土壤重金属污染

土壤重金属污染评价方法

1、综合污染指数

综合指数法是一种通过单因子污染指数得出综合污染指数的方法,它能够较全面地评判

其重金属的污染程度。其中，内梅罗指数法(Nemerowindex)是人们在评价土壤重金属污染

时运用最为广泛的综合指数法[1]。

S

C

P

i

i

i



2

max

22）（）（

综合

PP

Pii





式中：P

i

为单项污染指数；

C

i

为污染物实测值；

S

i

为根据需要选取的评价标准；S

i

为第i种金属的土壤环境质量指标[2-3](As、Cd、Cr、

Cu、Hg、Ni、Pb、Zn依次为15、0.2、90、35、0.15、40、35、100mg/kg)

P

i

为单项污染指数平均值；

P

imax

为最大单项污染指数。

2、富集因子法

富集因子是分析表生环境中污染物来源和污染程度的有效手段，富集因子(EF)是Zoller

等(1974)为了研究南极上空大气颗粒物中的化学元素是源于地壳还是海洋而首次提出来的。

它选择满足一定条件的元素作为参比元素(一般选择表生过程中地球化学性质稳定的元素)，

然后将样品中元素的浓度与基线中元素的浓度进行对比，以此来判断表生环境介质中元素的

人为污染状况[4]。

）（

）（

BB

CC

refn

refn

EFsample

backround



式中：C

n

为待测元素在所测环境中的浓度；

C

ref

为参比元素在所测环境中的浓度；

B

n

为待测元素在背景环境中的浓度；

B

ref

为参比元素在背景环境中的浓度。

3、地积累指数法

地积累指数法是德国海德堡大学沉积物研究所的科学家Muller在1969年提出的，用于

定量评价沉积物中的重金属污染程度[5]。

Igeo

log

2BE

C

n

i

5.1

式中：C

i

为样品中第i种重金属元素的平均浓度(mg/kg)，

BE

n

是所测元素的平均地球化学背景值，通常为全球页岩元素的平均含量(As、Cd、

Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn依次为13、0.4、62、45、0.35、68、34、118mg/kg)，1.5

是用来校正由于风化等效应引起的背景值差异的修正指数。

4、潜在生态危害指数法

潜在生态危害指数法由瑞典科学家Hakanson提出(Hakanson，1980)，是根据重金属性质

及其在环境中迁移转化沉积等行为特点，从沉积学的角度对土壤或者沉积物中的重金属进行

评价。该方法首先要测得土壤中重金属的含量，通过与土壤中重金属元素背景值的比值得到

单项污染系数，然后引入重金属毒性响应系数，得到潜在生态危害单项系数，最后加权得到

此区域土壤中重金属的潜在生态危害指数[6]。

单个重金属的潜在生态危害指数E

i

计算式为：

C

C

TEii

0

i

式中，C

i

为重金属的平均浓度(mg/kg)；

C

0

为参比值，采用全球工业化前沉积物中重金属的最高背景值(As、Cd、Cr、Cu、

Hg、Ni、Pb、Zn依次15、0.5、60、30、0.25、40、25、80mg/kg)；

T

i

为重金属的毒性系数(Hakanson提出As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的毒性

系数分别为10、30、2、5、40、2、5、1)。

多个重金属的潜在生态危害指数RI计算式为：







n

i

iERI

1

表1重金属Nemerrow污染指数P，地质累积指数I

geo

及潜在生态危害指标E

i

、RI与污染分级

标准

Table1RelationshipbetweenNemerrow(P)，geo-accumulation(Igeo)，potentialecological

harmindex(Ei、RI)andclassificationofheavymetalpollution

等级PI

geo

E

i

RI

清洁（安全）＜0.7＜0

尚清洁（警戒线）0.7-1.0

轻度污染1.0-2.00-1.0＜40＜150

中度污染2.0-3.01.0-2.040-80150-300

中度污染-强度污染2.0-3.0

强度污染3.0-10.03.0-4.080-160300-600

强度污染-极度污染4.0-5.0

重度污染160-320＞600

极度污染＞10.0＞5.0＞320

表2几种常见指数法及其优缺点

Table2Advantagesanddisadvantagesofveralcommonlyudindexmethods

评价方法公式优点缺点

内梅罗指数法

2

max

22）（）（

综合

PP

Pii





避免由于平均作用削

弱污染金属的权值

可能会人为夸大或缩

小某些因子的影响

富集因子法）（

）（

BB

CC

refn

refn

EFsample

backround



能够比较准确地判断

人为污染状况

参比元素的选择有待

规范

地累积指数法

Igeo

log

2BE

C

n

i

5.1考虑了成岩作用对土

壤背景值的影响

应注意K值的选择

潜在生态危害

指数法C

C

TEii

0

i





n

i

iERI

1

将环境生态效应与毒

理学联系起来

注意重金属间毒性加

权或拮抗作用

地积累指数法

地积累指数法是德国海德堡大学沉积物研究所的科学家Muller在1969年提出的，用于

定量评价沉积物中的重金属污染程度[5]。

Igeoi

log

2B

C

i

i

K

（1）

式中：C

i

为样品中第i种重金属元素的平均浓度(mg/kg)，B

i

是所测元素的平均地球化学背景

值，通常为全球页岩元素的平均含量(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn依次为13、0.4、

62、45、0.35、68、34、118mg/kg)，k为修正造岩运动引起的背景波动而设定的系数，一

般取值1.5。依据地累积指数值(I

geo

)把土壤中重金属污染程度分为7个等级，具体见表3。

表3基于地累积指数的土壤重金属污染程度分级

Table1Pollutionlevelofheavymetalsbadonindexofgeo-accumulation

I

geo

≤00-11-22-33-44-5＞5

级数0123456

污染指标清洁轻度污染偏中污染中度污染偏重污染重度污染严重污染

基于三角模糊数的地累积指数评价模型的构建

模糊数学方法通过隶属度函数描述土壤重金属污染状况的渐变性和模糊性，评价结果

具有一定可靠性。三角模糊数处理技术适用于评价数据资料不足或者数据精度不高的重金属

污染状况，已有成功的应用[26-29]。将污染物浓度和地球化学背景值经α-截集技术[30-31]处理后

的数据分别表示为C

i

=(C

1i

，C

2i

，C

3i

)、B

i

=（B

1i

，B

2i

，B

3i

）。把三角模糊数参数用式（1）算

得三角模糊化的地累积指数评价模型：

Igeo

log

2B

C

n

K

（2）

经α-截集技术处理得到的土壤污染物地累积指数是一个区间数，用隶属度函数计算可确

定土壤重金属污染程度等级。设地累积指数区间[Igeo1

，I2geo

]对[Io



1ge

，Io



2ge

]的隶属度

可以定量表示为：

]，[

]，[]，[

II

IIII

geo2geo1

*

geo2

*

geo1geo2geo1

）（A（3）

式中，A（λ）表示[Igeo1

，I2geo

]对[Io



1ge

，Io



2ge

]的隶属度，表示区间几何长度，

表示取两个区间的交集，[Io



1ge

，Io



2ge

]表示评价等级的第λ等级，其中λ=1,2,3...n。

由式（3）得到[Igeo1

，I2geo

]对各个等级的隶属度，然后基于地累积指数污染等级的

划分得出[Igeo1

，I2geo

]的重金属污染程度，式（4）。

)()(

1

geo







VAIi





＇（4）

式中，Ii

＇

geo

是重金属i的模糊地累积指数值，)(V为各个污染等级的赋值。

地累积指数法只能判断单独一种重金属的危害程度，不能很好地反应各填埋场的重金属

污染的综合程度。可结合各重金属的生物毒性的差异，建立生活垃圾填埋场重金属污染综合

评价模型，见式（5）。







n

n

geoIWR

1

（5）

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