土壤重金屬污染

土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法

1、綜合污染指數(shù)

綜合指數(shù)法是一種通過(guò)單因子污染指數(shù)得出綜合污染指數(shù)的方法,它能夠較全面地評(píng)判

其重金屬的污染程度。其中，內(nèi)梅羅指數(shù)法(Nemerowindex)是人們?cè)谠u(píng)價(jià)土壤重金屬污染

時(shí)運(yùn)用最為廣泛的綜合指數(shù)法[1]。

S

C

P

i

i

i

?

2

max

22）（）（

綜合

PP

Pii

?

?

式中：P

i

為單項(xiàng)污染指數(shù)；

C

i

為污染物實(shí)測(cè)值；

S

i

為根據(jù)需要選取的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；S

i

為第i種金屬的土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)[2-3](As、Cd、Cr、

Cu、Hg、Ni、Pb、Zn依次為15、0.2、90、35、0.15、40、35、100mg/kg)

P

i

為單項(xiàng)污染指數(shù)平均值；

P

imax

為最大單項(xiàng)污染指數(shù)。

2、富集因子法

富集因子是分析表生環(huán)境中污染物來(lái)源和污染程度的有效手段，富集因子(EF)是Zoller

等(1974)為了研究南極上空大氣顆粒物中的化學(xué)元素是源于地殼還是海洋而首次提出來(lái)的。

它選擇滿足一定條件的元素作為參比元素(一般選擇表生過(guò)程中地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的元素)，

然后將樣品中元素的濃度與基線中元素的濃度進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)判斷表生環(huán)境介質(zhì)中元素的

人為污染狀況[4]。

）（

）（

BB

CC

refn

refn

EFsample

backround

?

式中：C

n

為待測(cè)元素在所測(cè)環(huán)境中的濃度；

C

ref

為參比元素在所測(cè)環(huán)境中的濃度；

B

n

為待測(cè)元素在背景環(huán)境中的濃度；

B

ref

為參比元素在背景環(huán)境中的濃度。

3、地積累指數(shù)法

地積累指數(shù)法是德國(guó)海德堡大學(xué)沉積物研究所的科學(xué)家Muller在1969年提出的，用于

定量評(píng)價(jià)沉積物中的重金屬污染程度[5]。

?Igeo

log

2BE

C

n

i

5.1

式中：C

i

為樣品中第i種重金屬元素的平均濃度(mg/kg)，

BE

n

是所測(cè)元素的平均地球化學(xué)背景值，通常為全球頁(yè)巖元素的平均含量(As、Cd、

Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn依次為13、0.4、62、45、0.35、68、34、118mg/kg)，1.5

是用來(lái)校正由于風(fēng)化等效應(yīng)引起的背景值差異的修正指數(shù)。

4、潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法由瑞典科學(xué)家Hakanson提出(Hakanson，1980)，是根據(jù)重金屬性質(zhì)

及其在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化沉積等行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)的角度對(duì)土壤或者沉積物中的重金屬進(jìn)行

評(píng)價(jià)。該方法首先要測(cè)得土壤中重金屬的含量，通過(guò)與土壤中重金屬元素背景值的比值得到

單項(xiàng)污染系數(shù)，然后引入重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)，得到潛在生態(tài)危害單項(xiàng)系數(shù)，最后加權(quán)得到

此區(qū)域土壤中重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)[6]。

單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)E

i

計(jì)算式為：

C

C

TEii

0

i??

式中，C

i

為重金屬的平均濃度(mg/kg)；

C

0

為參比值，采用全球工業(yè)化前沉積物中重金屬的最高背景值(As、Cd、Cr、Cu、

Hg、Ni、Pb、Zn依次15、0.5、60、30、0.25、40、25、80mg/kg)；

T

i

為重金屬的毒性系數(shù)(Hakanson提出As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的毒性

系數(shù)分別為10、30、2、5、40、2、5、1)。

多個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)RI計(jì)算式為：

?

?

?

n

i

iERI

1

表1重金屬Nemerrow污染指數(shù)P，地質(zhì)累積指數(shù)I

geo

及潛在生態(tài)危害指標(biāo)E

i

、RI與污染分級(jí)

標(biāo)準(zhǔn)

Table1RelationshipbetweenNemerrow(P)，geo-accumulation(Igeo)，potentialecological

harmindex(Ei、RI)andclassificationofheavymetalpollution

等級(jí)PI

geo

E

i

RI

清潔（安全）＜0.7＜0

尚清潔（警戒線）0.7-1.0

輕度污染1.0-2.00-1.0＜40＜150

中度污染2.0-3.01.0-2.040-80150-300

中度污染-強(qiáng)度污染2.0-3.0

強(qiáng)度污染3.0-10.03.0-4.080-160300-600

強(qiáng)度污染-極度污染4.0-5.0

重度污染160-320＞600

極度污染＞10.0＞5.0＞320

表2幾種常見(jiàn)指數(shù)法及其優(yōu)缺點(diǎn)

Table2Advantagesanddisadvantagesofveralcommonlyudindexmethods

評(píng)價(jià)方法公式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

內(nèi)梅羅指數(shù)法

2

max

22）（）（

綜合

PP

Pii

?

?

避免由于平均作用削

弱污染金屬的權(quán)值

可能會(huì)人為夸大或縮

小某些因子的影響

富集因子法）（

）（

BB

CC

refn

refn

EFsample

backround

?

能夠比較準(zhǔn)確地判斷

人為污染狀況

參比元素的選擇有待

規(guī)范

地累積指數(shù)法

?Igeo

log

2BE

C

n

i

5.1考慮了成巖作用對(duì)土

壤背景值的影響

應(yīng)注意K值的選擇

潛在生態(tài)危害

指數(shù)法C

C

TEii

0

i???

?

?

n

i

iERI

1

將環(huán)境生態(tài)效應(yīng)與毒

理學(xué)聯(lián)系起來(lái)

注意重金屬間毒性加

權(quán)或拮抗作用

地積累指數(shù)法

地積累指數(shù)法是德國(guó)海德堡大學(xué)沉積物研究所的科學(xué)家Muller在1969年提出的，用于

定量評(píng)價(jià)沉積物中的重金屬污染程度[5]。

?Igeoi

log

2B

C

i

i

K

（1）

式中：C

i

為樣品中第i種重金屬元素的平均濃度(mg/kg)，B

i

是所測(cè)元素的平均地球化學(xué)背景

值，通常為全球頁(yè)巖元素的平均含量(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn依次為13、0.4、

62、45、0.35、68、34、118mg/kg)，k為修正造巖運(yùn)動(dòng)引起的背景波動(dòng)而設(shè)定的系數(shù)，一

般取值1.5。依據(jù)地累積指數(shù)值(I

geo

)把土壤中重金屬污染程度分為7個(gè)等級(jí)，具體見(jiàn)表3。

表3基于地累積指數(shù)的土壤重金屬污染程度分級(jí)

Table1Pollutionlevelofheavymetalsbadonindexofgeo-accumulation

I

geo

≤00-11-22-33-44-5＞5

級(jí)數(shù)0123456

污染指標(biāo)清潔輕度污染偏中污染中度污染偏重污染重度污染嚴(yán)重污染

基于三角模糊數(shù)的地累積指數(shù)評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

模糊數(shù)學(xué)方法通過(guò)隸屬度函數(shù)描述土壤重金屬污染狀況的漸變性和模糊性，評(píng)價(jià)結(jié)果

具有一定可靠性。三角模糊數(shù)處理技術(shù)適用于評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)資料不足或者數(shù)據(jù)精度不高的重金屬

污染狀況，已有成功的應(yīng)用[26-29]。將污染物濃度和地球化學(xué)背景值經(jīng)α-截集技術(shù)[30-31]處理后

的數(shù)據(jù)分別表示為C

i

=(C

1i

，C

2i

，C

3i

)、B

i

=（B

1i

，B

2i

，B

3i

）。把三角模糊數(shù)參數(shù)用式（1）算

得三角模糊化的地累積指數(shù)評(píng)價(jià)模型：

?Igeo

log

2B

C

n

K

（2）

經(jīng)α-截集技術(shù)處理得到的土壤污染物地累積指數(shù)是一個(gè)區(qū)間數(shù)，用隸屬度函數(shù)計(jì)算可確

定土壤重金屬污染程度等級(jí)。設(shè)地累積指數(shù)區(qū)間[Igeo1

，I2geo

]對(duì)[Io

?

1ge

，Io

?

2ge

]的隸屬度

可以定量表示為：

]，[

]，[]，[

II

IIII

geo2geo1

*

geo2

*

geo1geo2geo1?

?）（?A（3）

式中，A（λ）表示[Igeo1

，I2geo

]對(duì)[Io

?

1ge

，Io

?

2ge

]的隸屬度，表示區(qū)間幾何長(zhǎng)度，

?表示取兩個(gè)區(qū)間的交集，[Io

?

1ge

，Io

?

2ge

]表示評(píng)價(jià)等級(jí)的第λ等級(jí)，其中λ=1,2,3...n。

由式（3）得到[Igeo1

，I2geo

]對(duì)各個(gè)等級(jí)的隸屬度，然后基于地累積指數(shù)污染等級(jí)的

劃分得出[Igeo1

，I2geo

]的重金屬污染程度，式（4）。

)()(

1

geo

??

?

?

VAIi

???

?

＇（4）

式中，Ii

＇

geo

是重金屬i的模糊地累積指數(shù)值，)(?V為各個(gè)污染等級(jí)的賦值。

地累積指數(shù)法只能判斷單獨(dú)一種重金屬的危害程度，不能很好地反應(yīng)各填埋場(chǎng)的重金屬

污染的綜合程度。可結(jié)合各重金屬的生物毒性的差異，建立生活垃圾填埋場(chǎng)重金屬污染綜合

評(píng)價(jià)模型，見(jiàn)式（5）。

?

?

??

n

n

geoIWR

1

（5）

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