李桂全

（山東瑞地環(huán)評科技有限公司 山東青島 266000）

引言

土壤污染作為一種嚴(yán)重的環(huán)境問題，對人類健康、生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。土壤污染的狀況及其演變趨勢的準(zhǔn)確刻畫對于污染防治和土壤資源合理利用具有重要意義。土壤污染評估作為土壤污染狀況刻畫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以通過建立評估模型來對地塊土壤污染進(jìn)行定性或定量評估，從而為土壤污染防治和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。然而，不同的土壤污染評估模型可能對地塊土壤污染的準(zhǔn)確刻畫產(chǎn)生不同影響，因此選擇合適的評估模型對于土壤污染評估的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。

本文將探討不同土壤污染評估模型對地塊土壤污染準(zhǔn)確刻畫的適用性影響。首先，從評估模型的適用性、數(shù)據(jù)的可獲得性、模型的復(fù)雜度以及評估結(jié)果的解釋和應(yīng)用等多個方面進(jìn)行討論。其次，通過對比分析不同模型的優(yōu)缺點，進(jìn)一步探討如何選擇合適的評估模型以及如何在實際應(yīng)用中提高土壤污染評估的準(zhǔn)確性和可靠性。最后，總結(jié)現(xiàn)有研究中存在的問題，并提出未來研究的方向和建議。

1 評估模型的適用性

不同的土壤污染評估模型在不同的場景下具有不同的適用性。評估模型的適用性主要包括模型的適用對象、適用區(qū)域、適用尺度和適用目的等方面。

1.1 評估模型適用對象需與研究地塊土壤污染類型和性質(zhì)匹配

由于有些評估模型適用于有機(jī)污染物的評估，因而對于重金屬污染或放射性污染等不同類型的土壤污染，需要選擇相應(yīng)的評估模型。不同類型的土壤污染物具有不同的行為特征，如遷移、轉(zhuǎn)化、積累等過程，因此需要選擇合適的評估模型準(zhǔn)確刻畫其在地塊土壤中的分布和遷移規(guī)律。

1.2 評估模型適用區(qū)域需與研究地理范圍匹配

不同地理區(qū)域的土壤性質(zhì)、氣候條件、土地利用方式等因素可能對土壤污染的形成和傳輸過程產(chǎn)生影響，因此需要選擇適合當(dāng)?shù)厍闆r的評估模型。如，在不同地理區(qū)域中，土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、粘粒含量等土壤性質(zhì)的差異可能影響重金屬污染物的遷移和轉(zhuǎn)化，因此需要考慮這些因素在評估模型的應(yīng)用中。

1.3 評估模型適用尺度需與研究地塊土壤污染尺度匹配

土壤污染可以存在于不同尺度的地理單元中，包括點源污染、面源污染和區(qū)域性污染等。評估模型的適用尺度需要與研究的地塊尺度相匹配，以保證評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

對于點源污染，常常采用Geo-accumulation Index（I-geo 等點源模型進(jìn)行評估）[1]。如，廣東省珠三角地區(qū)的土壤污染研究中，采用了I-geo指標(biāo)，對該地區(qū)的土壤污染程度進(jìn)行了評估，并明確了不同元素的污染狀況和污染來源[2]；陜西省寶雞市某鉛鋅冶煉區(qū)土壤污染評估研究中，采用了I-geo 指標(biāo)，對土壤中的重金屬污染進(jìn)行了評估，并提出了相應(yīng)的防治建議[3]。而對于面源污染，常常采用Soil Conservation Service model（SCS）[4]和Vegetative Filter Strip Modeling System（VFSMOD）[5]等面源模型進(jìn)行評估。如，杭嘉湖地區(qū)農(nóng)田氮磷徑流流失研究中，采用了SCS 模型，對同一農(nóng)田旱澇季的土壤的侵蝕風(fēng)險進(jìn)行了評估，并提出了防治措施；植被緩沖帶對千島湖地區(qū)農(nóng)田面源污染磷負(fù)荷削減效果模擬研究中，采用了VFSMOD 模型，對土壤侵蝕程度進(jìn)行了評估，為植被緩沖帶凈化農(nóng)田面源污染時寬度設(shè)計提供指導(dǎo)。

對于區(qū)域性污染，通?；诙喾N數(shù)據(jù)源和模型方法，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）[6]、遙感技術(shù)、統(tǒng)計學(xué)等方法。如，江蘇省南京市江寧區(qū)某鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)田重金屬污染研究中，采用了GIS 模型，分析重金屬空間分布特征，預(yù)測了其他風(fēng)險區(qū)域及警戒線，為周邊區(qū)域的重金屬污染防范起到了關(guān)鍵作用；海南省海南島的農(nóng)用地土壤重金屬污染評估研究中，采用了GIS 模型，對海南島農(nóng)用地中的5 種重金屬（Hg、Cd、Cr、Pb和As）進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析與評價，這對海南島農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和城市土地利用具有重要意義[7]。因此，在選擇評估模型時需要根據(jù)研究地塊的實際尺度進(jìn)行合理選擇。

1.4 評估模型適用目的需與研究目標(biāo)匹配

評估模型的適用性對土壤污染評估的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。選擇合適的評估模型能夠在一定程度上提高土壤污染評估的精度和可靠性，從而更好地指導(dǎo)土壤污染的管理和修復(fù)。對于土壤污染的風(fēng)險評估，需要使用概率模型或風(fēng)險模 型，如Monte Carlo 模 擬[8]、Probabilistic Risk Assessment（PRA）[9]等；而對于土壤污染的來源解析，需要使用示蹤模型或同位素模型，如Stable Isotope Mixing Model（SIMM）[10]等。因此，在選擇評估模型時，需要明確研究目的，并選擇適合的模型來實現(xiàn)研究目標(biāo)。

2 數(shù)據(jù)的可獲得性

土壤污染評估模型需要大量的輸入數(shù)據(jù)，包括土壤性質(zhì)、污染物濃度、環(huán)境因素等數(shù)據(jù)，但不同類型的評估模型對輸入數(shù)據(jù)的要求也不同。首先，不同評估模型對土壤性質(zhì)數(shù)據(jù)的要求不同，如有些評估模型需要詳細(xì)的土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、pH 等數(shù)據(jù)，而有些評估模型只需要全氮、全磷等簡化的土壤性質(zhì)數(shù)據(jù)，這取決于評估模型對土壤性質(zhì)的敏感性和精細(xì)度要求。但有時候獲得足夠的土壤性質(zhì)數(shù)據(jù)可能會面臨困難，如在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)或者沒有詳細(xì)土壤性質(zhì)數(shù)據(jù)的地方，可能會影響評估模型的適用性和準(zhǔn)確性。其次，不同評估模型對污染物濃度數(shù)據(jù)的要求也不同，如有些評估模型需要包括不同深度、不同土層污染物濃度的詳細(xì)的污染物濃度數(shù)據(jù)，而有些評估模型只需要總體的污染物濃度數(shù)據(jù)。但獲取足夠的污染物濃度數(shù)據(jù)可能面臨樣品采集、分析和處理等技術(shù)和成本上的挑戰(zhàn)。最后，評估模型還可能需要其他環(huán)境因素的數(shù)據(jù)，如氣象數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)的可獲得性和精度也可能會對評估模型的適用性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。因此，在選擇土壤污染評估模型時，需要考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，并根據(jù)實際情況合理選擇適用的評估模型，如果數(shù)據(jù)不足或者不準(zhǔn)確，可能需要進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)處理、插值或者代用，以保證評估結(jié)果的可靠性和合理性。

3 模型的復(fù)雜度

涉及環(huán)境評估和污染評估時，有許多不同的模型可供選擇，但每個模型都有其優(yōu)點和局限性。

3.1 I-geo 模型

I-geo 模型的復(fù)雜度低，計算方法相對簡單，只需考慮污染物的累積程度，計算過程也較為簡單明了。通常通過對土壤或沉積物中污染物濃度的測定和參考值的比較，計算出Geoaccumulation Index 來評估污染程度。該模型簡單易用，不需要復(fù)雜的計算和數(shù)據(jù)要求，直觀地表示了污染程度，便于解釋和溝通。但由于其只考慮了單一元素的累積，不能全面評估多元素的綜合污染情況，且未考慮土壤特性、生物有效性等因素，可能會導(dǎo)致評估結(jié)果偏差。

3.2 SCS 模型

SCS 模型的復(fù)雜度中等，是一種用于評估土壤侵蝕和流失的模型，需要考慮多個因素如坡度、土地利用、覆蓋度等，并需要大量的輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行計算，以及需要較為詳細(xì)的地理信息和土壤參數(shù)數(shù)據(jù)、較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和計算過程。適用于評估面源污染對土壤侵蝕和水土保持的影響，具有廣泛應(yīng)用和驗證，同時考慮了降雨、土壤、植被等多個因素，能夠較為全面地評估土壤侵蝕風(fēng)險。但計算較為復(fù)雜，需要大量輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)，對數(shù)據(jù)要求較高，并且由于不考慮非降雨條件下的土壤侵蝕，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)在某些情況下存在不準(zhǔn)確性。

3.3 VFSMOD 模型

VFSMOD 模型的復(fù)雜度較高，它考慮了土壤表面和亞表面的流動和運移過程，需要較多的輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)，包括了較為復(fù)雜的植被信息和水流模擬，需要較高的技術(shù)水平和模型應(yīng)用經(jīng)驗，因而對于數(shù)據(jù)不足或不準(zhǔn)確的情況可能需要專業(yè)的技術(shù)支持和實地驗證。但該模型考慮了植被帶對污染物的滯留和去除效果，適用于評估植被帶對面源污染的緩解作用；提供了多種模型和算法，可以根據(jù)具體情況選擇合適的模型進(jìn)行應(yīng)用。不過該模型需要較為詳細(xì)的輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)，對數(shù)據(jù)要求較高，由于不考慮其他土壤和環(huán)境因素對污染物遷移的影響，因此可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)在某些情況下存在不準(zhǔn)確性。

3.4 GIS 模型

GIS 模型的復(fù)雜度中等，是一種基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的模型，需要使用GIS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和空間分析，包括地理數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)疊加、空間插值等。而基于地理信息系統(tǒng) (GIS)平臺，可以集成和分析大量空間數(shù)據(jù)，具有較強(qiáng)的空間分析和決策支持能力；可以通過空間插值、空間統(tǒng)計等方法對污染分布進(jìn)行推斷和模擬。但結(jié)果易受到空間數(shù)據(jù)質(zhì)量、模型參數(shù)和算法選擇等因素的影響，可能存在一定的不確定性,對于不熟悉GIS 技術(shù)和空間數(shù)據(jù)處理的用戶而言該模型較為復(fù)雜。

3.5 Monte Carlo 模擬

Monte Carlo 模擬的復(fù)雜度較高，它是一種基于概率統(tǒng)計的模型，需要生成隨機(jī)數(shù)和進(jìn)行大量的模擬計算。它可以考慮不確定性因素，通過多次模擬和隨機(jī)抽樣得到概率分布和風(fēng)險結(jié)果；可以對多個參數(shù)和變量進(jìn)行靈活的組合和分析，能夠全面評估風(fēng)險的多樣性。但Monte Carlo 模擬的計算較為復(fù)雜，需要大量的計算資源和時間，對于不熟悉統(tǒng)計學(xué)和概率論的用戶而言較為復(fù)雜，需要一定的技術(shù)和專業(yè)知識。

3.6 PRA

PRA 的復(fù)雜度較高，涉及到復(fù)雜的概率統(tǒng)計和風(fēng)險分析，需要對不同的風(fēng)險來源、暴露途徑、人群暴露情況等進(jìn)行綜合考慮，包括概率分布的建立、不確定性分析、災(zāi)害事件的概率計算等復(fù)雜的計算和分析過程。但PRA 可以通過概率和統(tǒng)計方法對風(fēng)險進(jìn)行定量評估，考慮了不確定性和可變性；可以綜合考慮多個因素對風(fēng)險的影響，包括事故概率、事故后果、人員暴露等；可以提供一種較為全面和科學(xué)的評估方法，適用于復(fù)雜和多風(fēng)險因素的評估。不過PRA 需要大量的數(shù)據(jù)和參數(shù)，對數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性要求較高，且計算較為復(fù)雜需要專業(yè)的技術(shù)和經(jīng)驗支持。PRA 的結(jié)果依賴于模型的準(zhǔn)確性和假設(shè)的合理性。

3.7 SIMM 模型

SIMM 模型的復(fù)雜度中等，是一種用于追蹤不同源頭的混合物的模型，需要對穩(wěn)定同位素比值進(jìn)行測定，并進(jìn)行模型計算和混合比例的估算。該模型可通過穩(wěn)定同位素的比例來追蹤和識別不同來源的污染物，可提供定量的來源貢獻(xiàn)信息，對源解析和污染溯源具有較高的準(zhǔn)確性，適用于評估復(fù)雜的環(huán)境體系中不同來源的貢獻(xiàn)，如水體、大氣、土壤等。但該模型需要穩(wěn)定同位素分析的技術(shù)和設(shè)備支持成本較高，對于不同穩(wěn)定同位素的選擇和解釋需要專業(yè)的知識和經(jīng)驗，依賴于同位素比例的數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性，對數(shù)據(jù)要求較高。

3.8 小結(jié)

綜上所述，不同的評估模型在復(fù)雜度方面存在差異。一些模型較為簡單易用，適合初步評估和快速篩選，如I-Geo 指標(biāo)；一些模型復(fù)雜度較高，需要較多的數(shù)據(jù)和參數(shù)，適合深入和細(xì)致的評估，如Monte Carlo 模擬和PRA；還有一些模型在特定應(yīng)用場景下具有較高的準(zhǔn)確性和精確性，如SIMM 模型。因此，選擇適合的模型需要考慮研究目的、數(shù)據(jù)可用性、模型可靠性和用戶專業(yè)知識等多方面因素。

4 評估結(jié)果的解釋與應(yīng)用

完成土壤污染評估后，需要對評估結(jié)果進(jìn)行解釋和應(yīng)用。評估結(jié)果應(yīng)以科學(xué)客觀的方式進(jìn)行解釋，包括對評估模型的適用性、準(zhǔn)確性和不確定性的說明，以及對評估結(jié)果的合理解釋。模型的可解釋性通常與模型的復(fù)雜性和精確性之間存在一定的權(quán)衡。一些復(fù)雜的模型由于計算過程可能較為復(fù)雜，涉及多個參數(shù)和復(fù)雜的算法，可能在解釋性上存在一定的挑戰(zhàn)。然而，這并不意味著復(fù)雜的模型就缺乏可解釋性。在實際應(yīng)用中，可以采用文檔化、可視化、簡化模型、教育和培訓(xùn)、敏感性分析、模型驗證的方法來提高模型的可解釋性。如，可詳細(xì)記錄模型的輸入數(shù)據(jù)、參數(shù)、計算過程、輸出結(jié)果等信息，并編寫用戶文檔或技術(shù)文檔，以便用戶能夠理解和解釋模型的運行結(jié)果；使用圖表、圖形、地圖等可視化方式，將模型的結(jié)果以直觀的形式展示出來，便于用戶理解和解釋；在設(shè)計模型時，可以考慮將模型簡化為更為直觀和易解釋的形式，像使用簡單的公式、規(guī)則或者圖形化模型等，以便用戶更好地理解模型的運行原理和結(jié)果；對使用模型的用戶進(jìn)行培訓(xùn)和教育，提高他們對模型的理解和解釋能力，使其能夠正確解釋模型的結(jié)果和應(yīng)用模型的限制；通過對模型進(jìn)行敏感性分析，了解模型結(jié)果對于輸入?yún)?shù)的響應(yīng)，可以幫助用戶理解模型的穩(wěn)定性和對不確定性的響應(yīng)；對模型進(jìn)行驗證以確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性，并向用戶提供可信的結(jié)果。

評估結(jié)果的應(yīng)用涉及環(huán)境管理、土地利用規(guī)劃、風(fēng)險管理等方面，因此解釋評估結(jié)果時需要考慮受眾的背景和需求，以確保評估結(jié)果能夠被合理理解和應(yīng)用。在環(huán)境管理方面，評估結(jié)果可作為制定土壤污染防治政策和措施的依據(jù)，幫助決策者了解土壤污染程度和分布情況，制定合理的污染防治措施。在土地利用規(guī)劃方面，評估結(jié)果可以用于評估土地的適宜性和可持續(xù)性，指導(dǎo)土地用途的選擇和規(guī)劃。在風(fēng)險管理方面，評估結(jié)果可以幫助評估土壤污染對人體健康和生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險，并制定相應(yīng)的風(fēng)險管理措施。

此外，評估結(jié)果的應(yīng)用還需要考慮社會、經(jīng)濟(jì)和政策因素。如，評估結(jié)果可能對土地價值和房地產(chǎn)市場產(chǎn)生影響，可能對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營和投資決策產(chǎn)生影響，可能對政府的土地管理和環(huán)境政策產(chǎn)生影響。因此，在評估結(jié)果的應(yīng)用過程中，需要充分考慮這些因素，并采取綜合、科學(xué)、合理的方法進(jìn)行決策和管理。

5 評估模型的不足與未來展望

5.1 評估模型的不足之處

雖然土壤污染評估模型在評估土壤污染中具有重要的作用，但也存在一些不足之處。首先，評估模型的精度和可靠性依賴于數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量，如果數(shù)據(jù)量有限或者數(shù)據(jù)樣本存在偏差，模型的泛化能力和評估結(jié)果可能受到限制，進(jìn)而影響評估結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。其次，評估模型的適用性受到多種因素的限制，包括土壤性質(zhì)、污染物類型和濃度、環(huán)境條件等，不同的評估模型對不同情境下的適用性和準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步研究和驗證。最后，評估模型通?；谝延械目茖W(xué)理論和假設(shè)，對于新興的污染物或者不同地區(qū)的土壤特性可能存在局限性，需要不斷進(jìn)行改進(jìn)和更新。

5.2 評估模型的未來發(fā)展

未來，土壤污染評估模型仍有許多研究和發(fā)展的空間。首先，需要不斷改進(jìn)和完善土壤污染評估模型的算法和方法，提高其精度和可靠性，如可以引入遙感數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)等新的數(shù)據(jù)源，以提高評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和空間分辨率。其次，可以探索多尺度、多層次的評估方法，包括從微觀到宏觀、從點源到面源的評估，以更全面地了解土壤污染的分布和影響。最后，可以考慮將不確定性因素更加融入評估模型中，如蒙特卡洛模擬、靈敏度分析、誤差傳播等，對模型的不確定性進(jìn)行全面和精細(xì)的分析，并將不確定性結(jié)果合理地傳遞給決策者和利益相關(guān)者，提高環(huán)境管理、土地規(guī)劃和風(fēng)險管理等實際應(yīng)用場景中的決策準(zhǔn)確性，從而實現(xiàn)土壤污染的有效防治和可持續(xù)管理。

結(jié)語

土壤污染評估是土壤環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的重要研究方向，具有廣泛的應(yīng)用價值。評估模型作為評估土壤污染的工具，可以通過建立數(shù)學(xué)模型和計算方法，從多個維度和角度對土壤污染進(jìn)行評估。但在評估模型的應(yīng)用中，需要充分考慮土壤性質(zhì)、污染物類型和濃度、環(huán)境條件等因素，并進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量的驗證和修正，以提高評估結(jié)果的可靠性和可解釋性。評估結(jié)果的解釋和應(yīng)用需科學(xué)和客觀地進(jìn)行，并考慮不同受眾的需求和背景。

總的來說，土壤污染評估模型在現(xiàn)代環(huán)境科學(xué)和環(huán)境管理中發(fā)揮著重要作用。通過評估模型，可以更加全面、準(zhǔn)確地了解土壤污染的分布和影響，并為環(huán)境管理和風(fēng)險治理提供科學(xué)依據(jù)。然而，評估模型仍然面臨許多挑戰(zhàn)和限制，需要不斷地改進(jìn)和完善。未來的研究方向應(yīng)包括改進(jìn)算法和方法、引入新的數(shù)據(jù)源、探索多尺度、多層次的評估方法、融入不確定性因素，以及加強(qiáng)評估模型與實際決策之間的聯(lián)系。