土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法概述

李賀領(lǐng) 劉歡 王歡

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化的推進(jìn)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了卓越的成果，但是以犧牲環(huán)境換取發(fā)展的發(fā)展帶來(lái)了許多的問(wèn)題，重金屬污染就是其中之一，土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)主要由土壤重金屬地球化學(xué)評(píng)價(jià)及土壤養(yǎng)分地球化學(xué)評(píng)價(jià)共同構(gòu)成。重金屬是具有潛在危害的重要污染物，易在生物體內(nèi)富集，成為持久污染物，造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，甚至直接威脅食品安全和人體健康，本文梳理了有關(guān)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀，來(lái)源及評(píng)價(jià)手段。

關(guān)鍵詞：土壤;重金屬污染;評(píng)價(jià)方法

對(duì)土壤進(jìn)行重金屬污染評(píng)價(jià)已是一個(gè)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。從評(píng)價(jià)方法來(lái)看，目前重金屬污染評(píng)價(jià)的方法主要有單因子評(píng)價(jià)法、內(nèi)羅梅指數(shù)綜合評(píng)價(jià)、富集因子法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害法、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色聚類法、基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)和 GIS 的評(píng)價(jià)、健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法[1]。段續(xù)川等[2]運(yùn)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法對(duì)北京市密云區(qū)西南部農(nóng)業(yè)區(qū)土壤進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示研究區(qū)潛在生態(tài)危害指數(shù)較低;羅成科等[3]采用采用單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)對(duì)研究區(qū)域土壤重金屬污染程度進(jìn)行分析，并利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià);陶美霞等[4]采用單因子指數(shù)法結(jié)合內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)上饒市某銅礦廢棄地土壤重金屬污染狀況及人體健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cu 和 Cd 的污染最為嚴(yán)重，健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cr 對(duì)周圍居民所產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)不容忽視;Jafari，et al[5]采用地累計(jì)及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)伊朗伊朗杜盧德水泥廠附近土壤污染和重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;Ahmad，et al[6]采用富集因子和地累計(jì)指數(shù)法對(duì)印度比哈爾邦巴特那市城市土壤重金屬進(jìn)行了評(píng)估。

1 單項(xiàng)污染指數(shù)

（1）單因子污染指數(shù)

單因子污染指數(shù)（）是進(jìn)行污染評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)指標(biāo)，基于土壤環(huán)境背景值對(duì)污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算方法如公式（1）。

Pi= Ci/Si

其中Ci為各元素的測(cè)量濃度，Si為相應(yīng)元素的背景值

但這種方法只適用于單一重金屬污染的有限區(qū)域評(píng)價(jià)，也只能從單一的含量上給出參考，評(píng)價(jià)時(shí)所采用的標(biāo)準(zhǔn)由于我國(guó)尚無(wú)針對(duì)包括城市土壤在內(nèi)的適用于不同用途的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）地積累指數(shù)

地積累指數(shù)（MULL指數(shù)，）為對(duì)單因子污染指數(shù)的改進(jìn)，因其在表達(dá)式中加入了常數(shù)以表征白然條件造成的沉積特征、巖石地質(zhì)及其他未知影響。

2 綜合污染指數(shù)

（1）污染負(fù)荷指數(shù)

污染負(fù)荷指數(shù)（PLI）通過(guò)在表達(dá)式中融合多點(diǎn)位實(shí)測(cè)值可以很好地反應(yīng)不同污染元素的貢獻(xiàn)大小及時(shí)空變化情況，但沒(méi)能排除不同污染物來(lái)源所造成的影響[7]。

PLI可以用公式（2）（3）計(jì)算：

其中為土壤中i元素的濃度，為相應(yīng)的背景值。劃分為：非污染（PLI≦1）、輕度污染（1<PLI≦2）、中度污染（2<PLI≤3） 、重度污染（3

（2）內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（）在運(yùn)算時(shí)需結(jié)合單因子污染指數(shù)，兼顧其平均值和最大值，對(duì)全面包含了各種重金屬的不同貢獻(xiàn)大小，同時(shí)突出了高濃度重金屬污染物對(duì)土壤質(zhì)量的影響。該法能綜合、全面地表征重金屬污染程度。

3 多元統(tǒng)計(jì)分析方法

PMF是美國(guó)環(huán)保局推薦的源解析方法之一，是一種約束條件下的因子分析方法。在非負(fù)約束因子分析的基礎(chǔ)上，采用最小二乘法確定各因子的貢獻(xiàn)率。由于不需要確定源成分譜，該方法可以合理地處理缺失和不精確的數(shù)據(jù)。非負(fù)的、非正交的因素約束使各因素具有實(shí)際意義。PMF計(jì)算模型可采用如下公式：

其中X為濃度數(shù)據(jù)矩陣，G為源貢獻(xiàn)率矩陣，F(xiàn)為源成分譜矩陣，E為殘差矩陣。

其中是樣品i中元素j的不確定度。在PMF分析中需要輸入不確定的數(shù)據(jù)文件。當(dāng)重金屬濃度低于或等于相應(yīng)的方法檢測(cè)限（MDL）時(shí)，計(jì)算為：

結(jié)論

上述評(píng)價(jià)方法均以元素含量及背景值的選取為基礎(chǔ)，特別是背景值的選取存在不唯一性，選擇合理科學(xué)的背景值及評(píng)價(jià)方法是科學(xué)進(jìn)行土壤重金屬污染評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)。

[1] 宋恒飛，吳克寧，劉霈珈.2017.土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，45（15）：11-14

[2] 段續(xù)川，李蘋，黃勇等.2018.北京市密云區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬元素地球化學(xué)特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代地質(zhì)，32（01）：95-104.

[3] 羅成科，張佳瑜，肖國(guó)舉等.2018.寧東基地不同燃煤電廠周邊土壤5種重金屬元素污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，27（07）：1285-1291

[4] 陶美霞，胡虎，胡蘭文，等. 2018.上饒市某銅礦廢棄地土壤重金屬污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，27（06）：1153-1159.

[5] Jafari A，Ghaderpoori M，Kamarehi B，et al.2019 .Soil pollution evaluation and health risk assessment of heavy metals around Douroud cement factory，Iran[J]. Environmental Earth Sciences，78（8）

[6] Adimalla N，Qian H，Wang H. 2019.Assessment of heavy metal （HM） contamination in agricultural soil lands in northern Telangana，India：an approach of spatial distribution and multivariate statistical analysis[J]. Environmental Monitoring and Assessment，191（4）

[7] 銀燕春，王莉淋，肖鴻，等，2015.成都市區(qū)、城郊和農(nóng)村生活垃圾重金屬污染特性及來(lái)源[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，9（1）;392-400

作者簡(jiǎn)介：

李賀領(lǐng)（1995-），男，漢族，河南省商丘市人，碩士在讀，研究方向：地球化學(xué)