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摘要：本文旨在从环境容量的角度，对耕地土壤重金属污染进行评价和风险预警研究。首先，文章对土壤环境容量进行了概述，同时引入环境容量概念，指出其在区域水体、大气等系统的污染控制中的具体应用；其次，介绍了土壤负载容量的管理方法及原理和相关评价标准；最后，提出了通过构建土壤动态容量模型和输入量估算，结合指示克里格函数等进行风险概率预警的具体办法。以期这些措施的提出能为相关单位的研究人员提供有益参考。

关键词：环境容量；耕地土壤；重金属污染；评价；风险预警

我国作为一个人口大国，耕地在国家整体战略中占据着特殊而重要的地位。中央文件明确指出，需要从多个角度将耕地保护置于至关重要的位置。然而，随着社会经济的不断发展，土壤重金属污染问题逐渐凸显，其具有普遍性、隐蔽性、累积性、危害性大、难以恢复等特点，已经对我国的农业和人体健康构成了严重威胁。因此，进行重金属污染评价与风险预警，不仅关系到我国农业的可持续发展，更是关乎整个国家农业与人体健康的重要问题。

一、土壤环境容量概述

环境承载力是指在一定时间内，某一生态系统能够容纳的最大污染物总量，目前在区域水环境污染控制中得到了广泛的应用。自20世纪70年代以来，随着对土壤环境质量问题的关注增加，人们逐渐将“生态位”概念引入到土壤生态系统。具体而言，土壤环境承载力表示在一定环境单元和时间尺度内，根据环境质量的需求，在保证农产品产量和质量和不会引起环境污染的双重条件下，土壤能够容纳的最大污染物浓度。基于这一概念，研究人员需进行不同类型土壤环境质量本底值和临界值的研究，对其在区域范围内的迁移转化系数等问题进行分析，并结合典型数学模型，进行全面、系统的、定量的评估，将为我国区域污染治理提供理论基础和技术支撑。

二、基于土壤重金属负载容量的重金属污染评价体系

（一）管理方法及原理

土壤承载力是指在一定时间内、在一定环境条件下，土壤所能够承受的最大污染负荷。为应对土壤污染，本项目提出了一种创新的“双界面”调控模式。该模式通过对污染阈值（基准值、标准值）与土壤背景（自然质量基准值）进行灵活调节，以实现对负载容量的有效调控。相较于传统的管理方式，这种经营模式更富有弹性和细致度，有助于更有效地解决土壤污染问题，这些方法的应用对于分析土壤中的外源污染物的迁移、转化的过程有着重要作用。相对于传统的“一刀切”规范管理模式，负载容量管理模式更具弹性和准确性，充分考虑了自然环境的可持续发展[1]。土壤承载力的本质在于土地的初始承载力与最大承载力之间的差值。基于这一概念，有关部门建立了以水质监测为基础的污染分类指标体系，并以此为基础建立了分类为主的综合指标体系。

（二）评价标准

相关研究人员从“负载-容量”理论出发，可以将土壤环境承载力划分为五个等级（详见表1）在此基础上，以“区域背景”与“环境风险”为基础，可以构建“双界面”控制策略，并建立了一个新的土壤重金属污染风险基准值。

三、基于环境容量的耕地土壤重金属污染风险预警办法

某研究项目选定浙江省北部为目标区域，该县区位于太湖经济圈，总土地面积达到1430Km２，耕地占443.7Km２。该地区属于亚热带湿润季风气候区，光、热、雨、季相结合，年均气温15.6℃，年均降水量1309 mm，年均日照时间1810.3h，典型的亚热带湿润季风气候区。耕地以红壤-稻作区为主，适合作物生长。浙江省北部以粮、油、鱼、桑为主要基地，农业密度大，是浙江省重要的粮油、粮油、鱼桑基地。此外，该县区的工业产业相对完备，尤其在耐火材料、石材、水泥、蓄电池等领域已相当成熟。鉴于该地区的综合特征，下文以该县为研究案例，以区域大气沉降能量数据为参考，针对农田中的土壤重金属的风险预警方法展开探究。

（一）构建土壤动态容量模型

土壤是一个十分复杂的生命体，其对重金属的吸收与积累受到多方面因素的调控，由于重金属的迁移和转化特性，对土壤系统中的重金属有着重要的缓冲和净化功能。这表明土体的承载力并非一成不变，而是一个动态的过程[2]。基于这一认识，研究人员可提出一个计算土壤动态承载力的公式，通过分析土壤中污染物释放量和残留量之间的线性关系来实现。随后，再采用正定矩阵因子分解法（PMF）对不同种类土壤中重金属的来源进行解析。研究结果显示，PMF模型1对铜的贡献率为38.3%，镍的贡献率为55.5%，锌的贡献率为42.6%，其中中等铬的贡献率最高。研究人员可推测PMF模型中的前者可能与当地工业污水排放有关，而后者可能与土壤母质等自然因子相关。

（二）输入量估算

大气沉降、化肥施用、畜禽粪便、灌溉用水、农业污泥、工业废料等因素都可能对土壤造成污染。为深入了解土壤重金属污染情况，研究人员对四种主要污染源（大气沉降、化肥施用、畜禽粪尿、灌溉水源）展开系统研究，以明确不同污染源土壤中重金属的污染特点。通过这一研究，相关部门将为地方环境保护和健康管理等方面的决策提供重要的理论依据。

其中，大气沉降是引起土壤重金属污染的重要原因，由降雨和降尘共同组成。与此同时，农业生产中大量施用化肥也导致了重金属的积累。研究人员主要以氮（N）、磷（P）、钾（K）和复混肥为研究对象，通过对各地区化肥施用情况的调查，结合多年的统计数据，估算了化肥投入土壤中的重金属水平。同时，在畜禽养殖过程中，养殖户广泛使用含砷、镉、铅、汞等添加剂，导致“饲料-排泄物”渗入到土壤当中。研究人员根据近五年内相关的数据资料，对鸡、鸭、猪、牛、羊等家畜排泄物中的重金属含量进行了检测和计算。其中，研究人员以鸡和鸭的平均值作为计算标准。畜群数量根据历年产量估计，而对于大型家畜如猪、羊等，采用牛的排泄系数进行计算。

本研究区位于长江中下游地区，农田灌溉主要依赖周边的河湖水源。城镇污水具有较好的肥料效应，该县早在2014年便开展了为期三年的生活污水处理工程，最后，研究人员经过复杂和精密的测算，得到了区域内生活污水可以用于农业灌溉的研究结论。接下来，研究人员还选取了研究区相似灌溉条件下的土壤平均重金属浓度为研究对象，进行了初步探讨。耕地系统中的作物包括粮食（如玉米）、水稻、小麦、豆类、蔬菜、油料等。通过研究区《水资源公报》和《国家统计年鉴》公布的农作物播种面积数据，将其转换成不同农作物的耗水强度，以更全面地了解各类作物对土壤重金属污染的影响。

（三）加强风险概率预警

在进行 ArcGIS10.2 软件的使用时，特别是指示克里格函数的运算时，研究人员进行了土壤中重金属污染风险的预测。以2030年和2050年两个时段的动力承载力作为临界值，采用量化分析的方法评估研究区未来气候变化对区域生态系统的危害[3]。鉴于我国土壤重金属污染呈逐年增加的趋势，研究人员采用土壤动态容量模型、重金属输入-输出通量模型、克里格插值等技术，对我国未来2030-2050年不同时间点进行环境风险概率预报。

首先，研究人员对研究区不同层次土壤中汞、镉、磷的含量进行了观测。结果显示，不同层次的土壤中汞、镉、磷的浓度由2003年的0.16、3322升高至2015年的0.211、0.22和37.26，表明土壤中的重金属浓度呈逐年升高的趋势；其次，对研究区土壤重金属输入-输出通量格局进行分析。结果表明，研究区土壤中重金属的年输入量分别为：Pb（18316.24 kg）>Cr（9625.59 kg）>As（1401.37 kg）>Cd（500.07 kg）>Hg（5.46 kg），由此可见，大气干湿沉降对于土壤中的重金属沉积影响较大，畜禽粪肥贡献最高，为40.56%。其他因子如化肥施用和灌溉用水也对土壤中的重金属含量有不同程度的影响；第三，动力承载力模型的研究表明，在不同类型的土壤中，重金属的动力承载能力均大于静承载力，并且随治理年限的增加呈上升趋势。

总体上来看，本研究区域三种重金属在2030年到2050年之间的潜在危害程度均小于10%。根据研究人员对2030年的汞预测结果可知，P镇的南部和中部地区均存在0.7-1的高风险区，而到2050年，由于Cd背景高、累积速率快，可能显著下降至0-0.1。针对该地区土壤重金属污染风险防控与综合治理的需求，当地环境监测单位通过系统研究土壤重金属分布、污染程度及演变规律，将顺利实现对农田土壤重金属污染的综合评价与可视化预警。

结束语：综上所述，对土壤环境容量、土壤负载容量以及基于环境容量的土壤重金属污染风险预警的深入研究，关系到我国耕地资源的特殊战略地位。针对土壤重金属污染问题，地方环境保护单位需要进一步加强相关污染评价与风险预警，采取更加科学、灵活的管理方法，保护好有限的耕地资源。地方政府在实现社会经济发展的同时，也要更加注重生态文明建设，以确保人民群众的生活安全和可持续发展的目标。

参考文献：

[1]魏洪斌，罗明，吴克宁等.长江三角洲典型县域耕地土壤重金属污染生态风险评价[J].农业机械学报，2021，52（11）：200-209+332.

[2]罗天祥，赵霏，刘新亮等.工业区周边典型小流域耕地土壤重金属污染源解析[J].农业现代化研究，2022，43（03）：541-550.

[3]尹芳，封凯，尹翠景等.青海典型工业区耕地土壤重金属评价及源解析[J].中国环境科学，2021，41（11）：5217-5226.