立時(shí)也較有難度。

4 展望

對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行有效評(píng)價(jià)是處理土壤重金屬污染的關(guān)鍵所在。土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方式應(yīng)當(dāng)采用多種評(píng)價(jià)方式相結(jié)合，有效避免由于單一評(píng)價(jià)方式無法全面評(píng)價(jià)的缺陷，加強(qiáng)對(duì)重金屬元素的總體評(píng)價(jià)及對(duì)生物自身毒性研究，將GIS和土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方式進(jìn)行最大限度的融合。對(duì)于不同類型的地塊，要進(jìn)行自適應(yīng)地調(diào)整，優(yōu)化其參數(shù)，進(jìn)而增加評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。