一种基于元素间相对关系的污染风险地球化学基因（PRG01），用于评估重金属污染

《Applied Geochemistry》：A geochemical gene of pollution risk (PRG01) for assessing heavy metal pollution based on the relative relationship between elements

基于元素间相对关系构建的重金属污染风险地理基因法（PRG01）及风险相似度指标，在云南大雪山地区农业土壤中的应用研究表明，该方法能弥补传统污染指数法（如GB15618-2018）在缺失土壤用途和pH数据时的局限性，将风险分为六个等级（

　　在当今社会经济快速发展的背景下，土壤中的重金属污染问题日益受到关注。重金属因其高毒性、长期残留性和持久的生物可利用性，对生态环境和人类健康构成了严重威胁。传统的土壤重金属污染评估方法通常依赖于污染指数和国家标准，这些方法主要关注重金属元素的浓度，而忽视了元素之间的相对关系。这种单一的评估方式在一定程度上限制了对土壤污染风险的全面理解，尤其是在农业用地中，由于土地利用类型和pH值等信息的缺失，传统的评估手段可能无法准确反映污染的真实情况。

为了克服这一局限性，本文提出了一种基于元素相对关系的新技术——污染风险的地球化学基因（PRG01）及其风险相似性（R_Risk）。该技术不仅考虑了重金属元素的绝对浓度，还通过分析其与对比元素（如Ti、La、Zr、Th、U和Nb）之间的相对关系，提供了更为全面的污染风险评估。这种综合性的评估方法能够更准确地识别土壤样品是否处于污染状态，从而为环境保护和农业用地管理提供科学依据。

PRG01的构建过程包括五个步骤：元素选择、参考值确定、光谱线和代码设定、相似性计算以及元素序列排列。首先，选择与重金属污染相关的元素，包括As、Cd、Cr、Hg、Pb等，同时考虑对比元素，以建立元素之间的相对关系。其次，确定这些元素的参考值，通常基于背景值或区域内的自然分布情况。第三步是设定光谱线和代码，通过将元素浓度转化为特定的代码，便于后续的相似性计算。第四步是计算相似性，通过比较不同土壤样品中元素浓度的相对关系，得出风险相似性值（R_Risk）。最后，根据元素的相对关系和相似性值，确定元素的排列顺序，以构建完整的PRG01。

在实际应用中，PRG01被用于中国云南省大山包地区的一千二百一十一份土壤样品的污染风险评估。该地区的地质和环境条件具有代表性，为研究提供了良好的样本基础。通过分析这些样品的重金属浓度和对比元素的浓度，计算出R_Risk值，并将其分为六个等级，包括安全等级（R_Risk<20%）和风险等级1至5（R_Risk值范围从20%到100%）。结果显示，R_Risk值小于20%的样品属于非干预等级（背景或筛选等级），而R_Risk值大于或等于40%的样品则属于非背景等级（筛选或干预等级）。这一分类方法不仅能够更准确地识别污染风险，还能够弥补传统方法在缺乏土地利用类型和pH值数据时的不足。

与传统的污染指数（如单污染指数PI和综合污染指数PI_n）相比，PRG01的风险相似性评估方法在多个方面具有优势。首先，PI和PI_n主要基于单一元素的浓度，而PRG01则考虑了元素之间的相对关系，能够更全面地反映土壤污染的复杂性。其次，传统的评估方法在面对不同土地利用类型和pH值变化时，可能需要额外的数据支持，而PRG01则能够在缺乏这些信息的情况下，依然提供可靠的评估结果。此外，PRG01的评估结果可以直观地分为六个等级，便于环境管理者快速识别和应对污染风险。

在大山包地区的应用案例中，PRG01的风险相似性评估方法与国家标准GB15618-2018进行了对比分析。GB15618-2018是中国现行的农业用地土壤重金属污染风险评估标准，该标准将重金属污染风险分为三个等级：背景等级、筛选等级和干预等级。通过将PRG01的评估结果与GB15618-2018的评估结果进行比较，发现PRG01在识别污染风险方面更加精确和灵活。特别是在缺乏土地利用类型和pH值数据的情况下，PRG01的评估结果仍然能够提供有价值的参考信息。

此外，PRG01的风险相似性评估方法在实际应用中具有一定的可操作性和推广性。通过将元素浓度转化为代码，并计算其相似性，该方法能够适用于不同地区的土壤样品。这种方法不仅能够提高污染风险评估的准确性，还能够减少评估过程中的主观因素，提高结果的客观性和科学性。因此，PRG01作为一种新型的污染风险评估技术，具有广泛的应用前景。

在环境保护和农业用地管理中，PRG01的风险相似性评估方法能够为决策者提供更为全面和准确的信息。通过识别土壤样品的污染风险等级，可以有针对性地采取措施，如土壤修复、污染源控制等，从而有效降低重金属对环境和人类健康的危害。同时，该方法的灵活性和适应性也使其能够在不同的环境条件下进行应用，为全球范围内的土壤污染评估提供新的思路和工具。

总之，本文提出了一种基于元素相对关系的新型污染风险评估技术——PRG01及其风险相似性（R_Risk）。通过在大山包地区的应用案例，验证了该方法在识别土壤污染风险方面的有效性。与传统方法相比，PRG01不仅能够提供更全面的评估结果，还能够弥补在缺乏关键数据时的不足。因此，PRG01有望成为一种重要的工具，为土壤污染风险评估提供新的视角和方法。