（环境科学专业论文）北京市房山区土壤质量评价研究.pdf

首都岬范大学颐f ：学位论文 s o i lq u a l i t ya s s e s s m e n ti nf a n g s h a nd i s t r i c ti nb e i j i n g a b s t r a c t f a n g s h a nd i s t r i c ti so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tg r e e nb a r r i e ro fb e i j i n g , 勰w e l la so n eo ft h e i m p o r t a n tg r e e nf o o db a s e s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f t h ed o m i n a n ti n d m t r ys u c h 够m o p a n p e r s i m m o n s ，e x u r b a na g r i c u l t u r ei nf a n g s h a nh a sb e e nf o r m e dg r a d u a l l y , s ot h es o i lq u a l i t ya n d t h es m t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f s o i lb e c o m et h ek e yt ot h ed e v e l o p m e n to f f a n g s h a na g r i c u l t u r e a c c o r d i n gt o t h eg r e e nf o o dp r o d u c i n ga l e ae n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d , t h r o u g ht h e s a m p l i n g , d e t e c t i n ga n da n a l y s i s ，t h es o i lq u a l i t ya s s e s s m e n tw i l lb e d o n e i nt h i sp a p e r b a s e do n t h eo r i g i n a la s s e s s m e n t t h ep o t e n t i a la s $ e s s m e n tt od e v e l o pg r e e nf o o db a s ew i l lb ec a r r i e do u t ， a c c o r d i n gt ot h er e s u l t t h es o i lg r a d u a t i o nw i l lb em e a s u r eo 最碱sw i l lp r o v i d eg r e a tr e f e r e n c e f o rl a y o u to f t h el a n dr i s ea n dd e v e l o p m e n to f g r e e nf o o db a s e s t h r e ek i n do fs o i lw i l lb es a m p l e di u2 2v i l l a g e sa n dt o w n si nf a n g s h a nd i s t r i c t a s s e s s m e n t i n d i c a t o rs y s t e mi n c l u d ef e r t i l i t yi n d i c a t o ra n dh e a v ym e t a li n d i c a t o r , t h e r e i n t ot h ef e r t i l i t y i n d i e a t o ri n e l u d eo r g a n i cm a t t p h ，a v a i l a b l en ，o l e s e n pa n da v a i l a b l ekh e a v ym e t a l i n d i c a t o ri n c l u d ec d c r , p ba n dh g 硼1 er e s u l t si n d i c a t et h a ts o i lc h e m i c a lc h a r a c t e ra n dh e a v y m e t a lc o n t e n ts h o w sv i s i b l ed i f f e r e n c eu n d e rv a r yl a n du s et y p e s s ow oc a nc o n c l u d et h a t h u m a na c t i v i t i e sh a v ei n f l u e n c et h es o i lq u a l i t yi nd i f f e r e n tl a n du s et y p e so b v i o u s l y a c c o r d i n gt og r e e nf o o d - t e c h n i c a lc o n d i t i o n sf o re n v i r o n m e n t a lo f a r e a 。s o i lq u a l i t ya s s e s s m e n t o ff a n g s h a ni si m p l e m e n t t h ea s s e s s m e n tr e s u l ts h o w st h a ti nt h e o r ya l ls o i li ss u i t a b l ef o r d e v e l o p i n gg r e e nf o o d b u t mf a c tt h ep o t e n t i a lt od e v e l o pg r e e nf o o di nd i f f e r e n tv i l l a g e sa n d t o w n sh a v el a r g ed i f f e r e n c e s s ot h ep o t e n t i a la s s e s s i n e n tt od e v e l o pg r e e nf o o di sc a r r i e do u t t h es o i lq u a l i t yi np u w a , x i a y u n l i u ga n ds h i d ua l ee x c e l l e n t ，a n ds u i t a b l et ob ed e v e l o p e dt o g r e e nf o o db a s e s ；t h es o i lq u a l i t yi i lz h a n g f a n g , l i u l i h e 。c h a n g y a n g , d a a n s h a na n ds h i j i a y i n g a r er e l a t i v i t yg o o d ，i nt h o s ea r e a s ，a d a p t i v ec r o pc a nb ep l a n t e da c c o r d i n gt h e i rc h a r a c t e r 1 1 1 e s o i lq u a l i t yi ny a n s h a n , h e b e i ，d a s h i w o ，c h a n g g o u , l i a n g x i a n ga n dz h o u k o u d i a na r et h ew o o l u n s u i t a b l et od e v e l o pg r e e nf o o d k e yw o r d s ：f a n g s h a nd i s t r i c t ，s o i lq u a l i t ya s s e s s m e n t ，g r e e nf o o db a s e 首都师范人学硕士学位论文 图目录 图卜1 土壤质量评价中土壤指标因子显示度捧序7 图2 一l 房山区位置图1 6 图2 2 房山区地形图1 7 图2 3 评价指标示意图，2 1 图2 4 总体技术路线图2 2 图2 - 5 土壤采样点位置图2 3 图3 - 1 房山区不同土地利用类型占地面积图，2 7 阔3 2 房山区土地利用类型分布图2 8 图3 3 三种十地类型下镉含量超过背景值士样百分率3 l 图3 4 三种土地类型下铝含量超过背景值土样百分率3 2 图3 - 5 三种_ 十地类型下铬含量超过背景值土样百分率3 3 脚3 - 6 三种土地类型下铜含量超过背景值土样百分率3 4 图4 - 1 十壤肥力因子各等级含有样点数示意图3 9 幽4 2 发展绿色食品基地满力评价指标体系4 0 | ! | 4 - 3 房山地区发展绿色食品基地满力综合评价酗4 4 图4 - 4 房山区工业分布图4 5 翻4 _ 5 房山现有绿色食品基地分布图4 6 图4 - 6 绿色食品基地与周边地区土壤质量对比图4 8 7 北京市房山区十壤环境赝量i i f 价研究 表目录 表卜1 代表性土壤质鼙评价体系指标网子选取6 表1 - 2 我国十壤质量评价指标体系指标冈子分类汇总及其使用的频率，6 表卜3 土壤质量综含评价过程和方法9 表卜4 几种确定因子方法对比表1 0 表2 一l 采样点位置及利用状况2 3 表2 - 2 房山地区十壤中土壤肥力指标及重金属含量测定值2 4 表3 - 1 不同农业士地利用类型及管理措施对土壤物理性质的影响2 8 表3 2 北京市+ 壤重金属元素背景值3 0 表3 - 3 不同农业土地利用类型f 土壤中重金属含量水平3 0 表4 一l 十壤中各项污染物的含龄限制3 6 表4 2 十壤肥力分级参考指标3 7 表4 - 3 重金属元素单项污染指数评价结果3 8 表4 4 u u 矩阵表4 1 表4 5c 一u ，矩阵表4 1 表4 - 6 呸一7 矩阵表4 2 表4 - 7 层次总排序表。4 z 表4 - 8 房山区土壤肥力指标及重金属含量测定值( 以乡、镇为单位) 4 3 表4 - 9 隶属度矩阵及评价结果4 3 表4 一l o 绿色食品基地隶属度矩阵及评价结果4 7 8 首都师范大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：高晓晶 日期：2 0 0 7 年6 月1 日 首都师范大学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文 并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利 目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规 定。 学位论文作者签名：高晓晶 日期：2 0 0 7 年6 月1 日 首都师范大学硕士学位论文 1 1 立题依据 第一章绪论 随着社会的发展和人口的增多，我国土壤资源受到日益增大的压力。土壤侵蚀严重、 有机质降低、土壤肥力和生产力下降、土壤重金属污染以及由此而导致的大气和水体质量 降低的问题，使得越来越多的学者将研究目光锁定在土壤质量的概念及其评价上l l 】。我国 土壤资源严重不足，而且由于长期不合理的利用，土壤退化严重。据统计，因土壤侵蚀、 肥力贫瘠、盐渍化、沼泽化、污染及酸化等造成的土壤退化总面积约4 6 亿公顷，占全国 土地总面积的4 0 ，是全球土壤退化总面积的1 4 1 2 1 。因此，只有对土壤质量进行准确评价， 才能客观的了解不同土壤管理措施对土壤的影响，并及时地调整土地管理措施，为土地的 可持续发展提供理论依据【3 l 。 1 1 1 发展绿色食品，建设绿色食品基地的需要 2 0 世纪9 0 年代以束，市场经济的发展、城镇人口的激增及人民生活水平的提高，使 得人们对于蔬菜、水果的需要及品质的要求越来越高，越来越多的无公害食品、绿色食品、 有机食品涌进人们的菜篮子，而这些食品的产地土壤环境质量成为首要直接影响农产品的 等级及品质的首要因素。特别是北京作为我国首都，京郊是北京市的绿色生态屏障，该地 区土壤的环境质量的好坏对于京郊农业和食品业的发展，以及促进环境、资源、经济和社 会发展的良性循环，影响甚为广泛。故本研究对房山区域内的土壤环境质量进行了分析， 并进行了发展绿色食品基地的潜力评价，以便采取合理的对策，尽量减少以至消除有害元 素，让人们吃放心菜，建设绿色食品基地，发展绿色食品。 1 1 2 为开展第三次土地普查提供参考 新中国成立以来开展了两次土壤普查，一次是2 0 世纪5 0 年代末，另一次是7 0 年代末。 到现在为止，第二次普查已经过去2 0 多年了，这2 0 多年是我国经济发展最快速的时期， 是我国农业生产增长和结构调整最大的时期，是农业化学品投入最强的时期，又是其它各 北京市房山区十= 壤研境质量评价研究 业对土地需求最高的时期，所以也是土壤质量和土地数量发生变化很大的时期，如果我们 还用以前的资料制定土壤管理的技术措施和土地利用的政策，就会出现一定的偏差。 前两次土壤普查时，了解的仅仅是土壤肥力状况，只是针对农业生产而进行的。现在 的情况发生了较大变化，不仅仅要关注农业生产，还要了解土壤质量与生态环境的变化之 间的关系，与人类健康和可持续利用的关系，所以本研究中增加了土壤的环境质量这一方 面的内容，便于保护生态环境，包括农产品安全和改善人畜健康都有很大的指导作用。同 时，本研究还将为领导决策提供依据，积极推动我国开展以质量为主的第三次土壤普查， 进行了理论和技术的储备。 1 1 3 房山区农业发展的需要 农民增收、农业增效是关系到国民经济迅速发展和社会安定的重大问题，也是农村建 设全面小康社会的关键所在，是我党解决“三农”问题的基本目标。1 9 9 9 年以来，房山区 在生态农业建设方面取得了突出成效。多年来，大力推广农作物秸秆还田、配方平衡施肥、 地膜覆盖、夏玉米免耕覆盖播种、农作物病虫草害生物防治等技术。截止到2 0 0 6 年底， 房山区农业产值实现1 2 7 2 0 7 7 万元，比2 0 0 5 年增长了1 1 9 9 6 。设施农业面积达到1 0 5 6 2 亩，设旌蔬菜面积9 0 7 6 亩，占设施面积的8 6 。粮食生产达到近3 年来最高水平，全年粮 食总产值突破1 4 亿公斤，比2 0 0 5 年增长约1 9 ，全年粮食产值实现2 7 5 4 3 9 万元【“】。 只有农业的快速健康发展才能带动整个房山的快速健康发展，才能从根本上解决三农问 题，提高农民纯收入，而土地质量的好快直接关系到农业是否能够实现可持续发展，因而 进行土壤质量评价，保证土壤的肥力质量、健康质量、环境质量是房山区发展农业生产至 关重要的问题。分析土壤肥力和环境质量状况后，以便采取相应的措施来提高蔬菜产量和 质量，实现农业增效、农民增收。 1 1 4 农业可持续发展的需要 随着社会的不断进步，经济的不断发展，一方面人们对生活环境质量的要求日益增高， 而另一方面人口增长、资源枯竭、环境污染等全球性问题逐渐暴露出来。“可持续发展” 一跃成为当今世界的热点问题 7 1 。土地资源可持续利用是我国实施可持续发展战略的重要 组成部分。维护土地资源是可持续利用的重要基础之一，而对土地资源进行合理评价为合 理利用土地资源、防止土地退化创造条件，为土地利用规划提供了重要的依据引。本研究 2 堕堡! 尘篓盔兰堡生兰些堡兰 正是基于可持续发展的要求，全面评价农田土壤环境质量，为合理利用发展、规划土地资 源提供依据。 本题选取北京京郊的房山区作为研究对象，属永定河、拒马河流域，该区地处京郊西 南部，受人类活动影响程度具有一定的代表性，以该区土壤质量环境为主要研究对象，研 究不同土地利用类型下土壤质量的差异性分析，特别是探索大区域内可发展绿色食品基地 的潜力研究，较少有前人研究。由于西南部石景山区与丰台区距离市区较近，相当一部分 地区已经城市化，不适宜农田发展，故本研究最终选择房山区作为主要的研究对象。 1 2 研究背景 我国的人均耕地资源很少，所以土壤资源被高强度的利用，一年2 季甚至3 季耕作， 同一块土地上每年栽种几次不同的农作物。而西方发达国家大多数是人少地多，他们为了 保护土壤质量与生态环境，可以采取减少农药、化肥施用，把单产限制在一定水平，或采 用土地休闲等办法。但是这些我国都做不到，必须要维持高产，才能满足粮食安全的需要， 维持高产就必须要高强度利用土地，就必须增加施用农用化学品，在这种的情况下如何保 护土壤质量、实现土壤资源的可持续利用就显得尤为重要，其难度也就更大。所以在当前 的国情下，土壤质量是限制我国农业生产发展的最重要因素之一，土壤是农业的基础这个 地位没有变。最好的“品种”也必须在土壤上生长，不怕“天”的“设施农业”还不可能 保障我国1 3 亿人口的食品安全。从这个意义上来说，本研究关于土壤质量评价的研究具 有十分深远的意义。 其实有关土壤质量的研究可以追溯到2 0 世纪7 0 年代1 9 1 ，早在那时，土壤质量这个名 词就已经出现在土壤学文献中。而在我国，为了更好的评价我国土壤质量状况，从1 9 5 8 年以来，已先后开展了两次全国性的土壤普查工作。2 0 0 5 年，中科院南京土壤研究所正式 启动了9 7 3 项目“土壤质量演变规律与持续利用”项目，为我国开展以质量为主的第三次 土壤普查提供了珍贵的数据资料。 虽然改革开发以来，我国土壤学研究取得了巨大的进步，但土壤系统是一个非常复杂 的系统，相较于大气、水环境影响评价，有关土壤质量评价的研究依然相对不足，存在巨 大的研究空间。 土壤质量评价可以直接或者自j 接的反应生态系统的变化，也可以反映人类干扰所产生 的效应。由于土壤在植物和人类健康之间的作用，近几十年来，国内外科学家针对土壤质 韭室卫生坐堕圭墨! 墨堡里鲨竺型塑 量问题丌展了许多相关的课题研究，其中土壤质量的定量化评价是土壤质量研究的重要内 容，但直到目前为止，土壤质量评价仍没有统一的标准【j o l 。 1 2 1 土壤质量的概念与发展 土壤质量通常被定义为“特定类型土壤在自然或农业生态系统边界内保持动植物生产 力，保持或改善大气和水的质量以及支持人类健康和居住的能力”j i l l , 或者被简单的定义 为“土壤实现各种功能的能力” j 2 1 。一些重要的土壤功能( 或生态系统服务) 包括：生产 功能，即土壤是植物生长的介质；环境功能，即土壤是物质过滤、缓冲和转换的反应器， 使环境、地下水和食物链免遭污染，土壤又是环境中有害化合物的形成、减毒和降解的缓 冲剂，调节和分配环境中水的流动；土壤是很多植物、动物和微生物免遭灭绝的栖息地和 遗传库。人类对土地的利用和管理对土壤产生不断影响，所以土壤质量是一个动态的概念， 由于不合理的土地管理措施将导致土壤功能的恶化，所以需要一定的工具和方法检测土壤 质量呻l 。 土壤生产力和适宜性一直是土壤质量的主要内容，而诸如寻求解决土壤退化和改善土 壤质量等内容则成为这一新概念的关注点，从而土壤质量作为环境质量、食品安全和经济 活动的综合指标，因此，也被作为可持续土地利用的理想指标。 d o r a n 等认为土壤作为重要生命系统功能的能力，在生态系统合土地利用边界内，维 持作物和动物生产力，维持或促进水和大气质量，促进作物和动物健删l 。土壤质量和土 壤健康紧密联系在一起，土壤健康强调土壤的生产性，土壤健康不仅对作物生长活动的效 率有影响，而且对水质量和大气质量有影响。土壤健康的术语描绘土壤作为一个活的动态 的系统，它的功能为需要管理和保持的多种生物调节。有学者认为土壤健康和土壤质量是 同义的，但土壤质量通常与土壤适宜于某一特定功能相联系，而土壤健康在更广的范围内 指出土壤作为生命系统维持生物生产力、促进环境质量和维持作物和动物健康的能力，在 这一意义上，土壤健康和可持续同义i 博埘。 土壤的质量的内在的成分由气候和生态系统约束内的土壤的物理和化学特性决定，除 此之外，土壤质量包括被管理和土地利用决策影响的成分。生态系统的各个部分是相互作 用、相互影响的，所以，应该将士壤健康与生态系统及环境联系起来，与土壤保护及持续 农业联系起来，它应能给许多特性和过程的条件勾绘出总体的面貌。所以，土壤学家、环 境科学家更偏向于用土壤质量这一术语来代替土壤健康，以唤起人们象关注水质量和大气 质量那样关注土壤质量。有学者认为，土壤质量是陆地生态系统环境质量的指标【m 。土壤 4 首都师范人学硕上学位论文 质量对环境的可持续性至关重要，土壤质量监测进程进展缓慢，只是和随时间变化的评估 需要评价不同管理措施的影响，关键指标和临界值的维持需要监测土壤质量在区域、国家 和全球水平的多种农业生态区的变化和决定土壤质量改进和退化。许多土壤指标相互作 用，因此，一个指标的值被一个或多个选择的参数所影响。 我国原有的土壤学主要关注的是土壤肥力质量，研究的重点是如何为农业生产服务， 提高粮食产量。在历史发展到当前这个阶段，及时提出土壤的质量概念，把土壤学研究领 域拓宽到土壤肥力、土壤健康、土壤环境3 个领域是非常必要的。今天我们所说的土壤质 量与2 0 年前说的土壤肥力已经不是一回事了，所以土壤学的理论、方法体系都要随之改 变。总体上说，过去的土壤学是数量土壤学，现在则是质量土壤学，过去研究的是农业土 壤学，现在研究的则是健康土壤学。 从世界范围来看，我们把国际上的土壤质量概念又推进一步，把土壤质量细分为肥力 质量、健康质量、环境质量，并且本研究是在较大的区域范围、全面系统地研究土壤质量 的研究，对今后土壤学的发展起到一定的引领作用，这个意义是不可估量的。 1 2 2 评价指标的选取 土壤质量的指标的选取必须考虑土壤功能，这些功能是变化的和复杂的。对某功能来 说高质量的土壤对其他功能就未必是高质量的。因此有许多土壤特性可以作为土壤质量的 指标，研究需要明确最适合的标斛”】。过去几十年中，许多研究基于选择合适的指标来评 价土壤质量，但是由于受多种管理系统的影响，土壤质量变化的监测非常缓慢，关键指标 的选取必须是可维持土壤功能，检测土壤变化的方向速率和程度等，决定多种生态系统的 改善和退化【驯。 1 2 2 1我国土壤质量评价指标体系的发展 我国在8 0 年代初期就土壤质量的评价，也选择了许多的指标进行评价，但到目前为止， 始终没有形成一个合适的体系和标准。表1 1 列出了具有代表性的土壤质量评价中选取的土 壤因子。从表中可以看出，我国土壤质量的评价研究范围日趋广泛，从农业土壤区到自然 生态环境和人类干扰下的城乡结合处土壤评价、从平原地区到山地土壤、从林业土壤到湿 地土壤等都有所涉及。目前研究各种土壤功能退化和恢复是土壤质量评价的重点，这些代 表性的研究所选用的土壤质量的指标体系仍然是以土壤理化性质为主，而且主要侧重土壤 北京市房山区土壤环境质量评价研究 肥力评价。 表1 - 1 代表性土壤质量评价体系指标因子选取 表l - 2 我国土壤质量评价指标体系指标因子分类汇总及其使用的频率 6 首都师范大学硕士学位论文 生物指标 微生物，根密度 2o 7 表l - 2 列出自上个世纪9 0 年代初，我国土壤质量评价研究中所选用的评价指标汇总及其 分类，从表中可以看出，在土壤质量评价中，所选取的土壤的指标范围很广，涵盖了土壤质 量的各个方面，其中土壤物理性质的因子达到2 2 个，环境指标和肥力因子分别是1 7 和l o 个， 丽生物指标仅有2 个。其中在因子指标中，土壤的肥力因子相对比较确定，其指标数目有 l o 个，使用的频率为4 3 3 ，说明了其使用的稳定性、物理性指标频率次之，但是其指标 过于分散。图1 1 列出了在所有因子中显示度较高的一系列因子，从图可以看出，有机质的 含量是我国土壤质量评价中几乎必须考虑的因子，依次是速效钾，速效磷，p h ，全氮，土 壤质地，全钾，全磷，碱解氮，水分等。 2 0 0 0 8 0 6 0 柏 2 0 o 梦矿蕊痧守谬掺 图1 - 1 土壤质量评价中土壤指标因子显示度排序 具体的文献分析发现，由于土壤质量评价具有目的性和针对性，不同研究者所利用的 指标也不同。土壤质量评价研究大都是根据研究的目的所确定的，但是选取的指标却是人 为规定的，这些研究体现出我国土壤质量研究的发展，但同样带来一些相关的问题，就是 土壤质量指标的多样化，但没有标准化，所以没有办法进行不同区域土壤质量评价的比较。 而且从表1 1 ，表1 2 和图1 1 可以看出，我国在土壤质量评价中，多侧重土壤理化性质的评 价，这也从侧面反映了我国土壤质量评价研究的单一性。 虽然国内许多研究者对于土壤质量评价的指标体系进行了综合的概述，但在实际的评 价过程中，由于多方面的限制，其评价体系仍不尽完善。以上的分析可以看出，我国土壤 质量评价在指标体系上仍需要进一步加强标准化，综合化和应用化，土壤质量需要针对特 定的区域和特定的土地功能进行评价，所以选取的指标需要具有代表性，但同时具有一定 的适用性世界银行在全球选择了陡坡地、酸性的热带稀树干草原、半湿润地区、半干旱 地区( 仅有早作农业) 、干旱地区( 仅有牧业) 等5 种有代表性的土地类型进行研究，提出了 7 北京市房山区土壤环境质量计价研究 它们各自的指标体系。 1 2 2 2 土壤质量评价指标体系的发展趋势和方向 从国外的研究进展来看，土壤质量影响着土壤生产力、食物质量和安全、人类和动物 的健康、环境质量，每一个属性都可用特定的指标评价。评价指标选取的原则是：应与生 态系统过程很好的联系，综合土壤物理、化学和生物特性和过程。最终的指标的选取应当 基于土地利用、土壤功能和指标的关系，比较容易和可信的测定方法，变化的时间和空间 的趋势和变换的重要性，对土壤管理变换的敏感性，常规取样和检测系统的可比性，指标诠 释的全面性。 土壤质量评价指标可分为物理、化学、生物因子，但把土壤质量和其他生物物理和社会 经济指标相结合，则更能有效预警和监测土壤变化的趋势，所以从生态系统功能角度， 依据景观生态学原理来研究土壤质量，进行质量评价具有深远的意义。土壤质量评价的理 化因子一般包括有机碳、容积密度、多孔性、空气容量、永久萎蔫点、作物可利用水量、 土壤p h 、土壤电导率、土壤微量元素、土壤全n 等【3 2 ，3 3 1 。从大尺度看，土壤指标通常包括： 植被覆盖、土壤有机质、生物活性和土壤生物多样性、土壤结构和多孔性、有效水容量、 植物可利用的养分、阳离子交换量、土壤酸度、土壤盐度、根系深度。生物指标在土壤质 量评价中也占有一定的作用。 1 2 3 土壤质量评价研究进展 1 2 3 1 土壤质量评价原则 土壤质量评价工作非常复杂，目前仍无明确的标准和固定的评价方法。在评价空气和 水质量时，仅仅依靠分析其中的特定污染物富集的浓度及其在特定环境过程中对空气、水 的负面影响即可达到评价目的p 6 l ；而土壤质量评价由于土壤类型的多样化，各类型土壤组 分的千差万别及土地利用方式的多样化，难于简单地依靠分析几个指标而评定质量优劣， 即使是同一种土壤，对于不同功能或生产所表现出的品质优劣亦可能相差悬殊，因而没有 确定的标准和固定的评价方法。 s i m s 等【3 。7 l 建议以一个无污染的土壤质量为判断标准，称之为土壤的清洁状态，但是除 了集中单独的非生物污染外，纯净土壤是无法定义的。土壤中自然产生的、土壤作为过滤 堕塑堑蔓查兰堡主兰堡堡塞 介质在环境中捕捉的以及人为产生的毒素和重金属都会使土壤变得不洁净，因而难以作为 质量判断标准。d o r a n 等【3 8 l 和k a r l e n 掣3 9 1 建议土壤质量的评价应该以土壤功能为基础，着 重于一个确定的系统内种特定的土壤功能的完善程度。由于土壤在各生态系统的功能不 一，如作为森林、草原生态系统的立地条件的功能，作为城市和工业生产中的含各种污染 物的副产品的净化器的功能等。因而该评价亦难以提出确定的标准【柏l 。 总之，土壤评价应综合考虑土壤的功能及土地利用类型，同时，土壤评价指标体系也 应随不同的地区、不同种类的土壤而有所不n t 4 ”。 1 2 3 2 土壤质量评价过程和方法 通常来讲，评价土壤质量包括以下几个步骤：明确研究的目的；选取指标参数；地点的 确认和描述；制定取样草案；取样和储存；样品准备和储存；样品分析和结果的介绍；与 目的相关的结果的解释；根据结果由此采取的行动。评价体系建立在系统工程理论的多目 标分析原则基础上，首先针对待殊的问题、过程、管理措旌或政策，确定评价的关键功能； 然后在不同研究水平上进行物理和化学测定，定量描述评价系统对这些功能的反应；最后 各个参数和功能都被赋予一个权重，通过加成预算计算土壤质量指数【4 2 l 。表1 3 显示了利用 数学模型和方法评价土壤质量过程和方法。 表l - 3 土壤质量综合评价过程和方法 评价过程 应用和模型和方法 选择评价因素 确定各因素的权重 单因素评价和综合评价 主成分分析、逐步同归分析、层次分析法多面回归分 析、相关系数检验、灰色关联度分析等 层次分析、多元回归分析，主成分分析、逐步回归分 析、灰色关联度分析等 分级赋值法、模糊综合判别、聚类分析等 目前国际上比较常用的评价方法有多变量指标克立格法( m v i t ) ，土壤质量动力学方 法，土壤质量综合评分法，土壤相对质量评价法。多变量指标克立格法是将无数量限制的 单个土壤质量指标综合成一个总体的土壤质量指数。土壤质量动力学方法对可持续管理的 测量采用动态评价方法，利用系统动态学特征测量其可持续性。土壤质量综合评分法通过建 立各个元素的评价标准，利用简单乘法运算计算出土壤质量的大小，每个元素的权重由地 9 北京市房山区士壤环境质量评价研究 理、社会和经济因素所决定。土壤相对质量评价法通过引入相对土壤质量指数来评价土壤 质量的变化，定量地表示所评价土壤的质量与理想土壤质量之白j 的差距。下表列出几种土 壤质量评价方法的优劣。 表l - 4 几种确定因子方法对比表( 依侯文广等，2 0 0 3 修改) 多变量指标克立格法优于土壤质量评分法，它可以把管理措施、经济和环境限制因子 引入分析过程，其评价范围可以从农场到地区水平。通过单项指标的评价，该法还能确定 影响土壤质量的最关键因子。而土壤相对质量评价法更为方便、合理，它评价的是土壤的 相对质量，而且可以根据不同地区的不同土壤建立理想土壤，选择代表性的土壤质量评价 指标做出量化的评价结果【4 3 1 。 1 2 3 2 我国土壤质量定量化评价方法的进展 在不同研究层次上，上述评价方法可用于解决不同的问题。如在过程水平上，研究土 壤团聚体的形成和稳定性，在农场水平上，评价轮作和立体种植对土壤质量的影响；在国 家水平上，研究政策对土壤质量的影响，这些结果可用于建立水土保持项目的长期管理措 施；在全球水平上，研究社会经济问题对土壤质量的影响【4 2 】。 目前我国土壤质量评价方法的发展处于起步阶段，而土地评价方法比较丰富和系统， 主要包括参数法、模型法、景观生态法、土地系统分析法和地理信息系统法，其中很多评 l o 堕型堑坚_ 丈兰堡主兰些堡苎 价方法和原理可以借鉴到土壤质量的评价之中【3 5 1 。土壤质量评价研究近2 0 年来也有较大的 进展，不仅表现在研究区域和学科综合上，更为重要的是研究方法探讨上。目前土壤质量 的评价更趋向于客观定量化、空间定量化和应用性研究，评价方法也趋向多样化和综合化。 在评价土壤质量时，有些学者利用了土壤指标的乘积，或者用土壤退化指数法，没有 考虑因子的权重，这样就带有较强的主观性，而且和选取的指标有关系。张建辉( 1 9 9 2 ) 利 用专家评价法确定权重，对川江流域土壤质量进行了模糊综合评判，后来许多学者对确定 权重的方法进行了改进，比如利用等比级数转换，层次分析法，主成分分析，线性回归等 等，但是经验法和专家法还是应用比较多的一种方法。 土壤质量的综合评价方法中，我国利用最多的是指数和法，指数和法一般就是综合土 壤质量指数法。比较有代表性的有陈龙乾等( 1 9 9 9 ) 利用综合土壤质量指标评价徐州矿区土 壤 2 4 1 ，胡金明等( 1 9 9 9 ) 利用综合指数法评价三江平原主要耕作区的土壤质量1 4 6 j ，刘世梁等 ( 2 0 0 3 ) 对四川卧龙不同土地利用方式下的土壤质量进行了综合评价，同时对两种土壤质量 方法的效果进行了比较泖4 8 1 。有些学者也利用相对土壤质量指数法，如王效举等( 1 9 9 8 ) 利 用和g s qi 对红壤进行分级：铁光等( 2 0 0 3 ) 利用相对土壤质量指数对黑龙江富锦市土壤进行 评价【4 9 】。张学雷等( 2 0 0 1 ) 利用土壤属性动态性，对海南省农业土壤进行质量评价 s o l 。 模糊评价的方法在土壤质量评价中也得到广泛的应用，主要有代表性的有张建辉( 1 9 9 2 1 对川江流域土壤质量的模糊综合评判和力i 存绪等( 1 9 9 1 ) 利用二阶f u z z y 综合评判方法评价 黄土高原林业土壤；吴国清( 1 9 9 5 ) 对上海崇明岛土壤资源进行模糊聚类评价1 5 l 】；陈松林 ( 1 9 9 6 ) 对农田土壤系统聚类方法评价，武伟等( 2 0 0 0 ) 对重庆水稻土进行了模糊综合评价 5 2 】。胡月明等( 2 0 0 1 ) 利用模糊变权评价对广东东莞热带土壤的综合评价等【5 3 1 。 目前有许多新的方法用于评价土壤质量，比如潘峰等( 2 0 0 2 ) 利用层次分析法的物元模 型，评价松花江地区土壤质量，取得了较好的效果i s 4 ，秦明周等( 2 0 0 0 ) 利用修正的内梅罗 ( n e m o r o ) 公式对河南开封土壤进行了评价。刘崇文( 1 9 9 6 ) 比较了土壤质量评价的几种方法， 主要是t 值分级法、综合指数法、模糊数学综合评判法、灰色聚类法、等斜率灰色聚类法、 宽域灰色聚类法，认为宽域灰色聚类法比较好【5 5 】。韩军利等( 2 0 0 3 ) 利用投影寻踪评价模型 ( p p e ) 对三江平原湿地土壤进行了评价，利用改进的加速遗传算法( r a g a ) 优化投影方向( 湿 地土壤评价指标) ，寻求最优投影方向及投影函数值来实现对土壤的分类与质量变化评价 p ；侯文广等( 2 0 0 3 ) 利用顾及因子变化系数的线性回归分析法( l r c c v ) 对南方土壤进行了 评价，使得确定的因子不但相关性小和显著性强，而且评价因子稳定性强，使得评价结果更 加客观和科学；李月芬等( 2 0 0 3 ) 对吉林草原土壤进行灰色关联分析，利用关联度排序确定 ! ! 塞立堕坐堕堡! 丝垦塞堡堕竺塞 土壤质量【5 7 】；楼文高等( 2 0 0 2 ) 用神经网络模型法对三江平原湿地土壤进行评价，利用删减 或扩张准则确定神经网络最佳拓扑结构，建立了具有较好的泛化能力和预测能力的土壤质 量的综合评价与预测模型。 g i s 和土壤质量评价方法的结合是土壤质量评价的一个方向，王效举等在土壤质量指 数对土壤进行分级的基础上，对江西千烟州土壤进行了空间分类。胡月明等( 2 0 0 1 ) 探讨了 基于g i s 与灰关联综合评价模型的土壤质量评价，张华等( 2 0 0 3 ) 利用最小数据集中的7 项指 标做为土壤质量指示因子，利用地统计学方法分析了海南省儋州的土壤质量的空间差异【5 8 。 5 川；张庆利等( 2 0 0 3 ) 利用传统统计与地统计学方法及g i s 技术相结合评价江苏金坛土壤质量 【删。 1 2 3 3 常用评价方法简介 1 指数法 指数法主要包括单项指数式和综合指数式。 1 ) 单项指数式 p i = c i s i 式中：p 。i 污染物在某采样点的单项污染指数( 无量纲) ； c i i 污染物在某采样点的实测浓度( m g k g ) ； s i i 污染物的评价标准浓度值( m g k g ) 6 h 。 2 ) 综合指数式它描述多个污染物对土壤环境质量的影响，根据大量的实验表明， 不同的污染物对土壤、作物的危害程度是不同的。为了表示各污染物对土壤环境 质量的影响，在计算综合指数式时采用加权系数是比较合适的。其公式为： p = 降 式中：p 某采样点的综合污染指数( 无量纲) ； ( 卑) 2 单因子指数平均值的平方； ( 卑一) 2 单因子指数最大值的平方； 根据单因子指数p i 和p 值划分等级标准，p i 或p 值越大污染越严重【6 2 1 。 这种方法易于计算，应用也最为广泛，但是存在扩大最大分指数或缩小次大分指数的 1 2 首都师范大学硕士学位论文 问题。 2 a h p 决策分析方法 a m p 决策分析方法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，a h p ) ，是美国匹兹堡大学运筹学家 t l s a a t y 于上世纪7 0 年代中期提出的一种多层次权重分析决策方法，是一种定性与定量 相结合的决策分析方法。它是一种将决策者对复杂系统的决策思维过程模型化、数量化的 过程。运用这种方法，决策者通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，在各因素之间 进行简单的比较和计算，就可以得出不同方案重要性程度的权重，为最佳方案的选择提供 依据。其特点一是具有高度的逻辑性、系统性、简洁性和实用性，现已广泛运用于社会经 济系统的决策分析；其次这种方法所需要的定量化数据较少，但对问题的本质，问题所设 计的因素及其内在关系分析的比较透彻、清楚。a m p 决策分析法，常常被运用于多目标、 多准则、多要素、多层次的非结构化的复杂地理决策问题，特别是战略决策问题的研究， 具有十分广泛的适用性。 a h p 决策分析方法的基本原理，是把所研究的复杂问题看作一个大系统，通过对系统 的多个因素的分析，划分出各因素间相互联系的有序层次；再请专家对每一层次的各因素 进行可靠的判断后，相应地给出相对重要性的定量表示；进而建立数学模型，计算出每一 层次全部因素的相对重要性的权值，并加以排序；最后根据排序结果进行规划决策和选择 解决问题的措施。 但是，这种方法存在着较大的随意性，这是其本身无法克服的一个缺点。譬如，对于 同样一个决策问题，如果在互不干扰、互不影响的条件下，让不同的人同样都采用a h p 决 策分析方法进行研究，则它们所建立的层次结构模型、所构造的判断矩阵很可能是各不相 同的，分析所得出结论也可能各有差异【6 3 1 。 3 灰色关联度分析法 灰色关联度分析法是建立在灰色系统理论基础上的种土地评价方法。由于它最终也 是将评价因素与其等级的分数相乘然后相加，因此也称为关联度分析权重指数和法。 灰色关联分析，从其思想方法上来看，属于几何处理的范畴，其实质是对反映各因素 变化特征的数据序列所进行的几何比较。用于度量因素之间关联程度的灰色关联度，就是 通过对因素之问的关联曲线的比较而得到的。 关联度分析方法，是根据评价因素之间的发展态势的相似或相异程度，来衡量评价因 北京市房山区土壤环境质量 f 价研究 素之自j 的关联程度。评价的步骤如下：确定评价因素和划分等级；计算评价因素对土地平 均产量的关联度；计算评价因素权重；评定土地等级。这种方法分析权重指数和对样本量 无特别的要求，且数学处理难度较小，然而这种方法只是灰色关联系统理论在土地评价中 的一种尝试，还需进一步加以检验和改进【6 3 1 。 4 模糊综合评判方法 模糊综合评判方法，是一种运用