淺談土壤重金屬調查數據的污染評價與分析

高建峰 姜小三 丁瑞芬 韓國新 徐明芳 陳雪民（江蘇省蘇州市吳江區土肥站 500；南京農業大學資源與環境學院，江蘇省南京市 0095）

淺談土壤重金屬調查數據的污染評價與分析

高建峰1*姜小三2丁瑞芬1韓國新1徐明芳1陳雪民1（1江蘇省蘇州市吳江區土肥站 215200；2南京農業大學資源與環境學院，江蘇省南京市 210095）

根據江蘇省農產品產地土壤重金屬污染防治普查工作方案要求，從2014年起，該項工作進入數據匯總統計和分析階段，需要對前幾年采集的農產品和土壤樣品檢測數據進行錄入復查、存檔和數據資料匯總、統計、評價、產地安全分級、區劃、國控點設置、圖表制作等，其中利用調查的數據資源進行合理評價具有重要意義，但在實際工作中，因數據多、繁，難以進行分析。現結合蘇州市吳江區的土地利用實際情況和結合自身污染評價和數據分析的實際，重點介紹土壤重金屬調查數據的污染評價與數據分析的相關步驟，以供同行參考。

土壤；重金屬；調查；評價分析

農業部自2012年起，在全國范圍內開展了農產品產地土壤重金屬污染防治調查工作，目的在于全面系統地對重金屬重點污染區域進行普查監測，摸清底數，建立農產品產地土壤重金屬污染監測預警體系和制度，為及時準確監測預警農產品產地土壤重金屬污染發生趨勢、開展污染土壤修復和進行農業結構調整提供科學依據[1，2]。目前該項工作已進入數據的匯總統計和分析階段，充分利用調查的數據資源進行合理評價是這次調查的主要目的之一，但在實際工作中，因數據多、繁而難以進行分析[3]。本文結合蘇州市吳江區土壤重金屬調查數據的分析評價工作，重點介紹了土壤重金屬調查數據的污染評價與數據分析的相關步驟，以供同行參考。

1 分析步驟

1.1 數據整理

首先根據江蘇省農產品產地土壤重金屬污染調查培訓的要求整理各類數據表格，詳細閱讀填表說明，熟悉填表要求、明晰填寫要點、關注注意事項，并對概念模糊的地方要經反復核實后再填寫。填寫好表格后，對所有數據進行軟件自動審核和人工審核，其中人工審核是重點，同時對所有檢測數據和采樣點數據建立一一對應的關系，也包括檢測數據和圖像數據的位置關系一一對應，此外，要反復核實樣點位置草圖，做到能充分了解樣點的土壤、肥力、耕作制度及周邊情況。

1.2 數據分析前的準備工作

在對重金屬調查數據進行分析前，要做好相關準備工作，包括：（1）各種標準。如樣品數據評價標準（見表1），供對超標點的數據進行比較；圖件資料，包括近年來的土地利用現狀圖、遙感圖像、土壤圖、耕地質量監測時的重金屬分布圖；土壤背景數據，包括土壤志及土壤普查、農灌水調查數據，以掌握土壤背景值、農業生產方式、農作物產量水平、施肥和農藥施用強度、耕作方式及秸稈還田等農業措施；有關科技文獻資料。（2）實地考察。結合遙感圖像到實地進行考察，并采用與農業人員、農技專業人員座談等方式進行溝通。

表1 樣品數據評價標準

1.3 異常值的判斷與分析

在對土壤重金屬調查數據進行分析之前，需要對所有土壤和農產品的測定值對照表1中的評價標準進行初步分析，有時測定的結果比相應的標準高出數十倍甚至幾百倍，這樣的異常測定結果的產生原因通常有：人為因素，樣品在采集、運輸和儲存期間受到污染，導致檢測結果出現明顯誤差。異常值對于后期的空間插值會產生很大的影響，所以必須預先進行剔除。在剔除前，要仔細核對耕地土壤監測數據、早期的土壤重金屬分布圖、周邊的可能引起測定數值升高的各種人為因素、農灌水測定數據及有關文獻數據等，防止產生誤判。

1.4 相關性分析

對農產品中重金屬超標的數據相關性進行初步分析，要按以下步驟進行：（1）解讀相關數據資料。包括土壤背景值、對應超標點位歷史數據、對應農產品超標點位的土壤測定結果、農灌水質量數據、可能引起超標的其它人為因素。同時要結合土地利用情況、近期的遙感圖像，進一步分析人為因素。在對總體數據有了基本概念以及對調查對象的土壤、灌溉狀況、人為污染等因素逐步排查后，就可利用專業的統計知識對數據進行分析。（2）相關性分析。對兩個或多個具備相關性的變量元素進行分析，從而衡量兩個變量因素的相關密切程度。找出農產品樣點的測定值與對應土壤點位、農灌水水質、工礦企業以及其它人為因素之間是否存在相關性，通常使用的分析方法包括線性相關、偏相關和距離分析等。其關鍵是要充分理解測定結果，對測定異常值進行預先剔除，否則分析結果會出現誤判，相關性分析常用軟件包括SPSS、SAS等。相關性分析的目的在于找出超標點位受到人為因素干擾的原因，為土壤質量修復和提升提供依據。1.5 重金屬污染評價

在對檢測數據進行初步分析后，就要對土壤污染進行評估，評估方法包括：單因子指數法（質量指數法、富集因子法、地積累指數法）、綜合因子指數法（內梅羅指數、潛在生態危害指數法）、模型指數法（模糊數學模型、灰色聚類法）、風險評價法（健康風險評價、生態風險評價）等。指數法是將實際測得的污染物濃度值代入到數學公式中，得到污染指數，然后與相應評價標準進行比較以確定污染等級的方法。模型指數法是在已有參數基礎上，構建較復雜的數學模型，借助計算軟件評價重金屬污染。風險評估法是通過風險評估模型，評估污染物對人體健康和生態環境的風險。這些評估方法各具優缺點（見表2），可在實踐中視情況靈活運用。

1.6 GIS在土壤重金屬污染評價方面的應用

表2 土壤重金屬污染評價方法的優缺點

利用GIS 強大的空間疊加分析和空間插值分析功能，可將檢測結果進行數字化成圖，進一步利用其空間查詢與空間分析功能，以在農產品產地環境監測工作中發揮重要作用。

通常在對數據做好評價分析后通過空間插值做含量分布圖，具體步驟：（1）數據錄入與編輯、數據的空間化。（2）按照要素、類別、數量和圖表渲染。（3）創建地圖版面（頁面設置、制圖元素圖例、指北針、比例尺的添加等），制圖、輸出作圖的關鍵還是要對樣點數據進行合理插值，剔除異常值和排除人為因素的干擾，具體作圖可借助軟件來完成，常用的軟件包括ArcGIS等。如使用ArcGIS軟件，制作蘇州市吳江區鉛砷含量分布圖（見圖1），軟件的使用方法參照使用手冊，本文不再贅述。

圖1 蘇州市吳江區鉛砷含量分布

2 小 結

土壤重金屬調查數據的污染評價與數據分析是一項技術含量較高的工作，需要做好大量的前期準備工作，除了要盡可能多地搜集各方面資料外，還必須進行充分的實地調研，只有對農業生產實際情況和土地利用方式了解足夠透徹，評價結果才能接近真實情況；同時，只有對影響空間插值的因素（如地形、河流、居民區、道路、垃圾填埋場、工廠等）在空間插值前做好詳細的調研和分析，才能避免因異常值導致空間插值產生誤判。在實際工作中，還可調用穩健變異函數對異常值進行識別和去除。對于污染評價的各種方法，也必須在對污染水平、各類標準充分掌握的基礎上靈活選擇，或將幾種方法相結合，以得到合理、準確的判斷和評價結果[5-7]。

[1] 全國農產品產地土壤重金屬污染防治普查技術方案培訓資料[Z].2012.

[2] 江蘇省農產品產地土壤重金屬污染防治領導小組.江蘇省農產品產地土壤重金屬污染防治普查工作方案[Z].2010.

[3] 江蘇省農業環境監測與保護站.2015年度農產品產地土壤重金屬污染防治指導意見[Z].2015.

[4] 吳運金.蘇州市農產品產地土壤重金屬檢測數據分析技術培訓課件[Z].2015.

[5] 劉晶,滕彥國,崔艷芳,等.土壤重金屬污染生態風險評價方法綜述[J].環境監測管理與技術.2007,19(3):6-11.

[6] 趙沁娜,徐啟新,楊凱.潛在生態危害指數法在典型污染行業土壤污染評價中的應用[J].華東師范大學學報(自然科學版), 2005,(1):111-116.

[7] 徐燕,李淑芹,郭書海,等.土壤重金屬污染評價方法的比較[J].安徽農業科學.2008,36(11）：4615-4617.

2015-09-07

農業部農產品產地土壤重金屬污染防治項目。

*為通訊作者。