一种土壤重金属分析方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种土壤重金属分析方法和装置，包括以下步骤：步骤S1、对获取研究区土壤样本中重金属含量进行特征统计；步骤S2、根据特征统计结果进行土壤重金属空间异质性分析，得到研究区土壤重金属在空间中的分异规律；步骤S3、根据所述分异规律对研究区土壤重金属进行污染程度和污染风险进行定量评价。采用本发明专利技术的技术方案，可以测定研究区内土壤中5种重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Pb)的含量，同时对研究区整体区进行污染程度以及污染风险的评价。区进行污染程度以及污染风险的评价。区进行污染程度以及污染风险的评价。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤重金属分析方法和装置


[0001]本专利技术属于土壤分析
，尤其涉及一种土壤重金属分析方法和装置。

技术介绍

[0002]土壤是在风化作用的基础上，历经地壳、水蒸气、大气以及生物圈的相互作用，覆盖于岩石圈上的具有肥力的疏松物质层，是联系有机和无机的纽带。城市土壤则指土壤质地、剖面结构、孔隙度等方面均呈现出与自然土壤有较大差异的城区或郊区土壤(≥50cm)，其最大特征是受人为活动的扰动而形成的。城市人口与日俱增，人类活动愈加频繁，长期的城市化进程使得仅占地球表面积2％左右的城市土地产生着全球80％的污染。世界各地的土壤污染均以无机型为主，其中最为典型的无机污染物是重金属。我国土壤重金属污染状况也不乐观，据统计，目前受污染耕地面积约占耕地总量的1/6。重金属在土壤中过度富集积累之后具备长期滞留以及难以降解的特点，并会通过呼吸道或皮肤接触等方式进入人体，尤其对血脑屏障还未发育完全的儿童产生危害。城市土壤在人类改造和适应自然环境的基础上所建立的城市人工复合生态系统中担当着源与汇的作用。因而，对城市土壤进行重金属污染的研究，从城市发展的现实指导以及人类健康的维护两方面来看都具有十分重要的意义。全国土壤污染状况调查公报显示，从污染分布情况看，南方土壤污染程度较北方而言趋于严重，尤其是长江三角洲、珠江三角洲等经济发达区域的土壤污染问题更为严峻。南京位于长江三角洲西部，是中国东部地区重要的中心城市，其人口集中、工业发达、交通拥挤等给城市环境带来了较大的影响，因此，探讨该区域土壤重金属污染状况，可为南京市土壤重金属污染的预防和修复提供依据，进而对保证人体健康以及生态可持续发展都具有重要的意义。由于城市土壤中重金属主要来源于人类活动，土地利用状况不同、污染源差异均会造成不同的污染特征，因此重金属污染状况会因城市功能区的不同而存在显著差异，并呈现特定的空间分布特征。目前已有部分学者针对南京市土壤重金属空间异质性进行了相关的研究，但其研究覆盖范围较小，仅选取工业用地、休闲用地、农田用地这样的单一用地类型进行研究，代表性不够，尚缺乏从南京市整体角度出发，多种功能区并存且对比的重金属空间异质性格局以及定量化表征的研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是，提供一种土壤重金属分析方法和装置，可以测定研究区内土壤中5种重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Pb)的含量，同时对研究区整体区进行污染程度以及污染风险的评价。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0005]一种土壤重金属分析方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1、对获取研究区土壤样本中重金属含量进行特征统计；
[0007]步骤S2、根据特征统计结果进行土壤重金属空间异质性分析，得到研究区土壤重金属在空间中的分异规律；
[0008]步骤S3、根据所述分异规律对研究区土壤重金属进行污染程度和污染风险进行定量评价。
[0009]可选地，重金属包含Cr、Ni、Cu、Zn、Pb。
[0010]可选地，步骤S2中，首先对特征统计结果进行半变异函数拟合，然后选取各重金属空间插值的最优模型，最后通过插值计算得到研究区土壤重金属在空间中的分异规律。
[0011]可选地，步骤S3中，采用基于层次分析法赋权的模糊综合评价方法、潜在生态评价方法分别对研究区土壤重金属进行污染程度和污染风险进行定量评价。
[0012]可选地，步骤S3中，基于层次分析法赋权的模糊综合评价法包括：
[0013](1)、隶属度函数的建立
[0014]根据土壤环境质量分级标准，以各分级标准值作为拐点，构建梯形分布的隶属度函数如下：
[0015]I级隶属度函数
[0016]II级隶属度函数
[0017]III级隶属度函数
[0018]其中，x
j
为第j种重金属元素的实测值；a
j
、b
j
、c
j
为第j种重金属元素所对应的各评价等级的标准值；
[0019]求出评价因子中各元素隶属于各评价等级的程度后即建立模糊关系矩阵R：
[0020](2)层次分析法确定权重
[0021](21)、确定评价因子U＝{Cr、Ni、Cu、Zn、Pb}，采用单项污染指数法对5种重金属元素的数据进行处理，
[0022]D
ij
＝c
ij
/s
i
[0023]其中，D
ij
表示第j个采样点中第i项元素指标的标度值；c
ij
表示第i项元素指标的测量值，s
i
表示与第i项重金属元素相对应的3级标准值的算术平均值；
[0024](22)、构建判断矩阵D
j
，即第j个土壤采样点的各元素因子之间的相对程度，
[0025](23)、求解判断矩阵的的最大特征值和与之对应的特征向量，并进行一致性检验，
[0026][0027][0028][0029]其中，λ
max
为判断矩阵的最大特征值；W为相应的特征向量，组成特征向量的每一个元素W
i
即为所要求的层次单排序的权重值；CI为一致性检验指标；RI为随机一致性指标均值；CR为一致性比率，对于n＞3的判断矩阵，当CR≤0.10时认为A的不一致程度在容许范围内，则表示通过检验，当CR＞0.10时，则判断矩阵没有通过一致性检验，要对判断矩阵作适当的修正并继续检验直至CR≤0.10；
[0030](24)、采用层次赋权法计算出若干个时间段的评价因子中各元素的权重值后，将得出的当前时间段的各评价因子的权重值代入拉格朗日乘子，得出各个时间段内对应的Cr、Ni、Cu、Zn、Pb重金属含量的实时权重W
k
。
[0031](3)土壤环境质量模糊综合评价
[0032]当全部因素权重均衡时选择模糊综合评价模型中的加权学平均模型M(
·
,+)，通过隶属度函数计算所得的模糊关系矩阵R以及实时权重W
k
，将各个元素因子的模糊关系矩阵分别与层次分析法确定的权重进行模糊综合运算，得出各个采样点的综合评价结果，计算如下：
[0033][0034]可选地，步骤S3中潜在生态评价方法中单个重金属潜在生态风险因子的计算如下：
[0035][0036][0037]其中，c
ji
为第j个样点的i重金属的实测值；c
ri
为i重金属的参比值；T
i
为重金属i的毒性系数，反映重金属的毒性水平及土壤对重金属污染的敏感性；C
Ji
为重金属的富集系数；E
ji
为第j个样点的i重金属的单个重金属潜在生态风险因子；RI
j
为土壤中各种重金属的综合潜在生态危害指数。
[0038]本专利技术还公开了一种土壤重金属分析装置，其特征在于，包括：：
[0039]获取模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤重金属分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、对获取研究区土壤样本中重金属含量进行特征统计；步骤S2、根据特征统计结果进行土壤重金属空间异质性分析，得到研究区土壤重金属在空间中的分异规律；步骤S3、根据所述分异规律对研究区土壤重金属进行污染程度和污染风险进行定量评价。2.如权利要求1所述的土壤重金属分析方法，其特征在于，重金属包含Cr、Ni、Cu、Zn、Pb。3.如权利要求1所述的土壤重金属分析方法，其特征在于，步骤S2中，首先对特征统计结果进行半变异函数拟合，然后选取各重金属空间插值的最优模型，最后通过插值计算得到研究区土壤重金属在空间中的分异规律。4.如权利要求1所述的土壤重金属分析方法，其特征在于，步骤S3中，采用基于层次分析法赋权的模糊综合评价方法、潜在生态评价方法分别对研究区土壤重金属进行污染程度和污染风险进行定量评价。5.如权利要求4所述的土壤重金属分析方法，其特征在于，步骤S3中，基于层次分析法赋权的模糊综合评价法包括：(1)、隶属度函数的建立根据土壤环境质量分级标准，以各分级标准值作为拐点，构建梯形分布的隶属度函数如下：I级隶属度函数II级隶属度函数III级隶属度函数其中，x
j
为第j种重金属元素的实测值；a
j
、b
j
、c
j
为第j种重金属元素所对应的各评价等级的标准值；求出评价因子中各元素隶属于各评价等级的程度后即建立模糊关系矩阵R：(2)层次分析法确定权重
(21)、确定评价因子U＝{Cr、Ni、Cu、Zn、Pb}，采用单项污染指数法对5种重金属元素的数据进行处理，D
ij
＝c
ij
/S
i
其中，D
ij
表示第j个采样点中第i项元素指标的标度值；c
ij
表示第i项元素指标的测量值，s
i
表示与第i项重金属元素相对应的3级标准值的算术平均值；(22)、构建判断矩阵D
j
，即第j个土壤采样点的各元素因子之间的相对程度，(23)、求解判断矩阵的的最大特征值和与之对应的特征向量，并进行一致性检验，(23)、求解判断矩阵的的最大特征值和与之对应的特征向量，并进行一致性检验，(n为判断矩阵的阶数)，其中，λ
max
...

【专利技术属性】
技术研发人员：余爱华，刘建锋，焦思，徐贝贝，任志建，杨宇，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林业研究所，
类型：发明
国别省市：