邱孟龍，王 琦，劉黎明，剛 毅

(1.陜西師范大學(xué)西北國土資源研究中心，陜西 西安 710062；2.陜西師范大學(xué)西北城鎮(zhèn)化與國土環(huán)境空間模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710062；3.廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所廣東省農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193)

優(yōu)化賦權(quán)模糊綜合評價法對耕地土壤重金屬污染的風(fēng)險評價

邱孟龍1,2，王 琦3，劉黎明4①，剛 毅1,2

(1.陜西師范大學(xué)西北國土資源研究中心，陜西 西安 710062；2.陜西師范大學(xué)西北城鎮(zhèn)化與國土環(huán)境空間模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710062；3.廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所廣東省農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193)

為了對工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)耕地土壤重金屬污染風(fēng)險進(jìn)行科學(xué)評價，在綜合考慮風(fēng)險模糊性及其概念的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了優(yōu)化賦權(quán)模糊綜合評價法對耕地土壤重金屬污染的風(fēng)險評價模型，并進(jìn)行風(fēng)險影響因素分析。以珠江三角洲為例進(jìn)行實(shí)證研究，結(jié)果表明，廣州市、東莞市、中山市和江門市最大隸屬度原則低效，其風(fēng)險等級值分別為2.8、2.5、2.4和2.4；深圳市、珠海市、佛山市和惠州市最大隸屬度原則有效，最大隸屬度分別為0.50(3級)、0.47(2級)、0.46(3級)和0.63(2級)。說明受到人為干擾相對較強(qiáng)的廣州市、深圳市、佛山市和東莞市的風(fēng)險較高，達(dá)到3級(中險)水平，而干擾相對較輕的珠海市、惠州市、中山市和江門市均處于2級(輕險)水平。影響因素分析表明，不同行政區(qū)內(nèi)的主導(dǎo)風(fēng)險因素不同。研究結(jié)果可為風(fēng)險管理策略及其優(yōu)先管理順序的確定提供科學(xué)依據(jù)。

土壤污染；重金屬；風(fēng)險評價；模糊綜合評價；群決策層次分析法；熵權(quán)法；珠江三角洲

耕地土壤重金屬污染不僅會影響土壤微生物活動和農(nóng)作物生長,而且會通過食物鏈的富集作用對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中,工業(yè)“三廢”、汽車尾氣以及生活廢棄物等排放所產(chǎn)生的重金屬污染物急劇增加,導(dǎo)致耕地土壤面臨嚴(yán)重的重金屬污染風(fēng)險[1]?？茖W(xué)評價耕地土壤重金屬污染風(fēng)險是進(jìn)行風(fēng)險空間分析及其影響因素分析的基礎(chǔ),可以為制定合理的風(fēng)險管理策略提供理論依據(jù)。

目前,關(guān)于土壤重金屬的風(fēng)險評價研究主要包括生態(tài)風(fēng)險評價和人體健康風(fēng)險評價2類。生態(tài)風(fēng)險主要采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行評價,如鄭玲芳[2]、賈琳等[3]、陳濤等[4]利用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法分別對河流沉積物、典型農(nóng)區(qū)農(nóng)田土壤以及污灌區(qū)農(nóng)田土壤的重金屬生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價;WANG等[5]進(jìn)一步將Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法與土壤重金屬有效性相結(jié)合,對北京市土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價。人體健康風(fēng)險主要采用美國環(huán)境保護(hù)署提出的人體健康劑量-效應(yīng)模型進(jìn)行評價,如朱朝云等[6]、劉曉宇等[7]分別采用劑量-效應(yīng)模型對土壤重金屬造成的人體健康致癌風(fēng)險和非致癌風(fēng)險進(jìn)行評價;ZHAO等[8]采用劑量-效應(yīng)模型,同時整合空間格局、作物吸收以及土地利用等因素,對大寶山礦區(qū)人體健康風(fēng)險及其影響因素進(jìn)行分析?？v觀前人研究可以發(fā)現(xiàn),他們大多是對土壤中重金屬所產(chǎn)生的風(fēng)險進(jìn)行評價,很少有研究對土壤受到重金屬污染的風(fēng)險進(jìn)行評價。

風(fēng)險具有模糊性、灰色性和不確定性等特點(diǎn)[9]。模糊綜合評價法可以運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論將定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價,能夠較好地解決模糊的、不確定性的問題,適用于處理各種難以用精確數(shù)學(xué)方法描述的復(fù)雜系統(tǒng)問題[10]。該方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境污染風(fēng)險[11]、銀行信用風(fēng)險[12]以及耕地非農(nóng)化風(fēng)險[13]等各類風(fēng)險評價過程中。因此,該研究在模糊綜合評價法的基礎(chǔ)上對耕地土壤重金屬污染風(fēng)險進(jìn)行評價。傳統(tǒng)模糊綜合評價模型中指標(biāo)權(quán)重的確定大都采用層次分析法(AHP),僅反映了評價專家的主觀判斷,未能考慮評價指標(biāo)的客觀情況。為了克服這一不足,利用熵權(quán)法對群決策AHP得到的權(quán)重值進(jìn)行修正,使權(quán)重值兼顧評價指標(biāo)的主觀性與客觀性,構(gòu)建了優(yōu)化賦權(quán)的耕地土壤重金屬污染風(fēng)險模糊綜合評價模型。同時,以珠江三角洲工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)為例,對耕地土壤重金屬污染風(fēng)險進(jìn)行評價,并在此基礎(chǔ)上對該區(qū)域耕地土壤重金屬污染風(fēng)險空間分布情況以及風(fēng)險影響因素進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

以珠江三角洲地區(qū)主要工業(yè)發(fā)達(dá)城市為研究區(qū),包括廣州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、東莞市、中山市和江門市共8個地級市。該區(qū)是中國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、增長速度最快的地區(qū)之一。但工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展也產(chǎn)生了大量工業(yè)廢物和生活垃圾,導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題。其中,耕地土壤重金屬含量超標(biāo)現(xiàn)象普遍,Cd、Zn和Cu超標(biāo)率分別達(dá)40.1%、19.8%和8.1%[14],嚴(yán)重威脅耕地環(huán)境質(zhì)量安全。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

根據(jù)耕地分布狀況和隨機(jī)取樣原則,在珠江三角洲地區(qū)總共采集1 404個耕地土壤樣品,每個采樣點(diǎn)在10 m×10 m范圍內(nèi)取5個點(diǎn),混合后通過四分法取樣,利用GPS確定采樣點(diǎn)位置,其空間分布見圖1。

土壤樣品風(fēng)干后剔除雜物,過0.15 mm孔徑尼龍篩備用。采用HNO3-HF-HClO4對制備的土壤樣品進(jìn)行消解,測定重金屬含量。其中,Hg和As含量采用原子熒光分光光度法測定,Cd、Cr、Pb、Cu、Zn和Ni含量采用火焰原子吸收分光光度法測定。為保證分析精度,采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-1進(jìn)行質(zhì)量控制,回收率為92.4%～105.3%,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可用值與測定值對比情況見表1。分析過程中采用的試劑均為優(yōu)級純。

圖1 珠江三角洲地區(qū)耕地與土壤采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of farmland and soil sampling sites in Pearl River Delta

表1國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-1標(biāo)準(zhǔn)可用值與平均測定值對比
Table1Referencetableofusefulvaluesofthenationalstandardmaterial(GSS-1)andmeanmeasuredvalues

項目w/(mg·kg-1)汞鎘鉻鉛砷銅鋅鎳標(biāo)準(zhǔn)可用值0 032±0 0044 3±0 462±498±634±421±2680±2520 4±1 8平均測定值0 031±0 0034 5±0 559±4100±831±522±3696±3219 8±2 0

按照《土壤理化分析》[15]中提供的方法分別測定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)(OM)含量和土壤質(zhì)地(ST)。土壤質(zhì)地按照卡慶斯基制進(jìn)行分類后,按照由砂性到黏性的順序依次賦值為1～9,對土壤質(zhì)地進(jìn)行數(shù)值化處理。土壤重金屬累積速率數(shù)據(jù)主要來源于周永章等[16]。

1.3 耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價模型的建立

1.3.1評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)科學(xué)性、全面性、代表性和可操作性原則,建立耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價指標(biāo)體系(表2)。

表2耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價指標(biāo)體系與權(quán)重
Table2Riskassessmentindexsystemandweightsforriskassessmentofheavymetalpollutionoffarmlandsoil

目標(biāo)層準(zhǔn)則層指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重指標(biāo)主觀權(quán)重客觀權(quán)重綜合權(quán)重總權(quán)重耕地土壤重金屬趨勢性0 3275Hg累積速率0 40820 11710 43430 1422污染風(fēng)險 Cd累積速率0 30610 08900 24760 0811Cr累積速率0 02040 09000 01670 0055Pb累積速率0 05100 20160 09350 0306As累積速率0 10200 08020 07430 0243Cu累積速率0 05100 14310 06640 0217Zn累積速率0 01020 16760 01550 0051Ni累積速率0 05100 11140 05170 0169脆弱性0 2599pH值0 16920 33310 16910 0439有機(jī)質(zhì)0 38740 33370 38780 1008土壤質(zhì)地0 44340 33320 44320 1152危害性0 4126潛在生態(tài)危害指數(shù)1 00001 00001 00000 4126

該體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3級。目標(biāo)層指所構(gòu)建指標(biāo)體系的評價對象,即耕地土壤重金屬污染風(fēng)險?！帮L(fēng)險”的定義為危害事件發(fā)生的可能性(概率)及其發(fā)生后所造成不利后果的嚴(yán)重程度[17-18]。耕地土壤重金屬污染發(fā)生的概率受到重金屬累積趨勢性和土壤脆弱性的影響,污染造成不利后果的嚴(yán)重程度用重金屬污染危害性進(jìn)行量度。因此,準(zhǔn)則層包括趨勢性、脆弱性和危害性,共3個二級指標(biāo)。

趨勢性可以通過區(qū)域土壤重金屬的累積速率來評價。累積速率越大,重金屬的累積趨勢越明顯,污染風(fēng)險越高;反之,累積趨勢越弱,污染風(fēng)險越低。土壤重金屬累積速率主要通過輸入-輸出因素通量模型[16]估算。區(qū)域尺度上,普遍性的耕地土壤重金屬輸入途徑有大氣干濕沉降、化肥農(nóng)藥施用、灌溉和種子帶入,輸出途徑有作物收獲、徑流、淋溶和揮發(fā)。該研究主要分析美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)列出的8種優(yōu)先考慮的有毒重金屬元素,即Hg、Cd、Cr、Pb、As、Cu、Zn和Ni。因此,將這8種元素的累積速率作為趨勢性評價的指標(biāo)層指標(biāo)。

脆弱性指在不產(chǎn)生危害性后果的前提下土壤對重金屬元素的容納能力,它反映了土壤對重金屬污染抵抗能力的大小,與土壤自身性狀密切相關(guān)。研究表明,土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量和黏粒百分比的增大會增加土壤對重金屬的吸附能力[19-21]。這會導(dǎo)致土壤重金屬活性降低,從而增大土壤對重金屬的容納能力,降低土壤污染風(fēng)險。因此,將土壤pH值、OM含量和ST作為脆弱性評價的指標(biāo)層指標(biāo)。珠江三角洲各地級市土壤pH值、OM含量和ST取值通過其轄區(qū)內(nèi)土壤樣點(diǎn)測定值的算數(shù)平均值獲得。

土壤重金屬污染具有持久性,能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。重金屬元素會通過各種途徑在環(huán)境中遷移循環(huán),對土壤生物、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅[22]。瑞典科學(xué)家Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法是目前應(yīng)用最廣泛的定量評價重金屬污染危害程度的方法之一,其具體計算方法見姜菲菲等[23]的研究。該方法反映了土壤重金屬的累積狀況,同時通過引入毒性系數(shù)計算重金屬對生態(tài)系統(tǒng)的綜合危害程度。因此,將潛在生態(tài)危害指數(shù)(IR)作為危害性評價的指標(biāo)層指標(biāo)。該研究以廣東省土壤重金屬含量背景值[24](Hg、Cd、Cr、Pb、As、Cu、Zn和Ni含量分別為0.085、0.090、56.53、35.87、13.52、17.65、49.71和17.80 mg·kg-1)為評價標(biāo)準(zhǔn),各地級市的IR根據(jù)其轄區(qū)內(nèi)土壤樣點(diǎn)IR的算數(shù)平均值確定。

1.3.2指標(biāo)權(quán)重的確定與結(jié)果計算

采用優(yōu)化賦權(quán)模糊綜合評價法對耕地土壤重金屬污染風(fēng)險進(jìn)行評價。模糊綜合評價法是一種以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的綜合評價方法。該方法在綜合考慮多種影響因素的前提下,構(gòu)建評價指標(biāo)體系和評價等級標(biāo)準(zhǔn)集,然后運(yùn)用模糊變換原理確定各因素與不同評價等級的隸屬度關(guān)系,建立模糊綜合評判矩陣,最后結(jié)合各影響因素權(quán)重值進(jìn)行模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算,根據(jù)最大隸屬度原則確定評價對象的綜合評價結(jié)果。優(yōu)化賦權(quán)的模糊綜合評價法以模糊綜合評價理論為基礎(chǔ),在確定指標(biāo)權(quán)重時采用群決策AHP確定各指標(biāo)的主觀權(quán)重[25],同時采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)的客觀權(quán)重[26],然后通過歸一化公式得到各指標(biāo)的綜合權(quán)重,各指標(biāo)的權(quán)重值見表2。此外,優(yōu)化賦權(quán)的模糊綜合評價法還對確定評價結(jié)果的最大隸屬度原則進(jìn)行了有效性驗(yàn)證[27],當(dāng)最大隸屬度原則低效時改用加權(quán)平均隸屬度法確定評價結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 風(fēng)險評價結(jié)果分析

珠江三角洲地區(qū)耕地土壤重金屬污染風(fēng)險和準(zhǔn)則層各指標(biāo)風(fēng)險的評價結(jié)果見圖2。

圖2 珠江三角洲地區(qū)耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價結(jié)果Fig.2 Risk assessment of soil heavy metal pollution of farmlands in Pearl River Delta

研究區(qū)污染風(fēng)險值為3,達(dá)到“中險”水平,說明耕地土壤存在一定程度的被污染風(fēng)險,需引起足夠重視,采取適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險管理措施,防止污染風(fēng)險進(jìn)一步增大。趨勢性風(fēng)險值為1,處于“無險”水平,這主要是由于近年來政府采取了更加嚴(yán)格的污染排放控制標(biāo)準(zhǔn),同時不斷引導(dǎo)、促進(jìn)污染企業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型,降低了重金屬污染物在土壤中的累積速率。脆弱性風(fēng)險值為2,處于“輕險”水平,說明研究區(qū)耕地土壤性狀較好,具有較強(qiáng)的重金屬污染容納能力。危害性風(fēng)險值為3,達(dá)到“中險”水平,這主要是由于在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展初期,環(huán)境問題未引起足夠重視,大量工農(nóng)業(yè)廢棄物的排放導(dǎo)致土壤重金屬含量超標(biāo)嚴(yán)重。

由表2可知,準(zhǔn)則層指標(biāo)中危害性權(quán)重值最大(0.412 6),其次為趨勢性權(quán)重值(0.327 5),脆弱性權(quán)重值最小(0.259 9)。綜合各指標(biāo)風(fēng)險評價結(jié)果可知,準(zhǔn)則層3個指標(biāo)對污染風(fēng)險的貢獻(xiàn)率依次為危害性gt;脆弱性gt;趨勢性。因此,在土壤重金屬污染風(fēng)險管理過程中,要重點(diǎn)控制危害性風(fēng)險和脆弱性風(fēng)險,即要同時加強(qiáng)污染土壤的修復(fù)和土壤理化性狀的改良。

2.2 風(fēng)險等級空間分布

珠江三角洲不同行政區(qū)重金屬污染風(fēng)險各不相同(表3)。由表3可知,珠江三角洲8個地市中廣州市、東莞市、中山市和江門市最大隸屬度原則有效性指數(shù)alt;0.5,最大隸屬度原則低效,采用加權(quán)平均隸屬度法計算其風(fēng)險等級,其風(fēng)險等級值分別為2.8、2.5、2.4和2.4,根據(jù)四舍五入原則,其修正后的風(fēng)險等級分別為3級(中險)、3級(中險)、2級(輕險)和2級(輕險);深圳市、珠海市、佛山市和惠州市的最大隸屬度原則有效性指數(shù)agt;0.5,最大隸屬度原則有效,其最大隸屬度分別為0.50(3級)、0.47(2級)、0.46(3級)和0.63(2級)。

表3珠江三角洲不同行政轄區(qū)土壤重金屬污染風(fēng)險等級評價結(jié)果
Table3PollutionriskassessmentandgradingofsoilheavymetalsoftheadministrativeregionsinPearlRiverDelta

行政區(qū)污染風(fēng)險等級隸屬度1級(無險)2級(輕險)3級(中險)4級(重險)5級(特險)風(fēng)險等級aH修正后風(fēng)險等級廣州市0 190 210 340 160 103級0 42 83級深圳市0 220 190 500 000 093級0 9—3級珠海市0 240 470 190 010 092級0 7—2級佛山區(qū)0 200 130 460 100 113級0 8—3級惠州市0 080 630 190 000 112級1 4—2級東莞市0 200 330 320 040 112級0 22 53級中山市0 280 240 390 000 093級0 42 42級江門市0 200 380 310 000 112級0 42 42級

a為最大隸屬度有效性指數(shù),當(dāng)alt;0.5時最大隸屬度原則低效[27];H為加權(quán)平均隸屬度風(fēng)險評價等級[27]。

重金屬污染風(fēng)險程度較高的城市主要是位于中部地區(qū)的廣州市、深圳市、佛山市和東莞市,其污染風(fēng)險達(dá)到“中險”水平。根據(jù)《廣東省統(tǒng)計年鑒》,2012年珠江三角洲8個地市GDP大小依次為廣州市g(shù)t;深圳市g(shù)t;佛山市g(shù)t;東莞市g(shù)t;中山市g(shù)t;惠州市g(shù)t;江門市g(shù)t;珠海市。通過對比可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的地市土壤重金屬污染風(fēng)險更高,主要是由于這些地區(qū)工業(yè)化和城市化水平更高,耕地土壤受到相對更加強(qiáng)烈的人為干擾,土壤重金屬累積嚴(yán)重,污染風(fēng)險較高。不同行政轄區(qū)土壤重金屬污染風(fēng)險空間分布見圖3。

從準(zhǔn)則層各指標(biāo)風(fēng)險的空間分布狀況來看,趨勢性風(fēng)險除惠州市達(dá)到“中險”水平外,研究區(qū)其他城市均處于“無險”水平,說明隨著管理部門不斷采取更加嚴(yán)格的污染排放控制措施,當(dāng)前的土壤重金屬累積速率已經(jīng)得到較好控制。脆弱性風(fēng)險呈現(xiàn)出明顯的地帶性規(guī)律,位于東北部的惠州市、東莞市和深圳市風(fēng)險水平較高,達(dá)到“中險”水平;位于西南部的江門市、珠海市、中山市、佛山市和廣州市處于“輕險”水平。這是由于土壤屬性主要受到地帶性分布的成土因素影響。危害性風(fēng)險較高的城市主要有廣州市、深圳市、佛山市、中山市和江門市,達(dá)到“中險”水平;而惠州市、東莞市和珠海市的危害性風(fēng)險均處于“輕險”水平。

重金屬污染風(fēng)險和準(zhǔn)則層指標(biāo)風(fēng)險的空間分布情況各不相同,因此對不同行政區(qū)應(yīng)采取不同的風(fēng)險管理策略。在污染風(fēng)險處于“中險”的城市中,廣州市和佛山市應(yīng)重點(diǎn)控制危害性風(fēng)險,加強(qiáng)對現(xiàn)有重金屬含量超標(biāo)耕地的修復(fù);東莞市應(yīng)該重點(diǎn)加強(qiáng)脆弱性風(fēng)險管控,通過增施有機(jī)肥、石灰等改良土壤性狀;深圳市則需要同時加強(qiáng)對危害性風(fēng)險和脆弱性風(fēng)險的管控。此外,惠州市雖然污染風(fēng)險處于“輕險”水平,但是其趨勢性風(fēng)險和脆弱性風(fēng)險都處于“中險”水平,在風(fēng)險管理過程中應(yīng)引起足夠的重視,防止其污染風(fēng)險的增大。

2.3 風(fēng)險影響因素分析

在風(fēng)險評價指標(biāo)體系中,權(quán)重值表示各指標(biāo)對評價結(jié)果影響的重要程度,風(fēng)險等級隸屬度得分表示各指標(biāo)的風(fēng)險程度。以指標(biāo)層各指標(biāo)的重要程度作為縱坐標(biāo),風(fēng)險程度作為橫坐標(biāo),將指標(biāo)層指標(biāo)定位在坐標(biāo)軸中(圖4)。

圖3 珠江三角洲地區(qū)耕地土壤重金屬污染風(fēng)險空間分布Fig.3 Spatial distribution of soil heavy metal pollution risks of farmlands in Pearl River Delta

圖中元素表示該元素的累積速率,pH表示pH值,OM表示有機(jī)質(zhì)含量,ST表示土壤質(zhì)地,IR表示潛在生態(tài)危害指數(shù)。

根據(jù)重要程度和風(fēng)險程度的大小,可將指標(biāo)層指標(biāo)分為4類:Ⅰ類是高重要-高風(fēng)險類,該類指標(biāo)對重金屬污染風(fēng)險影響顯著,具有較大的改良潛力,其風(fēng)險管理的重點(diǎn)是采取有效措施降低指標(biāo)的風(fēng)險程度;Ⅱ類是高重要-低風(fēng)險類,該類指標(biāo)雖然對重金屬污染風(fēng)險影響較大,但其風(fēng)險程度較低,改良潛力較小,這類指標(biāo)風(fēng)險管理的重點(diǎn)是防止指標(biāo)風(fēng)險程度的升高;Ⅲ類是低重要-低風(fēng)險類,該類指標(biāo)對重金屬污染風(fēng)險的影響相對較小,自身風(fēng)險程度也較低;Ⅳ類是低重要-高風(fēng)險類,該類指標(biāo)雖然對重金屬污染風(fēng)險的影響較小,但指標(biāo)的風(fēng)險程度較高,具有較大的改良潛力,其風(fēng)險管理的重點(diǎn)與第Ⅰ類指標(biāo)相同。不同類型指標(biāo)的風(fēng)險管理優(yōu)先順序?yàn)棰駁t;Ⅳgt;Ⅱgt;Ⅲ。

由圖4可知,各指標(biāo)在不同行政區(qū)內(nèi)的重要性相同。相對重要的指標(biāo)包括IR、Hg累積速率、ST、OM和Cd累積速率,其中，Cd累積速率在不同行政區(qū)內(nèi)均屬于Ⅰ類指標(biāo),Hg累積速率在不同行政區(qū)內(nèi)均屬于Ⅱ類指標(biāo),其他指標(biāo)隨行政區(qū)的不同在Ⅰ類和Ⅱ類指標(biāo)之間變化;重要程度相對較低的指標(biāo)包括pH值,Pb、As、Cu、Ni、Cr和Zn累積速率,其中，Pb、As和Cr累積速率在不同行政區(qū)內(nèi)均屬于Ⅲ類指標(biāo),Zn累積速率在不同行政區(qū)內(nèi)均屬于Ⅳ類指標(biāo),其他指標(biāo)隨行政區(qū)的不同在Ⅲ類和Ⅳ類指標(biāo)之間變化。對于各行政區(qū)內(nèi)不同類型指標(biāo)應(yīng)采取不同的風(fēng)險管理策略。

3 結(jié)論

在模糊綜合評價法的基礎(chǔ)上,利用熵權(quán)法對群決策AHP得到的主觀權(quán)重值進(jìn)行修正,同時結(jié)合最大隸屬度原則有效性檢驗(yàn),構(gòu)建了耕地土壤重金屬污染風(fēng)險模糊綜合評價模型。模型從“風(fēng)險”的基本概念出發(fā),包括趨勢性、脆弱性和危害性3個準(zhǔn)則層指標(biāo)。

珠江三角洲耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價結(jié)果表明,受到人為干擾相對嚴(yán)重的廣州市、深圳市、佛山市和東莞市耕地土壤具有更高的重金屬污染風(fēng)險,達(dá)到“中險”水平;而人為干擾相對較輕的珠海市、惠州市、中山市和江門市均處于“輕險”水平。這與各市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度呈正相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)各指標(biāo)重要程度和風(fēng)險程度可將珠江三角洲地區(qū)耕地土壤重金屬污染風(fēng)險影響因素分為4類:高重要-高風(fēng)險因子(Ⅰ),包括Cd累積速率和IR;高重要-低風(fēng)險因子(Ⅱ),包括Hg累積速率、ST和OM;低重要-低風(fēng)險因子(Ⅲ),包括Pb、As、Ni和Cr累積速率;低重要-高風(fēng)險因子(Ⅳ),包括pH值、Cu和Zn累積速率。不同類型指標(biāo)的風(fēng)險管理優(yōu)先順序?yàn)棰駁t;Ⅳgt;Ⅱgt;Ⅲ。

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邱孟龍(1988—),男,山東膠州人,助理研究員，博士,研究方向?yàn)楦丨h(huán)境質(zhì)量評價及其風(fēng)險評價管理。E-mail：qml7886@163.com

(責(zé)任編輯：陳 昕)

RiskAssessmentofFarmlandSoilHeavyMetalPollutionUsingModifiedEmpoweredFuzzyComprehensiveEvaluation.

QIU Meng-long1,2,WANG Qi3,LIU Li-ming4,GANG Yi1,2

(1. Center for Land Resource Research in Northwest China,Shaanxi Normal University,Xi′an 710062,China; 2. Key Laboratory for Urbanization and National Land Environment Spatial-Simulation in Northwest China,Shaanxi Normal University,Xi′an 710062,China; 3. Guangdong Key Laboratory of Agricultural Environment Pollution Integrated Control,Guangdong Institute of Eco-Environment and Soil Science,Guangzhou 510650,China; 4. College of Resources and Environment,China Agricultural University,Beijing 100193,China)

In order to implement scientific assessment of heavy metal pollution of farmland soils in regions well developed in industry,a modified empowered fuzzy comprehensive evaluation model was established based on the concept and fuzzy nature of risk,and moreover,analysis was done of factors affecting the risk. The model consists of a target layer,a criterion layer and an index layer. The target layer is the target object for evaluation,that is,risk of a soil getting polluted by heavy metals. The target layer is composed of 3 criterion layer indexes (tendency,vulnerability and hazardness). The index layer of tendency covers accumulation rates of heavy metals (Hg,Cd,Cr,Pb,As,Cu,Zn and Ni); the index layer of vulnerability consists of pH,organic matter,soil texture; and the index layer of hazardness refers to potential ecological risk index. Weights of the criterion layer are obtained with the analytic hierarchy process,while comprehensive weights of the indices in the index layer are determined with the group decision making analytic hierarchy process (the subjective weight) and the entropy weight method (the objective weight). Risk level is determined with the fuzzy comprehensive evaluation results vector. Validity of the maximum membership degree law is tested in the process of determining risk level. The weighted average method is used to determine risk level when the validity is low. Priority order of the risk management of various indices can be determined according to the importance degree and risk degree of each index. A case study was carried out of the Pearl River Delta Region. Results show that the principle of maximum membership degree is inefficient in Guangzhou,Dongguan,Zhongshan and Jiangmen,with risk grade value being 2.8,2.5,2.4 and 2.4,respectively; and the principle of maximum membership degree is valid in Shenzhen,Zhuhai,Foshan and Huizhou,with maximum membership degree being 0.50 (third-level),0.47 (second-level),0.46 (third-level) and 0.63 (second-level),respectively,both suggesting that Guangzhou,Shenzhen,Foshan and Dongguan,as a result of high human disturbance,are high in risk,reaching up to Grade Ⅲ or “moderate risk”,while Zhuhai,Huizhou,Zhongshan and Jiangmen,relatively low in human disturbance are in Grade Ⅱ or “slight risk”. Analysis of affecting factor indicates that major risk affecting factors vary with the administrative region. All the findings are expected to serve as scientific basis for designing risk management strategies and defining a priority order of management.

soil pollution; heavy metal; risk assessment; fuzzy comprehensive evaluation; group decision making analytic hierarchy process; entropy weight method; Pearl River Delta

2017-02-17

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(GK201703083); 國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(41130526)

① 通信作者E-mail：liulm@cau.edu.cn

X53

A

1673-4831(2017)11-1049-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.11.013