单因子指数法和内梅罗指数法在土壤环境质量评价中的比较
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级土壤重金属污染是指土壤中存在过量的重金属元素，对土壤和环境造成危害的现象，其包括镉、铬、铜、镍、铅和锌等多种重金属元素。
这些重金属元素对人体健康和环境造成极大危害，因此对土壤中的重金属污染程度进行评估和监测十分重要。
目前，评定土壤重金属污染程度的方法有很多种，其中最常用的方法包括单因子污染指数和内梅罗综合指数。
本文将介绍利用这两种方法进行土壤重金属污染程度评级的基本原理和步骤。
一、单因子污染指数评价方法单因子污染指数是一种常用的评价土壤污染程度的方法，其主要思想是根据土壤中各种重金属元素的含量和相关环境质量标准，分别计算各种重金属元素的单因子污染指数，然后将各种重金属元素的单因子污染指数综合计算得到总的单因子污染指数，最终根据总的单因子污染指数评价土壤的污染程度。
具体而言，单因子污染指数的计算公式为：\[ CF = C / R \]\[ PI = CF_n * CF_m \]CF为污染系数，表示土壤中某种重金属元素的污染程度；C为土壤中某种重金属元素的含量；R为相关环境质量标准；n为土壤中的重金属元素种类；PI为单因子污染指数；m 为土壤中的重金属元素种类。
二、内梅罗综合指数评价方法具体而言，内梅罗综合指数的计算公式为：\[ I_{P_n} = \frac{(C_n)}{(\beta_n)} \]\[ I_{P_m} = I_{P_n} + I_{P_m} \]根据内梅罗综合指数计算公式，可以得到土壤中各种重金属元素的综合指数，然后进一步综合各种重金属元素的综合指数得到总的综合指数，从而评价土壤的污染程度。
在实际应用中，可以将单因子污染指数与内梅罗综合指数相结合，从而更准确地评价土壤的重金属污染程度。
具体步骤如下：在评级方面，可以参考以下标准进行评定：1. 单因子污染指数评级标准：- 单因子污染指数小于1，表示土壤无污染；- 单因子污染指数大于1小于2，表示土壤轻度污染；- 单因子污染指数大于2小于3，表示土壤中度污染；- 单因子污染指数大于3，表示土壤重度污染。
城市表层土壤重金属污染分析模型
城市表层土壤重金属污染分析模型摘要：针对经济的快速发展，城市人口的不断增加和人类活动对城市环境质量的影响也日益加剧的现状，该文对某城市城区表层土壤重金属进行了分析评价。
针在单因子指数评价基础上采用内梅罗综合污染指数评价土壤的综合污染，比较该城区的各个功能区重金属的污染程度。
基于重金属在大气、水体中传播特性的不同，利用高斯扩散推广模型确定重金属污染程度较大的污染源位置。
为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应收集的信息有该城市常年的风速、冲洗系数、亨利系数；通过对以上数据的分析，建立重金属污染物在气体和土壤中扩散模型。
关键词：指数法因子分析重金属污染高斯扩散改进模型中图分类号：tu2 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）03（a）-0-021 问题分析针对海量数据，应从整体上对污染程度进行评价。
而内梅罗综合污染指数法评价土壤的综合污染，以突出最高一项污染指数的作用。
在土壤中有很多重金属元素有相似的存在形式和传播途径，并且有相同的污染源，因此在进行通过数据分析，说明重金属污染的主要原因时，基于统计原理建立起来正态模型，不同的重金属有不同的传播方式，其大体分为大气传播、水体传播、固体传播，因金属元素在土壤中大部分以稳定形态存在，故忽略重金属元素在固体土壤中的传播。
根据收集的信息和题目中的有关资料对重金属污染物的传播特征的分析，可将8种重金属污染物分为两类。
一类是在大气中传播，而大气传播的污染物最终经空气沉降进入土壤；一类是在土壤中传播。
对于在大气中传播的重金属污染物，文章建立重金属污染物在气体中扩散模型，根据所在的空间任意位置土壤表面的重金属污染物浓度的多少来确立污染源的位置，函数的最大值即为污染源的位置；同理建立了重金属污染物在土壤中的传播模型。
2 模型建立及求解2.1 土壤的环境质量评价与分级2.1.1 单因子指数法2.1.3 评价分级标准该文采用gb15618-1995《土壤环境质量标准》。
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级土壤是地球上重要的自然资源之一，它是生物生长和繁衍的根基，也是农业生产的基础。
土壤污染是指土壤中存在有害物质，影响到土壤生态系统和人类健康的现象。
土壤中的重金属污染特别引人关注，因为重金属具有较强的毒性和积累性，且在土壤中难以分解和去除。
对土壤中的重金属污染进行准确的评估和监测，对保护土壤和生态环境具有重要意义。
目前，常用的土壤重金属污染评价方法有单因子污染指数法和内梅罗综合指数法。
单因子污染指数法是一种简单直观的评价方法，它通过对不同重金属元素在土壤中的含量进行评价，来判断土壤中的重金属污染情况。
而内梅罗综合指数法则是通过对各项污染物及其对环境的影响程度进行综合评价，来评定土壤中的综合污染状况。
本文将结合单因子污染指数法和内梅罗综合指数法，对土壤中的重金属污染程度进行评级，为土壤污染治理和环境监测提供科学依据。
一、单因子污染指数法单因子污染指数法是根据土壤中各种重金属元素的含量与土壤环境质量标准之间的关系，对土壤的污染程度进行评价的一种方法。
其计算公式如下：单因子污染指数Pi = Ci / TiCi为土壤中重金属元素的含量，Ti为土壤环境质量标准。
当Pi>1时，表示土壤中的重金属元素超过了土壤环境质量标准，属于受到污染的土壤；当Pi<1时，表示土壤中的重金属元素未超过土壤环境质量标准，属于未受到污染的土壤。
通过单因子污染指数法，我们可以对每种重金属元素在土壤中的污染程度进行评价，进而判断土壤中的重金属污染情况。
以镉、铅、铬、汞等重金属为例，我们可以通过单因子污染指数法来评定土壤中不同重金属元素的污染程度，从而为针对性的土壤污染治理提供科学依据。
二、内梅罗综合指数法内梅罗综合污染指数Ri = Σ(wi*Pi)wi为各项污染物的权重，Pi为各项污染物的单因子污染指数。
内梅罗综合指数Ri的大小反映了土壤污染的程度，当Ri>1时，表示土壤受到了不同程度的综合污染；当Ri<1时，表示土壤未受到综合污染。
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级1. 引言1.1 背景介绍土壤是地球生态系统中最重要的组成部分之一，它承载着植物生长和人类粮食生产的重要任务。
由于工业化、城市化等活动的持续发展，土壤受到了严重的重金属污染威胁。
重金属污染不仅会影响土壤的生态功能，还会造成食物链中的污染，对人类健康和环境造成严重危害。
为了科学评估土壤重金属污染的程度，研究者们提出了各种评价方法，其中单因子污染指数和内梅罗综合指数是比较常用的两种。
单因子污染指数是通过将土壤中不同重金属元素的含量与环境质量标准进行比较，从而评估土壤中各个重金属元素的污染情况；而内梅罗综合指数则是通过综合考虑各种重金属元素的含量以及它们对环境和人体的危害性，综合评估土壤的重金属污染程度。
本研究旨在利用单因子污染指数与内梅罗综合指数相结合的方法，对土壤中的重金属污染程度进行评定，为有效管理和保护土壤生态环境提供科学依据。
1.2 研究意义土壤是地球上非常重要的自然资源之一，对于维持生态环境平衡和人类生存发展具有至关重要的作用。
随着工业化的快速发展和人类活动的增加，土壤重金属污染问题也日益严重，给生态环境和人类健康带来了巨大的威胁。
对土壤重金属污染程度进行评判和监测显得尤为重要。
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级，不仅可以帮助我们更加准确地了解土壤中重金属元素的污染情况，还可以为相关的环境保护工作提供科学依据。
通过对土壤中重金属元素的污染程度进行评定，可以及时采取有效的措施来减轻土壤污染对生态环境和人类健康造成的损害，保护好我们赖以生存的这片土地。
本研究具有重要的实践意义和科学价值。
通过对土壤重金属污染程度进行评级，可以为环境监测和土壤保护工作提供参考，有助于改善土壤质量，保护生态环境，促进可持续发展。
希望本研究能够为解决土壤重金属污染问题提供一定的科学数据支持，为环境保护事业做出贡献。
1.3 研究目的研究目的是通过利用单因子污染指数与内梅罗综合指数相结合的方法，对土壤中重金属污染程度进行评级，为土壤环境质量的监测和评价提供科学依据。
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级土壤污染是环境保护领域的一个重要问题，其中重金属污染尤为突出。
重金属对土壤和生态系统产生了严重的危害，对人类健康也构成了潜在的威胁。
对土壤中重金属污染情况的评级变得尤为重要。
而单因子污染指数和内梅罗综合指数是常用的土壤污染评价方法之一，今天我们就来探讨一下利用单因子污染指数和内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级的方法。
一、单因子污染指数的基本原理单因子污染指数是通过对污染物浓度进行量化计算，评价某一地点土壤污染程度的指标。
其计算公式为：CFI=Ci/Ri；CFI为单因子污染指数，Ci为监测点i处重金属浓度，Ri 为土壤环境质量标准限值。
当CFI>1时，说明该点土壤存在重金属污染。
二、内梅罗综合指数的基本原理内梅罗综合指数是将各项污染物的单因子污染指数相加，然后对其进行分类和评价，从而得出整体污染程度。
其计算公式为：Nemerow=ΣCFI；Nemerow为内梅罗综合指数，CFI为单因子污染指数。
通过比较不同地点的综合指数，可以发现其污染程度的差异。
三、利用单因子污染指数和内梅罗综合指数进行评级的步骤1. 收集土壤重金属监测数据，包括各种重金属元素的浓度数据以及土壤环境质量标准限值。
2. 计算各项重金属元素的单因子污染指数，得出不同监测点的单因子污染指数值。
3. 将各项重金属元素的单因子污染指数相加，得出内梅罗综合指数。
4. 根据内梅罗综合指数的大小，对土壤污染程度进行评级。
一般来说，当综合指数小于1时，说明土壤基本未受到污染；大于1小于2时，说明土壤轻度污染；大于2小于3时，说明土壤中度污染；大于3时，说明土壤重度污染。
四、利用单因子污染指数和内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级实例下面我们通过一个实例来说明利用单因子污染指数和内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级的具体方法。
假设我们收集到了某市区3个监测点的土壤重金属元素浓度数据如下表所示：| 监测点 | 铅(Pb)浓度 | 镉(Cd)浓度 | 汞(Hg)浓度 ||--------|----------|----------|----------|| A | 10 | 2 | 0.5 || B | 15 | 3 | 1 || C | 20 | 5 | 1.5 |假设土壤环境质量标准限值如下表所示：利用上述数据，我们先计算各项重金属元素的单因子污染指数CFI，再计算其内梅罗综合指数Nemerow。
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级土壤重金属污染对人类健康和环境造成了严重影响，因此对土壤重金属污染程度的评价和监测就显得尤为重要。
单因子污染指数（I）和内梅罗综合指数（PI）是评价土壤重金属污染程度的常用方法。
本文将就如何利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级进行介绍和讨论。
单因子污染指数是指根据污染物（在这里是土壤重金属）的含量与相应的环境质量标准进行比较，通过计算得出的污染指数。
其计算公式为：I = Cn/ PnI为单因子污染指数，Cn为污染物n的浓度，Pn为污染物n的环境质量标准。
接下来，内梅罗综合指数是将各个重金属的单因子污染指数综合起来，用来综合评价土壤重金属的污染程度。
其计算公式为：PI = ∑(Wi*Ii)PI为内梅罗综合指数，Wi为各个重金属的权重，Ii为各个重金属的单因子污染指数。
在利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级时，一般还需按照相关标准对污染程度进行分级。
根据《土壤污染环境质量评价标准》（GB15618-1995）的相关规定，对土壤重金属的污染程度可分为轻度、中度、重度和严重污染四个等级。
下面，我们以某地区土壤中重金属镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和铜（Cu）的含量为例，介绍如何利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级的具体步骤。
步骤一：计算各个重金属的单因子污染指数。
假设该地区土壤中Cd、Pb、Cr和Cu的含量分别为2mg/kg、10mg/kg、20mg/kg和50mg/kg，而其环境质量标准分别为0.3mg/kg、35mg/kg、50mg/kg和150mg/kg。
则各重金属的单因子污染指数分别为：I(Cd) = 2/0.3 = 6.67I(Pb) = 10/35 = 0.29I(Cr) = 20/50 = 0.4I(Cu) = 50/150 = 0.33步骤二：计算各个重金属的内梅罗综合指数。
简述土壤污染环境监测的质量控制和评价方法
简述土壤污染环境监测的质量控制和评价方法发表时间：2020-11-02T12:02:03.003Z 来源：《基层建设》2020年第18期作者：陈春攀[导读] 摘要：随着人们对大气、水污染的关注，土壤污染也渐渐走进人们的视野。
身份证号码：44082519930605XXXX摘要：随着人们对大气、水污染的关注，土壤污染也渐渐走进人们的视野。
为了改善和提高土壤环境质量，需要对土壤环境进行监测和评价。
本文介绍了污染环境监测的质量控制措施，并讨论了土壤污染环境常见的评价方法。
关键词：土壤污染；环境监测；质量控制；评价方法；发展趋势一、土壤污染环境监测的质量控制1.1了解土壤监测区的基本情况对土壤污染环境监测区进行基本情况的了解是顺利开展监测工作、保证监测质量的第一步。
在监测前要充分了解污染土壤的土质情况，比如说沙质土壤和泥质土壤其渗透性是不一样的，土壤污染向地下水传导的速率也是不一样的，这样对土壤污染处理的时间要求也会不同。
另外要了解土壤污染区的植被情况、地下水系，防止土壤污染向居民区、牧场等传导。
再者要参考历史资料，了解污染区的工农业分布和发展、人文地理信息等，对可能的污染源做出科学判断，因势利导，制定合理的解决措施。
1.2土壤采样与制样方面的质量控制（1）采样前土壤监测是一项技术性很强的活动，因此，土壤监测人员必须熟悉土壤采样以及监测技术规范，必须经过严格的培训。
另外，土壤监测的基础是实验室的检测仪器，仪器必须经过检定，而且要确保仪器的运转良好，试剂都在保质期内，实验室的环境符合土壤检验的要求。
每次开展土壤监测之前，必须建立土壤监测方案和土壤监测流程。
（2）采样每次土壤采样，为了保证样本的代表性，最少要有两名采样人员同时采样，采样人员必须熟悉采样的方案和流程，用于采样的工具必须事先经过严格的清洗。
为了让样品更有代表性，必须严格选择适用于该污染因子的采样工具，而且要根据环境状况对地块进行均匀布点，采样过程中，一定要有完善的信息记录，避免样品混淆。
云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价
云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价阮彦楠1,2,吕本春1,王志远1,王应学1,王伟1,陈检锋1,尹梅1,陈华1,付利波1∗(1.云南省农业科学院农业环境资源研究所,云南昆明650205;2.昆明学院,云南昆明650214)摘要㊀[目的]了解云南某区典型农田土壤重金属污染情况㊂[方法]通过对云南某区典型重金属污染农田土壤进行取样调查,分析土壤中重金属Cd ㊁As ㊁Pb ㊁Cu ㊁Zn ㊁Cr 和Hg 含量,并采用主成分分析㊁相关性分析㊁单因子污染指数法㊁内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法结合GIS 插值来评价土壤重金属污染情况㊁来源和潜在风险㊂[结果]研究区农田土壤中Cd ㊁As ㊁Cu ㊁Zn 和Hg 含量高于云南省土壤背景值,且Cd ㊁As ㊁Cu 含量在不同深度均高于‘土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)“(GB 15618 2018)中的风险筛选值,部分表层土壤样品中Cd ㊁As ㊁Cu ㊁Zn 含量超标,重金属超标率顺序为Cu>Cd>As>Zn>Pb =Cr =Hg ㊂Cd ㊁Pb 和Cr 在研究区表层土壤中空间分布相似,其含量分布表现为研究区域从东向西逐渐下降㊂As 与Zn 高值区主要分布在研究区的西南部,Cu 含量空间分布呈西北高㊁东南低,而Hg 在土壤中分布不均匀㊂单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价结果表明,农田土壤受到Cd ㊁As ㊁Cu 污染,其中Cu 污染程度最为严重且研究区重金属总体水平处于中度污染程度㊂潜在生态危害指数法评价结果表明,Cd 是主要的生态风险因子,以中等生态风险危害为主,当地土壤重金属污染处于轻度潜在生态危害程度㊂主成分分析和相关性分析表明,Pb 和Cr 主要来自成土母质,Cd 以及部分Pb 与Cr 可能来源于污灌,As 和Zn 可能与工业废气排放有关,Cu 可能来自有机肥料,而Hg 可能是由于重金属粉尘的大气沉降导致的㊂[结论]云南某区典型农田土壤存在重金属污染,Cu 污染程度最为严重,但Cd 危害程度最大㊂关键词㊀农田土壤;重金属;来源;污染;潜在生态风险中图分类号㊀X 825㊀㊀文献标识码㊀A㊀㊀文章编号㊀0517-6611(2023)21-0065-08doi :10.3969/j.issn.0517-6611.2023.21.016㊀㊀㊀㊀㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID):Pollution and Potential Ecological Risk Assessment of Heavy Metal in Typical Farmland Soil in a Certain Area of Yunnan Province RUAN Yan-nan 1,2,LÜBen-chun 1,WANG Zhi-yuan 1et al㊀(1.Institute of Agricultural Environment and Resource,Yunnan Academy of Agricultural Sciences,Kunming,Yunnan 650205;2.Kunming University,Kunming,Yunnan 650214)Abstract ㊀[Objective]To understand the heavy metal pollution of typical farmland soil in a certain area of Yunnan Province.[Method]The contents of heavy metals such as Cd,As,Pb,Cu,Zn,Cr and Hg in typical heavy metal contaminated farmland soils in a certain area of Yunnan Province were investigated;the principal component analysis,correlation analysis,individual pollution index,Nemerow comprehensive pollution index and potential ecological hazard index were used in combination with GIS interpolation to evaluate the status,sources and potential risks of heavy metal pollution in soils.[Result]The contents of Cd,As,Cu,Zn and Hg in the farmland soil of the study area were higher than the soil background values of Yunnan Province,and the contents of Cd,As and Cu at different depths were higher than the risk screening values in the Agricultural Land Pollution Risk Control Standard for Soil Environmental Quality (Trial Implementation)(GB 15618-2018).The contents of Cd,As,Cu and Zn in some surface soil samples exceeded the national standard,and the exceeding rate of heavy metals was in the order of Cu >Cd>As>Zn>Pb =Cr =Hg.The spatial distributions of Cd,Pb and Cr in the surface soil of the study area were similar,and their content distri-butions showed that the contents of these metals gradually decreased from east to west in the study area.The high values of As and Zn were mainly distributed in the southwest of the study area,the spatial distribution of Cu content was high in the northwest and low in the southeast,while Hg was unevenly distributed in the soil.The results of single pollution index and Nemerow comprehensive pollution index showed that farmland soil was polluted by Cd,As and Cu,Cu pollution was the most serious and the overall level of heavy metals in the study area was in the moderate degree.Potential ecological risk assessment indicated that Cd was the main ecological risk factor,with medium ecological risk as the main hazard,and the heavy metal pollution in local soil was at a mild potential ecological hazard degree.The principal component analysis and correlation analysis showed that Pb and Cr were mainly from parent materials.Cd and some Pb and Cr might come from sewage irrigation,As and Zn might be related to industrial waste gas emission,Cu might come from organic fertilizer,and Hg might be caused by atmospheric dep-osition of heavy metal dust.[Conclusion]There existed heavy metal pollution in typical farmland soils in a certain area of Yunnan Province,where Cu was the most seriously polluted,but Cd was the most harmful.Key words ㊀Farmland soil;Heavy metal;Source;Pollution;Potential ecological risk基金项目㊀国家绿肥产业技术体系昆明综合试验站项目(CARS -22-Z -14);国家重点研发计划项目(2021YFD1700205);昆明市农业农村局基金项目 种植制度优化与生物综合调控技术模式攻关研究 ㊂作者简介㊀阮彦楠(1999 ),男,云南昆明人,硕士研究生,研究方向:内生菌及重金属生物修复㊂∗通信作者,研究员,从事绿肥产业体系和农田土壤生态研究㊂收稿日期㊀2022-10-27㊀㊀我国首次土壤污染状况调查结果显示,污染土壤的重金属超标率达到16.1%,Cd㊁Cu㊁Hg㊁As㊁Pb㊁Cr 和Zn 等重金属元素均呈现不同程度超标[1]㊂随着过量的重金属进入土壤中,土壤的生产力和粮食安全也随之下降[2]㊂重金属通过食物链在生物体内富集,将不可避免地对人类和生态系统构成威胁[3]㊂据调查,由于采矿活动造成了150万hm 2受污染的荒地,而这些荒地正在以46700hm 2/a 的速度增加[4]㊂目前,随着可耕地面积越来越少,这些污染的农田不断被用于农业生产,农田土壤作为农业生产中不可或缺的部分,在农业生态系统中发挥物质和能量交换的重要作用,探明其重金属污染情况㊁来源和潜在风险对于云南某区农田土壤重金属污染的防治具有重要意义㊂云南某区矿产资源丰富,目前探明的矿产资源主要有Cu㊁Fe㊁Pb 等[5]㊂矿产在开采过程中会产生了大量的尾矿,其中含有一定量的Cd㊁Pb㊁Cu㊁Ni 和Zn 等重金属,这些重金属往往以氧化物和硫化物等有毒物质的形式存在,然后通过风化过程释放到土壤环境中,对矿区周围农田造成严重污染的同时对附近的居民造成潜在的健康风险[6]㊂许多研究也报告了尾矿泄漏而造成的重金属污染事件,如梁雅雅等[7]通安徽农业科学,J.Anhui Agric.Sci.2023,51(21):65-72㊀㊀㊀过对广东省某铅锌尾矿库周边农田土壤重金属污染状况分析发现,部分土壤样品的重金属含量超过土壤环境质量标准二级标准值;Xiao 等[8]对陕西省潼关矿区周边农田土壤分析发现,谷物和蔬菜中的Hg 和Pb 含量超过了食品安全标准;张浩等[9]对洛阳市西南部某铅锌尾矿库山林区㊁生活区㊁农田区表层土壤和农田区8种重金属含量分析发现,农田区Pb㊁Zn㊁Cr㊁Cd 和As 平均含量均高于土壤风险筛选值㊂但目前来说,对于几年前云南某区矿区废水排放进入小江流域对沿岸农田土壤重金属污染的研究还鲜有报道㊂因此,有必要对云南省某区典型农田土壤的重金属污染程度进行评价㊂该研究以云南某区典型农田土壤为研究对象,采用主成分分析㊁相关性分析㊁单因子污染指数法㊁内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法结合GIS 插值来评价土壤重金属Cd㊁As㊁Pb㊁Cu㊁Zn㊁Cr 和Hg 污染情况㊁来源和潜在风险,以期为研究区重金属污染农田的安全利用和整治提供科学参考㊂1㊀材料与方法1.1㊀研究区概况㊀研究区位于云南省东北部某区,地处云贵高原边缘,川滇经向构造带与华夏东北构造带结合过渡部位,属于亚热带高原季风气候,年平均气温为14.9ħ,年降水量1000.5mm,降雨主要集中在5 9月㊂目前,当地主要农作物为水稻㊂1.2㊀样品采集㊀为了解农田土壤重金属垂直分布,于2020年6月采集剖面土壤样品,在研究区域内随机选取18个采样点,每个采样点从地面向下垂直挖60cm,并分别从0~20㊁20~40㊁40~60cm 进行采集,共54个土壤样品,采集土壤样品时,为了减少不均匀性和不确定性,对每个采样点采用10m ˑ10m 内 梅花形 布设5个子样点,每个子样点在不同层次采集土壤样品,充分混合后利用四分法选取约1kg 土壤样品,并挑去土壤样品中的石子和植物残体等异物后,装入洁净自封塑料袋内㊂采样点分布见图1㊂图1㊀研究区采样点分布Fig.1㊀Distribution of sampling points in the study area1.3㊀样品处理与分析㊀土壤样品置于阴凉处自然风干后研磨,过20目㊁100目尼龙筛㊂土壤pH 测定时将水㊁土以体积比为2.5ʒ1混合后用pHS -3C 型酸度计测定[8]㊂重金属Cd㊁Pb㊁Cu㊁Zn 和Cr 采用HCl -HNO 3-HClO 4-HF 混合酸消解,消解后样品采用原子吸收分光光度计(AA -6880F /AAC)测定㊂重金属As㊁Hg 采用HCl -HNO 3混合酸消解,使用原子荧光分光光度计(AFS -2100)测定㊂消解的样品每10个土样做一个平行并加入空白样和国家标准样品(GBW07456)进行质量分析控制,质控样测定均值和偏差都在规定要求范围内,平行样测定含量相对偏差均在10%以内[10]㊂为保证精度,试验中所有玻璃器皿均利用10%硝酸浸泡一夜,然后用去离子水清洗干净㊂试验中所用试剂均为优级纯㊂1.4㊀耕地土壤重金属污染评价方法1.4.1㊀单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法㊂单因子污染指数法是以污染物的环境质量标准为基准的一种评价方法,该方法针对单一重金属污染因子进行评价,不能反映多个污染因子导致的整体污染水平[11],表达式如下:P i =C i /S i(1)式中:P i 为i 重金属元素的污染指数;C i 为重金属含量实测值(mg /kg);S i 为污染物i 的评价标准(国家风险筛选标准值),mg /kg㊂P i ɤ1.0时表示样品未受污染,P i >1.0时表示样品受到污染,其P i 值越大说明样品受污染的程度越高㊂当土壤同时被多种重金属污染时,需要将单因子污染指数按一定方法综合运用进行评价㊂内梅罗综合污染指数法就是将单因子污染指数的平均值和最大值归纳到一起进行综合污染评价的方法[12-13],表达式如下:P N =P 2i ave +P 2i max2(2)式中:P N 为综合污染指数;P i max 为土壤重金属元素中污染指数P i 的最大值;P i ave 为土壤重金属元素中污染指数P i 的平均值㊂P N ɤ0.7时土壤样品为清洁,0.7<P N ɤ1.0时土壤样品尚为清洁,1.0<P N ɤ2.0时为轻度污染,2.0<P N ɤ3.0时为中度污染,P N >3.0时为重度污染㊂1.4.2㊀潜在生态危害指数法㊂潜在生态危害指数法是1980年瑞典科学家Hakanson 提出,评价重金属污染程度和潜在生态危害的一种方法[14]㊂这种方法除了考虑重金属的含量之外,还考虑了污染物的类型㊁浓度㊁毒性水平和环境响应[15]㊂采用具有可比的㊁等价指数分级法进行评价,表达式如下:RI = E i = (T i ˑP i )(3)式中:RI 是研究区多种重金属综合潜在生态危害指数;E i 是单一金属元素i 的潜在生态危害系数;T i 是金属元素i 的毒性系数,瑞典科学家Hakanson 制定的标准化重金属毒性系数从小到大依次为Zn(1)<Cr(2)<Cu(5)=Ni(5)=Pb(5)<As(10)<Cd(30)<Hg(40)[14];P i 是金属元素i 的单因子污染指数㊂潜在生态危害指数可分为5个等级,见表1㊂1.4.3㊀评价标准㊂研究区土壤重金属评价标准参考‘土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)“(GB15618 2018)[16]与云南省土壤背景值[17]㊂1.5㊀数据分析处理㊀利用Microsoft Excel 2010和SPSS 10.0软件对试验数据进行统计分析,采用GIS 插值方法分析重金属污染状况和空间分布定位,同时使用ArcGIS 10.1完成空66㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年间插值图㊂表1㊀重金属潜在生态风险分级标准Table1㊀Classification criteria for potential ecological risk of heavy metals级别Grade E i 污染程度Pollutiondegree RI污染程度Pollutiondegree1E i<40轻度RI<150轻度240ɤE i<80中等150ɤRI<300中等380ɤE i<160较强300ɤRI<600较强4160ɤE i<320很强RIȡ600很强5E iȡ320极强2㊀结果与分析2.1㊀剖面土壤2.1.1㊀剖面土壤重金属含量分析㊂由表2可知,研究区土壤pH随着土壤深度的增加而增加,整体属于碱性土壤㊂重金属Cd㊁As㊁Cu含量在土壤不同深度均高于‘土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)“(GB15618 2018)中的风险筛选值㊂相比之下,Pb㊁Zn㊁Cr和Hg含量则均未超过风险筛选值,表明重金属Pb㊁Zn㊁Cr和Hg在土壤中不会对食品安全构成威胁㊂而重金属Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg含量在不同深度均显著高于云南省土壤背景值㊂在0~20cm的表层土壤中,Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg含量分别是土壤背景值的6.09㊁1.71㊁7.79㊁1.89㊁5.78倍;20~40cm的中层土壤中,Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg含量分别是土壤背景值的4.82㊁1.62㊁8.12㊁1.76㊁3.55倍;40~60cm的底层土壤中,Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg 含量分别是土壤背景值的7.00㊁1.44㊁8.90㊁1.68㊁5.40倍㊂而只有重金属Pb和Cr含量在不同深度均未超过土壤背景值㊂说明重金属Cd㊁As㊁Cu㊁Zn㊁Hg是研究区土壤的主要污染物,而Pb和Cr在不同深度土壤中累积含量较低㊂表2㊀各深度土壤重金属含量Table2㊀Contents of heavy metals in different depths of soil土层深度Soil depthʊcm pH Cd mg/kg As mg/kg Pb mg/kg Cu mg/kg Zn mg/kg Cr mg/kg Hg mg/kg 0~208.22 1.3431.5221.96360.61187.0059.150.347 20~408.31 1.0629.8219.27375.89173.5653.160.213 40~608.35 1.5426.4919.58412.17165.8953.850.324 GB15618 2018筛选值GB15618 2018screening value>7.50.820240100300350 1.0云南省背景值Backgroundvalue of Yunnan Province 0.2218.440.646.398.765.20.062.1.2㊀剖面土壤重金属垂直迁移分布特征㊂由表2可知,除As㊁Zn含量随土壤深度增加而降低,Cu含量随土壤深度的增加而增加,其余重金属Cd㊁Pb㊁Cr和Hg含量随土壤深度增加先降低后升高,说明研究区重金属大部分不仅来源于底层土壤母质,还在表层土壤中富集㊂这与史锐等[18]的研究结果一致,可能是由于中层土壤通透性较好,而深层土壤密度大㊁保水性好的情况下,重金属的垂直分布会出现先降低后升高的趋势㊂但与窦韦强等[19]㊁郑影怡等[20]㊁Mapanda 等[21]通过土壤垂直分布迁移发现Cd㊁Pb㊁Cu等重金属大部分在表层土壤富集的结论不一致,这可能是由于土壤母质和土壤理化性质共同作用下,使得底层土壤重金属含量高㊂研究区重金属As主要富集在土壤表层且随土壤深度增加而降低,在土壤中表现出高迁移能力㊂一般而言,重金属在土壤中表现出高迁移率,其迁移率和到达的深度取决于其总含量和土壤理化性质,如土壤pH㊁黏土含量和土壤有机质含量等[8]㊂而该研究区域中As高迁移能力可能就是由于土壤pH较高的原因㊂2.2㊀表层土壤2.2.1㊀表层土壤重金属含量分析㊂由表3可知,研究区表层土壤重金属含量存在较大差异㊂Cd㊁As㊁Pb㊁Cu㊁Zn㊁Cr和Hg含量分别为0.58~2.90㊁17.10~55.90㊁2.09~55.80㊁117.00~ 851.00㊁136.00~410.00㊁32.50~90.70㊁0.07~0.75mg/kg,其平均值分别为1.34㊁31.52㊁21.96㊁360.61㊁187.00㊁59.15㊁0.35mg/kg㊂部分表层土壤样品中Cd㊁As㊁Cu㊁Zn含量高于风险筛选值,重金属超标率顺序为Cu(100.00%)>Cd(83.33%)> As(66.67%)>Zn(5.56%)>Pb(0.00%)=Cr(0.00%)=Hg (0.00%),表明研究区域的表层土壤存在不同程度Cd㊁As㊁Cu㊁Zn超标现象㊂而与云南省土壤背景值相比,表层土壤重金属超标率顺序为Cu(100.00%)=Cd(100.00%)=Zn (100.00%)=Hg(100.00%)>As(83.33%)>Cr(33.33%)> Pb(11.11%),表明人类活动已经导致研究区农田土壤中重金属Cu㊁Cd㊁Zn㊁Hg㊁As㊁Cr和Pb的含量升高㊂表3显示,Cd㊁As㊁Pb㊁Cu㊁Zn㊁Cr和Hg变异系数(CV)分别为46.27%㊁49.11%㊁74.45%㊁57.81%㊁31.55%㊁32.76%㊁62.86%,根据变异系数分类,Zn㊁Cr具有中度变异(15%<CV< 36%),而Cd㊁As㊁Pb㊁Cu和Hg具有高度变异(CV>36%)[22]㊂这种空间异质性是人类活动(如采矿和冶炼活动以及与之相关的废物排放)的典型指标[23]㊂有研究表明,受自然来源影响的重金属变异系数相对较低,而受人为来源影响的重金属变异系数相对较高[24]㊂可以看出,Zn和Cr变异系数低于其他重金属,表明不同的采样点Zn和Cr含量变化差异较小㊂说明重金属Cr更多与自然来源有关㊂2.2.2㊀表层土壤重金属空间分布特征㊂通过利用ArcGIS 10.1中的反距离权重法(IDW)对表层土壤中不同重金属含量空间分布进行研究,IDW是一种地理空间插值技术,可以预测样本点周围位置的变量值㊂由图2可知,重金属Cd㊁Pb 和Cr在研究区表层土壤中分布相似,其含量空间分布均表现为研究区域从东向西逐渐下降㊂这与位于研究区域东部7651卷21期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀阮彦楠等㊀云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价小江流域有关,由于河流在流经研究区域周围时,水流会从沿岸慢慢向四周土壤渗透㊂在渗透的过程中,水中可溶性重金属通过与土壤基质的吸附-解吸反应迁移到土壤中㊂此外,含有重金属的矿石也会以颗粒或悬浮物的形式直接随着水流进入土壤[25],使得水流所携带的重金属等污染物会在土壤中不断沉积,因此靠近河流的采样点重金属元素含量偏高,其中Pb 和Cr 均未超过国家标准㊂As㊁Zn 高值区主要分布在研究区的西南部,而低值区则处于东北部;这与当地主导风向为西南风有关,由于B 村工厂中工业废气的无组织排放,随着大气扩散在农田土壤中沉降,从而增加土壤中重金属含量,随着距离越远,土壤中重金属含量越低,因此靠近B村的采样点As㊁Zn 含量较高㊂参照于国家土壤环境质量二级标准,研究区中Cu 含量整体较高,所有区域采样点Cu 含量均处于受污染状态,且部分区域污染状态较为严重,Cu 含量空间分布呈西北高㊁东南低;这是由于A 村中养殖场中养殖废水大多被用于污水灌溉,动物粪便被用于有机肥施入农田[26],因此靠近A 村的采样点Cu 含量较高㊂而Hg 在土壤中分布不均匀,与其他重金属分布不相同,呈明显的点状分布;这与位于研究区域中心高速路段有关,由于该高速路段南北横贯研究区,研究区域采样点容易受到汽车尾气和粉尘所携带的重金属污染,且所有采样点与高速路段的距离相近,因此采样点中重金属Hg 呈不均匀的点状分布㊂表3㊀表层土壤重金属含量统计描述Table 3㊀Descriptive statistics of heavy metal content in the soil项目ItempH Cd mg /kg As mg /kg Pb mg /kgCu mg /kgZn mg /kg Cr mg /kg Hg mg /kg 最小值Minimum 8.390.5817.10 2.09117.00136.0032.500.07最大值Maximum 7.99 2.9055.9055.80851.00410.0090.700.75均值Mean 8.22 1.3431.5221.96360.61187.0059.150.35中位值Median 8.26 1.1523.8521.95337.50174.0052.250.28标准偏差SD0.120.6215.4816.35208.4658.9919.380.22背景值Background valueʊmg /kg0.2218.440.646.398.765.20.06超标率Exceeding standard rateʊ% 100.0083.3311.11100.00100.0033.33100筛选值Screening valueʊmg /kg>7.50.8202401003003501.0超标率Exceeding standard rateʊ%83.3366.670.00100.00 5.560.000.00变异系数CVʊ%1.4646.2749.1174.4557.8131.5532.7662.86图2㊀研究区重金属空间分布Fig.2㊀Spatial distribution of heavy metals in the study area86㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年2.3㊀表层土壤重金属污染评价㊀由图3可知,从7种重金属单因子污染指数(P i )来看,Cd㊁As 和Cu 污染指数P i 范围较大,而Pb㊁Zn㊁Cr 和Hg 污染指数P i 范围相对较小㊂7种重金属P i 平均值从大到小依次为Cu(3.61)>Cd(1.67)>As(1.58)>Zn(0.62)>Hg(0.35)>Cr(0.17)>Pb(0.09),其中Cu㊁Cd㊁As 的P i 均大于1.00,其他4种重金属P i 均小于1.00,且土壤中Cu 的P i 超过3.00,表明研究区的土壤在受到Cd 和As 不同程度污染的同时也受到Cu 的严重污染㊂从综合污染指数(P N )结果来看,P N 为1.85~6.14,平均值为2.95,达到重度污染(P N >3.0)的比例占38.89%;表明研究区污染较为严重,总体污染水平处于中度污染等级㊂从7种重金属潜在生态危害系数(E i )平均值来看,从大到小依次为Cd (50.15)>Cu (18.03)>As (15.76)>Hg(13.88)>Zn (0.62)>Pb(0.46)>Cr(0.34),且Cd 潜在生态风险程度轻度㊁中等㊁较强分别占总样品数的16.66%㊁55.56%㊁27.78%,以中等生态风险危害为主,故Cd 是最主要的生态风险因子㊂这一方面与Cd 的毒性系数较大有关,另一方面因为所调查的土壤样品中Cd 的浓度普遍较高㊂其次是Cu,其潜在生态风险程度轻度㊁中等占总样品数的94.44%㊁5.56%,以轻度生态风险危害为主㊂而As㊁Pb㊁Zn㊁Cr㊁Hg 皆以轻度生态风险危害为主,且均占总样品数的100.00%㊂由表2可知,As 的各土壤深度含量(26.49~31.52mg /kg)已经超过GB 15618 2018受污染的临界值,但其生态危害程度较轻(E i =15.76),其原因可能是由于有些重金属元素虽然在表层土壤富集程度较高,但由于其具有亲颗粒性,容易被其他颗粒物迁移进入土壤中矿化埋藏使他们对生物的毒性降低[27]㊂从潜在生态风险指数(RI)来看,RI 平均值为99.2,属于轻度生态风险污染㊂总体来说,研究区土壤生态危害程度虽然较轻,但单一重金属的污染仍需引起重视㊂从图4可以看出,Cd 和Cu 的生态危害分布与研究区表层土壤重金属空间分布特征相似,RI 的生态危害分布与Cd 生态危害分布相似㊂说明重金属在空间上分布特征直接影响了其生态危害分布,而Cd 的生态危害直接影响RI 的生态危害分布㊂证实上文中Cd 是最主要的生态风险因子,其潜在生态危害系数E i 平均值最大(E i =50.15)㊂综上所述,重金属Cu 污染程度最为严重(P i =3.61),且Cd 危害程度最大(E i =50.15)㊂图3㊀研究区土壤重金属单因子污染指数(P i )㊁综合污染指数(P N )和潜在生态危害指数(RI )评价结果箱式图Fig.3㊀Box plots of single pollution index (P i ),Nemerow synthesis pollution index (P N ),and potential ecological hazard index (RI )for heav-y metals of soil in the studyarea图4㊀土壤重金属污染的潜在生态危害分布Fig.4㊀Potential ecological hazard distribution of heavy metal pollution in soil2.4㊀表层土壤重金属元素相关性和主成分分析㊀相关性分析常用于识别多个变量之间的关系,从而有助于理解影响因素以及化学成分的来源[28],该研究利用Pearson 相关分析得出7种重金属相关系数㊂由表4可知,Cd 与Pb㊁Cd 与Cr㊁Pb 与Cr㊁As 与Zn 含量之间均呈显著正相关(P <0.05)㊂Zhao 等[29]研究表明,土壤中重金属之间的强正相关可能反映了9651卷21期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀阮彦楠等㊀云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价这些重金属具有相似的污染水平和相似的污染源㊂所以Cd 与Pb㊁Cr之间可能来自同一污染源,As与Zn来自另一相同的污染源㊂而Hg与Cd㊁As㊁Pb㊁Cu㊁Zn㊁Cr无显著相关性,说明Hg可能有与其他重金属不同的污染源㊂这与Cai等[30]和Liu等[31]的试验结果相似,因为与其他重金属不同,土壤表面积累的Hg可以释放到空气中,并在土壤和空气之间广泛交换,远距离迁移[32]㊂因此,表层土壤中Hg的来源可能会不同于研究区的其他元素㊂表4㊀表层土壤重金属的相关性分析Table4㊀Correlation analysis of heavy metals in topsoil元素Element Cd As Pb Cu Zn Cr Hg Cd1㊀As-0.3071㊀Pb0.559∗-0.1291㊀Cu0.127-0.744∗∗0.0081㊀Zn-0.0490.541∗-0.191-0.3651㊀Cr0.475∗-0.530∗0.490∗0.292-0.2951㊀Hg-0.4380.457-0.284-0.4570.230-0.4321㊀注:∗∗表示在0.01水平上显著;∗表示在0.05水平上显著㊂㊀Note:∗∗indicates significant at0.01;∗indicates significant at0.05level.㊀㊀主成分分析作为最有效的多元分析方法之一,被广泛用于减少数据和提取少量独立因素(主成分)来分析变量之间的关系㊂它的结果很容易解释为最终得分和加载图,以便进行目视检查[33-34]㊂有研究发现,同一主成分上负荷较高的金属可能具有相同的来源[35]㊂从表5~6可以看出,7种重金属主成分分析发现前2个主成分(PC1㊁PC2)的累计方差贡献率达66.670%㊂PC1的主要成分载荷包括As㊁Zn和Hg,累计方差贡献率为45.294%;As(0.895)㊁Zn(0.672)在PC1有较高的载荷,而Hg(0.515)在PC1有中等载荷㊂PC2的主要成分载荷包括Cd㊁Pb㊁Cr,累计方差贡献率为21.376%;Cd (0.847)㊁Pb(0.848)和Cr(0.688)均在PC2有较高的载荷㊂表5㊀重金属主成分分析的总方差解释Table5㊀Interpretation of total variance for principal component analysis of heavy metals成分Component初始Initial特征值Eigenvalue方差Variance%累计方差Cumulativevarianceʊ%提取载荷平方和Extract the sum of squared loads特征值Eigenvalue方差Variance%累计方差Cumulativevarianceʊ%旋转载荷平方和Rotating load sum of squares特征值Eigenvalue方差Variance%累计方差Cumulativevarianceʊ%1 3.17145.29445.294 3.17145.29445.294 2.45535.06535.0652 1.49621.37666.670 1.49621.37666.670 2.21231.60566.670 30.82311.75378.42340.5247.48385.90650.447 6.38692.29260.382 5.46197.75370.157 2.247100.00表6㊀重金属主成分分析的成分矩阵Table6㊀Composition matrix for principal component analysis of heavy metals元素Element初始InitialPC1PC2旋转后RotatingPC1PC2 Cd0.6140.589-0.0790.847 As-0.8210.4180.895-0.221 Pb0.5240.6680.0400.848 Cu0.666-0.562-0.8710.010 Zn-0.5560.3850.672-0.072 Cr0.7610.251-0.4110.688 Hg-0.716-0.0410.515-0.499㊀㊀基于相关性分析㊁主成分分析的结果,可以将重金属元素的来源分为4组㊂第一组重金属元素包括As和Zn,两者之间呈显著正相关(表4),且皆在PC1上有较高的载荷(表6),在表层土壤中空间分布相似(图3),同时As与Zn在土壤中均值含量高于土壤背景值(表3)㊂分析重金属在表层土壤中空间分布发现土壤中As和Zn受到工业废气无组织排放沉降的影响,如Xiao等[36]根据PC1中重金属的分组可以推断As与Zn富集主要是由于工业废气排放导致㊂因此有理由推断出As和Zn为人为来源,可能与工业废气排放有关㊂第二组重金属元素包括Cd㊁Pb和Cr,三者之间具有显著正相关(表4),在PC2上有较高的载荷(表6),表层土壤中空间分布相似(图2)㊂Pb和Cr在土壤中均值含量均低于土壤背景值,且Cr变异系数较低(表3)㊂大多数研究表明,Cr 主要来源于成土母质,如岩石风化和土壤侵蚀[15,33]㊂Cai等[30]根据相关系数分析发现Cr与部分的Pb主要为自然来源㊂也有研究表明,重金属如Cd和Pb可能是通过风化过程从尾矿中释放出来的[37-38]㊂Li等[39]提出在自然界中Cd和Pb是共生的,特别是在原生矿床中,Cd作为Zn精炼的副产07㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年品被释放出来㊂考虑到研究区域土壤在历史上受到矿区废水排放的河流灌溉导致重金属在农田土壤表面积累㊂因此可以得出重金属Pb和Cr为自然来源和人为来源的混合来源,Pb和Cr为自然来源,主要来自成土母质;而Cd以及部分Pb和Cr为人为来源,可能来源于污灌㊂第三组㊁四组重金属元素分别为Hg和Cu,虽然Hg在PC1有中等载荷(表6),但Hg在相关性分析中与其他重金属无显著相关性(表4),Cu与其他大部分重金属无显著相关系,仅存在Cu和As呈显著负相关(表4),但Cu在PC2中的载荷较低(表6),综合两者皆为相对孤立的元素㊂Cu和Hg 在土壤中均值含量均高于土壤背景值(表3)㊂前人的研究发现,土壤中Hg富集最有可能是由于Hg挥发后通过干湿沉降进入农田土壤中[40]㊂Li等[41]研究发现表层土壤中Hg主要来源于人为输入㊂该研究通过重金属在表层土壤中空间分布发现土壤Cu的累积受到养殖场废水排放和动物粪便的影响㊂据报道,我国市售猪饲料Cu含量平均达到200~ 300mg/kg[42],动物在食用这些饲料的过程中产生的有机肥料含有高浓度的重金属,如果将这些有机肥料反复施用到土地的限值区域,从长远来看,会导致重金属在土壤中大量累积㊂因此可说明Cu和Hg皆为人为来源,Cu可能来自有机肥料,而Hg可能是由于重金属粉尘的大气干湿沉降导致的㊂综上所述,Pb和Cr主要来自成土母质,Cd以及部分Pb 和Cr可能来源于污灌,As和Zn可能与工业废气排放有关, Cu可能来自有机肥料,而Hg可能是由于重金属粉尘的大气沉降导致的㊂3㊀讨论此次对云南省某区典型农田土壤调查结果显示,在剖面土壤重金属含量的分析发现,重金属Cd㊁As㊁Cu是研究区剖面土壤的主要污染物,在不同深度土壤中累积含量均超过‘土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)“(GB 15618 2018)中的风险筛选值,达到污染水平,且在不同土壤深度呈现出不同的垂直迁移分布特征㊂表层土壤重金属含量分析发现,土壤重金属含量存在较大差异,与云南省土壤背景值相比,表层土壤重金属超标率从大到小依次为Cu (100.00%)=Cd(100.00%)=Zn(100.00%)=Hg(100.00%)> As(83.33%)>Cr(33.33%)>Pb(11.11%)㊂表层土壤垂直迁移分布特征分析发现,重金属Cd㊁Pb和Cr在研究区表层土壤中分布相似,其含量空间分布均表现为研究区域从东向西逐渐下降,而且当地表层土壤重金属的分布还受工业废气的沉降㊁养殖废水及动物粪便施入农田和高速路段汽车尾气和粉尘的影响㊂无论是剖面土壤还是表层土壤,其重金属Cd㊁As㊁Cu都是主要污染物,对于农田生态系统而言,土壤中元素含量快速变化,主要是由各种人为活动引起,表明人类活动已经导致研究区农田土壤中重金属Cu㊁Cd㊁Zn㊁Hg㊁As㊁Cr和Pb的含量升高㊂Cd㊁As㊁Cu会严重危害人体健康,能引起急性中毒㊁代谢综合征和器官损伤等疾病[43-45]㊂从表层土壤重金属单因子污染指数(P i)来看,Cd㊁As和Cu污染指数P i范围较大,而Pb㊁Zn㊁Cr和Hg污染指数P i范围相对较小,表明研究区的土壤受到Cd㊁As和Cu的污染较为突出㊂综合污染指数P N结果来看,总体污染水平处于中度污染等级㊂潜在生态风险指数考虑了重金属的生物毒性水平,对人类健康生活更具指导意义[46]㊂从7种重金属潜在生态危害系数(E i)和潜在生态危害指数(RI)来看,Cd是最主要的生态风险因子,危害程度最大,这可能与Cd的毒性系数较大和所调查的土壤样品中Cd的浓度普遍较高有关㊂而Cu以轻度生态风险危害为主,且Cu污染程度最为严重㊂综合潜在生态危害指数(RI)平均值为99.2,说明研究区土壤属于轻度生态风险污染,土壤环境整体较为清洁,但单一重金属(Cd和Cu)的污染仍需引起重视㊂表层土壤重金属元素相关性和主成分分析得出,7种重金属元素中,因子1中As与Zn元素富集主要是由于工业废气排放导致[36],王越等[47]研究发现As与Zn元素主要受铅锌矿选冶和有色金属冶炼等工业活动影响;因子2中重金属Pb和Cr为自然来源和人为来源的混合来源,Pb和Cr为自然来源,主要来自成土母质,而Cd以及部分Pb和Cr为人为来源,可能来源于污灌[15,39];因子3中Cu和Hg元素皆为人为来源,Cu可能来自有机肥料,而Hg可能是由于重金属粉尘的大气干湿沉降导致[40-42]㊂4㊀结论(1)从剖面土壤重金属含量分析来看,重金属Cd㊁As㊁Cu㊁Zn和Hg含量在不同深度平均值均显著高于云南省土壤背景值,且Cd㊁As㊁Cu均高于风险筛选值㊂从重金属垂直分布来看,除As㊁Zn含量随土壤深度增加而降低,Cu随土壤深度的增加而增加,其余重金属Cd㊁Pb㊁Cr㊁Hg含量随土壤深度增加先降低后升高㊂(2)从表层土壤重金属含量分析来看,研究区域除Pb和Cr,其他重金属超背景值率均在80%以上㊂部分表层土壤样品中重金属Cd㊁As㊁Cu㊁Zn平均含量高于风险筛选值,重金属超标率顺序为Cu>Cd>As>Zn>Pb=Cr=Hg㊂从重金属的空间分布上看,重金属Cd㊁Pb和Cr在研究区表层土壤中分布相似,其含量空间分布均表现为在研究区域从东向西逐渐下降;As与Zn高值区主要分布在研究区的西南部,Cu含量空间分布呈西北高㊁东南低㊁Hg在土壤中分布不均匀㊂(3)单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价结果表明,重金属Cu㊁Cd㊁As单因子污染指数(P i)均大于1.00,且采样点土壤中Cu的P i超过3.00,综合所有采样点,研究区域重金属总体水平处于中度污染等级㊂潜在生态危害指数法评价结果表明,Cd是最主要的生态风险因子,以中等生态风险危害为主,研究区污染程度为轻度生态风险污染㊂总体来说,云南省某区周围农田土壤潜在生态危害状况不是很严重,但单一重金属的污染仍需引起重视㊂(4)相关性分析和主成分分析结果表明,Pb和Cr主要来自成土母质,Cd以及部分Pb和Cr可能来源于污灌,As和Zn可能与工业废气排放有关,Cu可能来自有机肥料,而Hg 可能是由于重金属粉尘的大气沉降导致的㊂1751卷21期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀阮彦楠等㊀云南某区典型农田土壤重金属污染和潜在生态风险评价。
环境质量评价模型
环境质量评价模(1)指数评价模型环境质量是各个环境要素优劣的综合概念。
衡量环境质量优劣的因素很多， 通常用环境中污染物质 的含量来表达。
人们希望从众多的表述环境质量的数值 中找到一个有代表性的数值，简明确切地表达一定时空范围内的环境质量状况。
环境质量指数就是这样一个有 代表性的数，是质量好坏的表征，既可以表示单 因子的，也可以表示多因子的环境质量状况。
单因子指数:最简单的环境质量指数是单因子环境质量指数, 为：单因子环境质量指数的定义式中Ci 为第I 种污染物在环境中的浓度; Si 为第I 种污染物在环境中的评价标准。
环境质量指数是无量纲数, 表示污染物在环境中实际浓度超过评价标准的程度, 即超标倍数。
Ii 的数值越大表示该单项的环境质量越差。
环境质量指数I I 的数值是相对于某一个环境质量标准而言的，当选取的环境质量标准变化时，尽管某种污染物的浓度并未变化，环境质量指数I I 的取值也会不同；因此在进行横向比较时需注意各自采用的标准。
环境质量标准是根据一个地区或城市的功能来确定的，同时受到社会、经济等因素的制约。
单因子环境质量指数只能代表某一种污染物的环境质量状况，不能反映环境质量的全貌，但它是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础。
均值型多因子指数：均值型多因子环境质量指数的计算式为式中，n 为参与评价的因子数，其余符号含义同单因子环境质量指数。
均值型多因子环境质量指数的基本出发点是认为各种环境因子数对环境的影响是等价的。
内梅罗指数法：内梅罗指数法是当前国内外进行综合污染指数计算的最常用的方法之一。
其计算公式为：P=[(Pijmax 2+Pijave 2)/2] 1/2, P为第j个样点的综合指数，Pijmax 为第j 个样点中所有评价污染物中单项污染指数的最大值；Pijave 为第j 样点中所评价污染物单项污染指数的平均值。
一般综合污染指数小于或者等于1 表示未受污染，大于1 则表示已受污染，计算出的综合污染指数的值越大表示所受的污染越严重。
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级随着城市化进程的加快和工业化水平的不断提高，土壤重金属污染问题已经成为了一个全球性的环境问题。
土壤重金属污染对人类健康和生态环境产生了严重影响，因此对土壤中的重金属污染程度进行评价和监测显得尤为重要。
而单因子污染指数与内梅罗综合指数是常用的土壤重金属污染评价方法，可以比较客观地反映土壤重金属污染程度。
本文将从这两个方面进行分析，探讨如何利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级。
我们来了解一下单因子污染指数的评价方法。
单因子污染指数是用来评价土壤中某一种重金属元素的污染程度的方法，通常是以污染物浓度为基础，通过与环境质量标准进行比较，计算出单种重金属元素的污染指数。
一般来说，计算单因子污染指数的公式为：单因子污染指数（P_i）=C_i/PE_i，其中C_i为土壤中重金属i的浓度，PE_i为环境质量标准。
以重金属镉（Cd）为例，假设土壤中镉的浓度为2.0mg/kg，环境质量标准为0.5mg/kg，则计算得到镉的单因子污染指数为4.0。
根据国家环境保护标准，单因子污染指数P_i的等级划分一般为：P_i≤1为无污染、1<P_i≤2为轻度污染、2<P_i≤3为中度污染、3<P_i≤5为重度污染，P_i>5为严重污染。
我们来了解一下内梅罗综合指数的评价方法。
内梅罗综合指数是综合考虑土壤中多种重金属元素的污染情况，以多指标评价的综合指数。
内梅罗综合指数的计算公式为：内梅罗综合指数（I）=∑(P_i·W_i)，其中P_i为各种重金属元素的单因子污染指数，W_i为各种重金属元素的权重系数。
以镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、铅（Pb）、锌（Zn）为例，假设它们的单因子污染指数分别为4.0、3.5、2.5、3.0、3.0、2.0，而它们的权重系数分别为0.18、0.16、0.14、0.16、0.18、0.18，则计算得到综合污染指数为2.96。
单因子污染指数法与内梅罗指数法
模型假设1、 假设该城市属于内陆城市，即离海很远，地表径流很小，故不考虑河流、溪流水塘等地表径流及地下暗河2、 对重金属传播的影响。
3、 假设该城市土壤为中性，即不考虑酸性土壤与碱性土壤对重金属传播的影响。
4、 不考虑重金属的降解。
土壤污染评价方法采用单因子污染指数法与内梅罗综合污染指数法（1）单因子污染指数法。
计算公式为： 式中，P i为土壤中污染物i 的环境质量指数；i C为污染物i 的实测质量分数（mg·kg -1）；i S 为污染物i 的评价标准(mg·kg -1)[1]，一般取二类标准。
（2）内梅罗综合污染指数。
计算公式为： 式中，P 综为某地区的综合污染指数；()maxiiCS 为土壤污染物中污染指数最大值； ()iiav CS a为土壤污染物中污染指数平均值。
经计算得出各地区单因子污染指数如下表表1-1 各地区单因子污染指数表由表可看出单项污染最严重的是Zn根据农产品产地环境质量分级划定表3-2 农产品产地环境质量分级划定3.2 评价方法及评价标准可知各区单因子污染水平如下表表1-3根据内梅罗综合污染指数计算公式经计算得出各地区综合污染指数如下表根据农田土壤环境质量监测技术规范NY／T395—2000中的土壤污染分级标准（表3-3）进行评价。
表3-3 土壤环境质量等级等级划分可知各区污染水平如下表表1-5各区污染水平由上表可知，除山区外，其余各区均受到重金属不同程度的污染，其中工业区污染最严重。
附件3. 8种主要重金属元素的背景值富集系数As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn1 1.7558792.266154 2.25 3.81 2.71 1.51 2.26 3.502 2.01 3.02 1.729.6618.35 1.61 3.00 4.033 1.12 1.17 1.26 1.31 1.17 1.26 1.18 1.064 1.59 2.76 1.87 4.6312.97 1.43 2.04 3.525 1.74 2.16 1.41 2.29 3.29 1.24 1.96 2.24通过以上各表表可知，在城市中各区与自然区相比，Cd、Cu、Pb、Zn在各处均超标，Ni在各处均不超标，As，Cr在山区不超标，其他各处超标，各重金属元素均有富集，富集程度为：工业区>主干道>生活区>公园绿地>山区说明该地区工业区人为污染程度最大，山区最小，但各地区均受到人为污染影响。
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级
利用单因子污染指数与内梅罗综合指数进行土壤重金属污染程度评级摘要：在环境监测中，对于土壤的重金属污染需要进行量化评级，不同的评级方式侧重于不同的评价侧向。
本文提出一种兼顾单因子与多因子的计算方式对土壤重金属污染的程度进行评级化的处理：采用单因子污染指数和内梅罗综合指数法对城区内不一样区域的土壤里面的受到重金属的污染的状况进行准确的判定。
这种综合评价方式，不仅更加客观，并且对于各行各业都有着一定的参考意义。
关键词：单因子污染指数法;内梅罗综合指数法1单因子污染指数法对于污染程度我们需要使用兼顾单因子与多因子的计算方式，因此我们采用单因子污染指数与内梅罗综合指数法来对城区里面的不一样的区域土壤重金属的污染状况进行判断。
（1）单因子污染指数法是一种通用的评价重金属污染情况的方法，计算方法如下所示：Pi=CiSi（1）其中Ci为实测值，Si为背景值，此处背景值我们采用《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中国家二级标准作（见表1）。
由图可知区域一也就是生活区，Cd，Cu，Pb，Zn数值超过了一，也就是出现了污染情况，尤其Cu为中污染。
区域二，也就是工业区Cd，Cu，Hg，Pb，Zn出现污染情况，其中Cd，Cu，Hg，Zn均为中度污染，区域三则只有Cd，Ni出现了轻污染情况。
区域四也就是交通区Cu为轻度污染，Cd，Hg，Zn为中度污染，区域五也就是公园绿地则有Hg，Cu，Zn出现了轻度污染，而d则出现了中度污染。
通过上面的分析，我们能够得到，五个城区的不一样的区域都受到不同程度的污染。
其中Cd在五类城区中都超过了一，存在污染情况。
而Cu与Hg，Zn则都在四种以上区域存在污染情况且部分区域污染较重。
单因子指数能够判断出环境里面的主要污染因子是什么，可是在本题中土壤中的重金属污染是由八种污染因子复合污染所导致的，因此单个因子指数法不能既全面又综合得反映不同城区内土壤重金属的污染程度。
因此，我们采用内梅罗污染综合指数法对此进行分析。
吕梁山某煤矿土壤重金属环境质量评价
吕梁山某煤矿土壤重金属环境质量评价刘淑媛;杨丽雯;张永清;雷俊杰【摘要】本文以吕梁山某煤矿为研究对象,在煤矿周围农田、农舍、坑口、煤矸石堆和树林带共设置31个样方,检测了Pb和Ni等7种重金属含量,并采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价了煤矿土壤重金属环境质量.结果表明:Cd、Cr、Zn、Cu和Mn的含量较低,单项污染指数小于1;Pb和Ni的含量相对较高,单项污染评价介于无污染与轻微污染之间;内梅罗综合污染水平介于安全与轻污染之间.【期刊名称】《山西师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(028)004【总页数】5页(P63-67)【关键词】土壤重金属;煤矿;单因子污染指数;内梅罗综合污染指数【作者】刘淑媛;杨丽雯;张永清;雷俊杰【作者单位】山西师范大学地理科学学院,山西临汾041004;山西师范大学地理科学学院,山西临汾041004;山西师范大学地理科学学院,山西临汾041004;山西师范大学地理科学学院,山西临汾041004【正文语种】中文【中图分类】X53随着工农业的快速发展，土壤重金属污染已经成为威胁区域生态系统健康的重要因素[1，2]，土壤重金属成为近年来环境领域研究的热点问题[3，4].煤炭是我国的主导能源[5].山西省是我国重要的煤炭资源生产基地，采煤和运煤过程中产生的废水、废渣、煤矸石以及粉煤灰的迁移和沉降，使周围土壤重金属含量明显增加[6].临汾是山西典型的能源工业城市，矿业活动是环境中重金属的主要来源[7，8].关于煤矿周围的土壤重金属，前人的研究主要有以下内容：徐友宁等运用单因子污染指数和地累积指数法评价了陕西大柳塔煤矿区农田土壤重金属污染状况，表明Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu和Zn存在不同程度的超标现象，Hg是研究区最普遍的累积污染元素[9]；孟雷等用单因子污染指数、综合污染指数和地累积指数法评价了朱仙庄和芦岭煤矿周围土壤重金属的污染情况，结果表明Zn污染最严重，Pb其次，Cu最小[10]；黄静等利用潜在生态风险指数法评价了淮南矿区煤矸石充填复垦地的Cd、Cr、Ni、Pb、Cu、Zn和Hg 的污染状况，结果表明7种重金属都有不同程度的污染，Cd污染相对最严重[11]；李玲等运用单项污染指数与中和污染指数法评价了河南省东部某煤矿工业园区表层土壤重金属污染状况，结果表明工业园区周边土壤存在重金属污染风险，污染风险顺序为Hg>Cd>Zn>As>Pb>Cr[12].山西省运用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数研究土壤重金属的报道大多针对城市市区.鲁艳红用单因子指数质量评价模型和综合指数质量评价模型对太原市Hg、Cd、Pb、As、Cu、Cr、Ni和Zn等进行污染评价，结果表明太原市土壤中Hg污染最严重，其次是Cr、Pb、Zn和Cu.太原市土壤重金属的综合污染较为严重，绝大部分土壤都受到不同程度的污染[13]；李筱筱利用单项污染指数法和内梅罗指数法评价了大同市土壤重金属污染，结果显示大同市境内局部土壤存在不同程度的重金属超标现象，污染物主要为Pb、Cd、V、Zn、Ni和Cu等[14].从以上分析可以看出，运用单因子指数法和内梅罗指数法对山西省煤矿周边土壤进行评价的研究相对较少，针对临汾市煤矿的更少，因此，本文选取吕梁山某煤矿为研究对象，用单因子指数法和内梅罗指数法评价土壤的重金属环境质量，以期为临汾市矿区土壤重金属污染治理提供理论依据.1 材料与方法1.1 研究区的概况吕梁山某煤矿(东经111°17′05″～111°21′47″，北纬36°29′06″～36°33′10″)位于山西省临汾市西北方向60 km，蒲县县城东北方向25 km处，隶属于太林乡和克城镇政府管辖，辖区内矿产资源丰富、品质高，富含优质无烟煤和炼焦煤[15].该矿井田面积约13.33 km2，西部有罗南公路通过，交通比较便利.1.2 研究方法1.2.1 室外采集于2012年3月下旬在吕梁山某煤矿附近，根据煤矿周围的土地利用类型布置5个样地，设置31个1 m×1 m的样方，每个样方内用土钻取0 cm～20 cm土样5个，混合并去除杂质后做为该样方的土壤样品，装入密封袋，带回实验室(图1).1.2.2 室内研究分析将采集的土壤样品风干、研磨，过20目、100目筛后备用[16].土壤酸碱度(电位法)：取20目备用土壤10 g，放入50 mL烧杯中，加25 mL蒸馏水，搅拌1分钟，静置30分钟后，用PHS-3C型酸度计测定[17].图1 吕梁山某煤矿采样图Fig.1 Distribution of soil sampling in a coal mine of Lvliang Mountain土壤重金属：取100目备用土壤1.0 g放入聚四氟乙烯坩埚，加HNO3 15 mL～HCIO4 10 mL，浸泡过夜，在电热板上缓慢升温加热消煮，过滤定容(超纯水)，然后用原子吸收光谱仪(nov AA400型)测定[18].铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)、铅(Pb)、镍(Ni)、铬(Cr)、镉(Cd)：直接用消解液在火焰模式下测定.1.2.3 评价方法和数据处理评价方法采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法[19](表1).(1)单项污染指数法：Px=Cx/Sx.其中，Px：重金属x的单项污染指数；Cx：重金属x的实际浓度；Sx：重金属x的标准值或参考标准.(2)内梅罗综合污染指数法：其中，P：土壤中重金属的内梅罗综合污染指数；pimax：土壤中重金属各污染指数最大值；piave：土壤中重金属的各污染指数平均值.土壤综合污染指数分级标准采用农田土壤环境质量监测技术规范(NY/T395-2000)[20].表1 污染指数及其污染等级分级标准Tab.1 Pollution index and the criterion of pollution grading等级单项污染指数Px值大小污染评价综合污染指数P综值大小污染等级污染水平ⅠPx≤1无污染P综≤0.7安全清洁Ⅱ1<Px≤2轻微污染0.7<P综≤1.0警戒限尚清洁Ⅲ2<Px≤3轻度污染1<P综≤2.0轻污染土壤污染物超过背景值,视为轻污染Ⅳ3<Px≤5中度污染2<P综≤3.0中污染土壤受到中度污染ⅤPx>5重度污染P综>3重污染土壤受污染已相当严重2 结果与分析2.1 重金属含量研究区Pb和Ni含量超标，超标率为分别为25.8%和19.4%，Cd、Cr、Cu、Zn 和Mn的含量未超标，表明该煤矿周围土壤已经受到不同程度的Pb和Ni污染(表2).2.2 单项污染水平及影响因素分析Pb的单项污染指数达1<Px≤2的样方有8个，为煤矸石堆M6、农田A2、A4、C1、农舍旁土壤N3、N5和树林带L2、L3；Ni的单项污染指数达1<Px≤2的样方有5个，为煤矸石堆M4、农舍N1、N4和树林带L2、L3.杨景辉研究表明，煤矸石引起土壤污染的重金属主要有Pb、Cr、Ce、Hg、Ti等[21].敖卫华研究表明煤矸石中含有多种微量重金属元素，如：Pb、Cd、Hg、As、Cr等，这些有毒的重金属元素容易释放[22].朱爽研究得出煤矸石中含有少量微量元素Pb、Be、Cu、Mn、As、Zn、Cr、Cd、Ni、Ba、Se、Hg和F[23].因此，煤矸石本身含有Pb和Ni可能是煤矸石周围土壤Pb和Ni超标的一个影响因素.张志红等研究表明，汽车尾气颗粒物中铅和镍含量较高[24].农田和民舍位于公路两边，农田土壤中Pb和Ni的含量有随着与公路距离的加大而逐渐减小的规律.因此，农田和民舍旁土壤中的Pb和Ni超标可能受交通运输的影响.范海燕研究表明，煤中含有一些重金属元素如Pb、Cr、Cd、Cu、Zn和Ni等.当煤燃烧时，煤中的重金属发生气化反应.Ni的熔点比较高，燃烧时挥发相对较少，主要转移到灰渣中，而Pb、Cr、Cu等在煤粉火焰温度下，部分挥发气化.因此，居民生活燃烧用煤可能是农舍旁土壤Pb和Ni超标的一个影响因素.树木对降尘和飘尘有滞留和过滤的作用[25].因此，林带土壤Pb和Ni超标很可能来源于洗煤厂烟囱的排放物，另外还可能是汽车尾气、煤矸石粉尘经大气搬运、沉降到林带表土.表2 土壤重金属含量和单项污染指数描述统计Tab.2 Descriptive statistics of heavy metal content and single factor pollution index in soil元素标准[26](mg·kg-1)重金属含量(mg·kg-1)范围均值标准差单项污染指数范围均值标准差无污染(%)轻微污染(%)Pb3505.08～406.52255.9139.200.02～1.160.740.367.6725.81Ni602.57～95.4138.650.300.04～1.590.650.3783.8716.13Mn1500203.46～1045491.8535.290.14～0.700.140.4100Cd10.01～0.810.2815.280.01～0.810.270.2900Cr2502.02～117.4139.37198.490.01～0.470.160.1600Cu10012.72～83.0942.591.280.13～0.830.430.1500Zn30011.15～139.2352.0022.580.04～0.460.170.12002.3 综合污染水平分析研究区土壤重金属综合污染指数值的范围为0.46～1.19，均值为0.72，说明该煤矿的开发已经给周围土壤带来一定程度的污染.综合污染指数小于0.7的样方有15个，为安全级别；综合污染指数达0.7<P综≤1的样方有15个，位于农田、民舍、煤矸石堆和树林带，污染达警戒限;综合污染指数达1<P综≤2.0的样方有1个，为民舍N4，为轻污染，可能与N4距离公路和煤矸石堆比较近有关系.表3 土壤综合污染指数统计Tab.3 Statistics of Nemero index in soil综合污染指数样方数百分数污染等级土壤污染水平P综≤0.71548.39安全清洁0.7<P综≤1.01548.39警戒限尚清洁1<P综≤2.013.22轻污染轻污染3 讨论与结论3.1 讨论从研究结果表明，煤矸石旁土壤中Pb和Ni含量超标可能与煤矸石本身含有Pb和Ni有关系.Pb和Ni的单项污染指数具有随着与公路距离加大而减小的特征，表明汽车尾气是导致农田和民舍旁土壤Pb污染的最大因素，这与吕建树[2]的观点一致.曾静静等研究表明，农业区土壤重金属污染可能是受长期大量施用含有重金属物质的农药、化肥和有机肥的影响[27]；民舍旁的土壤可能是受居民生活燃煤影响，使其周围土壤中Pb和Ni的含量较高.高大树木叶片上的褶皱、茸毛及从气孔中分泌出的粘性油脂、汁浆能粘截到大量微尘，森林树干、枝叶的阻挡和摩擦消耗，使进入林区的风速明显减弱，飘尘沉降土壤表层.因此，树林带土壤中Pb和Ni含量较高.这与王祥荣[25]的结论是一致的. 3.2 结论研究区土壤样品中Pb和Ni含量超标，超标率分别为25.8%和19.4%，Cd、Cr、Cu、Zn和Mn的含量未超标，表明该煤矿周围土壤已经受到不同程度的Pb和Ni 污染.土壤样品中Pb的单项污染指数为轻微污染的样方有8个，位于煤矸石堆、农田、农舍和树林带；Ni的单项污染指数为轻微污染的样方有5个，位于煤矸石堆、农舍和树林带.土壤重金属综合污染指数值的范围为0.46～1.19，均值为0.72，农田、民舍、煤矸石堆和树林带的综合污染指数介于0.7和1之间，达到警戒限，应该引起足够的重视.1个样方的综合污染指数介于1和2之间，位于民舍旁，污染等级达轻污染，可能与N4距离公路和煤矸石堆比较近有关系.吕梁山某煤矿周边土壤的内梅罗综合污染指数偏高主要是受Pb和Ni的影响.汽车尾气的排放、煤矸石中重金属的迁移、煤的燃烧是造成内梅罗指数偏高的三大原因.【相关文献】[1] Manta D S, Angelone M, Bellanca A, et al. Heavy metals in urban soils: A case study from the city of Palermo (Sicily),Italy[J]. Science of the Total Environment，2002, 300: 229～243.[2] 吕建树,张祖陆,刘洋,等.日照市土壤重金属来源解析及环境风险评价[J].地理学报，2012,67(7): 971～984.[3] De Kimple CR, Morel JL. 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GB15618-1995土壤环境质量标准[M].北京:中国标准出版社,1995.[27] 曾静静，杨苏才，徐文青，等.兰州市不同功能区表层土壤Cu、Zn、Pb污染特征分析[J].兰州大学学报(自然科学版)，2007,43(1):24～28.。
单因子指数法与内梅罗综合污染指数法
该方法的缺点是变换前后的各指标值不成比例。
2. 线性比例变换法
即在决策矩阵 X (xij )mn 中，对于效益型指标，令
y ij
=
xij max
i
xij
(max i
xij
0,1 i
m,1
j
n)
对成本型指标，令
y
ij
=
min i xij
xij
(1 i
m,1
j
n)
或
yij =1
xij
从以上分析可以看出，找主成分就是确定原来变量 xj（j=1，2，…，p)在诸 主成分 zi（i=1，2，…，m)上的载荷 lij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，p)，从 数学上容易知道，它们分别是 x1，x2，…，xp 的相关矩阵的 m 个较大的特征值所 对应的特征向量。
第二节 主成分分析的解法 主成分分析的计算步骤 通过上述主成分分析的基本原理的介绍，我们可以把主成分分析计算步骤归 纳如下： （1)计算相关系数矩阵
gj
j 1
效益型和成本型指标的标准化方法
对于效益型（正向）指标和成本型（逆向）指标，由于这两者是最常见并
且使用最广泛的指标，所以，对这两种指标标准化处理的方法也最多，一般的处
理方法有[50]：
1. 极差变换法
该方法即在决策矩阵 X (xij )mn 中，对于效益型指标[51] f j ，令
y
ij
=
(1)、对决策矩阵 X (xij )mn 作标准化处理，得到标准化矩阵Y ( yij ) mn ，
并进行归一化处理得： pij
yij
m
(1 i m,1 j n)
yij
i 1
单因子污染指数法与内梅罗指数法
单因子污染指数法与内梅罗指数法
一、单因子污染指数法
Cp=(C/P)xK
其中，Cp为污染指数，C为其中一特定因子的浓度，P为该因子的国
家或地方限值标准，K为加权系数。
该方法的优点是简单易用，适用于初步评估水质或空气质量的情况。
但它也存在一些缺点。
首先，它忽略了不同因子之间的相互作用和协同效应，可能无法准确反映污染源对环境的综合影响。
其次，单一因子的浓度
不一定能完全代表污染程度，因为环境中的其他因素也会影响环境质量。
因此，单因子污染指数法只能作为初步评估方法，并不能提供全面的污染
状况。
内梅罗指数法是一种多因子评价方法，它考虑了多个因子对环境质量
的综合影响，并给出了一个综合评价指数。
该方法适用于复杂环境和多污
染源的情况。
其计算公式为：
I=Σ（WixCi）
其中，I为内梅罗指数，Wi为各因子的权重系数，Ci为各因子的浓度。
该方法的优点是能够综合考虑多个因子的贡献，可以更全面地评估环
境质量。
同时，它也能够反映不同因子之间的相互作用和协同效应。
但是，内梅罗指数法也面临一些挑战。
首先，确定权重系数需要大量的数据和专
业知识，因此需要进行大量的实地调查和研究。
其次，该方法仍然基于浓
度数据，可能忽略其他环境因素的影响。
综上所述，单因子污染指数法和内梅罗指数法分别适用于不同的污染场景。
单因子污染指数法简单易用，适用于初步评估；而内梅罗指数法能够综合考虑多个因子的影响，适用于综合评估。
但无论使用哪种方法，都需要结合实际情况和专业知识进行合理分析和解读，以确保评估结果的准确性。
内梅罗指数法
内梅罗指数法是当前国内外进行综合污染指数计算的最常用的方法之一。
该 方法先求出各因子的分指数(超标倍数)，然后求出个分指数的平均值，取最大分 指数和平均值计算。
(1)单因子指数法通过单因子评价，可以确定主要的重金属污染物及其危害程度。
一般以污染指数来表示，以重金属含量实测值和评价标准相比除去量纲来计算污染指数： ,Iii S C P =（1）（1）式中：i P 为i 重金属元素的污染指数；i C 为重会属含量实测值；I S 为土壤环境质量标准值(国家二级标准值[1]) 单因子指数污染分级标准见表4-1表4-1 土壤单项污染程度分级标准i P1≤i P 21≤<i P 32≤<i P 3>i P污染水平 非污染 轻污染 中污染 重污染（2）综合指数法单因子指数只能反映各个重金属元素的污染程度，不能全面地反映土壤的污 染状况，而综合污染指数兼顾了单因子污染指数平均值和最高值，可以突出污染 较重的重金属污染物的作用。
综合污染指数计算方法如下：,22max2i P P P +=）（综（2） 式中：综P 是采样点的综合污染指数；maxi P 为i 采样点重会属污染物单项污染指数中的最大值；∑==ni i P n P 11为单因子指数平均值。
但是，由于不同重金属对土壤环境、生态环境的影响不同，采用加权计算法 来求平均值比较合适，改进公式如下[2]：,11∑∑===ni ini ii wPw P (3)对于权重w 的确立，Swaine 按照重金属对环境的影响程度，将环境研究中人们都比较关注的微量元素分成了三类，因一类、二类、三类微量元素环境重要性逐渐下降，分别赋值为3、2、1作为权重[3]。
本研究涉及的几种重金属其类别和权重分配如表4-2所示。
表4-2 重金属污染物对环境的重要性分类和权重值Hg Pb Cd As Zn Cu Cr Ni 类别 I I I I II II II II权重 3 3 3 3 2 2 2 2综合污染指数分级标准见表4-3[4]。
国赛A题《城市表层土壤重金属污染分析》
A题城市表层土壤重金属污染分析随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，人类活动对城市环境质量的影响日显突出。
对城市土壤地质环境异常的查证，以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式，日益成为人们关注的焦点。
按照功能划分，城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等，分别记为1类区、2类区、……、5类区，不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。
现对某城市城区土壤地质环境进行调查。
为此，将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土（0~10 厘米深度）进行取样、编号，并用GPS记录采样点的位置。
应用专门仪器测试分析，获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。
另一方面，按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样，将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。
附件1列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，附件2列出了8种主要重金属元素在采样点处的浓度，附件3列出了8种主要重金属元素的背景值。
现要求你们通过数学建模来完成以下任务：(1)给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。
(2)通过数据分析，说明重金属污染的主要原因。
(3)分析重金属污染物的传播特征，由此建立模型，确定污染源的位置。
(4)分析你所建立模型的优缺点，为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应收集什么信息？有了这些信息，如何建立模型解决问题？城市表层土壤重金属污染分析摘要本文主要研究重金属对城市表层土壤污染的问题,我们根据题目所给定的一些数据和信息分析并建立了扩散传播模型、自然沉降模型、对比模型和转换模型解决问题。
针对重金属的空间分布问题，先拟出该城区地势图，根据所给数据绘出该地区的三维地势及采样点在其上的空间分布图。
再利用MATLAB 散乱插值法得到8种重金属元素的空间分布。
其次，通过单因子污染指数法和内梅罗综合指数法两种方法，得出城区内不同区域重金属的污染程度：工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山区。
内梅罗污染指数法和单因子评价法在水质评价中的应用
内梅罗污染指数法和单因子评价法在水质评价中的应用罗芳;伍国荣;王冲;张琳【摘要】本文采用传统内梅罗污染指数法、改进内梅罗污染指数法和单因子指数法对长沙市某河流的10个水质监测断面进行评价，结果表明，改进内梅罗污染指数法由于关注了权重较大的监测因子，比单因子指数法和传统内梅罗污染指数法对于评价水体水质更科学和合理。
%In this paper, the traditional Nemerow pollution index, improved Nemerow pollution index and single factor index methods are used in the 10 water quality monitoring sections of a river in Changsha City, the results showed that, for the evaluation of water, the improved Nemerow pollution index method is more scientific and reasonable due to the attention of monitoring factor that weights more large than the single factor index and the traditional Nemerow pollution index method.【期刊名称】《环境与可持续发展》【年(卷),期】2016(041)005【总页数】3页(P87-89)【关键词】水质评价;内梅罗;单因子【作者】罗芳;伍国荣;王冲;张琳【作者单位】岳麓区环境监测站，湖南长沙 410013;岳麓区环境监测站，湖南长沙 410013;岳麓区环境监测站，湖南长沙 410013;岳麓区环境监测站，湖南长沙410013【正文语种】中文【中图分类】X32水质评价方法包括指数评价法，灰色关联法、模糊数学评价法、人工神经网络评价法、水质标识指数法及主成分分析法等，其中指数评价法应用较广，主要分为单因子评价法、综合污染指数法。
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第 ３期
甘肃 科技
Ｇａ ｎ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
ｏ ， ２ ． ３ Ｏ
Ⅳ０ ． ３
２ ０ １ ４年 ２月
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４
单 因子 指 数 法 和 内梅 罗指 数 法 在 土壤 环 境 质 量 评 价 中的 比较
梅罗指数法评价土壤环境质量评价分级见表 ２ 。
表２ 内梅 罗指数 法评价土壤环境质量评价分级
选择难迁移 的重金属如汞、 镉、 铅 等项 目开展评价 ；
以有机 物污 染 为 主的地 区 ， 应 选择 苯并 （ ａ ） 芘、 Ｄ Ｄ Ｔ 、 六 六六 等项 目开展 评价 。
２ 评 价 应 用
砷、 汞、 铜、 锌、 铬重金属 项 目。评价标准采用《 土壤
环境质量标准》 （ Ｇ Ｂ １ ５ ６ １ ８ — １ ９ ５ ５ ） 中二级标准 ， 保障
农业生产 ， 维护人体健康 的土壤限制值 。
２ ． １ 单 因子指 数法 评 价
用单 因子指数法进行评价时， 有一项污染物超
标就认为该土壤样 品超标 。３个村庄 中只有村庄 １ 内梅罗指数法 （ 综合污染指数法） 是 一种兼顾 极值或突出最大值的计权型多因子环境质量指数。 出现超标现象。另外 ２个村 庄所有点位所有项 目 均小 于 １ ， 各点 位 土壤环 境 质量 均属无 污染 。 对村庄 ｌ 土壤环境质量进行评价分析 ： 居民点
√ ／ （ ） ＋ （ 一）
— — — 一
式中： ～ 为各单 因子环境质量指数 中最大者。内 梅罗指数特别考虑 了污染最严重 的因子， 内梅罗环
境质 量指 数在 加权 过程 中避 免 了权 系数 中主观 因素 的影 响 ， 是 目前 应 用 较 多 的一 种 环境 质 量 指 数 。 内
孔凡彬 ， 刘 阳
（ 甘肃省环境监测 中心站 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ２ ０ ） 摘 要： 运用 单因子指数法和 内梅罗指数法分别对 白银 市景泰县农村土壤 环境 中的重 金属 污染状况进行 评价 ， 内梅
罗指 数法能更好地全 面反映土壤 环境质 量状 况。 关键 词 ： 土壤 ； 评价 ； 单 因子指数 ； 内梅罗指数
洁， ４ ０～ ６ ０ ｃ ｍ 土壤属 清洁 。村庄 ２和村 庄 ３各层 土
况， 土壤样品数量成几何倍数增加， 在面对大量土壤 样品时 ， 用单 因子指数法评价土壤环境质量可操作 性不强 ， 同时也满足不了行政部门的管理要求 。内
梅罗指 数法 在评 价 土壤环 境质 量时综 合考 虑所 有评
壤汞污染指数为 １ ． ０ ４ ， 虽然这 ３ 个点位其余 ６项重
表 ３ 村庄 １土壤 单因子评价结 果
２ ． ２ 内梅 罗指 数法评 价
情况。特别是在土壤 环境质量调查 中， 由于点位数
目较多 ， 又要 分层 取 样 以研究 不 同深 度土 壤 污 染 状
用 内梅罗指数法进行评价时， 综合考虑所有污 染项 目， 兼顾污染最严重的因子 。评价结果显示： 村 庄１ 表层土壤属 轻度污染 ， ２ ０— ４ ０ ｅ ｍ 土壤属 尚清
对 白银 市 景泰 县 某 ３个 村庄 土 壤 进行 监 测 ， 每 个村 庄取 ２个居 民点 ， ３个水 田点 ， 每个 居 民点 取 ０
～
评价土壤环境质量 一般依据《 土壤环境质量标
准》 （ Ｇ Ｂ １ ５ ６ １ ８ —１ ９ ５ ５ ） 中的标准限值 ， 采用单 因子指 数法 或 内梅 罗 指数 法 。单 因子指 数法 的一 般模 式为 Ｐ ｉ ＝Ｃ ｉ ／ Ｓ ｉ 。式 中 为 污 染 指数 ， 或 称 分 指数 ； Ｃ ｉ 为
１ 评价方 法
在土壤环 境质量评价 中， 根据评 价 的 目的、 对 象、 区域 环 境 条 件 、 污 染 源 和 污 染 状 况 确 定 评 价 项 目， 选择 的参数过少或者过多， 都不能反映土壤的综 合 污染 特性 。譬如 采 矿 、 矿产 资 源 开 发 行业 为 主 的
地区 ， 由于 重 金属 在土 壤 中不 易迁 移而 易 于累 积 ， 应
２ ２
甘
肃
科
技
第３ ０卷
２中表层 土壤 砷 污染 指 数 为 １ ． ７ ５ ； 水 田点 １中 表层 土 壤砷 污染 指 数 为 １ ． ０ １ ； 水 田点 ２中 ２ Ｏ一４ ０ ｅ ｍ 土
金属项 目均达标 ， 但根据单 因子评价土壤环 境质量 评价分级 ， 这３ 个点位土壤环境质量均属轻微污染 ， 村庄 １ 其余点位土壤环境质量均属无污染见表 ３ 。
污染物的实测值 ； Ｓ ｉ 为污染物的标准 限值。单 因子 评价土壤环境质量评价分级见表 ｌ 。
表 １ 单因子评价土壤环境质量评价分级
２ ０ ｃ ｍ表 层土 ， 每个 水 田点 取 ０～ ２ ０ ｃ ｍ， ２ ０— ４ ０ ｃ ｍ，
４ ０～ ６ ０ ｃ ｍ 土壤样 品 。考 虑到 白银 市矿 产 丰 富 ， 开 采 历史 悠 久 的 因素 ， 监 测 分 析 项 目确 定 为 ｐ Ｈ、 铅、 镉、
壤环境质量均属清洁见表４ 。
表４ 内梅 罗指数 法评价结果
价参数 ， 能更直观的定性描述土壤环境质量 的总体 水平 ， 在面对大量的土壤样品时， 能给出综合性的评
价结论 ， 可 以满 足 管理部 门的需 求 。
中图分类号 ： Ｘ ８ ２ ４
土 壤是 地 球表 层 系统 自然地 理环境 的重要 组成 部分 ， 是人类农业生产的基地。民以食为天 ， 食 以土
其基 本计 算式 为 ：
为本 ， 人类生活在地球上 ， 时刻都与土壤打交道 。土 壤 质量 是指 在 自然 或 管 理 的生 态 系统 边 界 内 ， 土壤 具有动植物生产持续性 ， 保持和提高水 、 气质量 以及 人类健康与生活的能力 。因此对土壤环境质量进行 调查研究具有十分重要 的意义。