大數據在土壤污染治理上的應用前景

曹鵬鵬　潘正高

【摘 要】文章通過對大數據技術的特征進行分析，總結出大數據技術的應用場景并深入探討大數據技術在土壤污染治理上的應用前景。例如有針對性地以土壤數據為基礎建立數字共享、質量評價、污染治理等系統。大數據技術將為土壤污染治理帶來更強的驅動力。

【關鍵詞】大數據;土壤;污染治理;應用

長期以來土壤污染問題一直是阻礙我國環境治理發展的重難點問題，我國作為農業大國，土壤環境的質量與人居環境健康、耕種用地質量以及農產品安全息息相關。長期大力推進工業化而不注重生態環境的發展思路，為我國土壤環境埋下了難以治理的隱患。土壤環境問題日益凸顯，對于土壤污染的治理亟需重視。隨著科學技術的發展，利用大數據技術替代傳統治理土壤污染的方式有效且可行。土壤環境數據基數大、變化速度慢、短期波動小，土壤污染大多具有長期累積與時空滯后的特性，利用人工進行采樣檢測費時且費力，而通過大數據技術可節省大量成本并且數據具有長期性、即時性，運用科學的技術融入到土壤污染綜合治理中將給土壤環境保護帶來全新的轉機。

一、大數據技術

（一）大數據的特征

大數據是海量數據的集合，目前科學界普遍以5V+1C來概括其特征：大量（Volume）、多樣（Variety）、高速（Velocity）、價值密度低（value）、真實性（Veracity）、復雜（Complexity）。大數據技術是對大量、多樣、復雜的數據，通過運用新系統、新工具、新模型的挖掘，從而獲得問題的解決方案。

大數據由于包含著巨量的數據，與傳統數據相比，特點有以下兩個：

（1）數據類型和數據來源的多樣性，大數據可簡單分為三類，結構化、半結構化和非結構化數據。結構化數據是高度組織和整齊格式化的數據，是可以放入表格和電子表格中的數據類型。非結構化數據包括生活中常見的文本圖片、音頻影視等。

（2）數據高速增長的同時需要快速處理，對于數據有著嚴格的時效性的要求，并且由于數據的復雜多樣，在處理時并無太多規律可循，這就給數據的分析帶來一定難度，需要用與大數據相關的技術來進行更深度的優化。若要對PB及以上數量級的數據存儲，則需要運用到HDFS即分布式文件系統來保證有足夠的空間。

（二）大數據的應用

現如今人們的生活中已經離不開大數據，大數據的應用就是從這些隱含著大量信息的數據中發掘出人們需要的東西，實現咨詢的有效利用。大數據的廣泛應用已經不局限于科學研究，包括電子商務、智能管理、生物醫學、公共安全、污染治理等在內的各行各業都已經融入了大數據的痕跡。在電商領域，客戶的每一筆消費，購買的每一件商品都會留下相應的記錄，企業運用這些數據通過相應算法進行建模，然后根據個人消費水平及喜好進行精準推薦，省去了顧客尋找商品花費的大量時間。在生物醫學領域，研究某些疾病時，可以通過基因層面尋找誘發疾病產生的主效基因，對全基因組進行掃描，由于數據量的龐大需要用到大數據技術來比對基因，深度挖掘出主效基因。由此可見，面對土壤環境中海量的數據，大數據技術會為土壤環境治理帶來新思路。

二、大數據在土壤污染治理上的應用前景

（一）提供土壤環境數字化共享服務

國務院印發的《促進大數據發展行動綱要》，就提出要加快完善國家基礎信息資源體系。2016年又通過《土壤污染防治行動計劃》，再次提出要求提升土壤環境信息化管理水平，利用環境保護、國土資源、農業等部門相關數據，建立土壤環境基礎數據庫，構建全國土壤環境信息化管理平臺。土壤環境信息化必然要有兩個環節，首先是土壤環境采集信息數字化，運用傳感器等物聯網設備拓寬信息的收集渠道，建立一個土壤質量多源信息數據庫并實現數據的動態更新。在數字化的基礎上再提供共享服務，根據土壤環境多源數據庫的需要，搭建土壤數據云平臺，進行數據可視化處理，不同區域的土壤信息通過這個云平臺均可上傳并共享，長期的土壤環境數據積累能夠為社會提供優良的數字化服務。

（二）建立土壤污染評價系統

2019年生態環境部最新發布的《中國生態環境狀況公報》顯示影響農用地土壤環境質量的主要污染物是重金屬，其中鎘為首要污染物。土壤環境污染極大的威脅到農產品安全，直接關乎到人們的生活。我國有色金屬礦區、大型污灌區以及東北、京津冀、珠三角和長三角大型工業區都有重金屬污染帶來的風險。當地居民所需的蔬菜與糧食的質量都難以得到保障，尤其是靠近工業區的農地將有較高的重金屬含量?？梢酝ㄟ^建立土壤污染評價系統管控重金屬污染，為每一個地塊設置獨一無二的標志碼，實施精準管理，并且對重金屬超標地塊進行風險預警。評價系統能夠為高質量農產品提供平臺監管，與農產品溯源方法相結合，嚴防農作物重金屬超標的同時達到“事前干預，事后追究”的效果。結合土壤環境多源信息數據庫與農產品質量，重金屬超標的問題將能夠得到預測并為地方政府提供解決思路。

（三）加強土壤污染源協同治理

跨介質環境污染是一種復雜的環境污染，在土壤污染中頻頻出現，因此就需要加強土壤污染源協同治理，從土壤污染源出發，突破分割式環境治理模式，開發跨介質、跨區域、跨系統土壤環境污染協同治理模式。國內已經推進大氣、水、土壤等不同介質污染問題的協同創新工作，因此，應在傳統環境管理的基礎上，加強污染源、污染途徑和環境承載力等多元化數據的關聯分析，融合經濟社會、基礎地理、氣象和水文等數據資源，建設基于空間地理信息系統的土壤環境大數據系統，服務于區域性跨介質協同治理。

三、結語

土壤污染數據具有多源、巨量、復雜的特點，使用大數據技術是土壤污染治理的最優解，研發土壤多源信息平臺，建立數字共享、質量評價、污染治理等系統，為地區土壤污染治理提供數據與決策支撐。

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作者簡介：曹鵬鵬（1999—），男，本科，研究方向為大數據應用。潘正高（1978—），漢族，教授，碩士，碩士生導師，宿州學院信息工程學院，研究方向：數據挖掘，農業生態大數據。

基金項目：安徽省大學生創新創業訓練計劃項目資助（201910379039），安徽省教育廳高?？茖W研究重點項目（KJ2019A0668），農業生態大數據分析與應用技術國家地方聯合工程研究中心開放課題項目（項目編號：AE2019010），安徽省重點研究與技術開發計劃項目（項目編號：202004a06020045）。