趙 杰，羅志軍*，趙彎彎，趙 越 ，宋 聚

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源與環(huán)境學(xué)院，南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330045）

耕地土壤環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全[1]。重金屬作為土壤中具有潛在危害的污染物[2]，其在耕地土壤中的累積、遷移不僅影響土壤的理化性質(zhì)，降低土壤生物活性，影響植物、動物生長發(fā)育，還通過多種途徑直接或間接地威脅到人類的健康[3]。此外，土壤中的重金屬具有長期性及不可逆性等特點(diǎn)，耕地土壤重金屬污染潛在風(fēng)險日益加劇，已成為生態(tài)環(huán)境的潛在威脅之一[4]，因此，針對耕地土壤開展重金屬污染評價研究對重金屬污染綜合治理、作物種植規(guī)避以及維護(hù)人體健康具有重要的意義。

近年來，眾多學(xué)者應(yīng)用不同方法在土壤重金屬污染評價、治理修復(fù)等方面進(jìn)行了大量研究，其中較常用的方法有富集指數(shù)法[5]、內(nèi)梅羅指數(shù)法[6]、污染負(fù)荷指數(shù)法[7]、地累積指數(shù)法[8]、潛在生態(tài)危害指數(shù)法[9]以及模糊數(shù)學(xué)法等[10]。不同評價方法由于其側(cè)重點(diǎn)不同，均存在一定的局限性，加之土壤重金屬污染的不確定性和模糊性，應(yīng)用不同評價方法得到的結(jié)果不盡相同。物元分析法是中國學(xué)者蔡文在20世紀(jì)80年代提出的用于解決矛盾問題的技術(shù)方法[11]，已在水質(zhì)評價[12-14]、土地生態(tài)安全及土地集約利用評價[15-17]、產(chǎn)品質(zhì)量評估[18-19]等諸多方面得到了廣泛應(yīng)用，相關(guān)研究均表明，物元可拓模型克服了評價中的不確定性和模糊性，能夠揭示更多的分異信息，可以提高等級判定的客觀性和科學(xué)性，是一種解決評價對象模糊性、多樣性、不相容性的評價方法。但也存在一定的不足與局限性[19-20]，如當(dāng)指標(biāo)數(shù)據(jù)超出節(jié)域時，關(guān)聯(lián)函數(shù)就無法計(jì)算，出現(xiàn)無法評價的情況；該模型通過計(jì)算關(guān)聯(lián)度來確定評價等級，在某些情況下容易損失信息從而易導(dǎo)致評定結(jié)果偏差。因此不少學(xué)者針對物元模型的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，并得到了廣泛應(yīng)用。目前，將物元分析方法應(yīng)用于土壤重金屬污染評價的研究較少，因此，本文以鄱陽湖區(qū)為研究區(qū)，通過利用改進(jìn)物元可拓模型探討物元分析法在土壤重金屬污染評價中的應(yīng)用，同時在常規(guī)污染物濃度超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法的基礎(chǔ)上引入毒性響應(yīng)系數(shù)對重金屬元素的權(quán)重進(jìn)行修正，評估研究區(qū)耕地土壤重金屬污染狀況，并與傳統(tǒng)評價方法得到的結(jié)果相比較，以驗(yàn)證該方法的合理性，以期為土壤重金屬污染評價方法的完善提供新思路、新方法。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖處長江中下游南岸、位于江西省北部，是我國重要的生態(tài)功能保護(hù)區(qū)，維持鄱陽湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定對維護(hù)長江流域乃至全國生態(tài)安全具有重要戰(zhàn)略意義。本研究將鄱陽湖區(qū)的范圍界定為緊環(huán)鄱陽湖的12個縣（市），分別隸屬南昌市、九江市以及上饒市，地理坐標(biāo)為北緯28°16′～29°86′，東經(jīng)115°38′～117°10′，總面積為1.95萬km2，占江西省土地面積的11.66%。鄱陽湖區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，日照充足，雨量充沛，土地肥沃，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田比重較大，是江西省主要的糧食生產(chǎn)基地。同時，也有多處有色金屬產(chǎn)業(yè)分布在湖區(qū)周圍，含重金屬的礦產(chǎn)開采、冶煉后產(chǎn)生的含重金屬污染物通過不同途徑進(jìn)入土壤、水體中，對鄱陽湖地區(qū)水質(zhì)及土壤生態(tài)環(huán)境帶來極大的潛在危害。因此，針對鄱陽湖區(qū)耕地土壤開展重金屬污染評價研究迫在眉睫。

1.2 樣品采集與測定

課題組于2014年10月根據(jù)1∶50 000縣級土地利用現(xiàn)狀圖和土壤圖在研究區(qū)耕地土壤耕作層（0～20 cm）進(jìn)行樣品采集，采樣過程參照《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（NY/T 395—2012）[21]，在地塊面積或地形變化較大且土壤分布不均勻的山地、溝谷地，采用蛇形法采樣，對面積較小、地勢平坦的地塊，采用梅花點(diǎn)法采樣。在采樣地塊中部用GPS定位儀進(jìn)行定位后，記錄位置、編號、土類、采樣日期等信息，最終采集土壤樣品共252個（圖1）。

圖1 研究區(qū)及土壤樣品分布圖Figure 1 Study area and soil sampling sites

將采集樣品自然風(fēng)干，剔除雜物后，使用木質(zhì)工具和瓷缽將其磨碎研細(xì)，過篩備用。土樣重金屬含量測定遵循《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）[22]。As、Hg含量用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法（HG-AAS）測定，Cd含量用石墨爐原子吸收光譜法（GF-AAS）測定，Cr、Pb含量用等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定，Cu、Zn含量用火焰原子吸收分光光度法（AAS）測定。每批樣品均進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，取均值作為樣品最終濃度。分析過程加入國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS-8）進(jìn)行質(zhì)量控制，各重金屬的回收率介于93%～105%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與描述性統(tǒng)計(jì)分析，通過Microsoft Excel 2003及MATLAB 7.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，并利用ArcGIS 10.2軟件制作樣點(diǎn)分布圖以及評價結(jié)果圖。

1.4 改進(jìn)物元可拓模型

由于土壤重金屬污染的不確定性，土壤中某重金屬濃度數(shù)據(jù)超出節(jié)域的可能性極大，必須對傳統(tǒng)的物元可拓模型加以改進(jìn)。改進(jìn)的物元可拓模型主要采取對經(jīng)典域和待評物元進(jìn)行規(guī)格化處理、將貼近度準(zhǔn)則代替最大隸屬度準(zhǔn)則等方法來克服傳統(tǒng)物元可拓模型的局限性，其具體計(jì)算步驟如下[19-20，25]：

（1）確定經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元

土壤重金屬污染物元R由土壤重金屬污染N、特征向量c以及特征值v共同構(gòu)成，記為R=（N，c，v），若土壤重金屬污染 N 有多個特征 c1，c2，...，cn，以及相應(yīng)的量值 v1，v2，...，vn，則表示為：

式中：Nj表示所劃分的第 j個評價等級；c1，c2，...，cn為評價指標(biāo)；（anj，bnj）是對應(yīng)于評價等級j的vnj的量值范圍，即經(jīng)典域。

式中：p為全體評價等級；vp1，vp2...，vpn分別是N關(guān)于特征c1，c2，...，cn的量值范圍，即節(jié)域。

式中：R0為待評物元；v1，v2...，vn分別是 N0關(guān)于 c1，c2，...，cn的實(shí)測數(shù)據(jù)。

（2）規(guī)格化處理

對經(jīng)典域物元Rj進(jìn)行規(guī)格化處理，可得：

對待評物元R0進(jìn)行規(guī)格化處理，可得：

（3）建立貼近度函數(shù)并計(jì)算貼近度值

最大隸屬原則在評定對象等級時有時難以反映待評對象自身界限的模糊性，容易損失信息，從而易導(dǎo)致評定結(jié)果偏差[20]。為得到更加準(zhǔn)確的評價結(jié)果，引入非對稱貼近度代替最大隸屬度評判準(zhǔn)則[23]。非對稱貼近度公式如下：

式中，P為貼近度；D為距離；wi為權(quán)重。

將式（7）應(yīng)用到物元可拓評價模型中，即可得到待評物元所對應(yīng)各等級的貼近度：

（4）等級評定

由Pj′（N0）=max{Pj（N0）}，可確定待評對象屬于土壤重金屬污染等級j′。

1.5 權(quán)重的確定方法

（1）污染物濃度超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法

污染物濃度超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法不僅突出了主要污染物的作用，而且考慮了不同污染物標(biāo)準(zhǔn)值的差異，是環(huán)境質(zhì)量評價中常用的權(quán)重計(jì)算方法[24-26]，其計(jì)算公式為：

式中：Wki為樣品k元素i的權(quán)重值；Xki為樣品k中元素i的實(shí)測濃度；si是元素i的所有評價等級標(biāo)準(zhǔn)值的算術(shù)平均值；n為評價因子的個數(shù)。

（2）修正權(quán)重

土壤中不同的重金屬對農(nóng)作物危害程度不同，對人體的危害程度也不同。如果不考慮重金屬的毒性，某些低濃度高毒性組分的毒性作用可能會被掩蓋，從而可能導(dǎo)致高估或低估重金屬污染程度。本文通過引入Hakanson提出的毒性響應(yīng)系數(shù)[9]以修正權(quán)重，其計(jì)算公式為：

式中：W′ki為樣品k元素i的修正權(quán)重；Wki為樣品k元素i的常規(guī)權(quán)重；Tri為元素i的毒性響應(yīng)系數(shù)；n為評價因子的個數(shù)。

1.6 評價標(biāo)準(zhǔn)

在已有土壤重金屬污染評價研究中，大多采用研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量背景值或國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）[27]中的二級標(biāo)準(zhǔn)值作為評價標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）從頒布至今已20余年，無法滿足當(dāng)前土壤環(huán)境保護(hù)與質(zhì)量管理需求，環(huán)保部于2016年對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂后形成了《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（三次征求意見稿），修訂后的標(biāo)準(zhǔn)在污染物種類及標(biāo)準(zhǔn)限值的確定上都有一定程度的改進(jìn)和完善[28]。本文在參考相關(guān)研究[10，25]的基礎(chǔ)上，結(jié)合江西省土壤環(huán)境背景值[29]、《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（三次征求意見稿）以及國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995），根據(jù)環(huán)境影響評價從嚴(yán)要求的原則，確定鄱陽湖區(qū)耕地土壤重金屬污染評價標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析

由研究區(qū)耕地表層土壤252個樣點(diǎn)的重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（表 2）可知，Hg、As、Pb、Cd、Cu、Cr、Zn 的含量變化范圍分別為 0.00～0.57、0.63～73.35、0.74～117.56、0.01～0.98、6.52～424.09、12.15～241.87、0.50～198.75 mg·kg-1，其平均含量分別為當(dāng)?shù)乇尘爸档?.57、1.08、1.09、1.68、1.66、1.74、1.05倍，說明該區(qū)域耕地土壤中7種重金屬有不同程度累積，超標(biāo)率Cr＞Cu＞Cd＞Hg＞Zn＞Pb＞As，研究區(qū)耕地土壤中7種重金屬的平均含量均未超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)值。變異系數(shù)能夠反映總樣本值的平均變異程度，研究區(qū)耕地土壤樣點(diǎn)中7種重金屬元素的變異系數(shù)由大到小依次為 As＞Cu＞Hg＞Cd＞Pb＞Cr＞Zn，其中 As、Cu、Hg、Cd的變異系數(shù)較高，表明As、Cu、Hg、Cd 4種重金屬元素受某些局部污染源的影響比較明顯，可能與該地區(qū)礦業(yè)活動密切相關(guān)。Pb、Cr、Zn的變異系數(shù)均在40%～50%，表明其變化受土壤本身的結(jié)構(gòu)性和人類活動等因子的共同影響。

2.2 耕地土壤重金屬污染評價

2.2.1 建立物元矩陣

根據(jù)土壤重金屬污染的可拓性及污染評價標(biāo)準(zhǔn)（表1），可以將土壤重金屬污染程度定性描述為清潔（Ⅰ）、尚清潔（Ⅱ）、輕度污染（Ⅲ）、中度污染（Ⅳ）、重度污染（Ⅴ）5個等級，并確定經(jīng)典域物元矩陣RN1、RN2、RN3、RN4、RN5和節(jié)域物元矩陣Rp分別為：

表1 耕地土壤重金屬污染評價標(biāo)準(zhǔn)（mg·kg-1）Table 1 Assessment standards for soil heavy metals pollution in arable soils（mg·kg-1）

表2 土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Descriptive statistics of soil heavy metals contents

根據(jù)耕地土壤樣品的重金屬含量檢測結(jié)果，建立待評物元矩陣R0：

經(jīng)典域以及待評物元規(guī)格化處理后的結(jié)果為：

2.2.2 確定權(quán)重

將分別利用傳統(tǒng)以及引入毒性響應(yīng)系數(shù)的污染物濃度超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法確定的權(quán)重值進(jìn)行對比（表3），可以看出，研究7種重金屬元素權(quán)重的平均值均發(fā)生了顯著的變化。其中，Hg、Cd的修正權(quán)重與常規(guī)權(quán)重相比均有大幅增加，增幅分別為236.21%、155.41%，As、Pb、Cu、Cr、Zn 5種重金屬元素的修正權(quán)重較常規(guī)權(quán)重不同程度地降低，降低幅度大小排序?yàn)閆n＞Cr＞ Pb＞Cu＞As。為更直觀比較研究區(qū)各樣點(diǎn)7種重金屬元素權(quán)重修正前后結(jié)果，繪制各樣點(diǎn)重金屬元素權(quán)重修正前后結(jié)果對比圖（圖2）。從圖2可以看出，7種重金屬元素的權(quán)重發(fā)生了明顯的變化，Hg、Cd權(quán)重明顯增加，其他5種重金屬元素權(quán)重值明顯降低。由此可見，Hakanson毒性響應(yīng)系數(shù)的引入對重金屬元素權(quán)重有顯著的修正作用，修正后的權(quán)重不僅反映了污染物累積濃度的差異，還體現(xiàn)了重金屬的毒性水平，相較而言，更符合土壤重金屬污染的實(shí)際情況。

表3 研究區(qū)各重金屬元素權(quán)重修正前后平均值比較Table 3 Comparison of average weights before and after correction of soil heavy metal in the study area

2.2.3 貼近度值的計(jì)算與等級確定

首先計(jì)算待評物元R′0與規(guī)格化經(jīng)典域v′ij的距離Dj（v′i）。以耕地土壤樣點(diǎn)S1為例，其結(jié)果如表4所示。類似地，通過計(jì)算分別得到252個待評物元中各指標(biāo)與規(guī)格化經(jīng)典域v′ij的距離。

其次，根據(jù)公式（8）計(jì)算各待評物元與各等級的貼近度值（表5）。同樣以樣點(diǎn)S1為例進(jìn)行分析，S1與各等級的貼近度值分別為1.000 60、0.999 37、0.99616、0.99156、0.98744，其中，max{Pj（N0）}=1.00060=P′1（N0），由此可判斷，樣點(diǎn)S1的污染等級為Ⅰ級，呈清潔狀態(tài)。同理可得，研究區(qū)252個樣點(diǎn)中，處清潔狀態(tài)的樣點(diǎn)數(shù)為36個，占比為14.29%；處尚清潔狀態(tài)的樣點(diǎn)數(shù)為177個，占比為70.24%；處輕度污染狀態(tài)的樣點(diǎn)數(shù)為33個，占比為13.10%；處中度污染狀態(tài)的樣點(diǎn)數(shù)為4個，占比為1.59%；處重度污染狀態(tài)的樣點(diǎn)數(shù)為2個，占比為0.79%，總體上來看，該研究區(qū)各土壤樣點(diǎn)重金屬污染水平以尚清潔為主，各樣點(diǎn)評價結(jié)果空間分布圖如圖3所示，污染等級處于Ⅲ級以上的耕地樣點(diǎn)主要分布在鄱陽縣、進(jìn)賢縣、余干縣、南昌縣等地，相比之下，研究區(qū)北部土壤重金屬累積程度較小，污染輕微。

表4 耕地土壤樣點(diǎn)S1中各評價指標(biāo)與經(jīng)典域距離Dj（v′i）值Table 4 Distance between evaluation indexes and classical domain values of S1 sample

圖2 研究區(qū)耕地土壤樣點(diǎn)不同重金屬權(quán)重修正前后結(jié)果對比Figure 2 Comparison of the results before and after revision of weights of different heavy metals in cultivated soil samples in the study area

續(xù)圖2研究區(qū)耕地土壤樣點(diǎn)不同重金屬權(quán)重修正前后結(jié)果對比Continued figure 2 Comparison of the results before and after revision of weights of different heavy metals in cultivated soil samples in the study area

表5 各待評物元與各等級的貼近度值Table 5 The closeness value of material to be evaluated relative to each level

為判別鄱陽湖區(qū)各縣區(qū)耕地土壤重金屬污染程度，將各縣區(qū)耕地土壤樣點(diǎn)檢測數(shù)據(jù)帶入改進(jìn)物元可拓模型中進(jìn)行計(jì)算，得到研究區(qū)不同地區(qū)耕地土壤中不同污染級別樣點(diǎn)數(shù)所占比例以及該區(qū)域總體污染等級，見表6。從表6可得，利用改進(jìn)物元可拓模型得到都昌縣、湖口縣、共青城市的耕地土壤重金屬污染水平呈清潔狀態(tài)，其他地區(qū)均為尚清潔狀態(tài)、處警戒線水平，鄱陽湖區(qū)總體表現(xiàn)為尚清潔狀態(tài)。

3 討論

圖3 各采樣點(diǎn)污染等級及其分布情況Figure 3 Pollution level and spatial distribution of each sample point

表6 不同地區(qū)耕地土壤重金屬污染評價結(jié)果Table 6 Evaluation results of heavy metal pollution of arable soil in different areas

表7 不同評價方法結(jié)果分級統(tǒng)計(jì)表Table 7 Table of grading statistics of the results of different evaluation methods

圖4 不同評價方法結(jié)果分級統(tǒng)計(jì)圖Figure 4 Graph of grading statistics of the results of different evaluation methods

為進(jìn)一步驗(yàn)證改進(jìn)物元可拓法在土壤重金屬污染評價中的適用性，將其評價結(jié)果與采用相同評價標(biāo)準(zhǔn)、同樣引入Hakanson毒性響應(yīng)系數(shù)修正權(quán)重的傳統(tǒng)物元可拓法[25]、加權(quán)綜合指數(shù)法[30]、模糊數(shù)學(xué)法[10]，以及內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法[6]（以國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值為評價標(biāo)準(zhǔn)）評價結(jié)果進(jìn)行比較，并統(tǒng)計(jì)利用不同方法得到的各級別樣點(diǎn)數(shù)（表7），以直觀比較幾種方法的評價結(jié)果差異。從表7可以看出，利用改進(jìn)物元可拓法、傳統(tǒng)物元可拓法、加權(quán)綜合指數(shù)法得到的評價結(jié)果基本一致，評價結(jié)果相同的樣點(diǎn)數(shù)為180個，占樣品總數(shù)的71.43%；與模糊數(shù)學(xué)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法得到的評價結(jié)果差異較大，且差異較大的部分主要分布在Ⅰ級、Ⅱ級，使用不同評價方法得到的各樣點(diǎn)評價結(jié)果分級情況（圖4）與謝志宜等[31]的研究結(jié)果較相似。由于在比較各評價方法結(jié)果差異性的過程中采用相同的評價標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重，因此，各評價方法的側(cè)重點(diǎn)不同及其在實(shí)際應(yīng)用中的局限性是導(dǎo)致評價結(jié)果差異性的主要原因：（1）模糊數(shù)學(xué)法雖充分考慮了土壤重金屬污染分級界線的模糊性，但其根據(jù)最大隸屬度原則確定評定等級時，存在低效甚至失效的情況，在使用過程中需進(jìn)行最大隸屬度原則的有效性檢驗(yàn)[32]，且由模糊數(shù)學(xué)法的隸屬度函數(shù)計(jì)算公式可知，針對某一級別的隸屬度大小還取決于該等級的組距，由于江西省土壤環(huán)境背景值與國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值差距較大，而研究區(qū)多數(shù)樣點(diǎn)的重金屬濃度高于江西省土壤環(huán)境背景值而低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值，因此使得多數(shù)樣點(diǎn)的評價結(jié)果向Ⅰ級集聚，與實(shí)際情況相比可能較為樂觀。（2）傳統(tǒng)物元可拓法中，當(dāng)指標(biāo)數(shù)據(jù)超出節(jié)域時，關(guān)聯(lián)函數(shù)就無法計(jì)算，無法對其進(jìn)行評價，且通過計(jì)算關(guān)聯(lián)度來確定評價等級，在某些情況下容易損失信息從而易導(dǎo)致評定結(jié)果偏差。由表7可得，利用傳統(tǒng)物元可拓法只得到了246個樣點(diǎn)的評價結(jié)果，究其原因，是因?yàn)橛?個樣點(diǎn)因重金屬元素As濃度超出節(jié)域無法計(jì)算而無法對該樣點(diǎn)進(jìn)行評價，這就體現(xiàn)了傳統(tǒng)物元可拓法的局限性。（3）加權(quán)綜合指數(shù)法通過系統(tǒng)分級法確定結(jié)果分級標(biāo)準(zhǔn)，即將各等級評價標(biāo)準(zhǔn)值除以國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值，再乘以各重金屬元素對應(yīng)的權(quán)重，得到代表污染程度的土壤重金屬污染指數(shù)分級臨界值。由于該方法無法利用每個樣點(diǎn)中各重金屬元素的變權(quán)重，只能采用研究區(qū)各重金屬元素的平均權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，加之其未考慮分級界線的模糊性，從而可能會導(dǎo)致部分樣點(diǎn)的評價結(jié)果不盡合理。（4）內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法與改進(jìn)物元可拓法結(jié)果差異較大，其中一個原因是兩者采用的評價標(biāo)準(zhǔn)與分級的標(biāo)準(zhǔn)不一致：本研究將研究區(qū)背景值作為Ⅰ級（清潔）標(biāo)準(zhǔn)上限值，將國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值作為Ⅱ級（尚清潔）標(biāo)準(zhǔn)上限值，而當(dāng)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法采用國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值作為評價標(biāo)準(zhǔn)時，由于評價結(jié)果分級標(biāo)準(zhǔn)差異，其所得評價結(jié)果的Ⅰ級、Ⅱ級應(yīng)同屬改進(jìn)物元可拓法得到的Ⅱ級結(jié)果范圍內(nèi)；另一個原因是內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法本身突出了高濃度污染物的作用，并不具有生態(tài)毒理學(xué)依據(jù)，可能會出現(xiàn)高估或低估污染物污染水平的情況，從一定程度降低了該方法的靈敏度，以上分析均可從表7統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到初步驗(yàn)證。（5）改進(jìn)物元可拓法在傳統(tǒng)物元可拓模型的基礎(chǔ)上，解決了評價指標(biāo)超出節(jié)域范圍無法計(jì)算的問題，引入貼近度函數(shù)代替最大隸屬度準(zhǔn)則，計(jì)算簡單合理。利用單因子指數(shù)法（以江西省背景值為評價標(biāo)準(zhǔn)）對采用改進(jìn)物元分析法得到的Ⅱ級級別中與模糊數(shù)學(xué)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法所得結(jié)果不同的103個樣點(diǎn)中的各重金屬元素單因子污染程度進(jìn)行評價，結(jié)果見表8。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)將這些樣點(diǎn)污染水平判別為尚清潔狀態(tài)更為合理。因此，可以判斷，較模糊數(shù)學(xué)法而言，基于改進(jìn)物元分析法得到的評價結(jié)果更為嚴(yán)謹(jǐn)、更加合理。

基于以上分析可以得出：改進(jìn)后的物元可拓模型在傳統(tǒng)物元可拓模型的基礎(chǔ)上，充分考慮了評價中的不確定性和模糊性，突破了傳統(tǒng)物元可拓模型的局限性，同時克服了加權(quán)綜合指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法等評價方法硬性分級的不足，且不需構(gòu)造模糊數(shù)學(xué)法中的隸屬度函數(shù)，計(jì)算簡單，評價結(jié)果更為嚴(yán)謹(jǐn)。但改進(jìn)物元可拓模型和其他土壤重金屬評價模型一樣，缺乏精度驗(yàn)證模型。今后，應(yīng)進(jìn)一步研究采樣區(qū)農(nóng)作物及農(nóng)產(chǎn)品中重金屬元素含量，研究重金屬在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移機(jī)理，實(shí)現(xiàn)耕地土壤、農(nóng)作物及農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量的耦合互證，進(jìn)一步探究評判模型的可行性。

基于江西省土壤環(huán)境背景值、國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)確定的分級標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠反映區(qū)域土壤中重金屬含量相對于研究區(qū)自然背景值的累積污染程度及其對農(nóng)作物及人體的影響程度，不同污染程度的具體表現(xiàn)得到進(jìn)一步明確。但由于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995）至今已不適應(yīng)當(dāng)前土壤環(huán)境管理的需求，目前尚無統(tǒng)一的分級標(biāo)準(zhǔn)，因此，如何根據(jù)研究區(qū)實(shí)際合理確定評價分級標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步深入討論。

表8 部分樣點(diǎn)重金屬元素單因子評價結(jié)果Table 8 Single factor evaluation results of heavy metals of some samples

4 結(jié)論

（1）通過對經(jīng)典域和待評物元的規(guī)格化處理、將貼近度準(zhǔn)則代替最大隸屬度準(zhǔn)則，克服了傳統(tǒng)物元可拓模型在評價中的局限性，構(gòu)建了土壤重金屬污染評價的改進(jìn)物元可拓評價模型。同時，在傳統(tǒng)污染物濃度超標(biāo)倍數(shù)法的基礎(chǔ)上，引入毒性響應(yīng)系數(shù)修正權(quán)重，修正后的權(quán)重不僅反映了污染物的濃度水平，而且反映了污染物的毒性水平。

（2）研究區(qū)耕地土壤樣品中重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析表明，土壤樣品中Hg、As、Pb、Cd、Cu、Cr、Zn的平均含量分別超過當(dāng)?shù)乇尘爸?1.57、1.08、1.09、1.68、1.66、1.74、1.05倍，表明7種重金屬元素已有不同程度累積，超標(biāo)率Cr＞Cu＞Cd＞Hg＞Zn＞Pb＞As。

（3）運(yùn)用改進(jìn)后的物元可拓模型得到的鄱陽湖區(qū)耕地土壤重金屬綜合污染情況為尚清潔狀態(tài)。都昌縣、湖口縣、共青城市的污染等級為清潔級，其他地區(qū)均呈尚清潔狀態(tài)。

（4）改進(jìn)物元可拓法與傳統(tǒng)評價方法得到的評價結(jié)果基本一致，表明改進(jìn)物元可拓模型也可應(yīng)用于土壤重金屬污染評價中，且評價結(jié)果更為嚴(yán)謹(jǐn)合理，但目前尚沒有統(tǒng)一的分級標(biāo)準(zhǔn)，如何合理確定評價分級標(biāo)準(zhǔn)以及評價模型的精度驗(yàn)證有待進(jìn)一步深入討論。