基于多評價因子的土壤重金屬污染生態(tài)環(huán)境評價方法研究

關(guān)鍵詞：土壤重金屬污染；生態(tài)環(huán)境；評價方法；多評價因子

中圖分類號：X826 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

土壤重金屬污染嚴(yán)重威脅人類的身體健康，在解決問題過程中，生態(tài)環(huán)境評價起到重要作用。該方法能夠確定土壤重金屬污染的等級，對于保持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定有著極為重要的意義。然而，傳統(tǒng)的方法雖然得出的結(jié)果準(zhǔn)確，但是需要耗費大量的人力和物力，特別是在大范圍測定時，傳統(tǒng)的方法將會很難完成。因此，在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，研究學(xué)者提出了新的想法。文獻(xiàn)[3]提出土壤重金屬的生態(tài)環(huán)境評價方法，利用遙感技術(shù)掃描土壤，測定重金屬含量，再對周圍環(huán)境進行重金屬含量的測量，再將測量的重金屬含量作為生態(tài)環(huán)境評價因子，評價當(dāng)前的土壤環(huán)境。文獻(xiàn)[4]也提出土壤重金屬生態(tài)環(huán)境評價方法，利用光譜曲線，測定土壤重金屬吸附的有機化合物，并分析其光譜特征，構(gòu)建環(huán)境評價模型，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境評價。但是該方法評價結(jié)果具有片面性。文獻(xiàn)[5]提出的土壤重金屬生態(tài)環(huán)境評價方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對土壤中多種重金屬含量進行建模處理，并利用模型中的各項參數(shù)對生態(tài)環(huán)境評價，從而完成對土壤重金屬生態(tài)污染的環(huán)境評價。但是該方法適用性不高，評價精度低。文章研究了新的基于多評價因子的土壤重金屬的生態(tài)環(huán)境評價方法，為后續(xù)的污染治理提供真實可靠的理論基礎(chǔ)。

1土壤重金屬污染的生態(tài)環(huán)境評價方法設(shè)計

1.1土壤樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理

為保證文章設(shè)計方法的準(zhǔn)確性，在采集土壤樣本后，需要將采集到的樣本土壤先進行清理，將其中的砂石、雜草、植物根莖等雜質(zhì)清理干凈，記錄樣本采集時的環(huán)境信息，利用波譜儀進行土壤數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，為保證采集到的光譜數(shù)據(jù)的精確性，需要預(yù)處理土壤數(shù)據(jù)?？紤]到文章的數(shù)據(jù)采集使用了波譜儀，因此，樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要從兩個方面出發(fā)，一是數(shù)據(jù)的平滑處理，二是數(shù)據(jù)的光譜變換。在使用波譜儀時，由于儀器會對外界環(huán)境造成一定的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的采集結(jié)果受到噪聲的干擾，從而導(dǎo)致生成的光譜曲線呈現(xiàn)鋸齒狀。因此，對采集后的光譜數(shù)據(jù)進行平滑處理，提高土壤數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。具體處理過程見圖1。

如圖1所示，在進行平滑處理前，數(shù)據(jù)的波動性較大，難以提取有效數(shù)據(jù)，而進行平滑處理后，數(shù)據(jù)的波動性較小，數(shù)據(jù)的提取更加容易。在平滑處理數(shù)據(jù)后，需要光譜變化處理采集的土壤數(shù)據(jù)。利用波譜儀對土壤成分進行測定，由于土壤中重金屬污染元素的含量并不多，在生成的光譜曲線中，很難看出明顯的變化，因此，對其進行光譜變換，將重金屬污染元素的光譜特征信息進行放大，并對其進行歸一化處理，增強數(shù)據(jù)的可靠性。在文章中，使用光譜變換方法有兩種，分別為微分變換法和去包絡(luò)線法。其中，微分變換法的計算過程如式（1）所示：

2實驗測試

2.1實驗準(zhǔn)備

為驗證文章設(shè)計的基于多評價因子的土壤重金屬污染的生態(tài)環(huán)境評價方法，進行了實驗測試。在此次實驗中，選取某城市作為實驗對象，利用文章設(shè)計的方法進行生態(tài)環(huán)境的評價。此次實驗選用的某城市位于亞熱帶和熱帶的過度區(qū)域，夏天炎熱、冬季寒冷，季節(jié)分明，一年四季日照充足，年平均溫度為18.3℃，地勢高低不平，年降水量達(dá)到了1800 mm，該地區(qū)的生產(chǎn)主要以糧食作物為主。在此次實驗中，從該地區(qū)選取18個土壤樣本，樣本的平面布置情況見圖2。

如圖2所示，在上述所示的土壤平面布置環(huán)境中，對某城市的土壤利用SR - 2500便攜式波譜儀進行測定，此次測定選取了18個采樣點，分別采用單因子評價和綜合評價方法進行相應(yīng)的實驗測試。其中單因子評價：對每個評價因子進行單獨評價，根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)判斷土壤重金屬污染程度。綜合評價：采用加權(quán)綜合評價法，將各評價因子的評價值進行加權(quán)求和，得到綜合評價結(jié)果。根據(jù)綜合評價結(jié)果，將土壤重金屬污染程度劃分為不同等級。具體步驟如下：

步驟一：采集土壤樣品，記錄采樣點信息。

步驟二：對土壤樣品進行預(yù)處理，研磨成粉末狀，過篩備用。

步驟三：制備消解試劑，將土壤樣品進行消解處理。

步驟四：使用現(xiàn)代分析技術(shù)測定土壤中重金屬元素的含量。

步驟五：選取合適的評價因子，設(shè)置權(quán)重。

步驟六：進行單因子評價和綜合評價，判斷土壤重金屬污染程度。

具體采樣結(jié)果見表2。

如表2所示，在上述數(shù)據(jù)的支持下，進行實驗測試。在此次實驗中，為保證實驗結(jié)果的可靠性，設(shè)置了對比實驗。其中，文章設(shè)計的土壤重金屬的生態(tài)環(huán)境評價方法為方法1，文獻(xiàn)[3]中的生態(tài)環(huán)境評價方法為方法2，文獻(xiàn)[4]中的生態(tài)環(huán)境評價方法為方法3。以評價精度為實驗指標(biāo)，公式為式（6）：

式（6）中，R表示評價模型的評價結(jié)果，R₀表示土壤重金屬實際污染結(jié)果。通過上述指標(biāo)公式，計算評價精度，從而分析不同方法的評價效果。

2.2實驗結(jié)果與討論

基于表3數(shù)據(jù)，分析多評價因子的單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)、地積累指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，結(jié)果見表3。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可知，18個測定點的污染指數(shù)均超過了0.40，說明這18個測定點的土壤均存在一定程度的重金屬污染，其中，D11測定點的污染指數(shù)達(dá)到了0.66，該區(qū)域土壤屬于中度污染，D18測定點的污染指數(shù)達(dá)到了0.91，該區(qū)域土壤屬于重度污染，其他測定點的污染指數(shù)在0.40到0.60之間，這些區(qū)域的土壤屬于輕度污染。

為了進一步驗證文章方法的精度，以評價精度為測試指標(biāo)，對比三種方法的評估精度效果。在此次實驗中，結(jié)合式（6），完成對評價方法精度的計算。具體評價結(jié)果見圖3。

如圖3所示，可以看出，方法1的評價精度平均值為0.91，方法2的評價精度平均值為0.74，方法3的評價精度平均值為0.28，由此可見，方法1的評價精度最高。因此，文章設(shè)計的土壤重金屬污染的生態(tài)環(huán)境評價方法在實際應(yīng)用中有著較高的評價精度，評價效果更好。

3結(jié)束語

為了提高土壤重金屬污染的生態(tài)環(huán)境評價效果，即提高評價精度，文章設(shè)計了一種新的基于多評價因子的土壤重金屬污染的生態(tài)環(huán)境評價方法。該評價方法利用波譜儀采集土壤相關(guān)數(shù)據(jù)，并對采集的波譜數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，提高了土壤相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。將采集到的數(shù)據(jù)作為理論依據(jù)，劃分生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)，并結(jié)合不同的多個評價因子單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)、地積累指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境評價模型，實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的評價。同時，為了驗證設(shè)計方法的有效性，設(shè)計了對比分析實驗，在實驗中，應(yīng)用設(shè)計分析出D11測定點的污染指數(shù)達(dá)到了0.66，該區(qū)域土壤屬于中度污染，D18測定點的污染指數(shù)達(dá)到了0.91，該區(qū)域土壤屬于重度污染，其他測定點土壤屬于輕度污染，并且該評價精度達(dá)到了0.91，高于對比方法，實驗結(jié)果說明該方法能夠更加準(zhǔn)確地反映當(dāng)前區(qū)域的土壤重金屬污染情況，可以為土壤重金屬污染區(qū)域的后續(xù)修復(fù)和治理提供參考依據(jù)。