土壤監測與評價方法的研究進展
環科101
令沛鑫2010013234
[摘要]：土地是一種不可再生的有限資源, 更是人類賴以生存和發展的物質墓礎，土壤是維繫陸地生態系統食物鏈的乙個重要環節。土壤***壞，直接影響植物產品的質量與數量，進而通過食物鏈影響人們的生活與人體的健康。
因此，土壤環境質量評價具有十分重要的意義。目前，土壤環境質量評價方法很多，目前土壤環境質量評價的方法很多。常見的土壤環境質量評價方法有單因子指數法、模糊綜合評價法、灰色聚類法和綜合指數法等。
單因子指數法只能識別單個汙染物的汙染狀況，不能反映綜合環境質量。模糊綜合評價法和灰色聚類法考慮了土壤環境質量的模糊性和綜合性。 但對同一土壤採用不同的方法進行評價，往往得出不同的結果。
鑑於此，對幾種常用的土壤環境質量評價方法的特點作了分析和**，指出了各種方法的適用範圍極其優缺點。
關健詞：土壤環境質量土壤監測與評價評價方法討論與進展
正文：近30 年來，隨著經濟和城市化的快速發展,大量城市和工業汙染物向農村和農業環境轉移，加上化肥、農藥的不合理施用，使得土壤環境汙染物種類和數量、發生的地域和規模、危害特點等都發生了很大變化[1]。
土壤不僅是一種有限的資源, 作為地理環境的組成部分,也對人類生存和發展乃至地球上眾多生命形態的生存繁衍有著重要的作用[2] 。所謂土壤環境, 就是地球生態系統中能夠生長植物、具有一定環境容量及動態環境過程地表疏鬆層連續體構成的環境。土壤環境與地球表層環境以及生物健康和人類健康均有重大關係[3，4] 。
因此, 科學評價土壤環境具有重大意義, 它不僅關係到我國的可持續發展戰略, 而且還可以為土地、環境等部門提供合理保護與利用土壤資源的依據[5] 。
隨著環境影響評價工作的不斷深入, 尤其是在生態型開發建設專案的環境影響評價工作中, 土壤環境質量評價工作顯得更為重要。但由於土壤環境質量評價工作不象大氣水環境質量評價那樣有國家標準作為依據, 土壤環境質量評價缺乏評價標準, 這給評價工作帶來不少麻煩。因此, 過去在土壤環境質量評價中採用不同的方法進行評價。
欲進行土壤質量評價, 首先要劃分汙染級別和選取各級別的評價標準。土壤汙染級別劃分為五級, 即清潔土壤( 第一級) 、尚清潔土壤( 第二級) 、起始汙染土壤( 第**) 、顯著汙染土壤( 第四級) 和嚴重汙染土壤( 第五級) 。評價標準選取的原則是:
一、二、**的界限參照當地土壤背景值資料確定,
四、1.評價標準與方法
1.1評價標準
土壤環境質量評價採用《土壤環境質量標準》（gb15618—1995）二級標準[5]和環保部《全國土壤汙染狀況評價技術規定》（環發〔2008〕39 號）中的評價標準。
1.2土壤質量評價方法：
土壤質量的評價應針對特定的土地功能和土地利用型別來進行。土壤質量評價指標是土壤質量評價的具體形式, 包括物理學指標化學指標和生物學指標三個方面, 它們的不同組合可以反映出土壤維持和促進植物生長、抵抗侵蝕、促進人體和動植物健康和維持土壤生態系統穩定的功能。土壤質最評價與監測是評價土壤退化的重要工作, 也是設計和評價土壤持續利用及土壤管理系統的乙個基礎。
目前缺乏統一的評價指標以及將各項土壤性質與土壤管理措施結合起來的評價方法。國際上比較常用的評價方法有以下幾種:
1.2.1多變數指標克立格法(mvik )
這種方法可以將多個土壤質量指標整合成乙個綜合的土壤質量指數, 這一過程稱為多變數指標轉換(mvit , multinle variable indicator trasform ), 是根據特定的標準將測定值轉換為土壤質量指數。該法優於土壤質量評分法, 它可以把管理措施、經濟和環境限制因子引人分析過程, 其評價範圍可以從農場到地區水平。通過單項指標的評價, 該法還能確定影響土壤質量的最關鍵因子。
該方法的優點是可以把管理措施、經濟和環境限制因子引入分析過程，其評價範圍可從農場到地區水平，評價的空間尺度彈性大。[6]
1.2 .2土壤質量動力學方法
該法是在全過程測定土壤質量的指標, 確定乙個管理系統的實際行為, 並據此評估其可持續性。首先確定乙個管理系統期望產出; 評價系統的設計, 確定其是否能生產期望的產出; 確定土壤質量的重要引數並建立其質量標準; 建立評價乙個管理系統的初始狀況; 評價系統的產出, 確定它是源於系統設計, 還是源於系統的執行過程, 或者是兩者的總和; 穩定失控的系統過程; 借助於合適的試驗設計技術, 改善乙個穩定管理系統的持續性。該法適用於描述土壤系統的動態性，特別適合於土壤可持續管理。
[7]1.2.3 土壤質量綜合評分法
do ra n 和prakin將土壤質量評價細化為食物與纖維的生產量、土壤侵蝕量、地下水質量、地表水質量、法運算計算出土壤質量的大小, 每個元素的權重由地理、社會和經濟因素所決定。該方法可以大氣質量和食物質量等6 個特定的土壤質量元素的評價。通過建立各個元索的評價標準, 利用簡單乘法運算計算出土壤質量的大小, 每個元素的權重由地理、社會和經濟因素所決定。
該方法可以針對不同的土壤型別、土地利用型別和土地管理實踐, 在不同的研究區域選擇不同的土壤指針對不同的土壤功能進行質量評價。[8]
1.2.4 土壤相對質量評價法
通過引人相對土壤質量指數來評價土壤質量的變化, 首先假設研究區有一種理想土壤, 其各項評價指標均能完全滿足植物生長需要, 以這種土壤的質量指數為標準, 其它土壤的質量指數於之相比,得出土壤的相對質量指數(r sqi), 從而定量的表示所評價土壤的質量與理想土壤質量之間的差距。它評價的是土壤的相對質量, 而且可以根據不同地區的不同土壤建立理想土壤, 選擇代表性的土壤質量評價指標做出量化的評價結果。。該方法方便、合理，可以根據研究區域的不同土壤選定不同的理想土壤，針對性強，評價結果較符合實際。
以上土壤質量評價方法各有優點，實際工作中可以根據評價區域的時間和空間尺度、評價的土壤型別、評價的目的等，選擇適宜的評價方法。[9]
2.評價方法
2.1採用單因子汙染指數法和綜合因子汙染指數法進行評價。
單因子汙染指數= 汙染物實測值/ 汙染物評價標準[10]
在我國土壤重金屬汙染環境質量評價中，主要採用公式（1）進行單因子汙染指數評價。
pi=ci/si （1）
式中：pi 為第i 個單因子汙染指數，ci 為第i 個汙染物的實測值，si 為第i 個汙染物的評價標準。這是目前環境各要素評價中應用較廣泛的一種指數，這種方法的優點是以土壤環境質量標準作為基礎，目標明確。
一般認為，作為無量綱指數，具有可比較的等價特性。但也有人研究認為，（1）式並非完全等價，還有進一步修正的必要。因為（1）式中的ci 和si 都包含兩部分，一部分是土壤的背景含量，它是相對穩定的；另一部分是汙染的量，它是指數所要表明的部分。
指數等價的概念主要是體現在自然的歷史發展過
程中與人體之間相互矛盾統一的背景含量。但ci/si 之比不僅意味著第二部分，即汙染量與si 中相當於汙染量之比，而且也包括著ci 中的汙染量與si 中的背景量之比，這從概念上就否定了指數等價的意義。此外，由於土壤中各汙染物的背景含量差異甚大，不同的數值包含土壤質量標準時，它們所佔的份額就十分不同。
有學者針對這種情況對（1）式進行了修正，提出公式（2）
pi=（ci- bi ） /（si- bi ） （2）
式中：bi 為土壤汙染物的背景值，其它同（1）式。但是由於全國各地的土壤背景值不同，因此（2）式未能得到推廣和廣泛應用。
單因子指數法僅僅針對土壤中重金屬單元素進行評價，不能反映土壤汙染的綜合狀況。
綜合因子汙染指數= [ 平均單因子汙染指數2+ 最大單因子汙染指數2 )] ( 1/ 2)
2.2 綜合指數評價法
綜合指數評價法是目前進行土壤環境汙染評價的主要方法。。這種方法通過環境質量指數的無量綱化後，各環境因子對汙染貢獻有多大，都可以用數反應出來。綜合指數法具有易懂、易學、易算和易操作等特殊優點，仍被廣大科技工作者採用。
國內外目前運用到土壤環境質量評價中的綜合指數法已有20 餘種。常用的環境質量綜合指數法包括簡單疊加法、算術平均法、加權平均法、均方根法、平方和的平方根法、最大值法等[10]
汙染樣本超標率(%) = ( 超標樣本數/ 監測樣本總數) *100
汙染累積指數= 汙染物實測值/ 汙染物背景值
汙染物分擔率(%) = ( 某項汙染指數/ 各項汙染指數之和) * 100
2.3模糊數學評價法
模糊數學方法可以通過隸屬度描述土壤重金屬汙染狀況的漸變性和模糊性，使評價結果更加準確可靠，目前已經應用於土壤重金屬汙染綜合評價。此法是利用土壤質量分級差異中間過渡的模糊性，將土壤汙染問題按照不同分級標準，通過建立隸屬函式區間[0，1]內連續取值來進行評價的方法。[11]
2.4層次分析法
土壤環境分析與評價實際上是乙個多因素綜合決策過程，因而將ahp 應用於土壤質量評價不但可行，而且具有簡單、有效、實用的特點。[12]
2.5灰色聚類法
把控制論的觀點和方法延伸到社會、經濟、生態等抽象系統，把自動控制科學和運籌學的數學方法灰色聚類。[13]
2.6人工神經網路法
人工神經網路（artificial neural network，ann）是一類模擬生物體神經系統結構的新型資訊處理系統。從本質上說，它是一種黑箱建模工具，它能夠通過「學習」來**真實系統中的輸入和輸出之間的定量關係；為解決非線性、不確定性和不確知系統的問題開闢了一條嶄新的途徑。ann 具有自適應性、自學習性、容錯性和聯想記憶能力等特點，而且操作簡單、具有真正多輸人多輸出系統的特點。
目前，ann 應用領域及其廣泛，特別適合於模式識別和複雜的非線性函式關係擬合等。，如果接近，則其就被視為符合該分級標準的土壤環境質量，因此，土壤環境質量評價屬於模式識別問題，用人工神經網路評價是完全可行的。[14]
2.7物元可拓集法
進行土壤環境質量評價研究，由於各單項土壤指標的評判結果往往是不相容的，直接利用土壤環境質量評價標準，難以作出確切的評價。[15]
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