大數(shù)據(jù)在土壤污染治理上的應(yīng)用前景

曹鵬鵬　潘正高

【摘 要】文章通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)的特征進(jìn)行分析，總結(jié)出大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景并深入探討大數(shù)據(jù)技術(shù)在土壤污染治理上的應(yīng)用前景。例如有針對(duì)性地以土壤數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立數(shù)字共享、質(zhì)量評(píng)價(jià)、污染治理等系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)技術(shù)將為土壤污染治理帶來(lái)更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù);土壤;污染治理;應(yīng)用

長(zhǎng)期以來(lái)土壤污染問(wèn)題一直是阻礙我國(guó)環(huán)境治理發(fā)展的重難點(diǎn)問(wèn)題，我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，土壤環(huán)境的質(zhì)量與人居環(huán)境健康、耕種用地質(zhì)量以及農(nóng)產(chǎn)品安全息息相關(guān)。長(zhǎng)期大力推進(jìn)工業(yè)化而不注重生態(tài)環(huán)境的發(fā)展思路，為我國(guó)土壤環(huán)境埋下了難以治理的隱患。土壤環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，對(duì)于土壤污染的治理亟需重視。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)替代傳統(tǒng)治理土壤污染的方式有效且可行。土壤環(huán)境數(shù)據(jù)基數(shù)大、變化速度慢、短期波動(dòng)小，土壤污染大多具有長(zhǎng)期累積與時(shí)空滯后的特性，利用人工進(jìn)行采樣檢測(cè)費(fèi)時(shí)且費(fèi)力，而通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)可節(jié)省大量成本并且數(shù)據(jù)具有長(zhǎng)期性、即時(shí)性，運(yùn)用科學(xué)的技術(shù)融入到土壤污染綜合治理中將給土壤環(huán)境保護(hù)帶來(lái)全新的轉(zhuǎn)機(jī)。

一、大數(shù)據(jù)技術(shù)

（一）大數(shù)據(jù)的特征

大數(shù)據(jù)是海量數(shù)據(jù)的集合，目前科學(xué)界普遍以5V+1C來(lái)概括其特征：大量（Volume）、多樣（Variety）、高速（Velocity）、價(jià)值密度低（value）、真實(shí)性（Veracity）、復(fù)雜（Complexity）。大數(shù)據(jù)技術(shù)是對(duì)大量、多樣、復(fù)雜的數(shù)據(jù)，通過(guò)運(yùn)用新系統(tǒng)、新工具、新模型的挖掘，從而獲得問(wèn)題的解決方案。

大數(shù)據(jù)由于包含著巨量的數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)相比，特點(diǎn)有以下兩個(gè)：

（1）數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)來(lái)源的多樣性，大數(shù)據(jù)可簡(jiǎn)單分為三類，結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是高度組織和整齊格式化的數(shù)據(jù)，是可以放入表格和電子表格中的數(shù)據(jù)類型。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括生活中常見(jiàn)的文本圖片、音頻影視等。

（2）數(shù)據(jù)高速增長(zhǎng)的同時(shí)需要快速處理，對(duì)于數(shù)據(jù)有著嚴(yán)格的時(shí)效性的要求，并且由于數(shù)據(jù)的復(fù)雜多樣，在處理時(shí)并無(wú)太多規(guī)律可循，這就給數(shù)據(jù)的分析帶來(lái)一定難度，需要用與大數(shù)據(jù)相關(guān)的技術(shù)來(lái)進(jìn)行更深度的優(yōu)化。若要對(duì)PB及以上數(shù)量級(jí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，則需要運(yùn)用到HDFS即分布式文件系統(tǒng)來(lái)保證有足夠的空間。

（二）大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

現(xiàn)如今人們的生活中已經(jīng)離不開(kāi)大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用就是從這些隱含著大量信息的數(shù)據(jù)中發(fā)掘出人們需要的東西，實(shí)現(xiàn)咨詢的有效利用。大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)不局限于科學(xué)研究，包括電子商務(wù)、智能管理、生物醫(yī)學(xué)、公共安全、污染治理等在內(nèi)的各行各業(yè)都已經(jīng)融入了大數(shù)據(jù)的痕跡。在電商領(lǐng)域，客戶的每一筆消費(fèi)，購(gòu)買的每一件商品都會(huì)留下相應(yīng)的記錄，企業(yè)運(yùn)用這些數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)算法進(jìn)行建模，然后根據(jù)個(gè)人消費(fèi)水平及喜好進(jìn)行精準(zhǔn)推薦，省去了顧客尋找商品花費(fèi)的大量時(shí)間。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，研究某些疾病時(shí)，可以通過(guò)基因?qū)用鎸ふ艺T發(fā)疾病產(chǎn)生的主效基因，對(duì)全基因組進(jìn)行掃描，由于數(shù)據(jù)量的龐大需要用到大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)比對(duì)基因，深度挖掘出主效基因。由此可見(jiàn)，面對(duì)土壤環(huán)境中海量的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)會(huì)為土壤環(huán)境治理帶來(lái)新思路。

二、大數(shù)據(jù)在土壤污染治理上的應(yīng)用前景

（一）提供土壤環(huán)境數(shù)字化共享服務(wù)

國(guó)務(wù)院印發(fā)的《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，就提出要加快完善國(guó)家基礎(chǔ)信息資源體系。2016年又通過(guò)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，再次提出要求提升土壤環(huán)境信息化管理水平，利用環(huán)境保護(hù)、國(guó)土資源、農(nóng)業(yè)等部門相關(guān)數(shù)據(jù)，建立土壤環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建全國(guó)土壤環(huán)境信息化管理平臺(tái)。土壤環(huán)境信息化必然要有兩個(gè)環(huán)節(jié)，首先是土壤環(huán)境采集信息數(shù)字化，運(yùn)用傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備拓寬信息的收集渠道，建立一個(gè)土壤質(zhì)量多源信息數(shù)據(jù)庫(kù)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新。在數(shù)字化的基礎(chǔ)上再提供共享服務(wù)，根據(jù)土壤環(huán)境多源數(shù)據(jù)庫(kù)的需要，搭建土壤數(shù)據(jù)云平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化處理，不同區(qū)域的土壤信息通過(guò)這個(gè)云平臺(tái)均可上傳并共享，長(zhǎng)期的土壤環(huán)境數(shù)據(jù)積累能夠?yàn)樯鐣?huì)提供優(yōu)良的數(shù)字化服務(wù)。

（二）建立土壤污染評(píng)價(jià)系統(tǒng)

2019年生態(tài)環(huán)境部最新發(fā)布的《中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示影響農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量的主要污染物是重金屬，其中鎘為首要污染物。土壤環(huán)境污染極大的威脅到農(nóng)產(chǎn)品安全，直接關(guān)乎到人們的生活。我國(guó)有色金屬礦區(qū)、大型污灌區(qū)以及東北、京津冀、珠三角和長(zhǎng)三角大型工業(yè)區(qū)都有重金屬污染帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)?shù)鼐用袼璧氖卟伺c糧食的質(zhì)量都難以得到保障，尤其是靠近工業(yè)區(qū)的農(nóng)地將有較高的重金屬含量?？梢酝ㄟ^(guò)建立土壤污染評(píng)價(jià)系統(tǒng)管控重金屬污染，為每一個(gè)地塊設(shè)置獨(dú)一無(wú)二的標(biāo)志碼，實(shí)施精準(zhǔn)管理，并且對(duì)重金屬超標(biāo)地塊進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠?yàn)楦哔|(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品提供平臺(tái)監(jiān)管，與農(nóng)產(chǎn)品溯源方法相結(jié)合，嚴(yán)防農(nóng)作物重金屬超標(biāo)的同時(shí)達(dá)到“事前干預(yù)，事后追究”的效果。結(jié)合土壤環(huán)境多源信息數(shù)據(jù)庫(kù)與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，重金屬超標(biāo)的問(wèn)題將能夠得到預(yù)測(cè)并為地方政府提供解決思路。

（三）加強(qiáng)土壤污染源協(xié)同治理

跨介質(zhì)環(huán)境污染是一種復(fù)雜的環(huán)境污染，在土壤污染中頻頻出現(xiàn)，因此就需要加強(qiáng)土壤污染源協(xié)同治理，從土壤污染源出發(fā)，突破分割式環(huán)境治理模式，開(kāi)發(fā)跨介質(zhì)、跨區(qū)域、跨系統(tǒng)土壤環(huán)境污染協(xié)同治理模式。國(guó)內(nèi)已經(jīng)推進(jìn)大氣、水、土壤等不同介質(zhì)污染問(wèn)題的協(xié)同創(chuàng)新工作，因此，應(yīng)在傳統(tǒng)環(huán)境管理的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)污染源、污染途徑和環(huán)境承載力等多元化數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，融合經(jīng)濟(jì)社會(huì)、基礎(chǔ)地理、氣象和水文等數(shù)據(jù)資源，建設(shè)基于空間地理信息系統(tǒng)的土壤環(huán)境大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，服務(wù)于區(qū)域性跨介質(zhì)協(xié)同治理。

三、結(jié)語(yǔ)

土壤污染數(shù)據(jù)具有多源、巨量、復(fù)雜的特點(diǎn)，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)是土壤污染治理的最優(yōu)解，研發(fā)土壤多源信息平臺(tái)，建立數(shù)字共享、質(zhì)量評(píng)價(jià)、污染治理等系統(tǒng)，為地區(qū)土壤污染治理提供數(shù)據(jù)與決策支撐。

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作者簡(jiǎn)介：曹鵬鵬（1999—），男，本科，研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)應(yīng)用。潘正高（1978—），漢族，教授，碩士，碩士生導(dǎo)師，宿州學(xué)院信息工程學(xué)院，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘，農(nóng)業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)。

基金項(xiàng)目：安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助（201910379039），安徽省教育廳高?？茖W(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2019A0668），農(nóng)業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心開(kāi)放課題項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：AE2019010），安徽省重點(diǎn)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：202004a06020045）。