吳霄霄，米長虹，吳 昊，胡均銘，林大松*，鄭宏杰，焦位雄

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所，天津300191；2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，南寧530022；3.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南寧530007）

2014年我國公布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示：我國土壤污染總超標(biāo)率為16.1%，從污染分布情況看，南方土壤污染重于北方，耕地點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19.4%，污染類型以無機(jī)型為主，其中重金屬鎘點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)7.0%[1]。經(jīng)調(diào)查研究，我國土壤鎘污染范圍廣、來源多，鎘在環(huán)境中具有化學(xué)活性強(qiáng)、毒性持久、移動(dòng)性大等特點(diǎn)，易通過食物鏈富集危及人類健康[2]。湖南、湖北、廣西、江西、四川等地都出現(xiàn)了鎘污染農(nóng)田。由于鎘處于水溶態(tài)時(shí)活性大且易被作物吸收，因此污染農(nóng)田多以水稻田為主。近幾年，在各個(gè)鎘污染區(qū)陸續(xù)開展了相應(yīng)小區(qū)、大田修復(fù)試驗(yàn)，旨在篩選出適合當(dāng)?shù)赝寥梨k污染條件和農(nóng)業(yè)種植習(xí)慣的土壤修復(fù)材料，為鎘污染耕地安全利用、保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供技術(shù)支撐[3]。

鈍化材料修復(fù)鎘污染稻田后，缺乏一套修復(fù)效果評(píng)估體系來評(píng)價(jià)修復(fù)是否達(dá)到了預(yù)期效果，而建立評(píng)估體系目前存在著評(píng)估指標(biāo)選取、評(píng)估指標(biāo)重要性程度分配等問題，因此建立一套評(píng)估指標(biāo)體系來解決以上問題就顯得尤為重要。從我國已頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來看，《污染場地土壤修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.4—2014）[4]、《污染場地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.3—2014）[5]與《污染場地修復(fù)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 783—2011）（北京市）[6]等行業(yè)與地方標(biāo)準(zhǔn)僅適用于場地污染修復(fù)，并不適用于農(nóng)田修復(fù)效果評(píng)估。從陸續(xù)開展的評(píng)價(jià)工作來看，主要分為以下幾類：一是修復(fù)后對(duì)幾項(xiàng)指標(biāo)前后對(duì)比評(píng)價(jià)，如修復(fù)前后土壤中有效態(tài)重金屬變化和作物中重金屬含量變化研究[7]；二是針對(duì)污染修復(fù)評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)選取研究，如植物毒性評(píng)價(jià)、土壤微生物評(píng)價(jià)等常用污染土壤修復(fù)效果評(píng)定方法與植物吸收毒理指標(biāo)、污染物遷移指標(biāo)、土壤酶指標(biāo)、土壤微生物指標(biāo)等常用修復(fù)后觀察指標(biāo)研究[8-9]；三是建立不完善的指標(biāo)體系研究，如王濤、袁毳推薦的缺乏各指標(biāo)權(quán)重賦值的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[10-11]；四是不針對(duì)修復(fù)效果評(píng)估而是針對(duì)一個(gè)修復(fù)項(xiàng)目或工程的評(píng)估，如在農(nóng)田土壤、重金屬污染、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)影響等范圍廣且針對(duì)性弱的評(píng)估研究[12]。以上的評(píng)價(jià)研究尚缺乏對(duì)土壤-作物-修復(fù)劑材料整體系統(tǒng)的評(píng)估，這就很大程度限制了污染農(nóng)田修復(fù)相關(guān)工作的進(jìn)行與修復(fù)材料研發(fā)的開展，因此，探索建立鎘污染稻田修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系已迫在眉睫。

1 研究方法

構(gòu)建指標(biāo)體系的方法有理論分析、統(tǒng)計(jì)分析、文獻(xiàn)分析、實(shí)例研究、層次分析、比較分析等，本研究采用理論分析、文獻(xiàn)分析、德爾菲法和層次分析法[13]構(gòu)建修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系。

1.1 理論分析法

理論分析是評(píng)價(jià)研究中常用的方法之一，主要是指用現(xiàn)代科學(xué)理論進(jìn)行實(shí)際問題分析的方法，在不同領(lǐng)域有不同的理念范式。

1.2 文獻(xiàn)分析法

文獻(xiàn)分析法是指搜集、鑒別、整理某一研究主題的相關(guān)文獻(xiàn)，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性地分析來獲取信息，進(jìn)而形成對(duì)事實(shí)科學(xué)認(rèn)識(shí)的一種研究方法[14]。

1.3 德爾菲法

德爾菲法又稱專家調(diào)查法，是依據(jù)系統(tǒng)的程序，采用匿名發(fā)表意見的方式，即專家之間不得互相討論，不發(fā)生橫向聯(lián)系，只能與調(diào)查人員發(fā)生聯(lián)系，以調(diào)查問卷形式，集結(jié)專家共識(shí)及搜集不同領(lǐng)域各專家意見，解決復(fù)雜難題的管理技術(shù)。這種方法具有廣泛的代表性，有匿名性[15-16]、反復(fù)性特點(diǎn)，因所請(qǐng)專家領(lǐng)域不同，得到的信息廣泛而較為可靠。

1.4 層次分析法

層次分析法（AHP）是在對(duì)復(fù)雜決策問題的內(nèi)在關(guān)系、影響因素等進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，將人們的經(jīng)驗(yàn)思維數(shù)量化，并檢驗(yàn)決策者判斷一致性的一種常用評(píng)價(jià)方法。其方法運(yùn)用過程是：將決策的目標(biāo)、考慮的因素（決策準(zhǔn)則）和決策對(duì)象按它們之間的相互關(guān)系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層做遞階層次模型[17]；用T.L.Satty1-9比例標(biāo)度比較各指標(biāo)重要性并構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣[18]；計(jì)算矩陣并經(jīng)一致性檢驗(yàn)。

本文通過理論分析初步考慮將體系分為土壤、重金屬、種植作物、修復(fù)劑4個(gè)方面，重點(diǎn)運(yùn)用文獻(xiàn)分析進(jìn)行指標(biāo)篩選，在此基礎(chǔ)上結(jié)合德爾菲、層次分析法建立指標(biāo)體系構(gòu)架，并確定指標(biāo)權(quán)重，最終構(gòu)建帶有權(quán)重賦值的修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系。

2 評(píng)估體系指標(biāo)的確定

2.1 指標(biāo)篩選原則

農(nóng)田重金屬污染修復(fù)與一般污染場地修復(fù)有很大的不同，一般場地污染修復(fù)關(guān)注的是修復(fù)后的地塊是否可以供工、商、建筑業(yè)開發(fā)利用，而農(nóng)田重金屬污染修復(fù)關(guān)注的是修復(fù)后的土壤是否可以實(shí)現(xiàn)復(fù)墾，生產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品是否符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)[10]。

正確進(jìn)行指標(biāo)篩選是科學(xué)評(píng)估修復(fù)效果的前提，直接關(guān)系到評(píng)估結(jié)果的正確性和科學(xué)性。選取的指標(biāo)之間應(yīng)該相互補(bǔ)充，上下層次分明[17]。因此，在選取修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)時(shí)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：一是科學(xué)性原則，指標(biāo)體系能夠客觀地反映修復(fù)效果的本質(zhì)及其復(fù)雜性和系統(tǒng)性；二是全面性原則，體系中包含的指標(biāo)應(yīng)從土壤肥力、重金屬污染、作物安全經(jīng)濟(jì)與鈍化材料4個(gè)方面選取，能形成綜合性的評(píng)估指標(biāo)體系，反映農(nóng)田-作物系統(tǒng)各方面指標(biāo)修復(fù)前后變化；三是可操作性原則，指標(biāo)數(shù)據(jù)（從采樣到樣品處理檢測）能用現(xiàn)有方法和手段獲得，易于調(diào)查、查找或統(tǒng)計(jì)，有利于高效準(zhǔn)確完成整個(gè)評(píng)估工作；四是可比性原則，指標(biāo)具有很強(qiáng)的時(shí)空差異，數(shù)據(jù)采樣分析應(yīng)是在同一修復(fù)周期里進(jìn)行（修復(fù)前后采樣同時(shí)進(jìn)行）；五是可評(píng)性原則，選取的指標(biāo)應(yīng)有相對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或參考值來評(píng)估修復(fù)效果[10]。

2.2 指標(biāo)篩選方法

評(píng)估指標(biāo)是進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)，是反映評(píng)估客體的基本要素，制定有效的評(píng)估指標(biāo)體系是修復(fù)效果評(píng)估的核心環(huán)節(jié)和重要步驟，更是評(píng)估成功的保證[19-20]。評(píng)估指標(biāo)體系的初步確定是通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)、摘錄指標(biāo)并統(tǒng)計(jì)分析各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)并經(jīng)課題組討論后確定。查閱修復(fù)材料對(duì)鎘污染稻田土壤修復(fù)的文獻(xiàn)，摘錄文獻(xiàn)中試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)，查詢有效文獻(xiàn)共497組數(shù)據(jù)（按添加修復(fù)劑計(jì)算），摘錄試驗(yàn)指標(biāo)在Excel表中，摘錄指標(biāo)名稱見表1。

表1 文獻(xiàn)指標(biāo)相對(duì)頻度與密度分析表Table 1 Relative frequency and density analysis of literature indicators

因Tessier逐級(jí)提取鎘的5種形態(tài)在文獻(xiàn)中出現(xiàn)較BCR提取法少，因此本研究僅對(duì)BCR提取法的4種形態(tài)鎘進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。在文獻(xiàn)檢索過程中還摘錄了水稻類型、土壤質(zhì)地、修復(fù)場地、小區(qū)面積、土壤處理、土壤采樣深度、修復(fù)前土壤pH、修復(fù)前土壤有效鎘等指標(biāo)，但基于指標(biāo)對(duì)“土壤污染修復(fù)效果評(píng)估體系研究”的重要性比較，最終選取了表1中所列的指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

本文立足于指標(biāo)頻度與密度分析、理論分析基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證時(shí)測樣可獲得性，從表1中選取了全N、有效P等11個(gè)指標(biāo)，同時(shí)考慮到修復(fù)劑對(duì)水稻生長性狀和修復(fù)實(shí)施過程的可接受性，又增加了修復(fù)劑成本、株高等9個(gè)指標(biāo)，從而建立了初步指標(biāo)體系，詳見表2。

2.3 指標(biāo)確定

綜上設(shè)計(jì)問卷進(jìn)行專家咨詢，本研究對(duì)土壤學(xué)、重金屬污染修復(fù)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境規(guī)劃等不同專業(yè)領(lǐng)域共25名專家進(jìn)行問卷調(diào)查。在咨詢結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建的總體思路、基本原則和構(gòu)建方法，再綜合研究指標(biāo)數(shù)據(jù)可評(píng)性、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可確定性等因素，本研究構(gòu)建了由1個(gè)目標(biāo)層指標(biāo)、4個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)、15個(gè)指標(biāo)層指標(biāo)構(gòu)成的修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系，詳見表3。

3 評(píng)估指標(biāo)體系權(quán)重計(jì)算

指標(biāo)權(quán)重確定的合理與否，將直接影響到整個(gè)評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性[20]。確定指標(biāo)權(quán)重方法有兩類：一類是主觀法，評(píng)價(jià)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷而得到權(quán)重，如德爾菲法、循環(huán)評(píng)分法、二項(xiàng)系數(shù)法、特征向量[21]等；另一類是客觀法，評(píng)價(jià)者按一定方法對(duì)指標(biāo)自身數(shù)值的判斷得到權(quán)重，如熵值法、因子分析法、層次分析法[22-23]等。兩種方法各有利弊，主觀法賦值客觀性較差但確定的權(quán)重與實(shí)際相符；客觀法確定權(quán)重精度較高但與指標(biāo)實(shí)際重要性相悖[24]。本研究借鑒各研究領(lǐng)域?qū)W者研究經(jīng)驗(yàn)[11，25-26]以及本研究評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的通用性和穩(wěn)定性，采用層次分析法與專家咨詢法相結(jié)合的方法確定指標(biāo)權(quán)重，既克服了主觀賦值缺陷，又確保指標(biāo)權(quán)重的客觀性。

表2 初步修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系Table 2 Preliminary repair effect evaluation index system

3.1 層次分析法基本步驟

（1）對(duì)體系各層次指標(biāo)進(jìn)行重要性比較

分析表3體系中各因素間的關(guān)系，對(duì)同一層次各元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣，判斷重要性方法采用T.L.Satty1-9比例標(biāo)度，表4為判斷矩陣標(biāo)度及含義。

（2）構(gòu)造比較判斷矩陣

本指標(biāo)體系共建立7個(gè)比較矩陣，分為兩類：一類是準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層重要性比較矩陣，如對(duì)目標(biāo)層S來說準(zhǔn)則層（A1、A2、A3、A4）之間重要性比較矩陣見表5；另一類是指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層重要性比較矩陣，如對(duì)重金屬污染指標(biāo)來說所屬指標(biāo)（B9、B10）之間重要性比較矩陣見表6。由于土壤肥力指標(biāo)（A1）下所屬指標(biāo)有8項(xiàng)，重要性判斷矩陣為8×8階，重要性比較較復(fù)雜，為了便于專家判斷，將指標(biāo)層（8項(xiàng)指標(biāo)）按指標(biāo)理化性質(zhì)分為兩類進(jìn)行比較，分類見表7。增加對(duì)土壤肥力（A1）來說所屬指標(biāo)（A11′、A12′）之間重要性比較矩陣、對(duì)土壤養(yǎng)分來說所屬指標(biāo)（B1、B2、B3、B4）之間重要性比較矩陣、對(duì)土壤理化性狀來說所屬指標(biāo)（B5、B6、B7、B8）之間重要性比較矩陣（矩陣格式同表5、表6），請(qǐng)各位專家對(duì)矩陣指標(biāo)重要性按表4做出判斷并填在“（）”內(nèi)。

表3 鎘污染稻田修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系Table 3 Evaluation index system for repair effect of cadmium contaminated paddy field

表4 判斷矩陣標(biāo)度及含義Table 4 Judgment matrix scale and meaning

表5 準(zhǔn)則層各指標(biāo)之間重要程度判斷矩陣Table 5 Judgment matrix of all sorts of indicators in the criterion layer

表6 重金屬污染指標(biāo)重要性判斷矩陣Table 6 Heavy metal pollution indicator importance judgment matrix

表7 土壤肥力分類Table 7 Classification of soil fertility

3.2 計(jì)算矩陣權(quán)重

層次分析法計(jì)算權(quán)重常用到的有方根法與和積法[27-28]，本研究用和積法計(jì)算各問卷中矩陣。在Excel中按和積法步驟計(jì)算權(quán)重與一致性，一致性取值見表8，若一致性通過，表示矩陣中重要性比較無邏輯錯(cuò)誤；若一致性不通過，則需要按經(jīng)驗(yàn)法或其他調(diào)節(jié)一致性方法[29-31]重新調(diào)整矩陣直至一致性通過。一致性通過后，對(duì)25份問卷中計(jì)算的權(quán)重結(jié)果做加權(quán)平均[15，32]得到體系中指標(biāo)最終權(quán)重。和積法步驟如下：

（1）按式（1）將比較矩陣A每一列正規(guī)化（其中n為比較矩陣階數(shù)，也是指標(biāo)個(gè)數(shù)，下同）。

（2）按式（2）將每一列正規(guī)化后的比較矩陣按行相加。

（3）按式（3）對(duì)向量

按式（4）正規(guī)化。

表8 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值Table 8 The value of the random consistency indicator RI

所得到的W=[w1,w2,…,wn]T即為所求特征向量，也就是各個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重值。

（4）按式（5）計(jì)算比較矩陣最大特征值λmax。

式中(AW)i表示向量AW的第i個(gè)元素。

（5）一致性檢驗(yàn)：按式（6）計(jì)算一致性指標(biāo)CI。

由表8查找隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，由式（7）計(jì)算一致性比率CR。

當(dāng)CR＜0.1時(shí)認(rèn)為比較矩陣不一致程度在容許范圍內(nèi)，即指標(biāo)比較無邏輯錯(cuò)誤；否則重新調(diào)整矩陣至一致性比率通過。

4 修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系建立

本研究經(jīng)過指標(biāo)篩選、指標(biāo)確定、權(quán)重計(jì)算一系列步驟，最終構(gòu)建了權(quán)重分配完整的修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系（表9）。

表9 修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系Table 9 Evaluation index system for repair effect

就準(zhǔn)則層權(quán)重分布來看，具有一定的偏向性，權(quán)重比較大的指標(biāo)集中在水稻生長安全和重金屬污染兩個(gè)方面，分別為0.43與0.34；就指標(biāo)層來看，有效鎘消減量指標(biāo)與糙米含鎘量指標(biāo)權(quán)重最大，分別為0.219與0.253。一方面說明專家們更側(cè)重于關(guān)注重金屬鎘在土壤中有效部分與水稻可食用部分含量變化，另一方面這也符合當(dāng)今土壤重金屬修復(fù)是以降低土壤中有效態(tài)含量與作物可食用部分重金屬含量為主的現(xiàn)狀。

5 展望

本文研究的重金屬鎘污染修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系是修復(fù)效果評(píng)估體系的核心，評(píng)估體系的另一個(gè)重點(diǎn)是評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。本研究初步從3個(gè)方面確定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：一是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，如《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2017）[33]中糙米含鎘量限量值與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）[34]中土壤鎘指標(biāo)及污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值及管制值標(biāo)準(zhǔn)；二是文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析，如有效鎘消減量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)中消減量數(shù)據(jù)，制定該指標(biāo)消減區(qū)間；三是專家咨詢，如糙米含鎘消減量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)制定可咨詢相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥贫ê线m的消減區(qū)間作為標(biāo)準(zhǔn)。

本指標(biāo)體系需要在實(shí)踐過程中不斷完善，且體系并不是固定不變的，如不同修復(fù)材料可能會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生不同的次生環(huán)境問題等。修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系研究工作仍有大量需要做的工作：一是繼續(xù)研究修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系，在試驗(yàn)與測樣條件允許的情況下，盡量增加代表性的指標(biāo)評(píng)估；二是研究其他重金屬污染類型修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系，如對(duì)重金屬復(fù)合污染土壤，可能會(huì)增加相互協(xié)同或拮抗重金屬類型指標(biāo)。