基于多评价因子的土壤重金属污染生态环境评价方法研究

关键词：土壤重金属污染；生态环境；评价方法；多评价因子

中图分类号：X826 文献标志码：B

前言

土壤重金属污染严重威胁人类的身体健康，在解决问题过程中，生态环境评价起到重要作用。该方法能够确定土壤重金属污染的等级，对于保持生态环境的稳定有着极为重要的意义。然而，传统的方法虽然得出的结果准确，但是需要耗费大量的人力和物力，特别是在大范围测定时，传统的方法将会很难完成。因此，在传统方法的基础上，研究学者提出了新的想法。文献[3]提出土壤重金属的生态环境评价方法，利用遥感技术扫描土壤，测定重金属含量，再对周围环境进行重金属含量的测量，再将测量的重金属含量作为生态环境评价因子，评价当前的土壤环境。文献[4]也提出土壤重金属生态环境评价方法，利用光谱曲线，测定土壤重金属吸附的有机化合物，并分析其光谱特征，构建环境评价模型，实现生态环境评价。但是该方法评价结果具有片面性。文献[5]提出的土壤重金属生态环境评价方法，利用神经网络对土壤中多种重金属含量进行建模处理，并利用模型中的各项参数对生态环境评价，从而完成对土壤重金属生态污染的环境评价。但是该方法适用性不高，评价精度低。文章研究了新的基于多评价因子的土壤重金属的生态环境评价方法，为后续的污染治理提供真实可靠的理论基础。

1土壤重金属污染的生态环境评价方法设计

1.1土壤样本数据预处理

为保证文章设计方法的准确性，在采集土壤样本后，需要将采集到的样本土壤先进行清理，将其中的砂石、杂草、植物根茎等杂质清理干净，记录样本采集时的环境信息，利用波谱仪进行土壤数据采集。在数据采集结束后，为保证采集到的光谱数据的精确性，需要预处理土壤数据。考虑到文章的数据采集使用了波谱仪，因此，样本数据的预处理主要从两个方面出发，一是数据的平滑处理，二是数据的光谱变换。在使用波谱仪时，由于仪器会对外界环境造成一定的影响，导致数据的采集结果受到噪声的干扰，从而导致生成的光谱曲线呈现锯齿状。因此，对采集后的光谱数据进行平滑处理，提高土壤数据的准确性。具体处理过程见图1。

如图1所示，在进行平滑处理前，数据的波动性较大，难以提取有效数据，而进行平滑处理后，数据的波动性较小，数据的提取更加容易。在平滑处理数据后，需要光谱变化处理采集的土壤数据。利用波谱仪对土壤成分进行测定，由于土壤中重金属污染元素的含量并不多，在生成的光谱曲线中，很难看出明显的变化，因此，对其进行光谱变换，将重金属污染元素的光谱特征信息进行放大，并对其进行归一化处理，增强数据的可靠性。在文章中，使用光谱变换方法有两种，分别为微分变换法和去包络线法。其中，微分变换法的计算过程如式（1）所示：

2实验测试

2.1实验准备

为验证文章设计的基于多评价因子的土壤重金属污染的生态环境评价方法，进行了实验测试。在此次实验中，选取某城市作为实验对象，利用文章设计的方法进行生态环境的评价。此次实验选用的某城市位于亚热带和热带的过度区域，夏天炎热、冬季寒冷，季节分明，一年四季日照充足，年平均温度为18.3℃，地势高低不平，年降水量达到了1800 mm，该地区的生产主要以粮食作物为主。在此次实验中，从该地区选取18个土壤样本，样本的平面布置情况见图2。

如图2所示，在上述所示的土壤平面布置环境中，对某城市的土壤利用SR - 2500便携式波谱仪进行测定，此次测定选取了18个采样点，分别采用单因子评价和综合评价方法进行相应的实验测试。其中单因子评价：对每个评价因子进行单独评价，根据评价标准判断土壤重金属污染程度。综合评价：采用加权综合评价法，将各评价因子的评价值进行加权求和，得到综合评价结果。根据综合评价结果，将土壤重金属污染程度划分为不同等级。具体步骤如下：

步骤一：采集土壤样品，记录采样点信息。

步骤二：对土壤样品进行预处理，研磨成粉末状，过筛备用。

步骤三：制备消解试剂，将土壤样品进行消解处理。

步骤四：使用现代分析技术测定土壤中重金属元素的含量。

步骤五：选取合适的评价因子，设置权重。

步骤六：进行单因子评价和综合评价，判断土壤重金属污染程度。

具体采样结果见表2。

如表2所示，在上述数据的支持下，进行实验测试。在此次实验中，为保证实验结果的可靠性，设置了对比实验。其中，文章设计的土壤重金属的生态环境评价方法为方法1，文献[3]中的生态环境评价方法为方法2，文献[4]中的生态环境评价方法为方法3。以评价精度为实验指标，公式为式（6）：

式（6）中，R表示评价模型的评价结果，R₀表示土壤重金属实际污染结果。通过上述指标公式，计算评价精度，从而分析不同方法的评价效果。

2.2实验结果与讨论

基于表3数据，分析多评价因子的单因子污染指数、内梅罗综合污染指数、地积累指数、污染负荷指数和潜在生态风险指数，结果见表3。

根据表3数据可知，18个测定点的污染指数均超过了0.40，说明这18个测定点的土壤均存在一定程度的重金属污染，其中，D11测定点的污染指数达到了0.66，该区域土壤属于中度污染，D18测定点的污染指数达到了0.91，该区域土壤属于重度污染，其他测定点的污染指数在0.40到0.60之间，这些区域的土壤属于轻度污染。

为了进一步验证文章方法的精度，以评价精度为测试指标，对比三种方法的评估精度效果。在此次实验中，结合式（6），完成对评价方法精度的计算。具体评价结果见图3。

如图3所示，可以看出，方法1的评价精度平均值为0.91，方法2的评价精度平均值为0.74，方法3的评价精度平均值为0.28，由此可见，方法1的评价精度最高。因此，文章设计的土壤重金属污染的生态环境评价方法在实际应用中有着较高的评价精度，评价效果更好。

3结束语

为了提高土壤重金属污染的生态环境评价效果，即提高评价精度，文章设计了一种新的基于多评价因子的土壤重金属污染的生态环境评价方法。该评价方法利用波谱仪采集土壤相关数据，并对采集的波谱数据进行预处理，提高了土壤相关数据的准确性。将采集到的数据作为理论依据，划分生态环境评价指标，并结合不同的多个评价因子单因子污染指数、内梅罗综合污染指数、地积累指数、污染负荷指数和潜在生态风险指数，构建生态环境评价模型，实现对生态环境的评价。同时，为了验证设计方法的有效性，设计了对比分析实验，在实验中，应用设计分析出D11测定点的污染指数达到了0.66，该区域土壤属于中度污染，D18测定点的污染指数达到了0.91，该区域土壤属于重度污染，其他测定点土壤属于轻度污染，并且该评价精度达到了0.91，高于对比方法，实验结果说明该方法能够更加准确地反映当前区域的土壤重金属污染情况，可以为土壤重金属污染区域的后续修复和治理提供参考依据。