浅谈土壤重金属调查数据的污染评价与分析

高建峰 姜小三 丁瑞芬 韩国新 徐明芳 陈雪民（江苏省苏州市吴江区土肥站 500；南京农业大学资源与环境学院，江苏省南京市 0095）

浅谈土壤重金属调查数据的污染评价与分析

高建峰1*姜小三2丁瑞芬1韩国新1徐明芳1陈雪民1（1江苏省苏州市吴江区土肥站 215200；2南京农业大学资源与环境学院，江苏省南京市 210095）

根据江苏省农产品产地土壤重金属污染防治普查工作方案要求，从2014年起，该项工作进入数据汇总统计和分析阶段，需要对前几年采集的农产品和土壤样品检测数据进行录入复查、存档和数据资料汇总、统计、评价、产地安全分级、区划、国控点设置、图表制作等，其中利用调查的数据资源进行合理评价具有重要意义，但在实际工作中，因数据多、繁，难以进行分析。现结合苏州市吴江区的土地利用实际情况和结合自身污染评价和数据分析的实际，重点介绍土壤重金属调查数据的污染评价与数据分析的相关步骤，以供同行参考。

土壤；重金属；调查；评价分析

农业部自2012年起，在全国范围内开展了农产品产地土壤重金属污染防治调查工作，目的在于全面系统地对重金属重点污染区域进行普查监测，摸清底数，建立农产品产地土壤重金属污染监测预警体系和制度，为及时准确监测预警农产品产地土壤重金属污染发生趋势、开展污染土壤修复和进行农业结构调整提供科学依据[1，2]。目前该项工作已进入数据的汇总统计和分析阶段，充分利用调查的数据资源进行合理评价是这次调查的主要目的之一，但在实际工作中，因数据多、繁而难以进行分析[3]。本文结合苏州市吴江区土壤重金属调查数据的分析评价工作，重点介绍了土壤重金属调查数据的污染评价与数据分析的相关步骤，以供同行参考。

1 分析步骤

1.1 数据整理

首先根据江苏省农产品产地土壤重金属污染调查培训的要求整理各类数据表格，详细阅读填表说明，熟悉填表要求、明晰填写要点、关注注意事项，并对概念模糊的地方要经反复核实后再填写。填写好表格后，对所有数据进行软件自动审核和人工审核，其中人工审核是重点，同时对所有检测数据和采样点数据建立一一对应的关系，也包括检测数据和图像数据的位置关系一一对应，此外，要反复核实样点位置草图，做到能充分了解样点的土壤、肥力、耕作制度及周边情况。

1.2 数据分析前的准备工作

在对重金属调查数据进行分析前，要做好相关准备工作，包括：（1）各种标准。如样品数据评价标准（见表1），供对超标点的数据进行比较；图件资料，包括近年来的土地利用现状图、遥感图像、土壤图、耕地质量监测时的重金属分布图；土壤背景数据，包括土壤志及土壤普查、农灌水调查数据，以掌握土壤背景值、农业生产方式、农作物产量水平、施肥和农药施用强度、耕作方式及秸秆还田等农业措施；有关科技文献资料。（2）实地考察。结合遥感图像到实地进行考察，并采用与农业人员、农技专业人员座谈等方式进行沟通。

表1 样品数据评价标准

1.3 异常值的判断与分析

在对土壤重金属调查数据进行分析之前，需要对所有土壤和农产品的测定值对照表1中的评价标准进行初步分析，有时测定的结果比相应的标准高出数十倍甚至几百倍，这样的异常测定结果的产生原因通常有：人为因素，样品在采集、运输和储存期间受到污染，导致检测结果出现明显误差。异常值对于后期的空间插值会产生很大的影响，所以必须预先进行剔除。在剔除前，要仔细核对耕地土壤监测数据、早期的土壤重金属分布图、周边的可能引起测定数值升高的各种人为因素、农灌水测定数据及有关文献数据等，防止产生误判。

1.4 相关性分析

对农产品中重金属超标的数据相关性进行初步分析，要按以下步骤进行：（1）解读相关数据资料。包括土壤背景值、对应超标点位历史数据、对应农产品超标点位的土壤测定结果、农灌水质量数据、可能引起超标的其它人为因素。同时要结合土地利用情况、近期的遥感图像，进一步分析人为因素。在对总体数据有了基本概念以及对调查对象的土壤、灌溉状况、人为污染等因素逐步排查后，就可利用专业的统计知识对数据进行分析。（2）相关性分析。对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度。找出农产品样点的测定值与对应土壤点位、农灌水水质、工矿企业以及其它人为因素之间是否存在相关性，通常使用的分析方法包括线性相关、偏相关和距离分析等。其关键是要充分理解测定结果，对测定异常值进行预先剔除，否则分析结果会出现误判，相关性分析常用软件包括SPSS、SAS等。相关性分析的目的在于找出超标点位受到人为因素干扰的原因，为土壤质量修复和提升提供依据。1.5 重金属污染评价

在对检测数据进行初步分析后，就要对土壤污染进行评估，评估方法包括：单因子指数法（质量指数法、富集因子法、地积累指数法）、综合因子指数法（内梅罗指数、潜在生态危害指数法）、模型指数法（模糊数学模型、灰色聚类法）、风险评价法（健康风险评价、生态风险评价）等。指数法是将实际测得的污染物浓度值代入到数学公式中，得到污染指数，然后与相应评价标准进行比较以确定污染等级的方法。模型指数法是在已有参数基础上，构建较复杂的数学模型，借助计算软件评价重金属污染。风险评估法是通过风险评估模型，评估污染物对人体健康和生态环境的风险。这些评估方法各具优缺点（见表2），可在实践中视情况灵活运用。

1.6 GIS在土壤重金属污染评价方面的应用

表2 土壤重金属污染评价方法的优缺点

利用GIS 强大的空间叠加分析和空间插值分析功能，可将检测结果进行数字化成图，进一步利用其空间查询与空间分析功能，以在农产品产地环境监测工作中发挥重要作用。

通常在对数据做好评价分析后通过空间插值做含量分布图，具体步骤：（1）数据录入与编辑、数据的空间化。（2）按照要素、类别、数量和图表渲染。（3）创建地图版面（页面设置、制图元素图例、指北针、比例尺的添加等），制图、输出作图的关键还是要对样点数据进行合理插值，剔除异常值和排除人为因素的干扰，具体作图可借助软件来完成，常用的软件包括ArcGIS等。如使用ArcGIS软件，制作苏州市吴江区铅砷含量分布图（见图1），软件的使用方法参照使用手册，本文不再赘述。

图1 苏州市吴江区铅砷含量分布

2 小 结

土壤重金属调查数据的污染评价与数据分析是一项技术含量较高的工作，需要做好大量的前期准备工作，除了要尽可能多地搜集各方面资料外，还必须进行充分的实地调研，只有对农业生产实际情况和土地利用方式了解足够透彻，评价结果才能接近真实情况；同时，只有对影响空间插值的因素（如地形、河流、居民区、道路、垃圾填埋场、工厂等）在空间插值前做好详细的调研和分析，才能避免因异常值导致空间插值产生误判。在实际工作中，还可调用稳健变异函数对异常值进行识别和去除。对于污染评价的各种方法，也必须在对污染水平、各类标准充分掌握的基础上灵活选择，或将几种方法相结合，以得到合理、准确的判断和评价结果[5-7]。

[1] 全国农产品产地土壤重金属污染防治普查技术方案培训资料[Z].2012.

[2] 江苏省农产品产地土壤重金属污染防治领导小组.江苏省农产品产地土壤重金属污染防治普查工作方案[Z].2010.

[3] 江苏省农业环境监测与保护站.2015年度农产品产地土壤重金属污染防治指导意见[Z].2015.

[4] 吴运金.苏州市农产品产地土壤重金属检测数据分析技术培训课件[Z].2015.

[5] 刘晶,滕彦国,崔艳芳,等.土壤重金属污染生态风险评价方法综述[J].环境监测管理与技术.2007,19(3):6-11.

[6] 赵沁娜,徐启新,杨凯.潜在生态危害指数法在典型污染行业土壤污染评价中的应用[J].华东师范大学学报(自然科学版), 2005,(1):111-116.

[7] 徐燕,李淑芹,郭书海,等.土壤重金属污染评价方法的比较[J].安徽农业科学.2008,36(11）：4615-4617.

2015-09-07

农业部农产品产地土壤重金属污染防治项目。

*为通讯作者。