羅 艷 許錫娟 何錦林

摘? 要：以遵義東南部地區(qū)農(nóng)業(yè)耕作區(qū)的土壤質(zhì)量為研究對(duì)象，對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中重金屬Cd、Pb、Cr、Hg、As含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析和模糊評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，僅泮水鎮(zhèn)土壤質(zhì)量為Ⅰ級(jí)，屬于清潔，僅馬蹄鎮(zhèn)土壤質(zhì)量為Ⅲ級(jí)，屬于污染，其余13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤質(zhì)量均為級(jí)尚清潔。主要重金屬污染物是Cd。

關(guān)鍵詞：模糊評(píng)價(jià);重金屬;農(nóng)業(yè)耕作區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：S19? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.11974/nyyjs.20181131002

引言

根據(jù)重金屬（鎘、鉛、鉻、汞、砷）的毒理學(xué)特征和生物吸收、富集能力，我國(guó)《無(wú)公害食品產(chǎn)地環(huán)境評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》（NY/T 5295-2015）將以上5種重金屬作為無(wú)公害產(chǎn)地土壤的嚴(yán)格控制指標(biāo) [1]。目前土壤重金屬污染評(píng)價(jià)運(yùn)用較多的方法有綜合污染指數(shù)法、聚類(lèi)分析法、層次分析法、物元分析法和模糊數(shù)學(xué)法等[2-4]，由于土壤重金屬的實(shí)際污染狀況是漸變、不確定的，模糊數(shù)學(xué)可以通過(guò)隸屬度指標(biāo)更加確切的描述土壤重金屬污染狀況的漸變性 [5]。

模糊數(shù)學(xué)是由美國(guó)計(jì)算機(jī)控制專(zhuān)家L A Zadeh于1965年創(chuàng)始，已在農(nóng)業(yè)生態(tài)領(lǐng)域取得了應(yīng)用成果。董文濤等[6]以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)安慶市土壤樣點(diǎn)的肥力狀況進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。黃功標(biāo)[7]利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法、模糊數(shù)學(xué)與層次分析法開(kāi)展福安市茶園土壤適宜性評(píng)價(jià)，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不同作物土壤適宜性及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供理想的途徑。張超等[8]考慮重金屬毒性和濃度這2個(gè)雙權(quán)重因子改進(jìn)模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)鄭汴公路土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，說(shuō)明其污染程度受通車(chē)時(shí)間、主導(dǎo)風(fēng)向、路旁防護(hù)措施等多方面因素的影響。王春光等[9]采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法分別對(duì)哈爾濱市東郊菜地土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明2種評(píng)價(jià)方法所得結(jié)果基本一致，該菜地土壤環(huán)境質(zhì)量安全。王鳳春等[10]采用模糊數(shù)學(xué)（AHP-Fuzzy）與GIS相結(jié)合對(duì)北京房山區(qū)綠色食品產(chǎn)地發(fā)展?jié)摿M(jìn)行評(píng)價(jià)。

研究區(qū)域遵義東南部地區(qū)位于貴州省北部，是貴州省大米、油菜籽、烤煙生產(chǎn)的重要基地，近年來(lái)工業(yè)發(fā)展迅速導(dǎo)致工業(yè)三廢污染嚴(yán)重[11]，同時(shí)該區(qū)域是由碳酸鹽巖和鉛鋅礦等巖、礦石風(fēng)化后所形成的土壤，地質(zhì)環(huán)境造成土壤重金屬的沉淀、吸附和富集[12]，致使該地區(qū)土壤重金屬含量偏高。因此本文在對(duì)該地區(qū)的部分耕作區(qū)的土壤重金屬指標(biāo)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展土壤重金屬污染狀況模糊評(píng)價(jià)研究，為該地區(qū)農(nóng)業(yè)土地資源合理利用提供參考依據(jù)。

1? ? ? 材料與方法

1.1? ? ? 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

土壤樣品于2016年5—8月采集完成。分析檢測(cè)于2017年完成。

1.2? ? ? 樣品采集

樣品采集時(shí)隨機(jī)在5.33 hm2的地塊內(nèi)設(shè)置采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)分布于43個(gè)村15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（見(jiàn)圖1），采用手持GPS定位采集樣本889個(gè)。樣品取自0～15cm耕層，為了保證土壤樣品的代表性，按梅花采樣法采集土樣后充分混合，按四分法最終保留約l kg。樣品攤放在室內(nèi)經(jīng)自然風(fēng)干研磨，過(guò)0.150 mm孔徑尼龍網(wǎng)篩待測(cè)。

1.3? ? ? 測(cè)量方法

根據(jù)《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（NY/T 395-2012）規(guī)定的農(nóng)田土壤中重金屬檢測(cè)方法原子熒光法測(cè)定As、Hg元素;石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定Cd、Pb元素;火焰原子吸收分光光度法測(cè)定Cr元素。

1.4? ? ? 土壤質(zhì)量模糊評(píng)價(jià)方法

1.4.1? ? ? 確定模糊評(píng)價(jià)因子和評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

將農(nóng)業(yè)耕作區(qū)土壤的嚴(yán)格控制指標(biāo)（Cd、Pb、Cr、Hg、As ）5種重金屬作為模糊評(píng)價(jià)因子。以《中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—2015）中規(guī)定的農(nóng)業(yè)土壤分類(lèi)和重金屬污染物最高允許濃度為評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，由于該地區(qū)土壤pH值均在6.5～7.5之間，因此Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的重金屬指標(biāo)取pH值為6.5～7.5的數(shù)值。各評(píng)價(jià)因子的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.4.2? ? ? 隸屬度函數(shù)

隸屬度指的是評(píng)價(jià)因子的觀測(cè)值符合該模糊性概念的程度。隸屬函數(shù)則表示評(píng)價(jià)因素的觀測(cè)值與隸屬度之間的解析函數(shù)，根據(jù)評(píng)價(jià)因子的隸屬函數(shù)，對(duì)于某評(píng)價(jià)因子的每一觀測(cè)值均可計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的隸屬度。本文采用降半梯形模糊分布建立隸屬函數(shù)[14]，表達(dá)式如下：

（1）

=1- （2）

式中R1（Ci）為a1的隸屬度，R2（Ci）為a2的隸屬度，a1 和a2為任意2個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)限值，Ci是第i個(gè)因子實(shí)測(cè)濃度值。

1.4.3? ? ? 生成隸屬度矩陣

將每個(gè)采樣點(diǎn)土壤重金屬的實(shí)測(cè)濃度值代入相應(yīng)的隸屬函數(shù)，計(jì)算5個(gè)評(píng)價(jià)因子隸屬于3個(gè)不同級(jí)別的隸屬度，得到相應(yīng)的5×3階隸屬度矩陣R。

（3）

1.4.4? ? ? 評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算

為了表征每個(gè)重金屬元素污染超標(biāo)的輕重程度對(duì)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重影響，采用加權(quán)法按照公式（4）計(jì)算權(quán)重，組成權(quán)重矩陣W，W={W1，W2，…，Wm}。

（4）

式中Wi為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重;Ci為第i個(gè)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值;Si=（Sl+S2+S3）/3;Sl、S2、S3為該指標(biāo)對(duì)應(yīng)的表4中分級(jí)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值;m為評(píng)價(jià)因子的個(gè)數(shù)。

1.4.5? ? ? 模糊評(píng)價(jià)運(yùn)輸和結(jié)果生成

模糊評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算公式為B=AR，算法與矩陣乘法類(lèi)似，兩元素相乘取兩數(shù)較小者，2元素相加取2數(shù)較大者。

B=AR=（W1，W2，…，Wm）×

=（B1，B2，…，Bn）? ? ? ? （5）

式中Bn為模糊評(píng)價(jià)復(fù)合運(yùn)算結(jié)果，對(duì)應(yīng)于土壤質(zhì)量各級(jí)的隸屬度，一般取隸屬度最大的對(duì)應(yīng)級(jí)別為評(píng)價(jià)結(jié)果。當(dāng)同時(shí)存在有2個(gè)或2個(gè)以上最大值時(shí)，取次大值貼近的對(duì)應(yīng)級(jí)別作為最后評(píng)價(jià)結(jié)果 [15]。

2? ? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? ? 土壤重金屬含量分析

經(jīng)檢測(cè)所有土壤樣品的重金屬檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2? ? ? 各采樣點(diǎn)隸屬度矩陣

按照式（1）到（3）計(jì)算15個(gè)采樣點(diǎn)重金屬的隸屬度矩陣，見(jiàn)表3。

2.3? ? ? 權(quán)重矩陣

按照式（4）計(jì)算土壤重金屬Cd、Pb、Cr、Hg、As的權(quán)重矩陣，見(jiàn)表4。

2.4? ? ? 模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

利用式（5）復(fù)合計(jì)算得出研究區(qū)域土壤質(zhì)量的模糊評(píng)價(jià)結(jié)果，見(jiàn)表5。評(píng)價(jià)結(jié)果表明在遵義東南部地區(qū)的土壤主要重金屬污染物均為Cd。13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤質(zhì)量均為Ⅱ級(jí)尚清潔，該地區(qū)土壤質(zhì)量狀況基本上對(duì)植物和環(huán)境不造成危害和污染，可適于農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園等用途。泮水鎮(zhèn)土壤質(zhì)量為Ⅰ級(jí)，屬于清潔，馬蹄鎮(zhèn)土壤質(zhì)量為Ⅲ級(jí)，屬于污染。該鎮(zhèn)土壤受到Cd元素一定的污染和擾動(dòng)。

3? ? ? 結(jié)論與討論

為了對(duì)遵義東南部地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行了模糊評(píng)價(jià)，評(píng)估了耕作區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。結(jié)果表明，14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤環(huán)境質(zhì)量級(jí)別為Ⅱ級(jí)以上，未受到污染，僅馬蹄鎮(zhèn)土壤質(zhì)量級(jí)別為Ⅲ級(jí)，處于污染狀況，主要重金屬污染物為Cd。鑒于土壤重金屬?lài)?yán)重污染的區(qū)域可能會(huì)對(duì)種植的農(nóng)作物產(chǎn)生影響，建議農(nóng)戶(hù)或農(nóng)業(yè)部門(mén)在污染嚴(yán)重區(qū)域采取化學(xué)措施、植物修復(fù)、科學(xué)施肥的方法來(lái)進(jìn)行修復(fù)土壤。

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