基于多評價因子的土壤重金屬污染生態環境評價方法研究

關鍵詞：土壤重金屬污染；生態環境；評價方法；多評價因子

中圖分類號：X826 文獻標志碼：B

前言

土壤重金屬污染嚴重威脅人類的身體健康，在解決問題過程中，生態環境評價起到重要作用。該方法能夠確定土壤重金屬污染的等級，對于保持生態環境的穩定有著極為重要的意義。然而，傳統的方法雖然得出的結果準確，但是需要耗費大量的人力和物力，特別是在大范圍測定時，傳統的方法將會很難完成。因此，在傳統方法的基礎上，研究學者提出了新的想法。文獻[3]提出土壤重金屬的生態環境評價方法，利用遙感技術掃描土壤，測定重金屬含量，再對周圍環境進行重金屬含量的測量，再將測量的重金屬含量作為生態環境評價因子，評價當前的土壤環境。文獻[4]也提出土壤重金屬生態環境評價方法，利用光譜曲線，測定土壤重金屬吸附的有機化合物，并分析其光譜特征，構建環境評價模型，實現生態環境評價。但是該方法評價結果具有片面性。文獻[5]提出的土壤重金屬生態環境評價方法，利用神經網絡對土壤中多種重金屬含量進行建模處理，并利用模型中的各項參數對生態環境評價，從而完成對土壤重金屬生態污染的環境評價。但是該方法適用性不高，評價精度低。文章研究了新的基于多評價因子的土壤重金屬的生態環境評價方法，為后續的污染治理提供真實可靠的理論基礎。

1土壤重金屬污染的生態環境評價方法設計

1.1土壤樣本數據預處理

為保證文章設計方法的準確性，在采集土壤樣本后，需要將采集到的樣本土壤先進行清理，將其中的砂石、雜草、植物根莖等雜質清理干凈，記錄樣本采集時的環境信息，利用波譜儀進行土壤數據采集。在數據采集結束后，為保證采集到的光譜數據的精確性，需要預處理土壤數據。考慮到文章的數據采集使用了波譜儀，因此，樣本數據的預處理主要從兩個方面出發，一是數據的平滑處理，二是數據的光譜變換。在使用波譜儀時，由于儀器會對外界環境造成一定的影響，導致數據的采集結果受到噪聲的干擾，從而導致生成的光譜曲線呈現鋸齒狀。因此，對采集后的光譜數據進行平滑處理，提高土壤數據的準確性。具體處理過程見圖1。

如圖1所示，在進行平滑處理前，數據的波動性較大，難以提取有效數據，而進行平滑處理后，數據的波動性較小，數據的提取更加容易。在平滑處理數據后，需要光譜變化處理采集的土壤數據。利用波譜儀對土壤成分進行測定，由于土壤中重金屬污染元素的含量并不多，在生成的光譜曲線中，很難看出明顯的變化，因此，對其進行光譜變換，將重金屬污染元素的光譜特征信息進行放大，并對其進行歸一化處理，增強數據的可靠性。在文章中，使用光譜變換方法有兩種，分別為微分變換法和去包絡線法。其中，微分變換法的計算過程如式（1）所示：

2實驗測試

2.1實驗準備

為驗證文章設計的基于多評價因子的土壤重金屬污染的生態環境評價方法，進行了實驗測試。在此次實驗中，選取某城市作為實驗對象，利用文章設計的方法進行生態環境的評價。此次實驗選用的某城市位于亞熱帶和熱帶的過度區域，夏天炎熱、冬季寒冷，季節分明，一年四季日照充足，年平均溫度為18.3℃，地勢高低不平，年降水量達到了1800 mm，該地區的生產主要以糧食作物為主。在此次實驗中，從該地區選取18個土壤樣本，樣本的平面布置情況見圖2。

如圖2所示，在上述所示的土壤平面布置環境中，對某城市的土壤利用SR - 2500便攜式波譜儀進行測定，此次測定選取了18個采樣點，分別采用單因子評價和綜合評價方法進行相應的實驗測試。其中單因子評價：對每個評價因子進行單獨評價，根據評價標準判斷土壤重金屬污染程度。綜合評價：采用加權綜合評價法，將各評價因子的評價值進行加權求和，得到綜合評價結果。根據綜合評價結果，將土壤重金屬污染程度劃分為不同等級。具體步驟如下：

步驟一：采集土壤樣品，記錄采樣點信息。

步驟二：對土壤樣品進行預處理，研磨成粉末狀，過篩備用。

步驟三：制備消解試劑，將土壤樣品進行消解處理。

步驟四：使用現代分析技術測定土壤中重金屬元素的含量。

步驟五：選取合適的評價因子，設置權重。

步驟六：進行單因子評價和綜合評價，判斷土壤重金屬污染程度。

具體采樣結果見表2。

如表2所示，在上述數據的支持下，進行實驗測試。在此次實驗中，為保證實驗結果的可靠性，設置了對比實驗。其中，文章設計的土壤重金屬的生態環境評價方法為方法1，文獻[3]中的生態環境評價方法為方法2，文獻[4]中的生態環境評價方法為方法3。以評價精度為實驗指標，公式為式（6）：

式（6）中，R表示評價模型的評價結果，R₀表示土壤重金屬實際污染結果。通過上述指標公式，計算評價精度，從而分析不同方法的評價效果。

2.2實驗結果與討論

基于表3數據，分析多評價因子的單因子污染指數、內梅羅綜合污染指數、地積累指數、污染負荷指數和潛在生態風險指數，結果見表3。

根據表3數據可知，18個測定點的污染指數均超過了0.40，說明這18個測定點的土壤均存在一定程度的重金屬污染，其中，D11測定點的污染指數達到了0.66，該區域土壤屬于中度污染，D18測定點的污染指數達到了0.91，該區域土壤屬于重度污染，其他測定點的污染指數在0.40到0.60之間，這些區域的土壤屬于輕度污染。

為了進一步驗證文章方法的精度，以評價精度為測試指標，對比三種方法的評估精度效果。在此次實驗中，結合式（6），完成對評價方法精度的計算。具體評價結果見圖3。

如圖3所示，可以看出，方法1的評價精度平均值為0.91，方法2的評價精度平均值為0.74，方法3的評價精度平均值為0.28，由此可見，方法1的評價精度最高。因此，文章設計的土壤重金屬污染的生態環境評價方法在實際應用中有著較高的評價精度，評價效果更好。

3結束語

為了提高土壤重金屬污染的生態環境評價效果，即提高評價精度，文章設計了一種新的基于多評價因子的土壤重金屬污染的生態環境評價方法。該評價方法利用波譜儀采集土壤相關數據，并對采集的波譜數據進行預處理，提高了土壤相關數據的準確性。將采集到的數據作為理論依據，劃分生態環境評價指標，并結合不同的多個評價因子單因子污染指數、內梅羅綜合污染指數、地積累指數、污染負荷指數和潛在生態風險指數，構建生態環境評價模型，實現對生態環境的評價。同時，為了驗證設計方法的有效性，設計了對比分析實驗，在實驗中，應用設計分析出D11測定點的污染指數達到了0.66，該區域土壤屬于中度污染，D18測定點的污染指數達到了0.91，該區域土壤屬于重度污染，其他測定點土壤屬于輕度污染，并且該評價精度達到了0.91，高于對比方法，實驗結果說明該方法能夠更加準確地反映當前區域的土壤重金屬污染情況，可以為土壤重金屬污染區域的后續修復和治理提供參考依據。