發(fā)布時(shí)間：2023-07-13 16:43:01
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)興起于七十年代幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，尤以美國(guó)在這方面的研究獨(dú)領(lǐng)。在短短20多年中，就環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)而言，大體上經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：七十年代至八十年代初，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)處于萌芽階段，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)內(nèi)涵不甚明確，僅僅采取毒性鑒定的方法；八十年代中，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)得到很大的發(fā)展，為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系建立的技術(shù)準(zhǔn)備階段。美國(guó)國(guó)家科學(xué)院(NAS，1983)[1]提出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)由四個(gè)部分組成，稱為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)“四步法”即危害鑒別，劑量一效應(yīng)關(guān)系評(píng)價(jià)，暴露評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)表征。并對(duì)各部分都作了明確的定義。由此，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基本框架已經(jīng)形成。在此基礎(chǔ)上，美國(guó)EPA制定和頒布了有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一系列技術(shù)性文件、準(zhǔn)則或指南。但大多是人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的。例如，1986年了致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、[2]致畸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、[3]化學(xué)混合物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、[4]發(fā)育毒物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、[5]暴露評(píng)價(jià)、[6]超級(jí)基金場(chǎng)地（Superfund sites）危害評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[7]等指南。1988年又了內(nèi)吸毒物(sytemictoxicants)[8]和男女繁殖性能毒物[9，10]等評(píng)價(jià)指南。1989年，美國(guó)EPA還對(duì)1986年指南進(jìn)行了修改。因此，從1989年起，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的科學(xué)體系基本形成，并處于不斷發(fā)展和完善的階段。
由此可見(jiàn)，原先的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要限于人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，許多有害廢物管理也是著眼于人體健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行的。近幾年來(lái)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)業(yè)已被人們所重視，已處在同人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的同等地位。但是到目前為止，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)還沒(méi)有一套方法指南。盡管有人將NAS模式加以改變后用于討論生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)原則上也可按其四個(gè)方面進(jìn)行，但由于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不完全等同于人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，用于人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一系列方法指南并不完全適用于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。因此美國(guó)EPA從1989年以來(lái)一直致力于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指南的制訂工作，1992年確定了一個(gè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指南制訂工作大綱[11]，原則上給出了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的框架。從研究?jī)?nèi)容上看，大致上與NAS提出的“四步法”相同，但每一方面的重點(diǎn)和方法又有不同的內(nèi)容。該大綱將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程分為三步：第一步為問(wèn)題闡述(Problem formulation)，描述目標(biāo)污染物特性和有風(fēng)險(xiǎn)生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)行終點(diǎn)選擇和有關(guān)評(píng)價(jià)中假設(shè)的提出。問(wèn)題闡述是確定評(píng)價(jià)范圍和制定計(jì)劃的過(guò)程；第二步為分析階段(analysis phase)，主要從暴露表征和生態(tài)效應(yīng)表征兩個(gè)方面進(jìn)行；第三步為風(fēng)險(xiǎn)表征。
顯然，目前國(guó)外環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要包括人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)兩方面，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的科學(xué)體系已基本形成。相對(duì)來(lái)說(shuō)，人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法基本定型，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)正處在總結(jié)、完善階段?？偟膩?lái)說(shuō)，目前國(guó)外環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有如下的特點(diǎn)和趨勢(shì)：
·研究熱點(diǎn)已由人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)移到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；
·從污染物數(shù)量來(lái)說(shuō)，已由單一污染物作用進(jìn)一步考慮到多種污染物的復(fù)合作用；
·從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)類型來(lái)說(shuō)，不僅考慮化學(xué)污染物，特別是有毒有害化學(xué)物，而且還要考慮到非化學(xué)因子對(duì)環(huán)境的不利影響；
·從評(píng)價(jià)范圍方面來(lái)說(shuō)，由局部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展到區(qū)域性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，乃至全球環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；
·生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不僅僅只考慮到生物個(gè)體和群體，而且考慮到群落、甚至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)；
·技術(shù)處理上由定性向半定量、定量方向發(fā)展。
環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，特別是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，還有許多問(wèn)題有待研究，其中主要的有以下幾方面：
1．評(píng)價(jià)終點(diǎn)的選擇 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的終點(diǎn)，只有一個(gè)物種(受體為人)，而生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的終點(diǎn)卻不止一個(gè)，終點(diǎn)選擇就成了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程的關(guān)鍵。對(duì)任何不同組織等級(jí)都有終點(diǎn)選擇問(wèn)題，終點(diǎn)選擇原則上根據(jù)所關(guān)注的生態(tài)系統(tǒng)和污染物特性來(lái)進(jìn)行，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和污染物特性了解得愈深刻，終點(diǎn)選擇就愈準(zhǔn)確。由于生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性，不同評(píng)價(jià)人員可以選擇不同的終點(diǎn)，因此目前迫切需要有一個(gè)統(tǒng)一的方法來(lái)確定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的終點(diǎn)。
2．模型優(yōu)化 模型在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的重要性是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是研究人為活動(dòng)引起環(huán)境不利影響的可能性，是根據(jù)有限的已知資料預(yù)測(cè)未知后果的過(guò)程，這就需要應(yīng)用大量的數(shù)學(xué)模型才能完成。模型的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)涉及的模型很多，主要有污染物環(huán)境轉(zhuǎn)歸模型、污染物時(shí)空分布模型、暴露模型、生物體分布模型、外推模型、風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型等。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)就是由這些模型的組合，借助于計(jì)算機(jī)來(lái)連串在一體的。隨著風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)越來(lái)越復(fù)雜，準(zhǔn)確性要求越來(lái)越高，發(fā)展和完善各種數(shù)學(xué)模型始終是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的重要方面。
轉(zhuǎn)貼于 3．生態(tài)暴露評(píng)價(jià) 在人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，暴露評(píng)價(jià)是測(cè)定人體暴露值大小、頻率、途徑和暴露時(shí)間，表征受暴露的人群。在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中、暴露評(píng)價(jià)相對(duì)人體健康暴露評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)是特別困難的，尤其對(duì)暴露群體的表征，針對(duì)不同物種，它們棲息地環(huán)境差異很大，如水生環(huán)境、陸生環(huán)境和其他特定環(huán)境等。目前對(duì)生態(tài)暴露評(píng)價(jià)的定義還沒(méi)有完全統(tǒng)一，一般認(rèn)為生態(tài)暴露評(píng)價(jià)是測(cè)定污染物的空間和時(shí)間分布、存在形態(tài)、生物有效性以及與所關(guān)注的生態(tài)組分的接觸狀況。生態(tài)暴露評(píng)價(jià)是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中最基本的組成部分，由于暴露系統(tǒng)的復(fù)雜性，目前還沒(méi)有一個(gè)暴露的描述能適用所有的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。由于對(duì)存在風(fēng)險(xiǎn)的種群認(rèn)識(shí)不完全、污染物有效性的因子了解不夠、單一、特別是多種混合物暴露的劑量一響應(yīng)規(guī)律認(rèn)識(shí)不深入，以及將實(shí)驗(yàn)室結(jié)果外推到野外的不同時(shí)空范圍的困難等，暴露評(píng)價(jià)中的許多因子都存在不確定性。顯然，生態(tài)暴露評(píng)價(jià)遠(yuǎn)比人體暴露評(píng)價(jià)復(fù)雜，關(guān)鍵必須考慮污染物與生物體以及生態(tài)系統(tǒng)、污染物與環(huán)境間的相互作用、相互影響。因此，必須加強(qiáng)這方面評(píng)價(jià)方法和技術(shù)的研究。
4．不確定性處理 不確定性處理一直是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的主要問(wèn)題。不確定性來(lái)源于各種外推過(guò)程，例如：物種間外推、不同等級(jí)生物組織間外推、由實(shí)驗(yàn)室向野外情況外推，由高劑量向低劑量外推等。因此對(duì)不確定性的定量化處理是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。要發(fā)展各種外推理論，建立合適的外推模型。 總之，隨著環(huán)境保護(hù)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代，可以預(yù)見(jiàn)，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究必將對(duì)人類生存及自然環(huán)境的保護(hù)和改善作出新的貢獻(xiàn)，并將對(duì)環(huán)境科學(xué)理論研究有新的推進(jìn)。
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-1.003 3（Ⅴ）上升為0.557 5（Ⅱ），即由安全級(jí)降為風(fēng)險(xiǎn)級(jí)。根據(jù)此評(píng)價(jià)結(jié)果，提出了協(xié)調(diào)武漢市城市土地利用與生態(tài)環(huán)境的對(duì)策。
關(guān)鍵詞：土地利用；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；PCA模型；K均值聚類；武漢市
中圖分類號(hào)：F301.2；S181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）15-3731-05
土地利用變化在很大程度上反映了人類活動(dòng)與自然生態(tài)條件變化的綜合影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，人類對(duì)土地的需求越來(lái)越大，這種強(qiáng)烈需求使得人地關(guān)系矛盾步步升級(jí)，隨之而來(lái)的土地生態(tài)問(wèn)題也日益突出，如土地利用結(jié)構(gòu)不合理，水土流失、土地荒漠化、土壤污染、土地生態(tài)破壞性加劇等。面對(duì)嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，人們開(kāi)始意識(shí)到生態(tài)環(huán)境的重要性，并有意調(diào)控土地利用方式，改善生態(tài)環(huán)境，促使二者關(guān)系趨于協(xié)調(diào)。武漢市地處我國(guó)中部腹地，位于江漢平原東部，該區(qū)域土地類型多樣，適宜性廣泛，水資源優(yōu)勢(shì)突出，為全市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。但由于武漢市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化建設(shè)的擴(kuò)張、人口的增加和土地利用方式不當(dāng)?shù)仍颍罅康耐恋卦诔鞘谢?、工業(yè)化過(guò)程中喪失，土地生態(tài)功能下降，人地矛盾突出。本研究以武漢市2003-2010年土地利用現(xiàn)狀為對(duì)象，建立主成分分析（PCA）和K均值聚類的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)武漢市土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在把握武漢市土地利用與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展程度的變化規(guī)律，以期能充分認(rèn)識(shí)武漢市土地資源利用和兩型社會(huì)建設(shè)所面臨的問(wèn)題，為城市區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供參考依據(jù)。
1 武漢市土地利用變化情況
1.1 土地利用數(shù)量變化
武漢市地貌類型多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼?zhèn)?，全市土地總面積849 400 hm2，占全省土地總面積的4.57%。表1選取了武漢市2003年和2010年兩個(gè)時(shí)段土地資源利用狀況，統(tǒng)計(jì)出了各地類的面積及其變化情況。
由表1可以看出，8年間武漢市農(nóng)用地和未利用地總量減少，城市建設(shè)用地迅速增加。在農(nóng)用地類型中，耕地、牧草地顯著流失，其中牧草地減少最快，8年共減少6 604.97 hm2，減幅為95.93%；耕地面積由2003年所占總土地面積的44.16%減少到2010年的39.57%。林地、園地面積增加最多，8年共增加了22 767.71 hm2，兩者增幅共計(jì)38.79%。在建設(shè)用地類型中，交通水利用地面積增速快于居民點(diǎn)及工礦用地的速度，增幅比例達(dá)33.77%。在未利用地類型中，未利用土地和其他土地共減少了6 111.91 hm2。值得注意的是，大部分未利用地是難以開(kāi)發(fā)的山丘區(qū)荒草地和裸巖地，可墾地較少，耕地后備資源相對(duì)貧乏。
1.2 土地利用結(jié)構(gòu)變化
由于土地利用類型分類較多，影響程度判斷難度較大，因此引入土地利用結(jié)構(gòu)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)[1-3]，計(jì)算各種類型土地面積比重，來(lái)衡量8年間武漢市各類型土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化情況：
借鑒已有的研究方法[3，4]，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展特點(diǎn)，本研究利用層次分析法確定了不同土地利用類型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)（耕地0.311 5；園地0.109 6；林地0.158 7；牧草地0.035 5；其他農(nóng)用地0.034；居民點(diǎn)及工礦用地0.018 1；交通運(yùn)輸用地0.225 9；水利設(shè)施用地0.055 2；未利用地0.051 5）與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。
結(jié)合公式（1）與武漢市土地利用類型面積變化數(shù)據(jù)，計(jì)算得出武漢市土地利用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（表2）。由表2可知，武漢市9種土地利用類型中，耕地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的平均值最大為0.126 8；其次是林地，為0.015 8；牧草地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最小，為0.000 1。這說(shuō)明耕地變化對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)撛谟绊懽畲?，其次是林地，牧草地潛在生態(tài)影響最小。8年間，不同土地類型平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大小順序?yàn)楦?林地>未利用地>其他農(nóng)用地>交通運(yùn)輸用地>居民點(diǎn)及工礦用地>園地>水利設(shè)施用地>牧草地。
由圖1可以看出，8年間武漢市土地利用結(jié)構(gòu)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的變化趨勢(shì)大致可分為2個(gè)階段：2003-2005年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)急劇下降，2006-2010年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指下降趨勢(shì)變緩且趨穩(wěn)，這與武漢市土地利用結(jié)構(gòu)變化的趨勢(shì)一致。2003-2005年雖然園地、林地面積以每年1%的速度遞增，但牧草地面積急劇縮減，從2003年的6 884.97 hm2減少到2005年的4 248 hm2，加之耕地?cái)?shù)量進(jìn)一步減少，導(dǎo)致了這3年土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的加大。
2 武漢市土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
2.1 指標(biāo)體系建立
土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指不合理的開(kāi)發(fā)利用土地導(dǎo)致某些自然異常因素、生態(tài)環(huán)境惡化，給人類社會(huì)帶來(lái)?yè)p失的可能。土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是從城市土地利用的角度描述和評(píng)估城市的環(huán)境污染、人為活動(dòng)或自然災(zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組成成分產(chǎn)生不利作用的可能性和大小的過(guò)程[5]。由于土地生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，涉及的風(fēng)險(xiǎn)源、暴露體和終點(diǎn)比較多[4]，因此需要構(gòu)建一套完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本研究在綜合考慮生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的可得性與可操作性基礎(chǔ)上，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，保留重要指標(biāo)，從自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境狀況出發(fā)，根據(jù)武漢市實(shí)際情況最終形成了以下評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表3）。
由于不同變量之間具有不同的單位和不同的變異程度，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)在分析過(guò)程中因單位不統(tǒng)一而造成結(jié)果的差異。因此，在進(jìn)行主成分分析前，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，也稱為無(wú)量綱化，即將異度量的各指標(biāo)值分別轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱的相對(duì)指標(biāo)值。本研究采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 20.0中的Z-score法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換[6]（表3）。
2.2 建立主成分分析法與K均值聚類的武漢市土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型
主成分分析法（PCA）是去掉重復(fù)信息、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法[5]。利用PCA可以把多個(gè)相關(guān)的指標(biāo)變換成少數(shù)幾個(gè)互相無(wú)關(guān)的綜合變量（主成分），通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)闹鞒煞謨r(jià)值函數(shù)模型，可以把多維系統(tǒng)降成一維系統(tǒng)。K均值聚類是最常用的聚類算法之一，它通過(guò)尋找一組聚類中心把對(duì)象集合劃分成一組聚類[6]。通過(guò)SPSS軟件，利用主成分分析方法，最終確定m個(gè)特征值，m即為因子變量個(gè)數(shù)，其數(shù)值確定見(jiàn)SPSS輸出結(jié)果（表4）。
由表4的第1列至第4列可以看出因子分析的初始解對(duì)原有變量總體的刻畫(huà)情況，第1列為23個(gè)初始解的序號(hào)，第2列為因子變量的特征值，它是衡量因子變量重要程度的指標(biāo)[5]，第4列則是各因子變量的累積方差貢獻(xiàn)率。由主成分分析得出有5個(gè)特征值大于1[7]，分別是12.429、4.955、1.807、1.469和1.361。這5個(gè)成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到95.74%，當(dāng)提取前5個(gè)公因子時(shí)，特征值變化明顯，當(dāng)提取第5個(gè)之后的公因子時(shí)，特征值變化很小，基本趨于平緩。說(shuō)明前5個(gè)因子基本反映了原指標(biāo)變量的絕大部分信息，即m=5符合分析要求。
2.3 因子得分函數(shù)
計(jì)算因子得分的方法有回歸法、Bartlette法、Anderson-Rubin法等[8]。根據(jù)上述計(jì)算公式，將因子變量表示為原有變量的線性組合，并代入樣本數(shù)據(jù)，計(jì)算出相應(yīng)的因子得分。
2.4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分
在上述因子分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用5個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)率作為各自權(quán)重，計(jì)算土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度。公式如下：
按此公式，得到武漢市8年來(lái)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度。為了對(duì)所研究時(shí)段的土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征進(jìn)行分析，參照譚三清等[5]和宋志鯤等[8]關(guān)于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)研究，結(jié)合K均值聚類的方法對(duì)土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了等級(jí)劃分。其計(jì)算結(jié)果是：惡劣級(jí)（T>1.2）、風(fēng)險(xiǎn)級(jí)（0.17
結(jié)合城市土地利用不同級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)[5，9，10]，將每種等級(jí)的土地利用系統(tǒng)特征表述為表7。
3 結(jié)果分析
根據(jù)各年度計(jì)算的城市土地風(fēng)險(xiǎn)值，結(jié)合每個(gè)等級(jí)的城市土地利用分析的土地系統(tǒng)特征，評(píng)定了武漢市2003-2010年的土地利用風(fēng)險(xiǎn)狀況（表8）。從表8中可以發(fā)現(xiàn)，在所考察時(shí)段，武漢市土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體上趨于惡化。2003-2004年武漢市土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于安全級(jí)別，但此后6年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值呈逐年擴(kuò)大趨勢(shì)，說(shuō)明土地利用的生態(tài)狀況受到了破壞，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題較為嚴(yán)重。
通過(guò)分析8年間武漢市土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合每個(gè)等級(jí)的土地利用特征，可將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)劃分為3個(gè)時(shí)間段。
1）2003-2004年，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)緩慢增長(zhǎng)階段，但土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體處于安全級(jí)別，說(shuō)明此階段武漢市土地生態(tài)環(huán)境良好，系統(tǒng)服務(wù)功能基本完善，受干擾后可自行恢復(fù)。
2）2005-2006年，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)一步上升，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由安全級(jí)逐步降為良好級(jí)、敏感級(jí)，這一變化反映了當(dāng)?shù)卣畬?duì)土地利用的投入強(qiáng)度逐步增強(qiáng)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境受到了一定程度的破壞。
3）2007-2010年，武漢市土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)一步惡化，盡管2010年武漢市土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較上一年有所減少，但仍處于風(fēng)險(xiǎn)級(jí)，這一數(shù)據(jù)的測(cè)算與實(shí)際情況相符。其原因在于2005年以后武漢市開(kāi)始了大規(guī)模的市政建設(shè)，建設(shè)步伐加快使得城市周邊土地不斷被蠶食，農(nóng)用地持續(xù)減少，閑置土地增多，土壤遭受城市建設(shè)破壞和城市垃圾等污染而退化，土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，系統(tǒng)服務(wù)功能受到破壞并且退化。
4 結(jié)語(yǔ)
本研究引入土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，測(cè)算武漢市各地類結(jié)構(gòu)年際變化情況，建立PCA和K均值聚類的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型，利用土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度來(lái)評(píng)價(jià)武漢市土地利用的相對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，有一定的全面性。因?yàn)橥恋乩妙愋偷母淖儎?shì)必會(huì)引起區(qū)域生態(tài)功能的變化，故通過(guò)研究不同土地利用類型間的遷移變化特征來(lái)識(shí)別區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化趨勢(shì)及其內(nèi)在因素是可行的、有效的。
通過(guò)對(duì)武漢市土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，可為區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理提供數(shù)量化的決策依據(jù)和理論支持。根據(jù)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)年際間的高低程度，應(yīng)在高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段進(jìn)行生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)，以提高該城市區(qū)域的土地生產(chǎn)功能和環(huán)境功能，但是也不能忽視中、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段的生態(tài)建設(shè)，才能實(shí)現(xiàn)武漢市的生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展。
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關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)機(jī)械化;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);綜合評(píng)價(jià);區(qū)域比較分析
0引言
農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化加速發(fā)展的推進(jìn)器，也是促進(jìn)整個(gè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑。農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展對(duì)農(nóng)業(yè)乃至整個(gè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)整個(gè)系統(tǒng)生態(tài)功能發(fā)揮的影響是巨大的，既是農(nóng)業(yè)機(jī)械化健康發(fā)展的重要保障，也與農(nóng)村穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)安全息息相關(guān)。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械化滋生的生態(tài)安全與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警越來(lái)越受重視，更是近年來(lái)各級(jí)政府部門(mén)、廣大學(xué)者等相關(guān)人員的關(guān)注焦點(diǎn)［1］。當(dāng)前，圍繞水土資源及農(nóng)業(yè)環(huán)境這些系統(tǒng)生態(tài)安全與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的相關(guān)研究已初見(jiàn)成效，研究方法上涵蓋定性和定量，研究尺度上既有宏觀分析也有針對(duì)具體區(qū)域進(jìn)行的微觀具體分析，研究視角上既有發(fā)展預(yù)測(cè)也有當(dāng)前狀態(tài)分析，研究?jī)?nèi)容也從改善區(qū)域水土資源以及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的對(duì)策分析延伸到了對(duì)水土資源及農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)安全與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評(píng)價(jià)及生態(tài)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)等更系統(tǒng)和全面的層面［2－4］。從研究成果來(lái)看，當(dāng)前的研究中心以水土資源和農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)安全評(píng)價(jià)的成果居多，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與預(yù)警的成果較少;結(jié)合具體區(qū)域進(jìn)行微觀分析的成果較多，進(jìn)行區(qū)域間差異比較的成果比較匱乏;以城市或?qū)⑥r(nóng)村與城市作為一個(gè)整體的宏微觀研究居多，關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的成果并不多見(jiàn)。而從當(dāng)前我國(guó)基本情況和發(fā)展趨勢(shì)而言，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速推進(jìn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化引發(fā)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不管是在經(jīng)濟(jì)屬性還是發(fā)展階段上都有很大不同，因此對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化獨(dú)立分析更為客觀合理。另外，從防范角度來(lái)講，農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)安全也不容忽視。因此，運(yùn)用已經(jīng)比較成熟的分析方法針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)這片待開(kāi)發(fā)領(lǐng)域進(jìn)行空間異質(zhì)性的綜合比較分析十分必要。為了探討各區(qū)域農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的異質(zhì)性變化規(guī)律，本文首先構(gòu)建了2015年31個(gè)省(市、區(qū))農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;接著，運(yùn)用主成分分析法對(duì)31個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行了區(qū)域比較分析和預(yù)警等級(jí)劃分;最后，運(yùn)用因子分析法對(duì)各區(qū)域農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的差異進(jìn)行了影響因素分析，并提出了改善相關(guān)區(qū)域農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)警情的實(shí)證建議。
1研究設(shè)計(jì)
1．1設(shè)計(jì)思路
要對(duì)不同區(qū)域農(nóng)業(yè)機(jī)械化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和比較分析，就必須考慮引發(fā)區(qū)域農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的多項(xiàng)影響指標(biāo)，而各項(xiàng)指標(biāo)所起作用不盡相同，因此需要結(jié)合統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建。綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建采用的方法是主成分分析和因子分析，結(jié)合2015年的省際面板數(shù)據(jù)可對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)提取公共因子，并以公共因子對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)數(shù)采用加權(quán)平均法構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型。將根據(jù)軟件算出的各區(qū)域指標(biāo)對(duì)應(yīng)的公共因子得分代入模型即可得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域特征大小便可由生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)來(lái)反映。由于各地農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)大小不一，為了便于對(duì)各地農(nóng)業(yè)機(jī)械化存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，采用極值標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。因風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為正向指標(biāo)，指數(shù)越大，風(fēng)險(xiǎn)越大，預(yù)警級(jí)別越高，所以對(duì)其進(jìn)行極值標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化處理后的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)范圍為0～1之間，數(shù)值越靠近1，風(fēng)險(xiǎn)越大，預(yù)警級(jí)別越高。結(jié)合其他學(xué)者的相關(guān)研究，將風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)采用等距分組分為巨警、重警、中警、輕警和無(wú)警5級(jí)［5］，具體評(píng)級(jí)表如表1所示。最后，可根據(jù)指標(biāo)的因子載荷量結(jié)合旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣對(duì)指標(biāo)進(jìn)行影響程度的主次分析。
1．2農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系構(gòu)建
農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一般表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)機(jī)械化投入及作業(yè)等活動(dòng)引發(fā)的對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康程度造成的威脅［6］，而農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間異質(zhì)性則應(yīng)來(lái)自不同區(qū)域在風(fēng)險(xiǎn)反映變量隨著空間位置變化時(shí)呈現(xiàn)多方面屬性差異的綜合測(cè)度。由于各方面屬性存在一定程度的差異，且每個(gè)反映變量所起的重要性程度并不相同，因此首先需要結(jié)合相關(guān)理論進(jìn)行完整的指標(biāo)體系構(gòu)建，然后采用科學(xué)合理的定量分析方法對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行綜合測(cè)度。當(dāng)前絕大部分學(xué)者構(gòu)建的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系多采用分解法，即首先從不同的視角將生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行子系統(tǒng)分解，然后對(duì)各子系統(tǒng)選用合理的定量指標(biāo)測(cè)度。目前的子系統(tǒng)分解方案主要以“自然－經(jīng)濟(jì)－社會(huì)”和“壓力－狀態(tài)－響應(yīng)”兩種框架為主［7］;但農(nóng)業(yè)機(jī)械化作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)，其與水土資源及農(nóng)業(yè)環(huán)境在經(jīng)濟(jì)屬性和利用特征等各方面均有明顯差異，且當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)并不完善，因此文章選用的指標(biāo)體系在基于投入和產(chǎn)出的層面上將其具體表現(xiàn)為“投入－作業(yè)狀態(tài)－生態(tài)效應(yīng)”這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。［8］具體的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。
2結(jié)果與分析
2．131個(gè)省、直轄市和自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的比較分析
根據(jù)SPSS綜合分析結(jié)果(見(jiàn)表2、圖2)結(jié)合各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的具體分布來(lái)看:31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)中，有2個(gè)地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為巨警等級(jí)，所占比重為6．45%;有4個(gè)地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為重警等級(jí)，所占比重為12．90%;1個(gè)地區(qū)為中警等級(jí)，所占比重為3．23%;10個(gè)地區(qū)為輕警等級(jí)，所占比重為32．26%;14個(gè)地區(qū)為無(wú)警等級(jí)，所占比重為45．16%。雖然從輕警以下的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)來(lái)看我國(guó)大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化面臨的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)形勢(shì)還比較樂(lè)觀，但結(jié)合農(nóng)業(yè)發(fā)展來(lái)看生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)較低的地區(qū)大部分皆是農(nóng)業(yè)機(jī)械化投入較低農(nóng)業(yè)效益不顯著的省市，若加速農(nóng)業(yè)機(jī)械化的投入與發(fā)展，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)勢(shì)必會(huì)有所提高。其次，東、西、中部地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的差異仍然比較顯著。農(nóng)業(yè)機(jī)械化面臨較大生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)以華北地區(qū)為主，東北和華東有部分省份;農(nóng)業(yè)機(jī)械化面臨較小生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)以西北、西南和青藏地區(qū)為主，華中、華北、華東和華南有少數(shù)省份。綜合來(lái)看，各區(qū)域間農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間異質(zhì)性與地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展速度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。
具體而言，我國(guó)31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)中農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高的前5名分別是:山東、河南、黑龍江、安徽和河北。這些地區(qū)大部分都是以農(nóng)業(yè)作為主要支柱產(chǎn)業(yè)的大省，說(shuō)明當(dāng)前地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍然是引發(fā)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要誘因，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該引起足夠的重視。東部和中部地區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展速度歷來(lái)一直領(lǐng)先于西部地區(qū)，從而使東部和中部在當(dāng)前面臨比西部更為嚴(yán)峻的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)威脅，這在各區(qū)域農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)中再次得到了印證。國(guó)家對(duì)西部地區(qū)可以進(jìn)一步加強(qiáng)資金、政策等多方面的支持力度，但注意要保障農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)系統(tǒng)健康的服務(wù)功能，而東部和中部地區(qū)應(yīng)在減少農(nóng)業(yè)機(jī)械化活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的干擾和保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等方面采取進(jìn)一步的舉措。海南、福建、重慶、貴州和云南是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)最低的5個(gè)地區(qū)。從農(nóng)業(yè)發(fā)展情況來(lái)看，這些地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化投入在其農(nóng)業(yè)發(fā)展中所起的作用還可進(jìn)一步加強(qiáng)。從各等級(jí)的地區(qū)分布比重來(lái)看，當(dāng)前針對(duì)不同地區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r需要采取不同的發(fā)展戰(zhàn)略，必須對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較嚴(yán)重地區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)防治與加強(qiáng)預(yù)警;必須處理好農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展較快地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間的矛盾;必須加快機(jī)械化條件較劣地區(qū)的多項(xiàng)投入，進(jìn)行與農(nóng)業(yè)生態(tài)承載力相匹配的開(kāi)發(fā)與建設(shè)，加快地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。同時(shí)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化系統(tǒng)是一個(gè)多層次、多維度的動(dòng)態(tài)綜合整體，必須促進(jìn)系統(tǒng)要素的優(yōu)化配置，盡可能實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的功效。
2．2不同區(qū)域農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的警情和影響因素
結(jié)合表1和表2可得到不同地域劃分的預(yù)警等級(jí)分布。根據(jù)地域劃分來(lái)看:農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最嚴(yán)重、預(yù)警等級(jí)為巨警的區(qū)域以華北擁有省(市、區(qū))最多，預(yù)警等級(jí)為重警的區(qū)域以華東居多，東北和華北各有1個(gè)省份;風(fēng)險(xiǎn)一般、預(yù)警等級(jí)為中警的區(qū)域以西北地區(qū)居多;輕警等級(jí)主要分布在華中地區(qū)，東北和華北各有2個(gè)省份;而西北、西南和青藏地區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較小，各擁有較多的無(wú)警等級(jí)。
3結(jié)論與討論
首先，選擇了農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系;接著，結(jié)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值的分布和前人對(duì)我國(guó)31個(gè)省(市、區(qū))農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警等級(jí)進(jìn)行了分類與評(píng)價(jià);最后，結(jié)合因子分析的結(jié)果對(duì)警情比較嚴(yán)重地區(qū)提出了有針對(duì)性的改善分析。其研究結(jié)論客觀、真實(shí)地展現(xiàn)了當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間異質(zhì)性規(guī)律，同時(shí)可為降低不同地域農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的政策制定提出提供有效的實(shí)證參考。通過(guò)上述實(shí)證研究可知:1)根據(jù)2015年31個(gè)省區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的綜合分析結(jié)果，各地農(nóng)業(yè)機(jī)械化面臨的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)按從大到小的排名依次是:山東、河南、黑龍江、安徽、河北、江蘇、新疆、吉林、湖南、湖北、遼寧、內(nèi)蒙古、、天津、廣東、江西、四川、上海、寧夏、甘肅、廣西、浙江、青海、山西、北京、陜西、海南、福建、重慶、貴州、云南。2)我國(guó)31個(gè)省(市、區(qū))的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間差異比較顯著，31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)中，有2個(gè)地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為巨警等級(jí)，所占比重為6．45%;有4個(gè)地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為重警等級(jí)，所占比重為12．90%;1個(gè)地區(qū)為中警等級(jí)，所占比重為3．23%;10個(gè)地區(qū)為輕警等級(jí)，所占比重為32．26%;14個(gè)地區(qū)為無(wú)警等級(jí)，所占比重為45．16%。從地域分布來(lái)講，我國(guó)青藏、西北、西南地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較小，華北、華東、東北地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)形勢(shì)較嚴(yán)峻。3)研究結(jié)果表明:影響農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要因素依次是農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、聯(lián)合收割機(jī)數(shù)量、農(nóng)用化肥施用量、農(nóng)藥使用量、農(nóng)用小型拖拉機(jī)數(shù)量、農(nóng)用排灌電動(dòng)機(jī)數(shù)量、農(nóng)用排灌柴油機(jī)機(jī)數(shù)量、糧食人均占有量、機(jī)電排灌面積、除澇面積、農(nóng)用塑料薄膜使用量、農(nóng)村居民家庭擁有農(nóng)業(yè)機(jī)械原值、農(nóng)用大型拖拉機(jī)數(shù)量、人均耕地、水土流失治理面積、受災(zāi)面積及退耕還林工程造林面積。
當(dāng)前，東、西、中部在農(nóng)業(yè)機(jī)械化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間差異與農(nóng)業(yè)機(jī)械化投入及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈正相關(guān)關(guān)系。農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展速度加快使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)面臨的風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)加劇趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展差距使得區(qū)域間社會(huì)、環(huán)境、人口壓力的差距在不斷膨脹，從而對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)影響加劇，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)程度日趨減弱。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的不平衡和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式應(yīng)該是下一步著力改進(jìn)的地方。
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【關(guān)鍵詞】環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
一、背景
環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是指在自然環(huán)境中產(chǎn)生的或通過(guò)自然傳遞的，對(duì)人類健康和幸福產(chǎn)生不利影響同時(shí)又具有某些不確定性的危害事件。由于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)別于傳統(tǒng)環(huán)境問(wèn)題，具有巨大的不確定性，逐漸發(fā)展出一種新的針對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)制度。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指由一定的機(jī)關(guān)或組織，對(duì)具有不確定性的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可能對(duì)人體健康、生態(tài)安全等造成的環(huán)境后果進(jìn)行識(shí)別、度量、評(píng)估的過(guò)程或環(huán)境管理活動(dòng)。
從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，我國(guó)的一些法律規(guī)范中提出了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的內(nèi)容。1993年，國(guó)家環(huán)保局頒布的《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定：對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)事故，在有必要也有條件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)或環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析。同年的《基因工程安全管理辦法》要求對(duì)基因技術(shù)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。1996年，《農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理實(shí)施辦法》對(duì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)作了規(guī)定。2001年，《職業(yè)安全健康管理體系指導(dǎo)意見(jiàn)》對(duì)職業(yè)安全評(píng)價(jià)作出規(guī)定。2004年的《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》明確指出：將建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)納入環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理范疇。2011年公布的《外來(lái)物種環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定了外來(lái)物種環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的原則、內(nèi)容、工作程序、方法和要求。2015年，環(huán)保部批準(zhǔn)《尾礦庫(kù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，要求對(duì)運(yùn)行期間的尾礦庫(kù)進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。2014年修訂的新環(huán)保法第39條規(guī)定“國(guó)家建立、健全環(huán)境與健康監(jiān)測(cè)、調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估制度”，雖然只是國(guó)家建立、健全相關(guān)制度的義務(wù)的概括規(guī)定，但同時(shí)也使得環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)制度第一次進(jìn)入環(huán)保基本法。
二、從一個(gè)實(shí)踐案例看我國(guó)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)制度的實(shí)施
（一）湖北榮成紙業(yè)有限公司熱電聯(lián)產(chǎn)工程簡(jiǎn)介
湖北榮成紙業(yè)有限公司擬建設(shè)一座熱電聯(lián)產(chǎn)中心，為公司生產(chǎn)和和臨港工業(yè)園區(qū)企業(yè)供熱，于2015年6月初通過(guò)環(huán)評(píng)。環(huán)評(píng)報(bào)告的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包括五個(gè)部分。第1部分為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的：分析和預(yù)測(cè)建設(shè)項(xiàng)目存在的潛在危險(xiǎn)、有害因素、建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行期間可能發(fā)生的突發(fā)性事件或事故（一般不包括人為破壞及自然災(zāi)害），引起有毒有害和易燃易爆等物質(zhì)泄漏，所造成的人身安全與環(huán)境影響和損害程度，提出合理可行的防范、應(yīng)急與減緩措施，以使建設(shè)項(xiàng)目事故率、損失和環(huán)境影響達(dá)到可接受水平。
第2部分為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)程序圖，主要包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、源項(xiàng)分析、后果計(jì)算、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)可接受水平、風(fēng)險(xiǎn)管理、應(yīng)急措施預(yù)案。第3部分為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，報(bào)告指出，擬建工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要包括：原煤堆場(chǎng)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)事故、燃料油火災(zāi)爆炸、氨水罐泄露、粉塵爆炸、鍋爐故障導(dǎo)致二f英增加外排。以事故發(fā)生原因?yàn)榛A(chǔ)，將項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分為火災(zāi)爆炸、不可抗力、設(shè)備故障和人員管理四類。根據(jù)相關(guān)規(guī)定確定項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作等級(jí)為二級(jí)。對(duì)項(xiàng)目的主要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，主要對(duì)每類風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生原因進(jìn)行了介紹，僅對(duì)二f英的事故排放可能對(duì)人體健康造成的影響進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。第4部分圍繞原煤堆場(chǎng)火災(zāi)、油庫(kù)、氨水罐、粉塵、鍋爐、事故池、事故廢水處理規(guī)定了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故防范措施。第5部分事故應(yīng)急反映方案規(guī)定了預(yù)案的啟動(dòng)、職責(zé)與任務(wù)、現(xiàn)場(chǎng)警戒與疏散措施、事故上報(bào)程序與內(nèi)容和善后處理。
另外，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是作為環(huán)境影響評(píng)價(jià)的一部分而存在的，所以環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)部分沒(méi)有獨(dú)立的公眾參與部分，項(xiàng)目環(huán)評(píng)的公眾參與主要包括兩種方式，一是媒體公示即兩次在湖北省環(huán)保廳網(wǎng)站上進(jìn)行了項(xiàng)目公示；二是公眾參與調(diào)查表，對(duì)松滋市陳店鎮(zhèn)全心村的83位居民和附近的3家單位進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。公眾參與的結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)毓妼?duì)建設(shè)項(xiàng)目的了解程度一般，部分人擔(dān)心項(xiàng)目的運(yùn)行會(huì)對(duì)生活環(huán)境和身體健康造成不利影響，大部分人認(rèn)為該項(xiàng)目可以帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的就業(yè)問(wèn)題，被調(diào)查者全部支持該項(xiàng)目的建設(shè)，無(wú)人反對(duì)該項(xiàng)目的建設(shè)。
（二）分析
從上文介紹的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)例可以看出：1、我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)將環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)僅僅簡(jiǎn)要的分為火災(zāi)、爆炸和泄露三類，并局限在項(xiàng)目的突發(fā)性事件或事故可能造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并不對(duì)項(xiàng)目正常工作過(guò)程中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行考量；2、環(huán)境影響評(píng)價(jià)對(duì)可能造成的人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的不利影響的闡述不充分，從而環(huán)境影響評(píng)價(jià)的結(jié)論即風(fēng)險(xiǎn)是否達(dá)到可接受水平讓人產(chǎn)生不信任感；3、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的過(guò)程缺乏互動(dòng)，不能體現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)論對(duì)項(xiàng)目實(shí)施方案的具體影響，公眾參與形式化、途徑單一，公眾意見(jiàn)對(duì)項(xiàng)目實(shí)施缺乏影響力；4、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中僅規(guī)定了一些事前的預(yù)防措施，缺乏事中和事后監(jiān)督和必要措施。
三、美國(guó)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)管理框架及其啟示
（一）美國(guó)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)管理框架的基本內(nèi)容
環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理框架已成為國(guó)際上環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)制度的發(fā)展趨勢(shì)，在眾多已制定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理框架中，美國(guó)總統(tǒng)/國(guó)會(huì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)管理委員會(huì)的《環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)管理框架》（1997）是最具影響力的框架，為多國(guó)制定框架時(shí)參考和借鑒。在1990年的清潔空氣法修正案中，國(guó)會(huì)要求組成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管理委員會(huì)，委員會(huì)認(rèn)為，應(yīng)改變傳統(tǒng)評(píng)價(jià)與降低風(fēng)險(xiǎn)的方法，以降低風(fēng)險(xiǎn)和改善健康狀況為總體目標(biāo)。委員會(huì)希望框架指導(dǎo)公共部門(mén)和私營(yíng)機(jī)構(gòu)有價(jià)值的資源投資在研究、評(píng)估、表征和降低風(fēng)險(xiǎn)中。
框架包括六個(gè)階段：
1.定義問(wèn)題并把它放在背景下
對(duì)科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)管理決策而言，首先需要正確界定問(wèn)題。通過(guò)在復(fù)雜背景中識(shí)別和表征環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題并描述它的特征，仔細(xì)考慮問(wèn)題的背景，確定風(fēng)險(xiǎn)管理的目標(biāo)和有權(quán)或有責(zé)任采取行動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)管理者，并讓利益相關(guān)者參與到過(guò)程中。
2.聯(lián)系問(wèn)題背景分析風(fēng)險(xiǎn)
闡明問(wèn)題引起的事實(shí)和科學(xué)基礎(chǔ)，在數(shù)量和質(zhì)量上處理健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，描述負(fù)面影響的特性、嚴(yán)重性、可逆性或可預(yù)防性。把問(wèn)題引起的風(fēng)險(xiǎn)放在多源頭、多媒介、多種化學(xué)物質(zhì)和多風(fēng)險(xiǎn)背景下。了解利益相關(guān)者對(duì)問(wèn)題引起的風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)。把問(wèn)題引起的科學(xué)和背景方面的信息結(jié)合成問(wèn)題對(duì)人類健康或環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性，同時(shí)考慮利益相關(guān)者的認(rèn)識(shí)和其他社會(huì)文化的影響。
3.檢查處理風(fēng)險(xiǎn)的選擇
這一階段包括確定可能的風(fēng)險(xiǎn)管理選擇，評(píng)價(jià)選擇的效果、可行性、成本收益、非計(jì)劃中的結(jié)果和文化社會(huì)影響。這個(gè)過(guò)程可以在界定問(wèn)題和考慮背景之后任何合適的時(shí)間開(kāi)始。風(fēng)險(xiǎn)管理者和利益相關(guān)者獲取了關(guān)于可行性、成本與效益分析和減少暴露、降低風(fēng)險(xiǎn)對(duì)改善人類和生態(tài)健康的貢獻(xiàn)的正確評(píng)價(jià)之后，風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)可能會(huì)被重新定義。利益相關(guān)者在確定和分析選擇階段發(fā)揮重要作用。
4.做出實(shí)施何種選擇的決策
在框架的這一階段，決策者基于最佳可得科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和其它技術(shù)信息，確保決策考慮了問(wèn)題的多種來(lái)源、多種媒介、多種化學(xué)物質(zhì)、多種風(fēng)險(xiǎn)背景，做出符合成本收益具有可行性的風(fēng)險(xiǎn)管理選擇。另外，優(yōu)先預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)，而不僅僅是控制風(fēng)險(xiǎn)，可能的話，使用命令―控制管理的替代性方案。一個(gè)富有成效的利益相關(guān)者參與過(guò)程可以對(duì)決策產(chǎn)生重要指引作用。
5.采取行動(dòng)來(lái)實(shí)施決策
傳統(tǒng)上，一直是管理機(jī)構(gòu)的要求推動(dòng)實(shí)施，工廠和市政當(dāng)局通常是實(shí)施者。然而，當(dāng)其他的利益相關(guān)者也能扮演重要角色時(shí)，成功的可能性會(huì)顯著提高。利益相關(guān)者可能會(huì)包括：公共健康機(jī)構(gòu)、其他公共機(jī)構(gòu)、社區(qū)團(tuán)體、市民、工廠、人和技術(shù)專家等。
6.對(duì)行動(dòng)作出評(píng)價(jià)
在風(fēng)險(xiǎn)管理的這個(gè)階段，決策者和利益相關(guān)者評(píng)價(jià)實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)行動(dòng)以及它們的效果。評(píng)價(jià)工具包括環(huán)境健康監(jiān)測(cè)、研究、疾病監(jiān)管、成本收益分析和與利益相關(guān)者的討論。在大多數(shù)情形，應(yīng)定期評(píng)價(jià)。就像風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程其他的階段，利益相關(guān)者參與會(huì)讓評(píng)價(jià)更有益。另外，評(píng)價(jià)中可能出現(xiàn)新信息，評(píng)價(jià)對(duì)了解框架的哪一部分需要被重復(fù)非常重要。
（二）美國(guó)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)管理框架的主要特點(diǎn)與啟示
1.在更廣泛的背景下定義風(fēng)險(xiǎn)
一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的背景的全面理解對(duì)于有效進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理是非常有必要的，因?yàn)閱?wèn)題狹窄的背景無(wú)法反映風(fēng)險(xiǎn)情況的真實(shí)復(fù)雜性，造成風(fēng)險(xiǎn)管理決策和行動(dòng)相比不是很有成效。
2.基于科學(xué)信息和最佳判斷進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估者尊重在缺乏充分?jǐn)?shù)據(jù)的情況下得到結(jié)論時(shí)風(fēng)險(xiǎn)和程序的客觀科學(xué)基礎(chǔ)非常重要。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估者應(yīng)該向風(fēng)險(xiǎn)管理者和其他利益相關(guān)者提供看起來(lái)合理的，含有支撐不確定性和供選觀點(diǎn)的具有證明力的評(píng)估，從而可以在可得信息的基礎(chǔ)上作出風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論。
3.利益相關(guān)者全過(guò)程參與
整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程的利益相關(guān)方參與被認(rèn)為是至關(guān)重要的。通過(guò)全過(guò)程參與，不同利益相關(guān)方全面溝通與合作，最終平衡各方的意見(jiàn)和觀點(diǎn)以做出體現(xiàn)公眾價(jià)值觀的風(fēng)險(xiǎn)決策。
4.重復(fù)和評(píng)估
公眾評(píng)論、協(xié)商、信息收集、研究或風(fēng)險(xiǎn)與選擇的分析可能澄清或重新定義問(wèn)題，使重心改變到一個(gè)不同的問(wèn)題上，由于重要的新信息、觀點(diǎn)和看法出現(xiàn)，風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程會(huì)靈活而經(jīng)常重復(fù)。評(píng)估對(duì)充分地履行職責(zé)和理智地利用稀缺資源至關(guān)重要。
四、完善建議
（一）在更廣泛的背景下定義環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)
當(dāng)前我國(guó)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)制度的規(guī)定主要集中在建設(shè)項(xiàng)目、外來(lái)物種、尾礦庫(kù)、基因工程和職業(yè)安全領(lǐng)域。其中，建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)僅適用于涉及有毒有害和易燃易爆物質(zhì)的項(xiàng)目，排除了有巨大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的核建設(shè)項(xiàng)目，而且因?yàn)樗且原h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故的防范為導(dǎo)向，導(dǎo)致它對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的定義過(guò)于狹窄，僅對(duì)突發(fā)性事件或事故引起的有毒有害、易燃易爆等物質(zhì)泄漏進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，排除了非事故情形下，項(xiàng)目正常運(yùn)營(yíng)下可能產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)?！段驳V庫(kù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則（試行）》適用于運(yùn)行期間的尾礦庫(kù)，不適用于貯存放射性尾礦、伴有放射性尾礦的尾礦庫(kù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，同建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，它也只考量尾礦庫(kù)可能引發(fā)突發(fā)環(huán)境事件的危險(xiǎn)因素?！锻鈦?lái)物種環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》主要適用于規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目可能導(dǎo)致的外來(lái)物種造成的生態(tài)危害的評(píng)估?！痘蚬こ贪踩芾磙k法》和《職業(yè)安全健康管理體系指導(dǎo)意見(jiàn)》分別對(duì)遺傳工程產(chǎn)品和職業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了初略的要求性規(guī)定。整體來(lái)說(shuō)，從我國(guó)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的各個(gè)分散規(guī)定可以看出，我國(guó)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的范圍相對(duì)狹窄，而且一般孤立地考慮單一的化學(xué)物質(zhì)在單一的環(huán)境媒介中引起的單一風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而也限制了我國(guó)全面、綜合的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。應(yīng)改變以事故為導(dǎo)向的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)定義，逐步擴(kuò)大我國(guó)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)范圍，在更廣泛的公共健康和生態(tài)背景下進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。
（二）明確環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目標(biāo)
環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目標(biāo)不應(yīng)停留在防范風(fēng)險(xiǎn)層面上，而應(yīng)進(jìn)一步把環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目標(biāo)明確為保障人體健康和生態(tài)健康。防范風(fēng)險(xiǎn)雖然是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的直觀起點(diǎn)，但忽視人體健康和生態(tài)健康目標(biāo)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是有違環(huán)境保護(hù)的根本宗旨的。實(shí)踐中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)正是因?yàn)槿狈?duì)人體健康和生態(tài)健康的要求而導(dǎo)致實(shí)施的結(jié)果難以讓人滿意。為了配套環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)保障人體健康和生態(tài)健康的目標(biāo)，國(guó)家應(yīng)積極開(kāi)展環(huán)境健康與環(huán)境生態(tài)監(jiān)測(cè)、調(diào)查與研究，為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供科學(xué)和數(shù)據(jù)支撐。
（三）保障利益相關(guān)方的參與
我國(guó)現(xiàn)有的利益相關(guān)者參與主要在建設(shè)項(xiàng)目（包括尾礦庫(kù)）環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中得到一定的保障，因?yàn)榄h(huán)評(píng)對(duì)公眾參與的要求，公眾在其中可有享有一定的環(huán)境知情權(quán)、發(fā)表環(huán)境意見(jiàn)權(quán)和環(huán)境監(jiān)督權(quán)等，但是，在實(shí)踐中利益相關(guān)方的參與有走過(guò)場(chǎng)的傾向，處于弱勢(shì)的利益相關(guān)方的環(huán)境知情權(quán)常常受到侵害，意見(jiàn)不能被充分的考慮，對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的進(jìn)程與結(jié)論不能產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響。在外來(lái)物種、基因工程和職業(yè)安全領(lǐng)域，沒(méi)有要求利益相關(guān)方的參與，利益相關(guān)方的環(huán)境知情權(quán)也難以得到保障。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)多維的概念，還必須包括受影響方的觀點(diǎn)。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)只有兼顧各方觀點(diǎn)和需求，考慮不同群體的價(jià)值觀、知識(shí)和認(rèn)知，才能做出更好的風(fēng)險(xiǎn)管理決策，而在決策行動(dòng)的過(guò)程中也不易受到利益相關(guān)者的反對(duì)和抵觸。
（四）構(gòu)建適合我國(guó)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理框架和方法
關(guān)鍵詞：興仁;沉積物;重金屬;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)
中圖分類號(hào)：X53
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-9944（2015）04-0179-04
1引言
興仁縣是典型的地方性砷中毒地區(qū)[1]，因煤含砷量較高[2，3]，大多數(shù)高砷煤礦已關(guān)閉，但在閉礦后礦區(qū)附近未及時(shí)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，大量的矸石、圍巖直接暴露于環(huán)境中，礦物在一定的物理化學(xué)條件下氧化產(chǎn)生含有重金屬和有毒有害物質(zhì)的酸性礦山廢水（AMD），這些重金屬和有毒有害物質(zhì)在水體懸浮物、各種物理化學(xué)條件下，能被懸浮物吸附或沉淀進(jìn)入沉積物。沉積物作為水環(huán)境的基本組成部分，它既是底棲生物的棲息地，又是重金屬等有毒有害物質(zhì)的貯藏庫(kù)[4，5]。在環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，如pH值、流速、氧化還原電位和溶解氧等因素變化時(shí)，沉積物中的重金屬等有害物質(zhì)會(huì)被釋放到上覆水體中[6～8]。同時(shí)底棲動(dòng)物的擾動(dòng)也會(huì)加劇沉積物有害物質(zhì)的釋放[9～11]。沉積物作為污染物的源和匯，在污染物的遷移及轉(zhuǎn)化方面有重要作用，所以研究煤礦區(qū)水體沉積物污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。以興仁縣交樂(lè)、小尖山、潘家莊煤礦區(qū)水體沉積物為研究對(duì)象，在污染分析的基礎(chǔ)上，采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)其重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，以期為煤礦區(qū)水體沉積物的治理提供可靠依據(jù)。
2材料與方法
2.1樣品采集及分析方法
從交樂(lè)、小尖山和潘家莊煤礦區(qū)采集水體表層沉積物（0～10cm）樣品22個(gè)，其中交樂(lè)煤礦區(qū)12個(gè)，小尖山煤礦區(qū)4個(gè)，潘家莊煤礦區(qū)6個(gè)。采樣區(qū)相對(duì)位置見(jiàn)圖1。沉積物樣品測(cè)定參照土壤測(cè)定方法。pH值用玻璃電極法測(cè)定。硫酸根的測(cè)定用比濁法。氟化物的測(cè)定用離子選擇電極法。沉積物Fe、Mn用原子吸收（AAS）測(cè)定;Zn、Cu、Pb、Ni、Cr、Cd、Tl等用ICP-MS測(cè)定;As、Hg用雙道原子熒光光度儀測(cè)定。
2.2評(píng)價(jià)方法
采用Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[12]，分析礦區(qū)沉積物中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg和As的污染程度及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）的計(jì)算公式如下：
RI=∑mi=1Eir=∑mi=1Tir×Cif=∑mi=1Tir×CiCB
式中：Cif為單個(gè)污染物污染系數(shù)，計(jì)算公式為Cif=Ci/CB。Ci為沉積物污染物含量實(shí)測(cè)值，Cb為沉積物背景參考值，本文參考貴州表生沉積物地球化學(xué)背景值[13]，相關(guān)元素值見(jiàn)表1。Tir為各污染物的毒性響應(yīng)系數(shù)，反映污染元素的毒性水平和生物對(duì)污染物元素的敏感程度。Tir參考Hakanson研究成果，具體數(shù)值見(jiàn)表1。Eir為第i種污染物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，Eir=Cif×Tir。Cif、Eir和RI值相對(duì)應(yīng)的污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度見(jiàn)表2。
3結(jié)果與分析
3.1煤礦區(qū)沉積物的污染特征
從表3可知，交樂(lè)、潘家莊和小尖山煤礦區(qū)水體沉積物pH值較低，SO2-4、Fe、As較高。交樂(lè)、潘家莊和小尖山水體沉積物pH值均值分別為2.91、2.89和2.84，小尖山的pH值最低。交樂(lè)沉積物中SO2-4含量為0.46～8.81g?kg-1，均值為4.82g?kg-1;潘家莊SO2-4含量為2.05～23.33g?kg-1，均值為7.92g?kg-1;小尖山SO2-4含量為7.14～23.06g?kg-1，均值為17.70g?kg-1。與貴州表生沉積物背景值相比，小尖山煤礦區(qū)沉積物中氟化物均值均未超過(guò)背景值，交樂(lè)和潘家莊氟化物均值分別超過(guò)背景值0.01倍和0.26倍。三個(gè)煤礦區(qū)沉積物中的氟化物均有部分點(diǎn)位超過(guò)背景值，其中交樂(lè)最大超過(guò)背景值2.7倍，潘家莊最大超過(guò)背景值4.5倍，小尖山最大超過(guò)背景值0.05倍。交樂(lè)沉積物Fe含量為112.70～181.75g?kg-1，超過(guò)背景值2889～4659倍;潘家莊含量為70.46～184.06g?kg-1，超過(guò)背景值1806～4718倍;小尖山含量為22.39～168.55g?kg-1，超過(guò)背景值573～4321倍。交樂(lè)煤礦區(qū)沉積物中As高達(dá)47124.10g?kg-1，As超過(guò)背景值33.2～3164倍，平均超過(guò)背景值358.8倍;潘家莊超過(guò)背景值1.1～13.6倍，平均超過(guò)背景值8.3倍：小尖山超過(guò)背景值2.2～10.1倍，平均超過(guò)背景值5.6倍。交樂(lè)和小尖山沉積物中的Hg全部點(diǎn)位超過(guò)背景值，潘家莊部分點(diǎn)位超過(guò)背景值;交樂(lè)、潘家莊、小尖山均值分別超過(guò)背景值19.3倍、0.55倍和0.65倍。三個(gè)煤礦區(qū)沉積物中的Cd均較接近背景值，交樂(lè)、潘家莊和小尖山Cd均值分別超過(guò)背景值0.02倍、0.25倍和0.31倍。交樂(lè)和潘家莊沉積物中Ni未超過(guò)背景值;小尖山煤礦區(qū)部分點(diǎn)位Ni超過(guò)背景值，最大超過(guò)背景值2.9倍。三個(gè)煤礦區(qū)沉積物中的Cu和Zn部分點(diǎn)位超過(guò)背景值，但和背景值較為接近;Mn、Co、Cr、Pb均值未超過(guò)背景值。
三個(gè)煤礦區(qū)SO2-4、Fe、As等含量較高，可能與煤礦開(kāi)采活動(dòng)和當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境有關(guān)。煤礦中As、Fe、S等含量較高[14，15]，在一定的物理化學(xué)條件下，黃鐵礦氧化而產(chǎn)酸加劇了煤礦中As、Fe、S等污染物的溶出，溶出的As、Fe、S等污染物通過(guò)吸附或沉淀等作用進(jìn)入到沉積物中[16]，所以煤礦區(qū)pH值較低，SO2-4、Fe、As等含量較高。
3.2沉積物中重金屬的潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)
根據(jù)Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，對(duì)交樂(lè)、潘家莊和小尖山煤礦區(qū)水體沉積物的生態(tài)危害性進(jìn)行評(píng)價(jià)。以三個(gè)煤礦區(qū)水體沉積物各重金屬的均值計(jì)算相應(yīng)的Cif、Eri和RI值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。單因子污染系數(shù)分析表明，交樂(lè)煤礦區(qū)水體沉積物中As、Hg的Cif>6，污染程度為嚴(yán)重污染;Cd介于1≤Cif<3，為中度污染;Cr、Cu、Zn和Pb為低度污染。單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析顯示，As和Hg為極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，Cd、Cr、Cu、Zn為輕微風(fēng)險(xiǎn);沉積物中各重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（Eir）從高到低依次為As>Hg>Cd>Cu>Pb>Cr>Zn。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）值為4448.86>600，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)。
潘家莊煤礦區(qū)水體沉積物As、Hg、Cd、Cu和Zn的Cif大于1。As污染程度為嚴(yán)重污染，Hg、Cd、Cu和Zn污染程度為中度污染，Cr和Pb為低度污染。單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析表明，As為強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)，Hg為中等風(fēng)險(xiǎn)，Cd、Cr、Cu等為輕微風(fēng)險(xiǎn);生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（Eir）從高到低依次為As>Hg>Cd>Cu>Pb>Zn>Cr。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）值為202.54介于150≤RI<300，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為中等風(fēng)險(xiǎn)。
小尖山煤礦區(qū)水體沉積物As為嚴(yán)重污染，Hg和Cd為中度污染，Cr、Cu、Zn和Pb為低度污染。As和Hg為中等風(fēng)險(xiǎn)，Cd、Cr、Cu、Zn等為輕微風(fēng)險(xiǎn);生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（Eir）從高到低依次為As=Hg>Cd>Cu>Pb>Cr>Zn。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）值為180.73介于150≤RI<300，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為中等風(fēng)險(xiǎn)。
交樂(lè)、潘家莊和小尖山煤礦區(qū)水體沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）大小順序?yàn)榻粯?lè)>小尖山>潘家莊。三個(gè)煤礦區(qū)水體沉積物受到不同程度的重金屬污染，其中交樂(lè)煤礦區(qū)水體沉積物污染最為嚴(yán)重，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也最強(qiáng)。
4結(jié)論
（1）交樂(lè)、潘家莊和小尖山煤礦區(qū)水體沉積物均表現(xiàn)出低pH值、高SO2-4、As、Fe等特征，不同程度地受到As、Hg、Fe等重金屬污染。與貴州表生沉積物背景值相比，交樂(lè)煤礦區(qū)水體沉積物中Fe、As和Hg平均值分別超過(guò)背景值4082倍、358.8倍和19.3倍;潘家莊煤礦區(qū)水體沉積物中Fe、As和Hg平均值分別超過(guò)背景值3478倍、8.3倍和0.55倍;小尖山煤礦區(qū)水體沉積物中Fe、As和Hg平均超過(guò)背景值2457倍、5.6倍和0.65倍。
（2）利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)水體沉積物中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，交樂(lè)、潘家莊和小尖山煤礦區(qū)水體沉積物主要受到As、Hg污染。交樂(lè)、潘家莊和小尖山煤礦區(qū)水體沉積物各重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Eri）從高到低依次為As>Hg>Cd>Cu>Pb>Cr>Zn，As>Hg>Cd>Cu>Pb>Zn>Cr，As=Hg>Cd>Cu>Pb>Cr>Zn。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度（RI）交樂(lè)>小尖山>潘家莊，交樂(lè)沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，潘家莊和小尖山沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為中等風(fēng)險(xiǎn)。
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關(guān)鍵詞：重金屬；污染程度；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；銻礦區(qū)
中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）04-0781-03
Heavy Metal Pollution in the Soil and Potential Ecological Risk Assessment of
an Antimony Mine
ZHANG Wei， GE Jian-tuan， ZHANG Ji-ping
（School of Geography and Environmental Science， Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China）
Abstract： To study the status of soil quality in an antimony mine soil distribution was sampled and the elements contents of Sb， Cd， Cr， Cu， Zn， Pb， Hg， Ni， As were analyzed using single factor pollution index， Nemerow index and potential ecological risk index. The heavy metal contamination of soils were evaluated. The results showed that Nemerow index for each sampl ed point is less than 0.7， meaning a clean state. When potential ecological risk assessment was conducted， the sampled point was less than 150， belonging to light pollution.
Key words： heavy metal； pollution degree； potential ecological risk； antimony mine
礦區(qū)土壤重金屬污染及生態(tài)修復(fù)是國(guó)內(nèi)外環(huán)境領(lǐng)域關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一[1-5]。礦產(chǎn)采選過(guò)程中產(chǎn)生的礦石粉塵進(jìn)入環(huán)境，會(huì)在周?chē)寥乐蟹e累，甚至轉(zhuǎn)化成毒性更強(qiáng)的化合物（如甲基化合物），并通過(guò)食物鏈的作用在人體內(nèi)富集導(dǎo)致中毒，危害人類健康。此次所研究銻礦采礦選用分層崩落的方法，使用局扇壓抽混合式通風(fēng)設(shè)備；選礦采用“破碎-磨礦-浮選”工藝，活化劑選用傳統(tǒng)工藝的Pb（NO）2。通過(guò)對(duì)銻礦區(qū)進(jìn)行土壤采樣分析，研究了該銻礦區(qū)土壤重金屬污染程度，并進(jìn)行了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以期為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)及閉礦期生態(tài)修復(fù)提供參考依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 土壤樣品采集與處理
1.2 測(cè)定方法
2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果
潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，4個(gè)采樣點(diǎn)各重金屬的潛在生態(tài)危害程度均為輕度危害，綜合潛在生態(tài)危害也均屬于輕度危害，礦區(qū)土壤潛在生態(tài)危害由高到低依次為選礦場(chǎng)下游100 m處農(nóng)田、尾礦庫(kù)下游150 m處農(nóng)田、礦山林地、尾礦庫(kù)下游約1 km處村莊農(nóng)田。
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關(guān)鍵詞：襄汾潰壩區(qū);土壤;農(nóng)作物;重金屬污染;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)
中圖分類號(hào)：X825 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）20-4821-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2014.20.013
Pollution Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metals in Soil and Crops in Dam-breaking Areas of Xiangfen
YAN Jiao， ZHANG Yong-qing， SONG Zhi-ping， HE Xiao-qin， LI Yu-peng
（College of Urban and Environmental Science， Shanxi Normal University， Linfen 041004， Shanxi， China）
Abstract： The contents of eight heavy metals（Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Ni、As、Hg） in soil and crops in dam-breaking areas of Xiangfen were analyzed. Tailing contained Cu and Zn was found. The contents of Cu and Zn in soil of the covered areas were higher than those in soil of the non-covered areas. The levels of other six elements in soil of the covered areas were lower than those in soil of the non-covered areas. The contents of Cu and Zn in crops of the covered areas were lower than those in crops of the non-covered areas. The levels of other six elements in crops of the covered areas were higher than those in crops of the non-covered areas. The correlation analysis showed that Cu and Zn in the coverage areas were from tailing. The other six heavy metals were homologous or associated in the coverage areas and non-covered areas. The single pollution index， Nemerow's synthetical pollution index and the potential ecological risk index showed that soil in the coverage areas was polluted slightly by heavy metals. Enrichment coefficients showed that the uptake capacity of the other six heavy metals by wheat was higher in the coverage areas than that in non-covered areas with the exception of Cu and Zn.
Key words： dam-breaking areas of Xiangfen; soil; crop; heavy metal pollution; ecological risk
重金屬毒害是礦區(qū)普遍存在且最為嚴(yán)重的問(wèn)題之一[1，2]。由于尾礦渣含有多種重金屬，這些重金屬隨尾礦渣進(jìn)入土壤環(huán)境發(fā)生積累、遷移，不僅對(duì)區(qū)域生態(tài)安全構(gòu)成潛在危害，可能影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康，導(dǎo)致一些慢性病、畸形、癌癥等的發(fā)生[3]。礦山尾砂庫(kù)垮壩導(dǎo)致的污染物遷移和擴(kuò)散，不僅威脅人體健康和生命安全，而且會(huì)導(dǎo)致大面積的土地污染，使下游土地的重金屬含量升高，土壤酸化，有機(jī)質(zhì)含量降低和土壤板結(jié)[4]。例如，西班牙南部的Aznalcollar硫鐵礦尾砂壩坍塌導(dǎo)致Agrio和Guadiamar流域55 km2范圍內(nèi)的土壤受到重金屬污染，土壤Pb、Zn、As、Cd和Cu的含量分別增加到1 786、1 449、589、5.9、420 mg/kg[4]，受污染土壤的pH最低可以下降到2[5， 6];1985年，湖南郴州市竹園礦區(qū)尾砂壩坍塌，致使尾砂沖入東河兩岸農(nóng)田，即使農(nóng)田中的尾砂已被清理，該地區(qū)農(nóng)田土壤的As和Cd含量仍然高達(dá)709、7.6 mg/kg[7，8]。
目前，關(guān)于礦業(yè)的開(kāi)采活動(dòng)對(duì)礦區(qū)周?chē)h(huán)境的影響有很多研究。曲蛟等[9]對(duì)鉬礦尾礦周?chē)卟说氐耐寥赖姆治霰砻?，重金屬含量從大到小的順序?yàn)闅堄鄳B(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、氧化結(jié)合態(tài)和酸可提取態(tài)，由于尾礦石中可能釋放重金屬，當(dāng)?shù)氐闹亟饘傥廴竞車(chē)?yán)重，預(yù)警類型為重警;李祥平等[10]對(duì)粵西黃鐵礦區(qū)的土壤做了詳細(xì)的研究，證實(shí)鐵礦開(kāi)采和尾渣堆放給礦區(qū)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害，土壤重金屬含量已超過(guò)中國(guó)土壤背景值的30余倍，Cd、Zn等已達(dá)到中度甚至重度污染，且污染物已滲透到土壤深層;王素娟等[11]對(duì)廣西德保幾個(gè)礦區(qū)尾礦的研究發(fā)現(xiàn)，土壤中Cd和Pb含量都超出了廣西土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的背景值，且Cd含量隨pH的升高顯著增加，Pb含量隨pH的升高而減少。而礦山尾砂壩坍塌是一種較常見(jiàn)的事故，但對(duì)其導(dǎo)致下游土壤污染問(wèn)題的研究至今仍較少。2008年9月8日，襄汾縣云合村塔兒山的尾礦壩坍塌，尾砂沖入下游地區(qū)的居民區(qū)和農(nóng)田，不僅造成了巨大的人員傷害和經(jīng)濟(jì)損失，而且造成下游農(nóng)田土壤被大量的尾砂所覆蓋，可能導(dǎo)致土壤和農(nóng)作物的重金屬污染。正確評(píng)價(jià)該區(qū)土壤的污染狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。為此，本研究采用單項(xiàng)污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)研究區(qū)內(nèi)土壤及農(nóng)作物重金屬污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為土壤污染控制和污染農(nóng)田修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
潰壩區(qū)位于山西省臨汾市襄汾縣云合村塔兒山，E 111°3′，N 35°53′，海拔679～769 m，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫11.5 ℃，1月年均氣溫4.5 ℃，7月年均氣溫26 ℃，年均降水量454 mm，年均日照數(shù)2 522 h，無(wú)霜期185 d。塔兒山富含磁鐵礦，潰壩發(fā)生后，進(jìn)行了緊急治理，利用大型機(jī)械開(kāi)挖泥石流，對(duì)土壤物理性狀造成了較嚴(yán)重的破壞，在原有土壤上覆蓋了大量尾砂。
1.2 樣品采集與檢測(cè)
在潰壩物覆蓋區(qū)，沿潰壩物流向，采用S型取樣法，取0～20 cm的耕層土壤，5個(gè)點(diǎn)混成一個(gè)土樣，同時(shí)在同一塊農(nóng)田的未覆蓋區(qū)采集對(duì)照樣品，覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)各18個(gè)土樣，裝袋、編號(hào)、扎口，帶回實(shí)驗(yàn)室。把土樣置于室內(nèi)自然風(fēng)干，剔除大石塊、植物根系等雜質(zhì)，磨細(xì)后過(guò)孔徑為0.15 mm的尼龍篩，裝袋密封用于測(cè)定土壤重金屬含量。在秋季，研究區(qū)主要的農(nóng)作物是小麥，在土壤點(diǎn)位上采集相應(yīng)的麥苗樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室，用自來(lái)水沖洗干凈，再用純水洗3遍，風(fēng)干，80 ℃烘干至恒重，用研缽研碎，裝袋。
取備用土壤0.1 g放入聚四氟乙烯坩堝，加入5 mL HNO3和1 mL HF，HNO3和HF試劑均為優(yōu)級(jí)純，加蓋，放在電熱板上消解，得到樣品消解液，用火焰原子吸收法檢測(cè)消解液中銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）和鎳（Ni）等重金屬的含量， 用石墨爐原子吸收法檢測(cè)消解液中鎘（Cd）和鉛（Pb）的含量，用雙道原子熒光光度計(jì)檢測(cè)消解液中砷（As）和汞（Hg）的含量。測(cè)定過(guò)程中用10%的平行樣品和加標(biāo)回收樣進(jìn)行質(zhì)量控制，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精度。植物樣品中的重金屬檢測(cè)方法同上。
1.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)
1.3.1 單項(xiàng)污染指數(shù)法
Pi=Ci/Si
式中：Pi為樣品中某污染物的單項(xiàng)污染指數(shù);Ci為樣品中某污染物的實(shí)測(cè)濃度;Si為某污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
1.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法
Pn=■
式中：Pi=Ci/Si，Pn是內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，Pi是樣品中某污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)，MaxPi是樣品污染物中污染物指數(shù)最大值。
依據(jù)單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法將土壤重金屬污染劃分為5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表1。
1.3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法 該方法是瑞典學(xué)者 Hakanson根據(jù)重金屬的性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)角度提出的一種對(duì)沉積物或土壤中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法[12]。它將重金屬的含量、生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系在一起，采用具有可比的等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以定量地評(píng)價(jià)單一元素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，也可以評(píng)價(jià)多個(gè)元素的總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[13]。公式如下：
C■■=C■■/C■■;E■■=T■■×C■■;
RI=■E■■=■T■■×C■■=■T■■×C■■
式中：C■■為某一重金屬的污染參數(shù);C■■為土壤中重金屬的實(shí)測(cè)含量;C■■為計(jì)算所需的參比值;E■■為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù);T■■為某一重金屬的毒性系數(shù)。參比值的選擇，各地學(xué)者差異較大，大都以全球沉積物重金屬的平均背景值為參比值[14]，或以當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸禐閰⒈萚15]，或以背景采樣點(diǎn)值為參比[16]，為了更真實(shí)反映評(píng)價(jià)區(qū)域的重金屬污染狀況，本研究以未覆蓋區(qū)土壤中重金屬含量為參比值。不同重金屬元素毒性水平不同，生物對(duì)重金屬污染的敏感程度也不盡相同，用重金屬元素毒性系數(shù)反映該特點(diǎn)[17]。根據(jù)“元素豐度原則”和“元素稀釋度”，Hakanson認(rèn)為某一重金屬的潛在毒性與其豐度成反比，或者說(shuō)與其稀少度成正比[17]，因此他指定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性系數(shù)為Zn（1）
1.3.4 富集系數(shù) 富集系數(shù)是植物中重金屬的含量與土壤中重金屬含量的比值，表示植物對(duì)重金屬的富集能力[1]。富集系數(shù)越大，其富集能力就越強(qiáng)。
1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析
重金屬含量用EXCEL 2003計(jì)算，重金屬含量的最大值、最小值、平均值、變異系數(shù)、正態(tài)分布檢驗(yàn)等描述性統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0計(jì)算。
2 結(jié)果與分析
2.1 潰壩區(qū)下游土壤重金屬分析
2.1.1 土壤重金屬含量 潰壩區(qū)下游土壤重金屬含量見(jiàn)表3。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)8種重金屬的平均值和最大值均沒(méi)有超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，兩區(qū)域的Zn、Cr、Ni和As等4種重金屬的平均濃度沒(méi)有超過(guò)山西省土壤元素背景值，其他4種元素的平均濃度均超過(guò)山西省土壤元素背景值。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)相比，覆蓋區(qū)Cu和Zn的平均濃度高于未覆蓋區(qū)，其他6種元素的平均濃度均低于未覆蓋區(qū)。這可能是因?yàn)槲驳V砂中含有Cu和Zn覆蓋在農(nóng)田上，雖然經(jīng)過(guò)清理，但還有殘留，導(dǎo)致覆蓋區(qū)的土壤中Cu和Zn的含量偏高;而Cr、Cd、Pb、Ni、As和Hg的情況正好相反，尾礦砂中可能沒(méi)有這些元素，或者含量極少，進(jìn)入土壤后反而降低了土壤中Cr、Cd、Pb、Ni、As和Hg的濃度，造成未覆蓋區(qū)土壤中的含量偏高。
變異系數(shù)（CV）是衡量研究區(qū)各樣品間的變異程度，CV大則說(shuō)明土壤受外界干擾顯著，空間分異明顯，也說(shuō)明土壤的污染是以復(fù)合污染的形式存在[19]。CV≤10%為弱變異，10%100%為強(qiáng)變異。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)8種重金屬的變異都為中等變異，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)重金屬的來(lái)源不相同，并不全部來(lái)自潰壩物。覆蓋區(qū)內(nèi)Hg的變異系數(shù)最高，說(shuō)明不同采樣點(diǎn)Hg的分布差異性很大，覆蓋區(qū)內(nèi)各重金屬的變異系數(shù)從高到低依次為Hg、Pb、Cr、Ni、Cd、Zn、Cu、As。未覆蓋區(qū)內(nèi)也是Hg的變異系數(shù)最高，各重金屬的變異系數(shù)從高到低依次為Hg、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni、As、Zn。
研究土壤中重金屬含量的相關(guān)性可以推測(cè)其來(lái)源是否相同。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)土壤重金屬的相關(guān)系數(shù)分別見(jiàn)表4和表5。覆蓋區(qū)內(nèi)，Cu和Zn呈顯著正相關(guān)，與其他6種元素（Cr、Cd、Pb、Ni、As和Hg）呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明Cu和Zn來(lái)源相同，與其他6種重金屬元素是異源關(guān)系;Ni與Cr顯著相關(guān);Cd與Pb、As、Hg顯著相關(guān)，Pb與As、Hg顯著相關(guān)，As與Hg顯著相關(guān)，說(shuō)明Cd、Pb、As和Hg為同一來(lái)源或者伴生關(guān)系。未覆蓋區(qū)內(nèi)，Ni和Cr、Pb、Hg，Cd和As、Hg，Pb和As、Hg，As和Hg，都呈顯著正相關(guān);而Cu和Zn相關(guān)性不顯著，這與覆蓋區(qū)完全不同。在覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)內(nèi)，Cr、Cd、Pb、Ni、As和Hg之間都具有很高的相關(guān)性，這些重金屬可能是伴生關(guān)系或者來(lái)自同一污染源。
2.1.2 土壤重金屬污染狀況 以未覆蓋區(qū)為背景值，計(jì)算出覆蓋區(qū)土壤重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)（表6）。Cr和Ni的污染指數(shù)在安全域內(nèi)，Cd、As和Hg的污染指數(shù)在警戒線上，Cu、Zn和Pb的污染指數(shù)處于輕度污染級(jí)別。8種重金屬的污染程度從高到低的依次為Pb>Cu>Zn>Cd>As=Hg>Ni>Cr。覆蓋區(qū)的綜合污染指數(shù)為1.3，處于輕度污染級(jí)別，這與Cu、Zn、Pb單項(xiàng)污染指數(shù)偏高有關(guān)。
2.1.3 土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 以未覆蓋區(qū)為背景值，覆蓋區(qū)土壤單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)（E■■）和多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）見(jiàn)表7。8種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)都處于輕微級(jí)別，它們的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)為E■■（Hg）>E■■（Cd）>E■■（Pb）>E■■（Cu）=E■■（As）>E■■（Ni）>E■■（Zn）>E■■（Cr）。多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)RI也處于輕微級(jí)別。從重金屬污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)二者結(jié)合來(lái)看，潰壩物覆蓋區(qū)土壤重金屬污染比較輕微。
2.2 潰壩區(qū)麥苗體內(nèi)重金屬分析
2.2.1 麥苗體內(nèi)重金屬含量 為了進(jìn)一步探索土壤對(duì)植物重金屬污染的影響，采集了覆蓋區(qū)與未覆蓋區(qū)的麥苗，并對(duì)其重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表8。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)的麥苗重金屬含量差異較大，同種植物中不同重金屬含量差異明顯。與未覆蓋區(qū)相比，覆蓋區(qū)麥苗體內(nèi)的Cr、Cd、Pb、Ni、As、Hg含量相對(duì)較高，Cu和Zn的含量相對(duì)較低，這與土壤中重金屬含量規(guī)律相反，很可能與當(dāng)?shù)氐蔫F礦開(kāi)采活動(dòng)有很大的關(guān)系。
2.2.2 麥苗體內(nèi)重金屬富集系數(shù) 覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)的麥苗體內(nèi)重金屬富集系數(shù)見(jiàn)表9。從表9可以看出，相同植物對(duì)不同重金屬的吸收能力存在差異。除Cu和Zn外，覆蓋區(qū)麥苗對(duì)其他6種重金屬的吸收能力高于未覆蓋區(qū)。覆蓋區(qū)的麥苗吸收重金屬的能力依次為Cr>Cd>Hg>Zn>Ni>Pb>As>Cu;未覆蓋區(qū)的麥苗吸收重金屬的能力依次為Zn>Hg>Cr>Cu=Cd>Pb>Ni>As。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)的麥苗吸收重金屬的能力不同可能與土壤中重金屬含量、形態(tài)等有關(guān)。
3 小結(jié)
由于尾礦砂中含有Cu和Zn，造成覆蓋區(qū)土壤中Cu和Zn的含量高于未覆蓋區(qū)，其他6種元素的含量均低于未覆蓋區(qū)。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)8種重金屬的變異都為中等變異，各金屬元素在土壤中的含量還是比較穩(wěn)定的。
通過(guò)相關(guān)分析可以推斷出覆蓋區(qū)內(nèi)Cu和Zn來(lái)源于尾礦砂，其他6種重金屬在覆蓋區(qū)與未覆蓋區(qū)都具有同源或者伴生關(guān)系。
以未覆蓋區(qū)為背景值，從重金屬污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)二者結(jié)合來(lái)看，潰壩物覆蓋區(qū)土壤重金屬污染比較輕微。
覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)對(duì)比，麥苗體內(nèi)重金屬含量規(guī)律與土壤中重金屬含量規(guī)律相反，這很可能與當(dāng)?shù)氐牟傻V活動(dòng)有關(guān)。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)的麥苗吸收重金屬的能力不相同可能與土壤重金屬含量、形態(tài)有關(guān)系。
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關(guān)鍵詞：土壤；重金屬污染；修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)；效果評(píng)價(jià)
引言
在進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)的過(guò)程中，土壤本身的特性也會(huì)隨之變化，土壤中重金屬污染物的減少，并不意味著土壤從生態(tài)學(xué)的角度就是清潔的和安全的。因此，重金屬污染的土壤經(jīng)修復(fù)后能否夠達(dá)到我們對(duì)于修復(fù)效果的預(yù)期、土壤的生態(tài)功能能否最大限度的恢復(fù)，我們就需要通過(guò)科學(xué)的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而確定修復(fù)后的土壤能否達(dá)標(biāo)，能否從根源消除土壤污染對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的威脅。
1 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法
主要的土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法包括單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，具體方法如下：
1.1 單因子污染指數(shù)法
該方法是基于單因子污染指數(shù)法對(duì)土壤中各種重金屬做單一污染評(píng)價(jià)，其公式如下：
Pi=Ci/Si
式中：Pi為土壤中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為污染物i的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg?kg-1）；Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（mg?kg-1）[1]，一般取二類標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法
該方法是綜合考慮個(gè)重金屬的污染情況，從而更加全面反應(yīng)重金屬的聯(lián)合污染程度，同時(shí)突出某一種嚴(yán)重污染的重金屬的危害，其公式如下：
P綜=■
式中：P綜為某地區(qū)的綜合污染指數(shù)；（Ci/Si）max為土壤污染物中污染指數(shù)最大值；（Ci/Si）av為土壤污染物中污染指數(shù)平均值。P綜>1表示污染，P綜
1.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法
該方法是將重金屬的含量、生態(tài)影響及毒性特點(diǎn)綜合在一起考量的，其公式如下：
式中：T■■為重金屬i的毒性相關(guān)系數(shù)；P■■為重金屬i的污染參數(shù)；E■■為重金屬i的單因子潛在風(fēng)險(xiǎn)，能反應(yīng)各種金屬的風(fēng)險(xiǎn)程度；Ri為重金屬綜合因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，能反應(yīng)多重重金屬的綜合風(fēng)險(xiǎn)。
2 土壤重金屬污染修復(fù)效果評(píng)價(jià)方法
主要的土壤重金屬污染修復(fù)效果評(píng)價(jià)方法包括形態(tài)分析評(píng)價(jià)、植物毒性評(píng)價(jià)、陸生無(wú)脊椎動(dòng)物評(píng)價(jià)、土壤微生物評(píng)價(jià)，具體方法如下：
2.1 形態(tài)分析評(píng)價(jià)
該方法通常采用連續(xù)提取來(lái)描述土壤中重金屬形態(tài)的分布。連續(xù)提取法主要分為分步提取法和BCR法。土壤中重金屬的形態(tài)分為可交換態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)為主。而B(niǎo)CR連續(xù)提污染土壤修復(fù)的過(guò)程中，對(duì)修復(fù)后的土壤進(jìn)行觀察，并結(jié)合科學(xué)的方法及土壤進(jìn)行診斷和評(píng)價(jià)?？梢悦鞔_判斷修復(fù)后的土壤是否達(dá)到我們預(yù)期，以及是否消除土壤重金屬污取法通常將土壤中重金屬的形態(tài)分為氧化還原態(tài)、酸溶態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)，其中氧化還原和酸溶態(tài)的重金屬形態(tài)容易被植物吸收利用，而可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)比較穩(wěn)定，不易被植株吸收利用，采用ICP-MS測(cè)定土壤修復(fù)前后重金屬形態(tài)含量的變化來(lái)判斷土壤重金屬污染的修復(fù)效果。
2.2 植物毒性評(píng)價(jià)
該方法是通在修復(fù)后在土壤中栽種植物，結(jié)合植物的生長(zhǎng)狀況、出苗率，以及生物量使植物體內(nèi)酶活性的變化和植物體內(nèi)重金屬的量富特征，來(lái)表征經(jīng)過(guò)土壤修復(fù)后重金屬在土壤中毒性的變化，其原理是大多數(shù)重金屬離子與外源物質(zhì)結(jié)合后，就具備了在土壤中遷移和被植物吸收的可能。而植物在土壤中的形態(tài)變化特征可以通過(guò)肉眼觀察，以及通過(guò)分子或細(xì)胞水平上對(duì)植物毒性評(píng)定，從而判斷土壤重金屬污染的修復(fù)效果，該法具有測(cè)定靈敏度高、測(cè)定周期較短的優(yōu)點(diǎn)。
2.3 陸生無(wú)脊椎動(dòng)物評(píng)價(jià)
該方法是將不同的陸生無(wú)脊椎動(dòng)物或?qū)ν寥谰哂忻舾兄甘镜膭?dòng)物作為研究的對(duì)象，將它們投放在經(jīng)修復(fù)的重金屬污染的土壤中，通過(guò)記錄經(jīng)修復(fù)的土壤對(duì)這些動(dòng)物的危害影響程度來(lái)評(píng)價(jià)對(duì)重金屬污染修復(fù)效果。
2.4 土壤微生物評(píng)價(jià)
該方法是結(jié)合土壤中蘊(yùn)含的大量且種類繁多的微生物，由于微生物直接或間接的能夠參與土壤中的氣體交換和降解土壤肥料等。因此可以通過(guò)檢測(cè)經(jīng)修復(fù)土壤中微生物的相關(guān)參數(shù)，從而來(lái)判斷來(lái)判斷土壤重金屬污染的修復(fù)效果。
3 展望
土壤重金屬污染及修復(fù)評(píng)價(jià)過(guò)程中，涉及多門(mén)學(xué)科的相互交叉，其中包括生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)、災(zāi)害學(xué)等，而整體的評(píng)價(jià)又是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，無(wú)論是對(duì)于基礎(chǔ)的理論研究還是在實(shí)踐的工作都存在著較大的不足，因此，需要我們?cè)谝院蟮难芯抗ぷ鞑粩嗟厣钊牒屯晟圃u(píng)價(jià)方法，才能使評(píng)價(jià)結(jié)果更為切實(shí)有效。
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