常熟市土壤重金属污染研究

摘要：本文运用模糊综合评价法对常熟市土壤污染进行研究，通过单因素决定模型和加权平均模型可以得出，常熟市道路表层土壤除Cr 略低于背景值外， 其他重金属均高于其背景值， 其中以Ni污染指数和超标率最高。主干道路土壤环境质量优劣顺序为：珠江路>新世纪道路>环城北路>海虞北路>招商东路。

关键字：土壤重金属，模糊综合评价，环境质量优劣

1、引言

我国城市化的飞速发展已经严重影响了土壤环境质量，城市人口以及交通工具的急剧增加使得对城市土壤的研究变得刻不容缓。通过对土壤重金属污染的研究，可以分析土壤中重金属超标的元素，从而及时对受污严重地方进行修复，实现我国经济的可持续发展。

当前对土壤学的研究正逐步深入到多学科、多技术相联系的综合研究，具体表现为横向研究扩大，系统性研究趋向增强，土壤水分研究活跃。宋新山，邓伟（2004）、窦磊，周永章，王旭日，等（2007）、杨光丽（2008）、张世远，李光德，徐玉新等（2009）、金婷，叶艳鸣（2009）等先后应用模糊综合评价方法对土壤重金属含量进行了研究，得出了较好的结论。笔者查看了相关资料，尚未发现有学者对地方土壤重金属污染状况进行研究。本文尝试运用模糊综合评价法进行分析，对江苏省常熟是土壤重金属污染状况进行研究，特别是针对常熟市主干道土壤重金属含量进行研究，希望得到主干道路的主要重金属污染元素，同事比较出各道路之间的环境优劣状况，从而为改善城市生态环境质量提供重要的科学依据。

2、样品的采集和分析方法

2.1样品采集

常熟市城区交通道路东西走向较多但长度相对较短，南北道路较少但距离较大，因此选取新世纪大道、海虞北路、招商东路、环城北路和珠江路，两纵三横5条具有代表性的道路。在采样过程中，我们根据土地利用类型，并在道路的5～50m范围内设定采样点的位置。为了避免偶然因素的影响，每个土壤样品均由2～3个采样点组成，每条道路沿线以300m为间距，每条道路分别设定了17，15，10，7，5个采样点。采样深度为土壤表层0～20cm，共采集1～2kg，分别装于聚乙烯塑料袋中。将采集的土壤样品放在通风处风干后，剔除石子等杂物，用四分法保留样本至1kg，然后在玛瑙研钵中研磨，将剩余的样品通过100目的筛子，装瓶以备用。

称量3g土壤样品通过王水处理后，利用火焰原子吸收分光光度法进行测量。

2.2、模糊综合评价方法

模糊综合评价模型的基础是模糊集合的理论和运算方法，核心是模糊变换。由于环境质量具有多种属性，因此对环境质量进行评价时，要尽量兼顾各个方面，而使用模糊变换可以对各种有关因素进行综合评价。

（1）评价因子的隶属度函数以及模糊矩阵的建立

某重金属对一级、二级、三级土壤环境质量的隶属度函数分别为

（1）

（1）式中， 为重金属i含量的实际测量值， 、 、 分别为该重金属相对应于一级、二级、三级土壤环境质量的标准值。

根据模糊评价理论，设环境评价土壤质量的因素集合 ，评价标准集合为 ，通过评价因素 确定环境污染归属类别 的隶属数程度 ，从而确定单因素模糊评价集 。

（2） 评价因子权重的确立

对每个评价因素赋予一个相对应的权重值 ，构成权重矩阵 ，在进行模糊运算时，单因素权重需进行归一化处理，即 ，则

（2）

其中， 为第i个评价因素的权重， 为该指标的实际测量值， ， 、 、 分别为该指标对应的各土壤重金属环境质量级别的标准值。

（3）计算评判结果

通过综合考虑，选取模糊综合评价模型最适合的模型：单因素决定模型 和加权平均模型 。其中， 表示为最终的评价结果对应于第j个等级的隶属度， 为相应的权重， 是模糊关系矩阵R中对应的元素，n为参评因素的个数，m是环境质量划分的等级数。

通过评价分值将模糊综合评价所带来的信息充分的使用，分值越高，则说明了环境的质量状况越好。公式为：

， （3）

（2）式中，k是选定的正实数， 为B中的评价指标， 是对相应等级环境质量水平所打的分值，c为最终得分。

2.3土壤环境质量评价标准

本文采用土壤环境质量标准（GB15618-1995）进行样品分析，标准值见表1。

3、常熟是土壤重金属污染的模糊综合评价

3.1 土壤重金属实测值

本文选取常熟市5条城区主干道路对5种重金属污染状况进行分析评价，各条道路的土壤重金属含量的实际测量值见表2。

3.2模糊评价模型的建立

根据土壤重金属实际测量值，利用式（1）计算出隶属函数的相应值，通过模糊矩阵方法建立U=（铜，锌，铅，镍，铬），V=（一级，二级，三级），从而得到评价矩阵R，如 ， 。在此基础上确定评价因素集上的模糊子集A，根据式（2）可以计算出各采样点的权重值，具体结果见表3。

3.3 综合评价得分的计算

以模糊综合评价法得到的信息为基础，利用评价向量的分量形成权重，通过确定各等级对应的分值，对各等级的分值进行加权平均，得到评价分值。依据土壤重金属环境质量各级别的控制意义，取土壤重金属环境质量一级水平的分值为100，二级水平的分值为80，三级水平的分值为60。取k值为2，按照上述评分公式（3）来计算在两种评价模型下5条道路各采样点的分值。通过评价分值可以直观的看出各道路土壤重金属环境质量的优劣，可比性大大增强，具体分值见表4。

3.4 结果分析

（1）镍是常熟道路土壤中主要的重金属污染因素。

重金属镍的权重在5条道路中评价均最高，结合表2中各采样点土壤重金属实测值与土壤环境质量标准二级，5种重金属中只有镍的含量明显超标（二级标准）。同时，镍的权重明显大于其它各重金属，并导致在计算各评价等级隶属度时，三级的隶属度明显低于一级和二级，因此初步判断镍为道路土壤中主要的重金属污染因素。在5条主干道路中，环城北路土壤中的锌含量是最多的，其余重金属却是最少的，因此初步判断环城北路的土壤重金属污染最轻。

（2）道路环境质量优劣的比较。

根据最大隶属度原则，评价出各道路采样点的土壤重金属环境质量级别，新世纪大道和珠江路土壤环境质量级别为一级，环城北路、海虞北路和招商东路为二级。通过评价分值可以看出各个采样点土壤重金属环境质量的优劣，分值越高，环境质量状况越好。通过比较各道路之间的评价分值，从而得出各道路之间的环境质量的状况。单因素决定模型和加权平均模型得到的结果是一致的，珠江路最好，其次是新世纪道路，接下来依次是环城北路、海虞北路和招商东路。

以模糊综合评价法得到的信息为基础，从表4中还可以看出，虽然土壤的评价等级相同，但是通过分值评价法则可以判断出土壤环境质量的优劣顺序。例如，环城北路、海虞北路和招商东路的道路土壤环境均为二级，通过评价分值则可以判断这3条主干道路的土壤环境质量优劣顺序为：环城北路>海虞北路>招商东路。

（3）单因素与加权模型结合比较。

结合表4得出的道路环境质量优劣结果，可以发现，仅仅通过权重进行判断道路优劣程度远远是不足够的，这一点在一开始猜测环城北路污染最轻中得到验证，评价分值证明此条道路的环境并不是最好的。由于单因素决定模型判只适用于个别参评因素，而加权平均模型恰好弥补了这一缺陷，它在评价时则提现了不同参评因素对土壤重金属环境质量的综合影响。通过实地考察可以发现，招商东路位于服装城中心，紧邻长途车站，每天的过往车辆相当多，然而路边的绿化带并不理想，优化环境不能取得良好的成效。珠江路位于常熟市中心北部，车辆过往相对较少，并且路两边的绿化带相当好，都是通过种植树木和花草进行绿化环境，因而优化环境比较理想。由此也比较充分的说明了利用这两种模糊模型的结合进行土壤质量评价准确而客观。

4、结论

本文中运用单因素决定模型和加权平均模型两种模糊数学模型对常熟市5条主干道路两侧土壤中的5中重金属污染状况进行评价，得到如下结论：1）单因素决定模型和加权平均模型评价常熟市土壤重金属环境质量均为土壤环境质量标准二级，符合II类土壤用地要求，其中镍为各道路的主要污染物。2）两种模型结合进行评价土壤环境质量，得到的结论一致，均为：珠江路>新世纪道路>环城北路>海虞北路>招商东路。

土壤污染是环境问题的主要问题之一，加强土壤污染综合整治，是搞好环境问题的关键。为了减轻土壤污染，一方面要加强对已经栽植树木的技术改造，从而提高绿化苗木的园艺水平，及时修复被雨水冲的路肩蚀和清理路边绿化带的垃圾。另一方面。要根据不同植物的生态特性，合理丰富配置绿化植物的多样性，从而充分发挥生态绿廊净化污染等生态功能。

参考文献

[1]宋新山，邓伟.环境数学模型[M].北京：科学出版社.2004：262-269.

[2]杨光丽.模糊综合评价法在土壤环境质量评价中的应用实例.气象与环境学报[J].2008，24（3）.

[3]张世远，李光德，徐玉新，等.城市道路两侧土壤重金属污染模糊评价[J].山东农业大学学报（自然科学版）.2009，40（1）：83-87.

[4]窦磊，周永章，王旭日，等.针对土壤重金属污染评价的模糊数学模型的改进及应用[J].土壤通报.2007，38（1）.

[5]金婷，叶艳鸣.模糊综合评价法在图书馆读者满意度评价中的应用[J].现代商贸工业.2009（2）.

[6]达良俊，许东新.上海城市“近自然森林”建设的尝试[J].中国城市林业，2003，1（2）：17-20.