土壤环境质量评价方法研究进展_杜艳

已有的结果表明，层次分析法的应用十分广泛，
重应占绝对优势。换句话说，实际某指标的权重值应 但层次分析法还没有达到理想的地步：在理论方面，
该是变化的。
一般层次分析法最后是按层次权值的最大值，即“最
单因子指数法仅仅针对土壤中重金属单元素进
行评价，不能反映土壤污染的综合状况。
1.2 综合指数评价法
综合指数评价法是目前进行土壤环境污染评价
的主要方法。所谓污染综合指数评价法是用土壤污染
监测结果和土壤环境质量标准定义的一种数量尺度，
并以此作依据来评定现实的土壤环境质量对人类社 会发展需要的满足程度。这种方法通过环境质量指数 的无量纲化后，各环境因子对污染贡献有多大，都可 以用数反应出来[12]。
最大特征根。 （3）判断矩阵的一致性检验在（B）准则下，构造各
评价级别的相对重要性的两两比较判断矩阵（B－C）， 构造方法是用评价因子的浓度与其对应的各个土壤 质量级别的标准值的差值的倒数作为标度。据此计算 得到判断矩阵的特征向量及最大特征根；再按 C.I.=
级的归类。
（λmax- n）（/ n- 1)计算出一致性指标 C.I.；然后确定平均
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土壤通报
第 41 卷
包含土壤质量标准时，它们所占的份额就十分不同。
有学者针对这种情况对（1）式进行了修正，提出公式
（2）[6]：
Pi=（Ci- B）i （/ Si- B）i
（2）
式中：Bi 为土壤污染物的背景值，其它同（1）式。
但是由于全国各地的土壤背景值不同，因此（2）式未
能得到推广和广泛应用。
集合内的相对重要程度。因此说隶属函数与无法体现 时，判断矩阵的一致性偏差太大，需要对判断矩阵进
级别区间内的变化。传统的模糊权都是从数学理论的 行调整，直至使满足 C.R.≤0.1 为止。
角度来确定，模糊综合评价法获取权重的方法不外乎
（4）层次单排列层次单排列是把本层所有因素针
层次分析法、专家判断法、比标法、德尔菲法等。但这 对上层某因素通过判断矩阵计算排出优劣顺序。可采
自 20 世纪 80 年代以来，许多学者指出各种综合 指数模式都普遍存在通病（评价失效）[13]，但综合指数 法具有易懂、易学、易算和易操作等特殊优点，仍被广 大科技工作者采用。国内外目前运用到土壤环境质量 评价中的综合指数法已有 20 余种[13]。常用的环境质量 综合指数法包括简单叠加法、算术平均法、加权平均 法、均方根法、平方和的平方根法、最大值法等。为更 好的比较和评价上述方法，对其特点进行总结，具体 结果见表 1。
表 1 几种常见综合指数法及其特点 Table 1 Some commonly used comprehensive index methods and their characteristics
方法 Methods
计算公式 Formulas
特点 Characteristics
简单叠加法
Σ Pi=
Ci Si
些方法没有一种是绝对占优的，而且，这些方法（除比 用求和法或方根法进行简便计算。
标法）对于不同指标仅给出一个定权重值，这在许多
（5）层次总排序计算同一层收所有因素对于高层
情况下是不合适的，如对某些指标，其污染值超过一 (目标层)相对重要性权重值称为总排序。
定量值时可能使人致残甚至致死，此情况下该指标权
数，可确定各指标实际值的隶属度，进行单因素评价，
并得到隶属度模糊关系矩阵：
R |u r r … r 2
2 2
1
22
1
2 2
2 2
11
12
2
1m
2 2
2
22
2
2
R |u r r … r 2 2
2
R= = n×m 2
22
2 2 2 21 22
22 22
2
2m 2
2 2
2
22
2
22
…
2 2
2
22
2
R |u r r … r 2
1.3 模糊数学评价法 综合污染指数评价法用比较明确的界线对土壤
重金属污染程度加以区分和量化，但实际上土壤重金 属的污染状况是渐变、模糊的。1965 年，美国控制论专 家 Zadeh[14-16]第一次提出了模糊集合的概念，标志着模 糊数学的诞生。它是将系统中的不确定性通过隶属度 加以量化，在环境质量评价中显现出其优越性。因为 环境是一个大系统，它所涉及的内外因素众多，且具 有不确定性、随机性以及环境质量变化的模糊性，因 此评价过程中充分利用模糊信息以及评判结果用模 糊性语言或等级表示，采用模糊数学中的模糊综合评 判方法比较客观地表达评判中的模糊性，实际应用也 显得自然、合理[17]。
收稿日期：2008- 09- 16；修订日期：2008- 12- 20 基金项目：安徽省“十一五”攻关项目（08010302166）资助 作者简介：杜 艳（1983-），女，安徽砀山人，在读硕士，主要从事植物逆境影响及重金属污染研究。 *通讯作者：E- mail: changjh@
第 41 卷第 3 期 2010 年 6 月
土壤通报 Chinese Journal of Soil Science
土壤41 , No . 3 Jun . , 2010
杜 艳，常 江 *，徐 笠
（安徽农业大学 资源与环境学院，安徽 合肥 230036）
摘 要：土壤是维系陆地生态系统食物链的一个重要环节。土壤质量好坏，直接影响植物产品的质量与数量，进而通过食物 链影响人们的生活与人体的健康。因此，土壤环境质量评价具有十分重要的意义。目前，土壤环境质量评价方法很多，但对 同一土壤采用不同的方法进行评价，往往得出不同的结果。鉴于此，对几种常用的土壤环境质量评价方法的特点作了分析 和探讨，指出了各种方法的适用范围，为从事该领域的工作者提供参考。 关 键 词：评价方法； 土壤； 重金属 中图分类号：S151.95 文献标识码：A 文章编号：0564- 3945(2010)02- 0749- 08
土壤重金属污染是人类活动产生的，致使土壤中 重金属含量明显高于国家标准，造成生态环境恶化的 现象[1]。大多数重金属在土壤中相对稳定，但是大量的 重金属进入土壤后，就很难在生物物质循环和能量交 换过程中分解，更难从土壤中迁出，逐渐对土壤的理 化性质、土壤生物特性和微生物群落结构产生明显不 良影响，进而影响土壤生态结构和功能的稳定[2]。吸收 到植物体内的重金属能诱导其体内产生某些对酶和代 谢具有毒害作用和不利影响的物质，间接引起植物伤 害。据估算，全国每年因重金属污染的粮食达 1200× 104 t，造成的直接经济损失超过 200×108 元[3]。由于重 金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累，转化为 毒性更大的甲基化合物，甚至有的污染物会通过各种 食物链，经过逐级生物富集对人体健康产生危害。 1955 ~ 1972 年，日本富山县神通川流域的“骨痛病”， 就是由于居民食用了含 Cd 量高的稻米和引用含 Cd 量高的河水中毒而引起的。
变换，模型为：
来确定评价标准。由此计算出的各样本的特征向量及
r r … r !
" "
11
12
$
1m
% %
"
%
B=A·R=(a1
a2
…
"
r" 21
"
a )= n " " "
r22
… …
r% 2m % % % % %
"
%
r r … r "
"
# n1 n2
% %
nm &
=(b1 b2 … bm)
最后由加权平均原则确定每一土壤环境污染等
量[9]。模糊综合评价法和灰色聚类法考虑了土壤环境
质量的模糊性和综合性，但是计算方法相对复杂[10,11]。
1.1 单因子指数法
在我国土壤重金属污染环境质量评价中，主要采
用公式（1）进行单因子污染指数评价。
Pi=Ci/Si
（1）
式中：Pi 为第 i 个单因子污染指数，Ci 为第 i 个污
染物的实测值，Si 为第 i 个污染物的评价标准。
分。指数等价的概念主要是体现在自然的历史发展过
程中与人体之间相互矛盾统一的背景含量。但 Ci/Si 之 比不仅意味着第二部分，即污染量与 Si 中相当于污染 量之比，而且也包括着 Ci 中的污染量与 Si 中的背景量 之比，这从概念上就否定了指数等价的意义。此外，由
于土壤中各污染物的背景含量差异甚大，不同的数值
有：
（1）建立因素集 U={u1 u2 … un}，即有 n 个评 价指标。
（2）确定评价集 V={v1 v2 … vn}，即代表评价 等级、分类的集合，每一等级可对应一个模糊子集。
（3）建立隶属函数，构造模糊关系矩阵。隶属函数
的建立是模糊数学应用的关键。该函数为分段函数，
分段界限值为相应的环境质量标准级数。根据隶属函
各项污染物分指数的简单叠加，评价结果不具可比性，缺陷明显。
算术平均法
Σ Pi=
1 n
Ci Si
评价结果具有较好可比性，但单一重金属污染情况不能被该指数有效识别。
加权平均法
Σ Pi= Wi(Ci/Si)
引入加权值可以反映重金属污染对土壤环境的影响，但权重的确定不易做到客观标准。
均方根法
Σ Σ1
Σ Pi=
1 n
(Ci/Si) 2
与算术平均法基本相同。
平方和的平方根法
最大值法 (内梅罗指数法）
姨Σ Pi=
(Ci )2 Si
2 2 Pi=
(Ci/Si)2max+(Ci/Si)2ave 2
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重视最高分指数和超标分指数，考虑其他分指数的影响，充分利用各分指数的信息。