平?jīng)鍪屑?jí)耕地重金屬污染預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建

蔣軍鋒

摘要：根據(jù)耕地重金屬污染預(yù)警的“天-地-人通用概念模型”，采用糧食平均單產(chǎn)、耕地人口密度、耕地工業(yè)產(chǎn)值3個(gè)預(yù)警指標(biāo)，初步建立了平?jīng)鍪屑?jí)耕地土壤重金屬污染預(yù)警系統(tǒng)。結(jié)果表明，污染程度在警戒線以下的縣區(qū)分別為靜寧縣、靈臺(tái)縣，警戒值分別為3.2、8.7。污染程度為輕度污染警示的縣區(qū)分別為莊浪縣、崇信縣，警戒值分別為10.0、11.3。污染程度為中度污染警示的縣區(qū)為涇川縣，警戒值為14.5。污染程度為中重度污染警示的縣區(qū)分別為崆峒區(qū)、華亭縣，警戒值分別為22.3、25.8。

關(guān)鍵詞：耕地重金屬污染;預(yù)警系統(tǒng);平?jīng)?/p>

中圖分類號(hào)：D912.6? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2019）02-0050-04

Abstract：According to “heaven， earth and human universal conception model” of early warning farmland heavy metal pollution warning， The early warning system of heavy metal pollution in farmland at Pingliang was initially preliminarily established by using three early warning indicators：average unit yield of grain， population density of cultivated land and industrial output value of cultivated land.The results showed that the counties below the warning line were Jingning County and Lingtai County， with warning values were 3.2 and 8.7，respectively. The counties with mild pollution warning were Zhuanglang County and Chongxin County， with warning values of 10.0 and 11.3 respectively. The county with moderate pollution warning is Jingchuan County， with a warning value of 14.5. The counties with moderate-severe pollution warning were Kongtong and Huating， with warning values of 22.3 and 25.8， respectively.

Key words：Farmland heavy metal pollution;Warning system;Pingliang

2014年4月17日環(huán)境保護(hù)部、國土資源部發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴，而造成土壤污染的主要原因是在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中污染物長期的累積 [1 ]。耕地土壤重金屬污染是威脅糧食安全和人體健康的重大問題[2 ]，且重金屬污染具有累積性、隱蔽性和不可逆性等特點(diǎn)，危害大，持續(xù)時(shí)間長，治理成本高。因此，對其進(jìn)行早期預(yù)警具有重要意義。目前重金屬污染預(yù)警的方法主要有利用GIS結(jié)合多智能體技術(shù)（MAS）[3 - 5 ]、超標(biāo)年限預(yù)測模型、灰色聚類模型、情景預(yù)測法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等[6 - 8 ]。筆者根據(jù)耕地重金屬污染預(yù)警的“天-地-人通用概念模? ? ?型”[9 - 11 ]，提出適合平?jīng)鍪懈刂亟饘傥廴緺顩r的預(yù)警模型及相應(yīng)的預(yù)警指標(biāo)體系，為平?jīng)鍪袘?zhàn)略規(guī)劃的制定提供參考依據(jù)。

1? ?系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)來源

1.1? ?系統(tǒng)模型

該模型中耕地重金屬污染主要受“天-地-人”三大類因素影響，其中，“天”是以氣候?yàn)橹鞯拇蟓h(huán)境要素的綜合因素;“地”是指土壤環(huán)境狀況;“人”是以人為主的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)綜合影響因素。假設(shè)在一個(gè)具體的生產(chǎn)單元里，在最近的5～10 a內(nèi)的氣候狀況、土壤環(huán)境在一定的時(shí)間（s）和空間（t）內(nèi)是相對固定的，那么主要影響因素就是“人”，可將“人”劃分為3個(gè)主要預(yù)警指標(biāo)：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染，用糧食單產(chǎn)表示;人類日常生活過程中產(chǎn)生的污染，用耕地人口密度表示;工業(yè)生產(chǎn)過程中的污染，用耕地工業(yè)產(chǎn)值表示。因此，該模型可簡化為公式（1）

Y=f（t）s，t? =f（糧食單產(chǎn)、耕地人口密度、耕地工業(yè)產(chǎn)值）s，t? ? （1）

式中，Y表示在一定的時(shí)間（s）和空間（t）內(nèi)某一行政單元（預(yù)警區(qū)）耕地土壤重金屬的污染程度，即預(yù)警值;糧食單產(chǎn)表示某一行政單元在最近5～10 a的糧食平均單產(chǎn)，計(jì)量單位為kg/hm2;耕地人口密度表示某一行政單元在最近5～10 a的人口與耕地面積之比，計(jì)量單位為萬人·千/hm2;耕地工業(yè)產(chǎn)值表示某一行政單元在最近5～10 a的平均工業(yè)產(chǎn)值與耕地面積之比，單位為萬元/hm2。

1.2? ?數(shù)據(jù)選擇及來源

研究數(shù)據(jù)來自2010 — 2016年7 a《平?jīng)霭l(fā)展年鑒》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[12 ]，即平?jīng)鍪懈骺h（區(qū)）各年度的糧食作物總產(chǎn)量（t）、糧食作物播種面積（萬hm2）、工業(yè)總產(chǎn)值（萬元）、人口數(shù)量（萬人），從而計(jì)算得到相應(yīng)的糧食單產(chǎn)（kg/hm2）、耕地人口密度（萬人/hm2）、耕地工業(yè)產(chǎn)值（萬元/hm2）。

2? ?預(yù)警系統(tǒng)建立

2.1? ?預(yù)警單元的劃分

預(yù)警區(qū)為整個(gè)平?jīng)鍪?預(yù)警單元為平?jīng)鍪?縣（區(qū)）（崆峒區(qū)、涇川縣、靈臺(tái)縣、崇信縣、莊浪縣、靜寧縣、華亭縣）[12 ]，單元數(shù)為7個(gè);預(yù)警指標(biāo)分別為平?jīng)鍪懈骺h區(qū)最近7 a平均糧食單產(chǎn)、平均耕地人口密度、平均耕地工業(yè)產(chǎn)值。

2.2? ?預(yù)警值的計(jì)算方法

以平?jīng)鍪心晨h某指標(biāo)最高和最低為相對100%和0%，折算所有縣的3個(gè)相對指標(biāo)，即：單產(chǎn)相對值（Y1）、耕地人口密度相對值（Y2）和耕地工業(yè)產(chǎn)值相對值（Y3），其變動(dòng)范圍為0%～100%，預(yù)警值（Y）等于3個(gè)相對指標(biāo)之和再除以10。計(jì)算公式如下：

Y1=（某縣單產(chǎn)-全市最低單產(chǎn)）/（全市最高單產(chǎn)-某縣最低單產(chǎn)）? ? ? ? ?（2）

Y2=（某縣耕地人口密度-全市最低耕地人口密度）/（全市最高耕地人口密度-某縣最低耕地人口密度）? ? （3）

Y3=（某縣耕地工業(yè)產(chǎn)值-全市最低耕地工業(yè)產(chǎn)值）/（全市最高耕地工業(yè)產(chǎn)值-某縣最低耕地工業(yè)產(chǎn)值）? ? ? ? ? ? ? ?（4）

Y=（Y1+Y2+Y3）/10? ? ? ? ? ?（5）

2.3? ?預(yù)警等級(jí)的劃分及預(yù)警結(jié)果的判定

將預(yù)警值劃分為7個(gè)區(qū)間，分別命名為“紅橙黃綠青藍(lán)紫”7個(gè)警示級(jí)別，分別命名為C1紅、C2橙、C3黃、C4綠、C5青、C6藍(lán)、C7紫，C為縣（County）的英文縮寫[13 ]，預(yù)警等級(jí)的劃分及預(yù)警結(jié)果的判定見表1。

3? ?預(yù)警結(jié)果與分析

由表2看出，污染程度在警戒線以下的縣區(qū)分別為靜寧縣、靈臺(tái)縣，警戒值分別為3.2、8.7。污染程度為輕度污染警示的縣區(qū)分別為莊浪縣、崇信縣，警戒值分別為10.0、11.3。污染程度為中度污染警示的縣區(qū)為涇川縣，警戒值為14.5。污染程度為中重度污染警示的縣區(qū)分別為崆峒區(qū)、華亭縣，警戒值分別為22.3、25.8。

4? ?結(jié)論與討論

以“天-地-人通用概念模型”為基礎(chǔ)，采用糧食平均單產(chǎn)、耕地人口密度、耕地工業(yè)產(chǎn)值3個(gè)預(yù)警指標(biāo)，初步建立了平?jīng)鍪惺屑?jí)耕地土壤重金屬污染預(yù)警系統(tǒng)。污染程度在警戒線以下的縣區(qū)分別為靜寧縣、靈臺(tái)縣，警戒值分別為3.2、8.7。污染程度為輕度污染警示的縣區(qū)分別為莊浪縣、崇信縣，警戒值分別為10.0、11.3。污染程度為中度污染警示的縣區(qū)為涇川縣，警戒值為14.5。污染程度為中重度污染警示的縣區(qū)分別為崆峒區(qū)、華亭縣，警戒值分別為22.3、25.8。

從理論上預(yù)警了平?jīng)鍪薪?年的耕地土壤重金屬污染程度，基本上符合平?jīng)鍪械幕厩闆r，城市土壤的污染主要來源于人為因素和土壤本地的污染程度，而人為因素主要有工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)冗^程中產(chǎn)生的污染[14 ]。需要強(qiáng)調(diào)的是該結(jié)果只是對可能存在的污染驅(qū)動(dòng)力的相對劃分，并不代表耕地土壤重金屬污染的實(shí)際情況。

本研究中重金屬預(yù)警模型不但可以對平?jīng)鍪懈刂亟饘佻F(xiàn)狀進(jìn)行預(yù)警，也可以對未來進(jìn)行預(yù)警。而且可以建立縣級(jí)重金屬單一污染預(yù)警系統(tǒng)，即以每個(gè)縣的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本預(yù)警單元，單元數(shù)為鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)量，形成多套預(yù)警系統(tǒng)，如可分別建立鎘、鉛、砷、汞等預(yù)警系統(tǒng)，可具體為縣級(jí)耕地重金屬污染防治提供參考依據(jù)。

本研究中預(yù)警指標(biāo)的最低值與最高值可采用甘肅省的最高值和最低值，也可采用全國的指標(biāo)，因此，需要具體情況具體分析。例如，想要與甘肅省相比較，就需使用甘肅省的標(biāo)準(zhǔn)。筆者使用平?jīng)鍪袠?biāo)準(zhǔn)的目的在于更好的掌握平?jīng)鍪懈骺h區(qū)耕地重金屬污染的具體狀況，為平?jīng)鍪械陌l(fā)展提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉傳德，王? ?強(qiáng)，于? ?波，等.? 耕地土壤重金屬污染的特點(diǎn)和治理對策[J].? 農(nóng)技服務(wù)，2008，25（7）：118-119.

[2] 馬? ?彥.? 土壤重金屬污染及其植物修復(fù)研究綜述[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2016（2）：69-77.

[2] 嚴(yán)加永，呂慶田，葛曉立.? GIS支持下的土壤重金屬污染預(yù)測預(yù)警研究[J].? 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2007，37（3）：592-596.

[3] 吳春發(fā).? 復(fù)合污染土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警研究—以浙江省富陽市某污染地為例[D].? 杭州：浙江大學(xué)，2008.

[4] 李? ?向，宋? ?濤.? MAS技術(shù)在土壤重金屬污染評價(jià)及預(yù)警中的應(yīng)用[J].? 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010，20（1）：217-220;224.

[5] 范迪富，翁志華，金? ?洋，等.? 江蘇省溧水縣土壤環(huán)境污染預(yù)警預(yù)測方法探討[J].? 江蘇地質(zhì)，2005，29（2）：88-93.

[6] 湯奇峰.? 四川成都經(jīng)濟(jì)區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)割愛生態(tài)安全性預(yù)測預(yù)警研究[D].? 北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2007.

[7] 侯艷輝.? 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境評估及預(yù)警實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[D].? 濟(jì)南：山東科技大學(xué)，2004.

[8] 侯彥林.? 中國耕地重金屬污染預(yù)警系統(tǒng)研究[J].? 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，31（4）：697-705.

[9] 侯彥林，李江英，周永娟，等.? 中國耕地氮面源污染研究：II污染評價(jià)指標(biāo)體系的初步制定[J].? 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（4）：1277-1282.

[10] 侯彥林，趙慧明，李江英，等.? 中國耕地氮面源污染研究：III估算模型的實(shí)證[J].? 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（7）：1337-1340.

[11] 彥衛(wèi)忠.? 環(huán)境預(yù)警指標(biāo)體系研究[J].? 長沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，17（3）：87-90.

[12] 張艷麗.? 平?jīng)鍪惺卟水a(chǎn)地灌溉水源重金屬含量檢測與評價(jià)[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2015（6）：36-38.

[13] 平?jīng)霭l(fā)展年鑒編纂委員會(huì).? 平?jīng)霭l(fā)展年鑒[M].? 蘭州：蘭州大眾彩印包裝有限公司，2016.

[14] 劉鯉榕.? 城市土壤重金屬污染現(xiàn)狀及治理方法[J].? 能源與環(huán)境，2011（3）：62-63.

（本文責(zé)編：楊? ? ?杰）