基于模糊数学的太原市敦化灌区污灌土壤重金属污染评价[1]

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1、第29卷第6期环境化学Vol．29，No．62010年11月ENVIRONMENTALCHEMISTRYNovember2010基于模糊数学的太原市敦化灌区污灌土壤重金属污染评价*梁镇海1＊＊陈翠翠1韩玉兰2成昌顺2罗玉2续卫国2陈启斌1任所才1(1．太原理工大学，太原，030024;2．太原市清徐县水务局，太原，030400)摘要采用原子吸收和原子荧光分光光度法测定了太原市敦化污灌区95个表层土壤样品的8种重金属含量，并对污灌土壤的pH值、阳离子交换量、容重等理化性质进行分析，在此基础上采用模糊数学方法评价了其土壤环境质量，探讨了灌

2、区土壤重金属的分布特征及污染状况．结果表明，土壤重金属砷、铜、锌、镍、汞、铬和铅含量值都在国家二级标准值范围内，平均含量分别为6．165，39．198，114．758，37．225，0．171，28．249和37．468mg·kg－1，重金属镉的含量高于国家二级标准值，平均含量高达1．247mg·kg－1;敦化灌区土壤的平均pH值为8．01，属弱碱性土壤，平均阳离子交换量为80．96cmol·kg－1，表层土壤有机质含量在1．27%—2．18%之间;模糊数学评价结果得到灌区土壤环境质量为三级水平，各个采样点的污染程度为董家营村西＞西谷

3、乡东＞王答乡南＞孟封镇北＞鹅池村南．关键词敦化污灌区，模糊数学模型，污染评价，土壤，重金属．重金属是土壤环境中一类具有潜在危害的污染物，它们在土壤环境中一般不易随水流失，不能被微生物分解，常在土壤环境中富集［1］，因此对土壤重金属的研究越来越受到国内外学者的关注［2-4］．用来评价土壤环境质量的方法有综合污染指数法、聚类分析法、层次分析法和模糊数学法等［5］，其中最主要的方法是单因子污染指数法和内罗梅综合污染指数法，但由于土壤污染具有渐变性和隐蔽性等特点，采用模糊数学模型对污染程度进行评价更科学合理，而且在环境质量评价中其分辨率明显高

4、于其它评价方法［6］．敦化灌区位于太原市南端，是晋中平川的一部分，本文针对有二十余年污灌历史的清徐县，通过取样与室内分析，采用模糊数学法进行综合评价，对敦化污灌区土壤重金属Cu，As，Ni，Hg、Zn、Cr、Cd和Pb的含量及累积污染程度做出相应的研究，以期为太原市污灌区土壤污染防治及生态环境管理提供参考．实验部分1．1样品采集敦化灌区土地资源较丰富，根据全国第二次土壤普查结果，灌区土壤分为褐土、草甸土、盐土三大类．采样点主要分布在太原市敦化污灌区的五个乡镇，具体取样位置为王答乡南、董家营村西，西谷乡东、鹅池村南和孟封镇北，共采集到样

5、品95个，每个样品的取样量不少于1kg．1．2样品分析将样品自然风干，采用四分法取0．5kg，去除植物残体及石子，研磨过100目筛，装入样品袋保存．采用电位法测定土壤pH值，有机质(SOM)采用重铬酸钾法测定，土壤粒度采用比重法测定，环刀法测定土壤的容重．样品经HCl-HNO3消化测定重金属离子，消解时按国标要求加入强酸试剂，消解后过滤定容至50ml备用．利用火焰原子吸收法(AA240FSVARIAN)测定重金属离子Cu，Ni，Zn，Cr，Pb和Cd，重金属Hg和As采用AFS-3100双道原子荧光光度计(北京科创)分析，每个样品平行

6、测定三次，取平均值进行统计分析．2009年11月27日收稿．*山西省水利厅科研项目(2007-647)．＊＊通讯联系人，E-mail:liangzhenhai@tyut．edu．cn6期梁镇海等:基于模糊数学的太原市敦化灌区污灌土壤重金属污染评价11531．3评价方法研究采用模糊数学模型对清徐县土壤重金属进行评价．首先需要确定隶属度函数，建立关系模糊矩阵．取u={铜、镍、汞}为评价因子的集合;v={一级、二级、三级};通过隶属度函数求得各指标对各级别土壤重金属污染状况的隶属度，组成一个3×3的模糊矩阵，即关系模糊矩阵［7］．按如下隶属

7、度函数计算各因素指标的隶属度:一级隶属度函数u(xi)=1xi≤ai(bi－xi)/(bi－ai)ai＜xi＜bi0xi≥b{i二级隶属度函数u(xi)=1xi≤ai(xi－ai)/(bi－ai)ai＜xi＜bi(ci－xi)/(ci－bi)bi≤xi＜c{i三级隶属度函数u(xi)=0xi≤bi(xi－bi)/(ci－bi)bi＜xi＜ci1xi≤c{i式中，xi为某重金属含量的实测值;ai、bi、ci分别为该重金属对应于一、二、三级土壤重金属环境质量状况的标准值．由于各单项评价指标对环境综合体的贡献存在差异，因此应有不同的权重．计

8、算权重的方法很多，一般采用土壤环境中污染物因子的实测浓度与其相应分级标准的比值来计算权重，其公式为:wi=ci/SiΣni=1ci/Si其中，ci为各指标的实测值;Si为(S1+S2+S3)/3．依照此式计算出三个参评重