CN107066823A - 基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体公开了基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，该方法包括以下步骤：步骤(1)构建污染土壤修复效果评价体系；步骤(2)评价指标测定；步骤(3)评价指标归一化处理；步骤(4)确定各评价指标权重；步骤(5)计算修复后的土壤的评价得分，结合评价标准，对比得到经不同修复手段处理后的重金属污染土壤的修复效果。本发明的评价方法中，评价指标共包含准则层因子3个、要素层因子9个及指标层因子14个，覆盖了化学、微生物及植物方面的内容，综合考虑农田功能及污染修复实际情况，适用于全面评价污染修复工作及大范围的修复工作评价，相比于现有的评价方法更加全面、准确和科学。

Description

基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价 方法
技术领域
本发明属于污染安全评价技术领域，特别是涉及一种基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复 效果综合评价方法。
背景技术
近年来，由于工农业的急速发展，以及产品生产、消费、遗弃过程的加快导致越来越大面积的土壤受 到重金属及有机污染物的污染。目前，我国10％以上耕地受到重金属污染，污染面积达上千万公顷，全国 每年因重金属污染导致的粮食减产及相关经济损失达200亿元。与此同时，由于土壤中重金属元素不能通 过物理、化学、生物途径分解，易于积累并通过生物富集、生物累积等途径危害人类的健康。因此，如何 有效地修复重金属污染土壤受到社会及科学界的广泛关注。
目前，重金属污染土壤修复方法主要分为物理化学修复及植物修复两类。传统的物理化学修复方法， 如化学淋洗、客土翻耕等，具有周期短、成效快的优点，但存在成本高及潜在二次污染的问题(崔德杰、 张玉龙,土壤重金属污染现状与修复技术研究进展.土壤通报,2004.35(3)：366-370)。而植物修复虽然需 要时间较长，但由于植物修复具有投入较低、环境友好等优点，受到广泛的关注。如近年来，仇荣亮等科 研工作者主导建立起多金属污染土壤化学淋洗修复工程、多金属污染土壤植物修复基地等，取得一系列的 研究成果。然而，有关重金属污染土壤修复效果评价，尤其是对土壤污染植物修复效果的评价，缺乏必要 的研究和探讨，进而影响了重金属污染土壤修复理论和技术的发展。重金属污染土壤修复效果如何，是否 达到预定的目标或标准，是否还会对土壤生态系统和人类的健康构成威胁，是否需要实施进一步的修复手 段，修复后的土壤能否重新使用，这些问题都需要对修复后的土壤进行修复效果及环境质量风险评价。
当前，一些发达国家已经建立起各类土壤修复标准用于评价土壤修复效果，然而在国内对于重金属污 染土壤修复效果的评价，仍采用传统的环境质量风险评价模型，如单因子指数法、复合指数法等。这些方 法大都通过比较土壤中重金属的总量与《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中的各级土壤标准值作为 评价的确定标准。然而，土壤是一个开放的系统，单纯依靠土壤中污染物全量无法综合表征其对周边植物、 动物及人体等的风险，不利于对修复效果进行全面可信的评价，从而不利于土地利用及土地规划决策。
近年来，在土壤重金属污染评价方面国内外的学者根据各自研究取得了很多成果(重金属污染土壤 的修复与修复效果评价研究进展.中国农学通报,2014.30(20):p.161-167.)，但是，应用于农田重金属污染 土壤修复效果综合评价的方法还很少。为了全面评价修复后农田的状态，有必要将土壤中重金属总量及有 效态含量、重金属对土壤微生物的影响及对农业再利用等因素紧密联系起来，再结合数学方法进行研究， 针对土壤修复效果和修复农田再利用提供综合评价体系，为土壤决策提供科学依据。
发明内容
为了综合考量土壤中重金属总量、有效态含量、重金属对土壤微生物的影响和对农业再利用等因素， 全面评价重金属污染土壤修复效果，为土壤利用及土壤规划决策提供依据，本发明人通过植物、土壤、微 生物三个方面，结合数学方法，针对土壤修复效果和修复农田再利用构建了一种重金属污染土壤修复效果 综合评价方法。
本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，该方法 包括以下步骤：
步骤(1)构建污染土壤修复效果评价体系：将评价体系划分为：准则层C、要素层B及指标层A三 层，准则层C包括理化性质C1、土壤微生物响应C2和农作物响应C3三个方面，
理化性质C1对应的要素层B包括污染修复程度B1、修复作物修复能力B2和土壤pHB3三个部分， 其中，污染修复程度B1采用指标层A中的相对去除率或有效态百分比A1&A2&A3作为评价指标，修复 作物修复能力B2采用指标层中的重金属富集系数或根系滞留率A4&A5&A6作为评价指标，土壤pH B3 采用指标层中的土壤pH A7作为评价指标；土壤微生物响应C2对应的要素层包括微生物群落多样性B4、 微生物活力B5及微生物量B6三个部分，其中，微生物群落多样性B4采用指标层中的Chao1指数和香农 指数A8作为评价指标，微生物活力B5采用指标层中的酶活性指数A9作为评价指标，微生物量B6采用 指标层中的微生物量A10作为评价指标；农作物响应C3对应的要素层包括农作物生长B7、农作物生理响 应B8和农作物种子萌发B9三个部分，其中，农作物生长B7采用指标层中的根指标A11和植物生物量 A12作为评价指标，农作物生理响应B8采用指标层中的叶绿素含量A13作为评价指标，农作物种子萌发 B9采用指标层中的发芽率A14作为评价指标；
步骤(2)评价指标测定：采集修复后的土壤、修复后土壤种植的农作物样品，确定理化性质相关指 标、土壤微生物响应相关指标和农作物响应相关指标的计算方法，并通过实验测定和计算获得指标层中各 相应指标的值，采用植物提取修复时，所述指标层A中各相应指标为：相对去除率A1&A2&A3、重金属 富集系数A4&A5&A6、土壤pH A7、Chao1指数和香农指数A8、酶活性指数A9、微生物量A10、根指标 A11、植物生物量A12、叶绿素含量A13和发芽率A14，采用植物固定修复时，所述指标层A中各相应指 标为：有效态百分比A1，A2，A3、根系滞留率A4&A5&A6、土壤pH A7、Chao1指数和香农指数A8、 酶活性指数A9、微生物量A10、根指标A11、植物生物量A12、叶绿素含量A13和发芽率A14；
步骤(3)评价指标归一化处理：通过归一化处理消除步骤(2)中所述各相应指标的量纲、量级差别， 将所述各相应指标转化为[0，1]区间内的值；
步骤(4)确定各评价指标权重：采用层次分析法结合主成分分析法进行权重分配，确定准则层C中 的理化性质C1、土壤微生物响应C2和农作物响应C3的权重，要素层B中的污染修复程度B1、修复作物 修复能力B2、土壤pH B3、微生物群落多样性B4、微生物活力B5、微生物量B6、农作物生长B7、农作 物生理响应B8和农作物种子萌发B9的权重，指标层A中相对去除率或有效态百分比A1&A2&A3、植物 提取效率或根系滞留率A4&A5&A6、土壤pH A7、Chao1指数和香农指数A8、酶活性指数A9、微生物量 A10、根指标A11、植物生物量A12、叶绿素含量A13、发芽率A14的权重；
步骤(5)计算修复后的土壤的指标得分得出评价结果：加权平均法计算修复后的土壤的指标理化性 质C1评价得分、土壤微生物响应C2评价得分、农作物响应C3评价得分和体系整体综合评价得分，结合 评价标准，对比得到经不同修复手段处理后的重金属污染土壤的修复效果。
更具体地，本发明提供的基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法中，所述 重金属为Cd、Cu或Pb，其中，所述步骤(1)中的所述相对去除率，具体计算公式为：
式(1)中：x”为相对去除率(％)，x0为苗期土壤中重金属浓度(mg/kg)，x为不同生长期土壤中重 金属浓度(mg/kg)，xstd为土壤重金属浓度标准值(mg/kg)；所述有效态百分比的计算公式为：
式(2)中：Aeffect为重金属有效态百分含量(％)，Ceffect为土壤重金属NH4NO3提取态浓度(mg/kg)， C为土壤重金属总量(mg/kg)，Aeffect’为相对固定有效态百分比(％)，Aeffect-CK为对照处理有效态百分含 量(％)；所述重金属富集系数，其计算公式为：
式(3)中，BCF为重金属生物富集系数，Cplant为植物体中重金属浓度(mg/kg)；C为土壤重金属总 量(mg/kg)；所述根系滞留率，其计算公式为：
式(5)中：RRR为根系滞留率，Croot为植物根部重金属浓度(mg/kg)，Cshoot为植物地上部重金属浓 度(mg/kg)；所述Chao1指数和香农指数A8的计算公式如下：
式(7)和式(8)中：Chaol为Chao1指数，Shannon为香农指数，SOTU为观测到的OTU数，F1为 只有一条序列的OTU数目，F2为只有两条序列的OTU数目；Fi为含有i条系列的OTU数目，N为所有序 列数目；所述酶活性指数A9，其计算公式为：
式(10)中：SEIi为第i个酶的酶活性指数，xi为第i个酶一个活性值，xmin为第i个酶活性值最小值， xmax为第i个酶活性值最大值；SEI为样品总酶活性指数，wi为第i个酶权重，各wi为等权。
更具体地，本发明的基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法中，所述步骤 (3)评价指标归一化处理，是将不属于[0,1]之间的指标进行归一化，转化为[0，1]区间内的值，具体如 下：所述重金属富集系数用式(4)的隶属函数进行归一化：
式(4)中：BCF’为归一化后的指标；所述有效态百分比采用改进离差法作隶属函数式(23)进行归 一化，具体函数如下：
式(23)中：x为各重金属有效态/总量百分比，即金属有效态百分比；xCK为不施加改良剂空白处理 各重金属有效态/总量百分比；所述土壤pH A7采用式(6)的隶属函数进行归一化：
式(6)中：pH’为归一化后的指标；所述Chao1指数和香农指数A8采用式(9)的隶属函数进行归一 化：
式(9)中，Chaol为Chao1指数，Shannon为香农指数，Chaolmax为样品中Chao1指数的最大值， Shannonmax为样品中Shannon指数的最大值，N为序列数(8224)；6为所有样品聚类分析距离0.12的值取 整后得出的值，Chao1＇为归一化后的Chao1指数指标，Shannon＇为归一化后的香农指数指标；所述微生 物量A10及植物生物量A12采用离差法，用式(11)进行归一化方法：
式(11)中：x’为归一化后的微生物量或植物生物量；xi为某一时期的微生物量或植物生物量(g)； xmin为不同时期的微生物量或植物生物量的最小值(g)；xmax为不同时期的微生物量或植物生物量的最大 值(g)；所述叶绿素含量A13采用式(12)进行归一化：
式(12)中：x＇为归一化后的叶绿素含量，x为样品叶绿素含量，xmax为不同时期的叶绿素含量最大 值；根指标A11利用式(13)的隶属函数进行归一化：
式(13)中：RIi为根系指标i的根系指数；xi为根系指标i的值，xmin为根系指标i最小值，xmax为根 系指标i最大值；RI为样品根系指数，wi为根系指标i权重。
更具体地，本发明提供的一种基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法中， 所述步骤(4)确定各评价指标权重，具体为：准则层C权重确定，判断矩阵如下：采用层次分析法对准 则层的理化性质C1、土壤微生物响应C2和农作物响应C3的权重进行确定，判断矩阵(矩阵1-1)如下：
计算矩阵1-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵1-2)：
WC1 96/151
WC2 27/151
WC3 28/151
矩阵的特征向量W即为准则层的权重：WC1＝96/151，WC2＝27/151，WC3＝28/151；
理化性质C1对应的要素层的污染修复程度B1、修复作物修复能力B2和土壤pH B3的权重确定判断 矩阵(矩阵2-1)如下：
计算矩阵2-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵2-2)
WB1 585/929
WB2 285/929
WB3 59/929
矩阵的特征向量W即为要素层的权重：WB1＝585/929，WB2＝285/929，WB3＝59/929；
微生物响应C2对应的要素层的微生物群落多样性B4、微生物活力B5及微生物量B6的权重确定判 断矩阵(矩阵3-1)如下：
计算矩阵3-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵3-2)
WB4 231/353
WB5 91/353
WB6 31/353
矩阵的特征向量W即为要素层的权重：WB4＝231/353，WB5＝91/353，WB6＝31/353；
农作物响应C3对应的要素层的农作物生长B7、农作物生理响应B8和农作物种子萌发B9的权重确 定判断矩阵(矩阵4-1)如下：
计算矩阵4-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵4-2)
WB7 135/223
WB8 65/223
WB9 23/223
矩阵的特征向量W即为要素层的权重：WB7＝135/233，WB8＝65/233，WB9＝23/233；
指标层A中土壤pH A7、Chao1指数&香农指数A8、酶活性指数A9、微生物量A10、叶绿素含量A13、 发芽率A14的权重均为1；污染修复程度B1对应的指标层A中指标权重确定参照潜在生态危害指数法的 生态危害系数进行权重确定，Cd、Pb、Cu的毒性系数分别为30、5、5，具体权重计算如下：WA1＝30/40＝3/4； WA2＝5/40＝1/8；WA3＝5/40＝1/8；
修复作物修复能力B2下属指标层权重确定方法同污染修复程度，即为：WA4Cd＝30/40＝3/4； WA4Cu＝5/40＝1/8；WA4Pb＝5/40＝1/8；作物生长B7下属指标层两项指标等权，即WA11＝WA12＝1/2。
采用层次分析法对准则层和要素层的权重进行确定，其中，每个判断矩阵中的数值填写方法是：针对判断 矩阵的准则，其中两个元素两两比较哪个重要，重要多少，对重要性程度按1-9赋值(重要性标度值见表 I)。
表I标度含义
赋值后的判断矩阵应满足以下条件：①aij>0；②aji＝1/aij(i，j＝1，2，…，n)；③aii＝1。
对于所采用的权重判断矩阵，可按照一般方法计算得到最大特征根然后，计算得到一致性指标，根据 各判断矩阵的阶数，得到平均随机一致性指标。按照此一般判断方法可以得知本发明的各权重判断矩阵的 一致性是可接受的。
更具体地，本发明提供的一种基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法中， 采用植物提取修复时，修复植物为大生物量富集植物时，所述重金属富集系数用相对修复系数替换，具体 计算公式如下：
式(17)中：RRI为相对修复系数，C为土壤重金属含量(mg/kg)；Cstd为土壤环境质量标准值；Ws为土壤质量(kg)；Cshoot为提取作物地上部重金属浓度(mg/kg)；Wshoot为提取作物地上部生物量(kg)； T1y为一年能种植的次数(T1y＝3)。
更具体地，本发明提供的一种基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法中， 所述相对修复系数采用隶属函数进行归一化：
式(26)中，RRI为相对修复系数。
更具体地，本发明提供的一种基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法中， 所述步骤(1)构建污染土壤修复效果评价体系：将评价体系划分为：准则层C、要素层B及指标层A三 层，准则层C包括理化性质C1、土壤微生物响应C2和农作物响应C3三个方面，
理化性质C1对应的要素层B包括污染修复程度B1其中，污染修复程度B1采用指标层A中的相对去 除率或有效态百分比A1&A2&A3作为评价指标；
土壤微生物响应C2对应的要素层包括微生物群落多样性B4和微生物活力B5两个部分，其中，微生 物群落多样性B4采用指标层中的Chao1指数和香农指数A8作为评价指标，微生物活力B5采用指标层中 的酶活性指数A9作为评价指标；
农作物响应C3对应的要素层包括农作物生长B7、农作物生理响应B8和农作物种子萌发B9三个部 分，其中，农作物生长B7采用指标层中的根指标A11和植物生物量A12作为评价指标，农作物生理响应 B8采用指标层中的叶绿素含量A13作为评价指标，农作物种子萌发B9采用指标层中的发芽率A14作为 评价指标。
本发明所述的“OUT数”是指运算的分类单位operational taxonomic unit缩写OTU，指在数量分类 学方面作为对象的分类单位之总称，有种、变种、个体等；一般情况下，如果序列之间，比如不同的 16S rRNA序列的相似性大于98％就可以把它定义为一个OTU，每个OTU对应于一个不同的16S rRNA序 列，也就是每个OTU对应于一个不同的细菌(微生物)种。通过OTU分析，就可以知道样品中的微生物 多样性和不同微生物的丰度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、在评价修复效果时，不仅考量了土壤中重金属总量、有效态含量这些来自污染物方面的指标，还 设计了重金属对土壤微生物的影响(微生物响应)和对农业再利用(农作物响应)相关的指标，共包含准 则层因子3个、要素层因子9个及指标层因子14个，覆盖了化学、微生物及植物方面的内容，综合考虑 农田功能及污染修复实际情况，适用于全面评价污染修复工作及大范围的修复工作评价，相比于现有的评 价方法更加全面、准确和科学；
2、利用归一化和权重确定等数学方法构建了一个农田重金属植物修复效果的评价体系，消除了评价 分级之间的巨大差异，实现对农田污染修复效果更加直观的综合评价，更加便于对不同修复策略进行量化 比较。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简 单地介绍。
图1为本发明评价体系的整体层次关系示意图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体 实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
需要注意的是，本发明中准则层、要素层和指标层中各项的编号，并不代表重要程度，也不具有限定 意义，只是为了使本评价体系的描述更加清楚。本发明中所涉及到的数学计算方法和统计学知识如无特殊 说明的，均为现有技术中常规的甲计算方法和统计方法。
本实施例通过Cd、Cu、Pb复合污染农田植物修复大田实践，分别采用两种植物修复体系，即植物提 取修复和植物固定修复体系，利用理化性质、微生物响应及农作物响应实验，构建包含理化性质、微生物 响应及农作物响应三方面综合评价指标的修复效果评价体系，并用此体系评价两种污染修复体系的效果， 为污染修复方法选择提供依据。
在本发明中，Chaol丰富度指数即Chaol指数；Shannon多样性指数即香农指数；重金属有效态百分含 量＝重金属有效态/总量百分比，即重金属有效态百分比。本发明所述的“OUT数”是指运算的分类单位 operational taxonomic unit缩写OTU，指在数量分类学方面作为对象的分类单位之总称，有种、变种、个 体等；一般情况下，如果序列之间，比如不同的16S rRNA序列的相似性大于98％就可以把它定义为一个 OTU，每个OTU对应于一个不同的16S rRNA序列，也就是每个OTU对应于一个不同的细菌(微生物) 种。通过OTU分析，就可以知道样品中的微生物多样性和不同微生物的丰度。
实施例：
(一)大田实验设置
本实施例以广东省清远市废弃电子废弃物拆解小作坊周边的一块农田作为重金属污染土壤试验田，面 积2亩，分别采用植物提取修复法，即种植籽粒苋(Amaranthushypochondriacus)和植物固定修复法，即 种植麻疯树(Jatropha curcas L.)各一亩。
籽粒苋采取直接播种种植，于籽粒苋快速生长期施加肥料处理。为了对比不同种植方式间的修复效果， 本实施例中共五个处理方式，分别为：处理1：分两次施加尿素处理；处理2：一次性施加尿素处理；处 理3：分两次施加硫酸钾处理；处理4：一次性施加硫酸钾处理；处理5：不施加肥料处理。其中尿素施加 总量按20kg/亩的量施加；钾肥(K2SO4)按1kg/亩施加。通过不同施肥条件的调节，以期优化植物提取效 果，选出最佳修复方式。在籽粒苋幼苗期(30d)、快速生长期(50d)及籽粒成熟期(90d)采集土壤样 品及籽粒苋样品作进一步分析。
麻疯树采取移苗种植，移苗前加入改良剂和底肥，为了对比不同种植方式间的修复效果，本实施例中 共有三个处理：(1)空白：改良剂空白处理；(2)石灰：添加0.5％(土壤质量比，下同)石灰处理；(3) 白云石：添加2％白云石处理，充分拌匀后平衡两周后种植约15cm高麻疯树树苗。在麻疯树幼苗期(15d)、 快速生长期(90d)及结果成熟期(150d)采集土壤样品及麻疯树样品作进一步分析。
(二)指标测定和计算方法
1、理化性质C1测定方法
(1)土壤重金属含量
土壤重金属含量采用王水-高氯酸电热板消解法，具体方法如下：准确称取0.2000±0.0005g风干过100 目筛的土样于100mL锥形瓶中，加入10mL王水(HNO3:HCl＝1:3)，2.5mL HClO4。放置于电热板上加热， 实时控制加热温度使消解液保持微沸；消解至土壤分解物呈白色或淡黄色，加热至白烟冒尽，溶液澄清； 然后将消煮后的样品过滤至25mL比色管，用5％HNO3定容，采用ICP-OES仪(PE公司DV5000)及原 子吸收分光光度计(石墨炉，日立公司Z-5000)测定，土壤中重金属含量采用下式进行换算：
该式中C为重金属含量，mg/kg；c为ICP-OES实测浓度，mg/L，V为溶液体积，mL；m为土壤称重 量，mg。测定过程中，每一份待测样品分别设置2个平行样，同时设置石英砂空白和ESS-3标准土样进行 质量控制。采取修复措施后，土壤中重金属的相对去除率，具体计算公式为：
式(1)中：x”为相对去除率(％)，x0为苗期土壤中重金属浓度(mg/kg)，x为不同生长期土壤中重 金属浓度(mg/kg)，xstd为土壤重金属浓度标准值(mg/kg)。
(2)植物重金属含量
植物重金属含量采用硝酸-高氯酸电热板消解法，具体方法如下：植物样品依次用自来水和蒸馏水洗净， 在105℃杀青30min，80℃下烘干，粉碎备用；准确称取0.2000±0.0005g样品置于100mL三角瓶中，分 别加入3mL HClO4和10mL浓HNO3，盖上漏斗，低温加热至黄色烟雾散去，冷却过夜；在电热板上进行 消解，温度为180℃，如样品还呈棕黄色，则继续补加适量硝酸，直至黄色褪去，样品澄清；将消煮后的 样品转移至25mL比色管，用5％HNO3定容，采用ICP-OES仪(PE公司DV5000)及原子吸收分光光度 计(石墨炉，日立公司Z-5000)测定，土壤中重金属含量采用公式3-1进行换算，测定过程中，每一份待 测样品分别设置2个平行样，同时设置溶剂空白和绿茶标准样品进行质量控制。重金属富集系数，其计算 公式为：
式(3)中，BCF为重金属生物富集系数，Cplant为植物体中重金属浓度(mg/kg)；C为土壤重金属总 量(mg/kg)。根系滞留率，其计算公式为：
式(5)中：RRR为根系滞留率，Croot为植物根部重金属浓度(mg/kg)，Cshoot为植物地上部重金属浓 度(mg/kg)。
(3)土壤重金属有效态(NH4NO3提取态)百分比
利用1.0mol/L NH4NO3提取土壤重金属的测量方法测定土壤重金属有效态百分比。具体操作如下：将 10.0mL 1.0mol/L的NH4NO3加到离心管中，并加入4.0000±0.001g风干过20目的待测土壤。将离心管盖 好以120r/min室温震荡2h，5000r/min离心10min，用滤纸干滤至小离心管中，采用ICP-OES仪(PE公 司DV5000)测定，土壤中重金属含量采用公式3-1进行换算，测定过程中，每一份待测样品分别设置2 个平行样，同时设置溶剂空白进行质量控制。
有效态百分比的计算公式为：
式(2)中：Aeffect为重金属有效态百分含量(％)，Ceffect为土壤重金属NH4NO3提取态浓度(mg/kg)， C为土壤重金属总量(mg/kg)，Aeffect’为相对固定有效态百分比(％)，Aeffect-CK为对照处理有效态百分含 量(％)。
(4)土壤pH A7
土壤pH值采用去离子水作为浸提介质进行测量，具体方法如下：取过筛(10目)土样5.00±0.01g放 入25mL离心管中，加去离子水12.5mL，震荡30分钟，放置30～60分钟使其澄清。将校准后的pH计的 电极洗净擦干放入上清液中，注意不触碰到下层土壤，进行读数并记录。
2、微生物响应C2指标测定方法
(1)土壤全DNA提取及土壤微生物量B6测定
土壤全DNA提取采用FastDNA Spin Kit for Soil(MP Biomedicals，美国)试剂盒提取方法，主要步骤为 细胞破碎-DNA溶出-吸附-纯化-洗脱。完成DNA提取后，利用超微量分光光度计测量DNA含量，采用土 壤全DNA含量土壤微生物量A10含量值。
(2)土壤微生物群落多样性B4测定
土壤微生物群落多样性测定采用16S rDNA法，采用引物341F:GTACTCCTACGGGAGGCAGCA； R806:GTGGACTACHVGGGTWTCTAAT扩增土壤细菌16S rDNA。PCR反应体系50μL：1μL DNA模板， 10μmol/L引物各2μL，4μL 2.5μmol/L dNTPs，5μL 10×Pyrobest Buffer，0.3μL Pyrobest DNA Polymerase(2.5 U/μl，TaKaRa Code:DR005A)，36.7μL ddH2O。
PCR反应程序如下：95℃5min；95℃30s；56℃30s；72℃40s，25个循环，72℃延伸10min，4℃ 结束。将PCR产物用Qubit荧光定量系统进行检测定量，之后按照每个样本的测序量要求，进行相应比 例的混合。最后通过Illumina平台(Miseq)进行Paired-end测序，下机数据经过去除低质量reads(Q20， 90％标准过滤)，并trim掉reads2尾部100bp的低质量序列；通过COPE软件(Connecting Overlapped Pair-End，V1.2.3.3)，利用重叠关系将双末端测序得到的成对reads组装成一条序列。
得到数据后，在数据库Datebase project(RDP)计算chao1丰富度指数(chao1index)及香农多样性 指数(shannon index)。简要步骤为去除小于450bp的小序列-align(序列调整、数据库比对)-cluster(计 算序列距离、聚类)-计算多样性指数。本发明多样性指数采用序列聚类距离为0.03进行计算。
Chao1指数和香农指数A8的计算公式如下：
式(7)和式(8)中：Chaol为Chao1指数，Shannon为香农指数，SOTU为观测到的OTU数，F1为 只有一条序列的OTU数目，F2为只有两条序列的OTU数目；Fi为含有i条系列的OTU数目，N为所有序 列数目。
(3)土壤脲酶活性测定
脲酶活性测定采用苯酚-次氯酸钠比色法，简要步骤如下：取2.5g风干土置于25mL塑料离心管中， 加1mL甲苯。15min后加5mL 10％尿素溶液和10mL pH值为6.7柠檬酸盐缓冲液。充分摇匀后在37℃恒 温培养箱中培养24h。过滤后取1mL滤液注入25mL比色管中，再加2mL苯酚钠溶液和15mL次氯酸钠溶 液，随加随摇匀。20min后显色，定容。1h内在分光光度计上于波长578nm处比色。同时以不同浓度的硫 酸铵标准溶液绘制标准曲线。每个土样做一个无基质对照，整个试验做一个无土壤对照。
以24h后1g土壤中NH3-N的质量(mg)表示脲酶活性(Ure)，具体公式如下：
式中：Ure为脲酶活性(mg/g)；a为由标准曲线求得的NH3-N浓度(mg/mL)；V为显色液体积(25mL)； n为分取倍数(n＝15)；m为土干重(g)。
(4)土壤转化酶活性测定
转化酶活性测定采用3-氨基-5-硝基水杨酸法，简要步骤如下：称取2.5g土壤，置于25mL塑料离心管 中，注入15mL 8％蔗糖溶液，5mL pH 5.5磷酸缓冲液和1mL甲苯。充分摇匀后，恒温箱37℃下培养24h， 取出后迅速过滤。吸取滤液1mL注入25mL比色管中，加1.5mLDNS试剂，并在沸腾的水浴锅中加热5min， 随即将容量瓶移至自来水流下冷却3min。最后用蒸馏水稀释至25mL，并在分光光度计上于508nm处进行 比色。同时以不同浓度的标准葡萄糖溶液按照样品反应方法绘制标准曲线。每个土样做一个无基质对照， 整个试验做一个无土壤对照。
以24h后1g土壤中葡萄糖的质量(mg)表示转化酶活性(Suc)，具体公式如下：
式中：Suc为转化酶活性(mg/g)；a为由标准曲线求得的葡萄糖浓度(mg/mL)；V为显色液体积(25mL)； n为分取倍数(n＝15)；m为土干重(g)。
酶活性指数A9，其计算公式为：
式(10)中：SEIi为第i个酶的酶活性指数，xi为第i个酶一个活性值，xmin为第i个酶活性值最小值，xmax为第i个酶活性值最大值；SEI为样品总酶活性指数，wi为第i个酶权重，各wi为等权。
3、农作物响应C3指标测定方法
(1)农作物种子萌发B9实验
实验农作物为水东芥菜(Brassica juncea)，购于广东省农科院蔬菜研究所。每个处理取土150～200g 置于塑料小盆，加水平衡一周后，每盆均匀放置10颗经0.5％H2O2消毒后用纯水浸泡过夜的种子，每天浇 水保持表面湿润，5天后统计发芽率并挖去种子以进行下一步实验。
(2)农作物盆栽实验
实验农作物同上，将挖去种子后的土再次拌匀，将提前育苗至长出一片真叶的芥菜苗移入盆中，每盆 放置4棵苗。每日浇水以保持70％土壤含水率，两周后收获植物，进行叶绿素、根系指标测定。
(3)叶绿素含量A13测定
叶绿素提取采用浸提法，具体步骤如下：将0.20g新鲜叶片剪碎放入用锡纸包住的50mL比色管中， 然后加入25mL 80％丙酮避光浸提24h。以80％丙酮为空白，在波长663、646和470nm下测定提取液 吸光度。按下面公式分别计算叶绿素a、b和类胡萝卜素的浓度(mg/L)，然后相加即得叶绿素总浓度。
式中：Ca、Cb分别为叶绿素a和b的浓度；Cx·c为类胡萝卜素的总浓度；D663、D646和D470分别为叶 绿体色素提取液在波长663nm、646nm和470nm下的吸光度。
求得色素的浓度后再按下式计算组织中各色素的含量(用mg/g鲜重表示)：
叶绿体色素含量＝色素浓度×提取液体积×稀释倍数/样品鲜重
(4)作物根指标A11测定
根系形态特性使用加拿大Regent Instruments公司生产的WInRHIZO根系分析系统进行测定。将根系 样品放置在15×20cm树脂玻璃槽内，并注水至浸没过根系，使根系充分散开，利用EPSON扫描仪扫描根 系，经专用数字化软件分析后获得根长、根表面积、根体积、平均根直径等形态指标。
植物生物量A12直接通过称量获得。
(三)植物提取修复测算指标及其评价方法
1、植物提取修复理化性质C1指标及其评价
(1)污染修复程度B1
经实验取样测定和计算得籽粒苋种植不同阶段土壤重金属相对去除率如表1。
表1籽粒苋种植不同阶段土壤重金属相对去除率
注：以苗期为基准；处理1，分两次施加尿素处理；处理2，一次性施加尿素处理；处理3，分两次施加硫 酸钾处理；处理4，一次性施加硫酸钾处理
经实验取样测定和计算得籽粒苋种植不同阶段土壤重金属有效态百分比见下表2。
表2籽粒苋种植不同阶段土壤重金属有效态百分比
(2)农作物修复能力B2
经取样测定结果计算籽粒苋对不同处理之间Cu、Cd、Pb提取能力，用重金属富集系数BCF作为对比 指标发现，施加硫酸钾处理降低了Cd的富集系数，而其他处理对其富集系数影响不大。而籽粒苋Cu、Pb 的富集系数小于1，且不受施肥处理影响，说明籽粒苋不具备Cu、Pb提取能力。
(3)土壤pH
经取样测定土壤pH A7作为指标，籽粒苋快速生长期相对苗期土壤pH值显著上升，上升幅度在2％ 左右，而添加肥料处理后，成熟期相对应快速生长期pH显著降低，降低幅度较大的为尿素处理组，分别 达到12.41％及8.26％，其余处理降低幅度均在8％以下，这是因为施加肥料影响土壤硝化反硝化作用从而 影响了土壤pH值，氮肥施加影响最为显著。
(4)植物提取修复理化性质C1指标评价
污染修复程度B1要素采用重金属相对去除率作为指标，由于相对去除率位于[0,1]之间，故不需要归 一化。
修复作物修复能力采用重金属富集系数(BCF)作为指标，利用隶属函数进行归一化，具体函数如下：
土壤pH参考《中华人民共和国农业行业标准：南方地区耕地土壤肥力诊断与评价》(NY/T 1749—2009)，归一化隶属函数如下：
经过以上步骤归一化，得出各归一化后指标，然后确定各指标权重，方法如下：
理化性质C1对应的要素层的B1、B2、B3权重确定判断矩阵(矩阵2-1)如下：
计算矩阵2-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵2-2)
WB1 585/929
WB2 285/929
WB3 59/929
矩阵的特征向量W即为要素层的B1、B2、B3的权重：WB1＝585/929，WB2＝285/929，WB3＝59/929。
权重加权平均后得出理化性质C1要素层评分如表3。
表3植物提取修复效果理化性质评价得分表
评价指标得分情况可知：综合理化性质评价得分最高的为一次性施加硫酸钾处理，说明该处理对重金 属去除效果比较显著。
2、植物提取修复微生物响应C2指标及其评价
(1)微生物群落多样性B4
微生物多样性指标以chao1丰富度指数(chao1index)及香农多样性指数(shannonindex)作为表征。 按照规定实验方法取样测定、计算，得到chao1指数(chao1丰富度指数)及香农指数(香农多样性指数) A8。籽粒苋种植不同时期，除两个尿素处理先上升后下降外，香农指数呈现整体下降的趋势，并达到显著 性差异。施肥前后，施加尿素的两个处理香农多样性指数下降而施加一次硫酸钾处理香农多样性指数上升， 说明施尿素处理对土壤微生物多样性造成的负面影响比施加硫酸钾大。快速生长期及成熟期，分两次施加 硫酸钾处理组香农多样性指数均显著高于其他处理组，说明此处理对微生物多样性影响为所有处理最少。
(2)微生物活力B5
经取样测定计算酶活性指数A9作为指标：籽粒苋种植不同时期脲酶活性比较平稳，其中分两次施加 硫酸钾处理成熟期脲酶活性显著高于前两个时期。各处理土壤转化酶活性快速生长期较苗期都有显著增 加，其中一次性施加硫酸钾处理值最大。土壤修复过程酶活性呈现稳定上升状态，说明修复过程改善了微 生物环境，提高了其活力。
(3)微生物量B6
经取样测定微生物量A10：种植前两个时期个处理微生物量差异不显著，添加施肥处理后，微生物量 最大的为一次性施加尿素处理，最少的为分两次施加尿素处理组，说明施肥方式也会导致微生物量变化。
(4)植物提取修复微生物响应C2指标评价
微生物chao1丰富度指数及香农多样性指数归一化方法采用改进离差法，具体公式如下：
式(9)中，Chaol为Chao1指数，Shannon为香农指数，Chaolmax为样品中Chao1指数的最大值， Shannonmax为样品中Shannon指数的最大值，N为序列数(8224)；6为所有样品聚类分析距离0.12的值取 整后得出的值，Chao1＇为归一化后的Chao1指数指标，Shannon＇为归一化后的香农指数指标；两个多样 性归一化指标等权平均作为微生物群落多样性得分。
微生物量A10采用式(11)进行归一化方法：
式(11)中：x’为归一化后的微生物量；xi为某一时期的微生物量(g)；xmin为不同时期的微生物量的最 小值(g)；xmax为不同时期的微生物量的最大值(g)。
微生物活性位于[0,1]之间，故不需要归一化。
经过以上步骤归一化，得出各归一化后指标，然后，确定各指标权重，方法如下：
微生物响应C2对应的要素层的B4、B5、B6权重确定判断矩阵(矩阵3-1)如下：
计算矩阵3-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵3-2)
WB4 231/353
WB5 91/353
WB6 31/353
矩阵的特征向量W即为要素层的B4、B5、B6的权重：WB4＝231/353，WB5＝91/353，WB6＝31/353；
权重加权平均后得出微生物响应C2对应的要素层评分如表4。
表4植物提取修复效果微生物响应评价得分表
评价指标得分情况：综合微生物响应得分，不同施肥处理对籽粒苋提取修复过程微生物响应具有一定 影响，其中，施加尿素处理具有不利影响，且分两次施加影响更严重；施加硫酸钾对土壤微生物具有一定 促进作用，但施加方式差异不大。
3、植物提取修复农作物响应C3指标及其评价
(1)农作物生长B7
农作物生长B7采用指标层中的根指标A11和植物生物量A12作为评价指标。籽粒苋种植不同时期的 土壤上种植芥菜两周，经取样测定，籽粒苋种植快速生长期及成熟期两个施加尿素处理及施肥空白处理土 壤上种植的芥菜生物量显著低于苗期，说明这三种处理修复土壤后，对芥菜的生长产生了不利因素。同一 时期不同处理对比发现，除苗期土壤外，其余时期处理之间没有显著差异，施肥处理并不能影响土壤农作 物产量。
(2)农作物生理响应B8
农作物生理响应B8采用指标层中的叶绿素含量A13作为评价指标。籽粒苋种植不同时期的土壤上种 植芥菜两周，经实验测定，芥菜叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素在籽粒苋不同种植阶段间变化较平稳， 除分两次施加硫酸钾处理组叶绿素a在籽粒苋成熟期数据较前两个时期有显著升高外，其余处理差异没能 达到显著水平。叶绿素总量的变化只有分两次施加硫酸钾处理显著上升，其余处理随时间变化不显著。在 快速生长期及成熟期，分两次施加尿素处理组叶绿素相对其他处理最低，说明这个处理的土壤对农作物光 合作用产生的抑制最强。
(3)农作物种子萌发B9
农作物种子萌发B9采用指标层中的发芽率A14作为评价指标。籽粒苋种植不同时期的土壤芥菜种子 发芽率，经试验测定，不同种植时期土壤上芥菜种子发芽率整体呈现随着种植期往后发芽率下降的趋势。
(4)植物提取修复农作物响应C3指标评价
植物生物量A12指标归一化方法采用离差法进行归一化，具体公式如下：
式(11)中：x’为归一化后的植物生物量；xi为某一时期的植物生物量(g)；xmin为不同时期的植物生 物量的最小值(g)；xmax为不同时期的植物生物量的最大值(g)。
叶绿素含量A13采用式(12)进行归一化：
式(12)中：x＇为归一化后的叶绿素含量，x为样品叶绿素含量，xmax为不同时期的叶绿素含量最大值。 根指标A11利用式(13)的隶属函数进行归一化：
式(13)中：RIi为根系指标i的根系指数；xi为根系指标i的值，xmin为根系指标i最小值，xmax为根 系指标i最大值；RI为样品根系指数，wi为根系指标i权重。
农作物发芽率A14位于[0,1]之间，且能反应土壤状况对植物发芽的效果，故此指标不需归一化。
农作物响应C3对应的要素层的B7、B8、B9权重确定判断矩阵(矩阵4-1)如下：
计算矩阵4-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵4-2)
WB7 135/223
WB8 65/223
WB9 23/223
矩阵的特征向量W即为要素层的权重：WB7＝135/233，WB8＝65/233，WB9＝23/233；
权重加权平均后得出农作物响应C3对应的要素层评分如表5
表5植物提取修复效果农作物响应评价得分表
评价指标得分情况：综合农作物响应得分，快速生长期由于籽粒苋活化重金属、大量消耗土壤肥力的 缘故，评分整体较苗期低；成熟期只有分两次施加硫酸钾处理评分升高，其余皆降低，说明分两次施加硫 酸钾处理能降低籽粒苋活化重金属、消耗土壤肥力带来的负面影响，有利于修复后的农作物生长。
4、植物提取修复效果综合评价方法
综合理化性质、微生物响应及农作物响应三方面，对植物提取修复效果进行评价。
指标层A中土壤pH A7、Chao1指数&香农指数A8、酶活性指数A9、微生物量A10、叶绿素含量A13、 发芽率A14的权重均为1；
污染修复程度B1对应的指标层A中指标权重确定，Cd、Pb、Cu的毒性系数分别为30、5、5，具体 权重计算如下：WA1＝30/40＝3/4；WA2＝5/40＝1/8；WA3＝5/40＝1/8。
修复作物修复能力B2下属指标层权重确定方法同污染修复程度，即为：WA4Cd＝30/40＝3/4； WA4Cu＝5/40＝1/8；WA4Pb＝5/40＝1/8。
作物生长B7下属指标层两项指标等权，即WA11＝WA12＝1/2。
准则层C的权重确定，判断矩阵如下：采用层次分析法对准则层权重进行确定，判断矩阵(矩阵1-1) 如下：
计算矩阵1-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵1-2)
WC1 96/151
WC2 27/151
WC3 28/151
矩阵的特征向量W即为准则层的权重：WC1＝96/151，WC2＝27/151，WC3＝28/151。
植物提取修复效果综合评价得分情况，如表6。
表6植物提取修复效果综合评价得分表
按本体系评分可以发现，苗期得分基本差距不大，都在0.3左右，此时处于修复开始的阶段；修复进 行未施肥前，一次性施加硫酸钾处理及处理空白得分最高，主要是由于这两个处理土壤本身性质相近；施 加肥料处理后，在籽粒苋成熟期，一次性施加硫酸钾处理得分最高，其次为分两次施加硫酸钾处理，第三 为施肥空白处理，但整体差别不大，但处理1由于本底值重金属含量较高故其微生物、作物响应得分较低， 说明对于本地区籽粒苋种植能有较好的去除效果，且不同施肥处理去除率差别不大。
(四)植物固定修复测算指标及其评价方法
1、植物固定修复理化性质C1指标及其评价
(1)污染修复程度B1
经实验取样测定和计算得麻疯树种植不同阶段土壤重金属有效态百分比如表7。
表7麻疯树种植不同阶段土壤重金属有效态百分比
注：添加剂量按4：1
(2)农作物修复能力B2
经取样测定结果计算麻疯树对不同处理之间Cu、Cd、Pb提取能力，用重金属富集系数BCF作为对比 指标，经试验取样测定和计算得麻疯树各种植时期重金属根系滞留率。不同种植时期麻疯树对于Cd的根 系滞留率为三种重金属中最大，皆大于70％，说明大部分Cd被麻疯树阻隔在根部，不能向上运输，麻疯 树通过阻隔作用应对土壤Cd胁迫。麻疯树对Cu根系滞留率最小，最低只有30％，这可能是因为Cu也是 植物所需微量元素，同时也由于Cu土壤有效态含量较高，故阻隔效应不明显。麻疯树对Pb根系滞留率处 在Cd、Cu之间，在54％～79％之间，说明麻疯树具备较强的Pb阻隔能力，降低Pb胁迫。
(3)土壤pH
以土壤PH A7作为指标，经取样测定麻疯树种植不同时期土壤pH值。施加不同改良剂对土壤pH影 响显著，同一种植时期中施加石灰、白云石pH显著比其他处理高，且石灰对pH提高更为显著。在采样 周期内，添加改良剂两个处理pH没有显著下降，说明在本实验周期内，添加石灰和白云石处理的固定效 果比较稳定。
(4)植物固定修复理化性质C1指标评价
污染修复程度B1要素采用重金属有效态百分比作为指标，以空白处理为基准，改进离差法作隶属函 数进行归一化，具体函数如下：
式(23)中：x为各重金属有效态/总量百分比，即金属有效态百分比；xCK为不施加改良剂空白处理 各重金属有效态/总量百分比。
修复作物修复能力B2植物修复能力要素采用重金属根系滞留率(RRR)作为指标，由于根系滞留率 位于[0,1]，故不需归一化。
土壤pH参考《中华人民共和国农业行业标准：南方地区耕地土壤肥力诊断与评价》(NY/T 1749—2009)，归一化隶属函数如下：
经过以上步骤归一化，得出各归一化后指标，然后，确定各指标权重，方法如下：
理化性质C1对应的要素层的B1、B2、B3权重确定判断矩阵(矩阵2-1)如下：
计算矩阵2-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵2-2)
WB1 585/929
WB2 285/929
WB3 59/929
矩阵的特征向量W即为要素层的B1、B2、B3的权重：WB1＝585/929，WB2＝285/929，WB3＝59/929。
权重加权平均后得出理化性质C1要素层评分如表8。
表8植物固定修复效果理化性质评价得分表
评价指标得分情况可知：综合理化性质得分，麻疯树与石灰、白云石结合作为植物固定修复都能有效 修复该地重金属污染，且效果差别不大。
2、植物固定修复微生物响应C2指标及其评价
(1)微生物群落多样性B4
微生物多样性指标以chao1丰富度指数(chao1index)及香农多样性指数(shannonindex)作为表征。 按照规定实验方法取样测定、计算，得到chao1指数(chao1丰富度指数)及香农指数(香农多样性指数) A8。麻疯树种植不同时期微生物chao1丰富度指数及香农多样性指数均较为平稳，各处理间差异不显著， 但苗期及成熟期不施加改良剂空白处理两个系数均高于添加石灰及白云石处理，说明两种改良剂对土壤微 生物的多样性造成的一定影响，但没有质的改变。说明本实践植物稳定对土壤微生物多样性影响不大，不 会对土壤微生物演变造成太多影响。
(2)微生物活力B5
微生物活性指标测量了土壤脲酶及转化酶活性作为表征，经取样测定计算酶活性指数A9作为指标： 麻疯树不同种植时期，脲酶总体呈现随时间上升的趋势，而转化酶则呈现稍微下降的趋势，不过，后两个 时期两种酶活性保持较为稳定，说明麻疯树的种植对酶的作用影响主要集中在刚种下去的时期，后期当麻 疯树长大后，根系与土壤交互作用进入平衡状态，因此对土壤酶活性影响不大。不同处理相比，添加石灰 处理的两种酶活性较其他两个处理低，说明石灰的添加对土壤微生物扰动较大，一定程度抑制了微生物活 性，可能会对土壤功能产生不良影响。
(3)微生物量B6
经取样测定微生物量A10：麻疯树不同种植时期微生物量(DNA含量)，不同种植时期的空白处理微 生物量对比没有显著性差异，说明麻疯树的种植并不会导致土壤微生物量的变化。快速生长期相比苗期， 添加石灰及白云石处理土壤微生物量显著下降，其中，添加石灰和白云石处理减少了29.31％及33.09％。 而成熟期相对苗期，生物量轻微上升，且与空白处理差异变小。说明固定修复初期改良剂对土壤微生物造 成胁迫，导致部分微生物死亡，微生物量减少，而修复后期，改良剂影响减弱，微生物生境得到改善，恢 复了一部分微生物量接近原本水平(未施加改良剂)。
(4)植物提取修复微生物响应C2指标评价
微生物chao1丰富度指数及香农多样性指数归一化方法采用改进离差法，具体公式如下：
式(9)中，Chaol为Chao1指数，Shannon为香农指数，Chaolmax为样品中Chao1指数的最大值， Shannonmax为样品中Shannon指数的最大值，N为序列数(8224)；6为所有样品聚类分析距离0.12的值取 整后得出的值，Chao1＇为归一化后的Chao1指数指标，Shannon＇为归一化后的香农指数指标；两个多样 性归一化指标等权平均作为微生物群落多样性得分。
微生物量A10采用式(11)进行归一化方法：
式(11)中：x’为归一化后的微生物量；xi为某一时期的微生物量(g)；xmin为不同时期的微生物量的最小 值(g)；xmax为不同时期的微生物量的最大值(g)；
微生物活性位于[0,1]之间，故不需要归一化。
经过以上步骤归一化，得出各归一化后指标，然后，确定各指标权重，方法如下：
微生物响应C2对应的要素层的B4、B5、B6的权重确定判断矩阵(矩阵3-1)如下：
计算矩阵3-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵3-2)
WB4 231/353
WB5 91/353
WB6 31/353
矩阵的特征向量W即为要素层的B4、B5、B6的权重：WB4＝231/353，WB5＝91/353，WB6＝31/353；
权重加权平均后得出微生物响应C2对应的要素层评分如表9。
表9植物固定修复效果微生物响应评价得分表
评价指标得分情况可知：综合微生物响应得分，施加石灰、白云石均会对土壤微生物产生不利影响， 这种影响在麻疯树快速生长期尤为明显。施加石灰比施加白云石对土壤微生物的不利影响更为严重。
3、植物提取修复农作物响应C3指标及其评价
(1)农作物生长B7
农作物生长(B7)采用指标层中的根指标A11和植物生物量A12作为评价指标。麻疯树种植不同时 期的土壤上种植芥菜两周，不添加改良剂处理在麻疯树快速生长期及成熟期土壤种植的芥菜生物量都显著 低于苗期，而且，在快速生长期和成熟期的土壤添加改良剂处理土壤种植的芥菜生物量高于空白处理且石 灰处理生物量最高，在快速生长期差异显著。说明土壤添加改良剂固定修复后有利于农作物生长，这与添 加改良剂降低土壤重金属活性保持农作物生产的研究结果是一致的。
(2)农作物生理响应B8
农作物生理响应B8采用指标层中的叶绿素含量A13作为评价指标。麻疯树种植不同时期的土壤上种 植芥菜两周，经试验测定，麻疯树苗期空白处理土壤种植芥菜叶绿素含量显著高于石灰及白云石处理，说 明改良剂施加初期破坏土壤理化性质从而不利于作物生长。快速生长期及成熟期土壤各处理种植芥菜叶绿 素含量接近，说明改良剂对农作物产生的抑制作用消除，但对重金属的固定作用并不能改善农作物光合作 用。(3)农作物种子萌发B9
农作物种子萌发B9采用指标层中的发芽率A14作为评价指标。经试验测定，麻疯树种植不同时期的 土壤芥菜种子发芽率，麻疯树不同处理之间差异主要为不添加改良剂空白较添加改良剂的低，添加白云石 和石灰对种子发芽率的影响没有显著差异。
(4)植物提取修复农作物响应C3指标评价
植物生物量A12指标归一化方法采用离差法进行归一化，具体公式如下：
式(11)中：x’为归一化后的植物生物量；xi为某一时期的植物生物量(g)；xmin为不同时期的植物生 物量的最小值(g)；xmax为不同时期的植物生物量的最大值(g)。
叶绿素含量A13采用式(12)进行归一化：
式(12)中：x＇为归一化后的叶绿素含量，x为样品叶绿素含量，xmax为不同时期的叶绿素含量最大值。 根指标A11利用式(13)的隶属函数进行归一化：：
式(13)中：RIi为根系指标i的根系指数；xi为根系指标i的值，xmin为根系指标i最小值，xmax为根 系指标i最大值；RI为样品根系指数，wi为根系指标i权重。
农作物发芽率A14位于[0,1]之间，且能反应土壤状况对植物发芽的效果，故此指标不需归一化。
农作物响应C3对应的要素层的B7、B8、B9的权重确定判断矩阵(矩阵4-1)如下：
计算矩阵4-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵4-2)
WB7 135/223
WB8 65/223
WB9 23/223
矩阵的特征向量W即为要素层的B7、B8、B9的权重：WB7＝135/233，WB8＝65/233，WB9＝23/233；
权重加权平均后得出农作物响应C3对应的要素层评分如表10。
表10植物固定修复效果农作物响应评价得分表
评价指标得分情况：综合农作物响应评分发现，在改良剂施加初期(麻疯树苗期)，由于改良剂对土 壤理化性质破坏，导致此时作物响应得分最高的为空白处理；但当改良剂负面效应消除后(麻疯树快速生 长期及成熟期)，两种改良剂处理种植农作物的生理响应得分均高于空白处理，且石灰与白云石对农作物 生长作用差别不大，说明施加改良剂对土壤重金属固定能改善土壤生产性能，促进作物生长。
4、植物固定修复效果综合评价方法
综合理化性质、微生物响应及农作物响应三方面，对植物固定修复效果进行评价。
指标层A中土壤pH A7、Chao1指数&香农指数A8、酶活性指数A9、微生物量A10、叶绿素含量A13、 发芽率A14的权重均为1；
污染修复程度B1对应的指标层A中指标权重确定，Cd、Pb、Cu的毒性系数分别为30、5、5，具体 权重计算如下：WA1＝30/40＝3/4；WA2＝5/40＝1/8；WA3＝5/40＝1/8。
修复作物修复能力B2下属指标层权重确定方法同污染修复程度，即为：WA4Cd＝30/40＝3/4； WA4Cu＝5/40＝1/8；WA4Pb＝5/40＝1/8。
作物生长B7下属指标层两项指标等权，即WA11＝WA12＝1/2。
准则层C权重确定，判断矩阵如下：采用层次分析法对准则层权重进行确定，判断矩阵(矩阵1-1) 如下：
计算矩阵1-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵1-2)
WC1 96/151
WC2 27/151
WC3 28/151
矩阵的特征向量W即为准则层的权重：WC1＝96/151，WC2＝27/151，WC3＝28/151。
植物固定修复效果综合评价得分情况，如表11。
表11植物固定修复效果综合评价得分表
评价指标得分情况：综合各项指标发现，添加两种改良剂处理均比空白处理得分高，且白云石和石灰 处理差别不大，都可作为固定修复的选择。不过白云石具有肥力效应，且对土壤微生物扰动较石灰少，故 应该更偏重白云石作为改良剂进行固定修复。
(五)植物提取修复指标修正
对于植物提取修复选取籽粒苋作为修复植物并非传统超富集植物，而属于大生物量富集植物，故应该 采用相对修复系数作为评价指标更为全面。
相对修复系数(Relative repair index，RRI)，具体计算公式如下：
式(17)中：C为土壤重金属含量(mg/kg)；Cstd为土壤环境质量标准值；Ws为土壤质量(kg)；Cshoot 为提取作物地上部重金属浓度(mg/kg)；Wshoot为提取作物地上部生物量(kg)；T1y为一年能种植的次数 (T1y＝3)。
相对修复系数更改后隶属函数如下：
根据以上改动，调整后植物提取与植物固定各准则层及目标层得分如表12。
表12调整后植物提取与植物固定评价得分对比
调整后的评分体系，植物提取体系中修复程度采用了相对去除率，植物修复能力也更适合本次使用的 大生物量非超富集植物，更能体现植物提取修复效果理化性质评价差异。最终与植物固定相比，植物提取 修复整体得分较植物固定接近，且与固定修复中未添加改良剂处理相比，植物提取修复各处理均优于植物 固定未添加改良剂处理，说明此评价体系能体现修复不同处理的优劣。
综合而言，在此次修复实践中，植物固定(添加石灰、白云石处理的)修复效果评分较植物提取高， 主要由于植物固定施加改良剂对重金属有效态降低效果十分显著，而植物提取去除Cd效果较好而去除Cu、 Pb效果不佳所致。但值得注意的是，农作物响应较植物固定修复后(成熟期)高，且植物固定两个处理评 分有一定下降而植物提取各处理评分整体上升，说明对于本地区长远看还是以去除重金属为主要修复手 段，植物固定化技术作为稳定重金属，保持生产的辅助手段同时进行，将有效提高本地区重金属污染治理 效果。
(六)评价体系简化
本评价体系共有准则层因子3个、要素层因子9个及指标层因子14个，覆盖了化学、微生物及植物 方面的内容，评价全面，适用于全面评价污染修复工作及大范围的修复工作评价。本评价体系对于实验要 求较高，实验周期也较长，故对于较小的修复项目或短时间修复项目的评价可能不太适用。考虑到修复周 期、评价周期、项目资金及评价工作量，需要对本修复评价体系进行分类简化，以使其适用于不同评价深 度的需要。
简化针对要素层进行，简化评价体系主要通过三个原则：因子的重要性、差异性及简繁性。
参照环境影响评价相关知识，对修复评价工作分为三个等级，一级评价应用全部指标，评价范围最为 全面；二级评价舍去部分指标，对评价结果大部分予以保留，较为全面的评价修复工作；三级评价最为简 单，分别对三方面取一项关键指标作为代表进行评价，信息损失较多，但工作量也最少。
若系统需要简化，首先应简化pH指标，因其重要性及差异性较弱，不能提供评分体系足够信息。返 回原始数据也可以发现，两个修复体系的pH值大部分在5.5～7.5之间，属于土壤正常pH范围，故pH指 标可以简化去除。
其次，微生物量，由于重要性及简繁性缘故，可以作为简化的次要选择。而且，研究发现，微生物三 方面的指标对重金属灵敏性最弱的为微生物量指标，在本发明中微生物量指标相对多样性及活性指标差异 性较弱，故简化时可考虑简化微生物指标以减少工作量。
最后，可对修复植物修复能力进行简化。对于单一或者以确定的手段的修复工作，对其植物修复能力 进行探讨是没有意义的，但本发明中存在两个截然相反的修复体系，而且需要对同一体系里的不同处理进 行比较，故仍需要了解修复植物在不同处理之间的表现差异及两种修复植物的差异。由于其在本发明中差 异性最弱，故在往后进行类似实践评价时可忽略此项。
去除以上三项要素后，各要素权重需重新确定，具体为修复程度单一全权，原微生物量权重平均拆分
分别并入微生物活力及微生物多样性中，得到简化后修复评价评分如表13。
表13二级评价简化后植物提取与植物固定评价得分
从表12与表13的对比发现，基本结论差别不大，除麻疯树添加石灰处理及籽粒苋分两次施加硫酸钾 处理评分提高较多外，其余评分变动不大，说明此简化方式能在对结果影响较少的情况下减少工作量，但 可能有过度突出修复程度的作用，影响判断。
(七)评价结论
采用本发明的重金属污染土壤修复效果综合评价方法对大田实验设置的修复手段的修复效果进行综 合评价，可以得到以下结论。
(1)利用籽粒苋结合施肥作植物提取修复能有效降低土壤Cd、Cu、Pb含量，但会对微生物及农作物 的生长产生不利影响，而利用一次性施加硫酸钾能减弱这部分危害，故此处理在本发明中得分最高，可作 为该地植物提取实践方案使用。
(2)利用石灰、白云石结合麻疯树作植物固定修复能有效降低土壤重金属有效态，且对微生物、农 作物影响较弱，是一种合适的植物固定手段。但考虑到石灰在修复早期的不良影响，采用白云石作为改良 剂更佳。
(3)综合而言，在此次修复实践中，植物固定(添加石灰、白云石)修复效果评分较植物提取高， 主要由于植物固定施加改良剂对重金属有效态降低效果十分显著，而植物提取去除Cd效果较好而去除Cu、 Pb效果不佳所致。但农作物响应较植物固定修复后(成熟期)高，说明对于本地区长远看还是以去除重金 属为主要修复手段，植物固定化技术作为稳定重金属，保持生产的辅助手段同时进行，将有效提高本地区 重金属污染治理效果。
因此，本发明的重金属污染土壤修复效果综合评价方法综合考虑了农田功能及污染修复实际情况，适 用于全面评价污染修复工作及大范围的修复工作评价，相比于现有的评价方法更加全面、准确和科学；利 用归一化和权重确定等数学方法构建了一个农田重金属植物修复效果的评价体系，消除了评价分级之间的 巨大差异，实现对农田污染修复效果更加直观的综合评价，更加便于对不同修复策略进行量化比较，为选 取更加科学有效的修复手段，做出更合理的土壤决策提供依据。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只 局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以 做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤(1)构建污染土壤修复效果评价体系：将评价体系划分为：指标层(A)、要素层(B)及准则层(C)三层，所述准则层(C)包括理化性质(C1)、土壤微生物响应(C2)和农作物响应(C3)三个方面，
所述理化性质(C1)对应的要素层(B)包括污染修复程度(B1)、修复作物修复能力(B2)和土壤pH(B3)三个部分，其中，所述污染修复程度(B1)采用指标层(A)中的相对去除率或有效态百分比(A1&A2&A3)作为评价指标，所述修复作物修复能力(B2)采用指标层(A)中的重金属富集系数或根系滞留率(A4&A5&A6)作为评价指标，所述土壤pH(B3)采用指标层中的土壤pH(A7)作为评价指标；
所述土壤微生物响应(C2)对应的要素层(B)包括微生物群落多样性(B4)、微生物活力(B5)及微生物量(B6)三个部分，其中，微生物群落多样性(B4)采用指标层中的Chao1指数和香农指数(A8)作为评价指标，微生物活力(B5)采用指标层(A)中的酶活性指数(A9)作为评价指标，微生物量(B6)采用指标层(A)中的微生物量(A10)作为评价指标；
所述农作物响应(C3)对应的要素层(B)包括农作物生长(B7)、农作物生理响应(B8)和农作物种子萌发(B9)三个部分，其中，农作物生长(B7)采用指标层中的根指标(A11)和植物生物量(A12)作为评价指标，农作物生理响应(B8)采用指标层(A)中的叶绿素含量(A13)作为评价指标，农作物种子萌发(B9)采用指标层(A)中的发芽率(A14)作为评价指标；
步骤(2)评价指标测定：采集修复后的土壤、修复后土壤种植的农作物样品，确定理化性质相关指标、土壤微生物响应相关指标和农作物响应相关指标的计算方法，并通过实验测定和计算获得指标层中各相应指标的值，
采用植物提取修复时，所述指标层(A)中各相应指标为：相对去除率(A1&A2&A3)、重金属富集系数(A4&A5&A6)、土壤pH(A7)、Chao1指数和香农指数(A8)、酶活性指数(A9)、微生物量(A10)、根指标(A11)、植物生物量(A12)、叶绿素含量(A13)和发芽率(A14)，
采用植物固定修复时，所述指标层(A)中各相应指标为：有效态百分比(A1&A2&A3)、根系滞留率(A4&A5&A6)、土壤pH(A7)、Chao1指数和香农指数(A8)、酶活性指数(A9)、微生物量(A10)、根指标(A11)、植物生物量(A12)、叶绿素含量(A13)和发芽率(A14)；
步骤(3)评价指标归一化处理：通过归一化处理消除步骤(2)中所述各相应指标的量纲、量级差别，将所述各相应指标转化为[0，1]区间内的值；
步骤(4)确定各评价指标权重：采用层次分析法结合主成分分析法进行权重分配，确定准则层(C)中的理化性质(C1)、土壤微生物响应(C2)和农作物响应(C3)的权重，要素层(B)中的污染修复程度(B1)、修复作物修复能力(B2)、土壤pH(B3)、微生物群落多样性(B4)、微生物活力(B5)、微生物量(B6)、农作物生长(B7)、农作物生理响应(B8)和农作物种子萌发(B9)的权重，指标层(A)中相对去除率或有效态百分比(A1&A2&A3)、植物提取效率或根系滞留率(A4&A5&A6)、土壤pH(A7)、Chao1指数和香农指数(A8)、酶活性指数(A9)、微生物量(A10)、根指标(A11)、植物生物量(A12)、叶绿素含量(A13)、发芽率(A14)的权重；
步骤(5)计算修复后的土壤的指标得分得出评价结果：加权平均法计算修复后的土壤的指标理化性质(C1)评价得分、土壤微生物响应(C2)评价得分、农作物响应(C3)评价得分和体系整体综合评价得分，结合评价标准，对比得到经不同修复手段处理后的重金属污染土壤的修复效果。
2.根据权利要求1所述的基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，其特征在于，所述重金属为Cd、Cu或Pb，其中，
所述步骤(1)中的所述相对去除率，具体计算公式为：
<mrow> <msup> <mi>x</mi> <mrow> <mo>&amp;prime;</mo> <mo>&amp;prime;</mo> </mrow> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>x</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(1)中：x”为相对去除率(％)，x0为苗期土壤中重金属浓度(mg/kg)，x为不同生长期土壤中重金属浓度(mg/kg)，xstd为土壤重金属浓度标准值(mg/kg)；
所述有效态百分比的计算公式为：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mi>C</mi> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>C</mi> <mi>K</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>C</mi> <mi>K</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(2)中：Aeffect为重金属有效态百分含量(％)，Ceffect为土壤重金属NH4NO3提取态浓度(mg/kg)，C为土壤重金属总量(mg/kg)，Aeffect’为相对固定有效态百分比(％)，Aeffect-CK为对照处理有效态百分含量(％)；
所述重金属富集系数，其计算公式为：
<mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>F</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>l</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mi>C</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(3)中，BCF为重金属生物富集系数，Cplant为植物体中重金属浓度(mg/kg)；C为土壤重金属总量(mg/kg)；
所述根系滞留率，其计算公式为：
<mrow> <mi>R</mi> <mi>R</mi> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>h</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(5)中：RRR为根系滞留率，Croot为植物根部重金属浓度(mg/kg)，Cshoot为植物地上部重金属浓度(mg/kg)；
所述Chao1指数和香农指数(A8)的计算公式如下：
<mrow> <mi>C</mi> <mi>h</mi> <mi>a</mi> <mi>o</mi> <mn>1</mn> <mo>=</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>O</mi> <mi>T</mi> <mi>U</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <msub> <mi>F</mi> <mn>1</mn> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>F</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>F</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>F</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>F</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mi>S</mi> <mi>h</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>n</mi> <mi>o</mi> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>O</mi> <mi>U</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> </munderover> <mfrac> <msub> <mi>F</mi> <mi>i</mi> </msub> <mi>N</mi> </mfrac> <mi>ln</mi> <mfrac> <msub> <mi>F</mi> <mi>i</mi> </msub> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(7)和式(8)中：Chaol为Chao1指数，Shannon为香农指数，SOTU为观测到的OTU数，F1为只有一条序列的OTU数目，F2为只有两条序列的OTU数目；Fi为含有i条系列的OTU数目，N为所有序列数目；
所述酶活性指数(A9)，其计算公式为：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>SEI</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>S</mi> <mi>E</mi> <mi>I</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>w</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>SEI</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>10</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(10)中：SEIi为第i个酶的酶活性指数，xi为第i个酶一个活性值，xmin为第i个酶活性值最小值，xmax为第i个酶活性值最大值；SEI为样品总酶活性指数，wi为第i个酶权重，各wi为等权。
3.根据权利要求2所述的基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，其特征在于，所述步骤(3)评价指标归一化处理，是将不属于[0,1]之间的指标进行归一化，转化为[0，1]区间内的值，具体如下：
所述重金属富集系数用式(4)的隶属函数进行归一化：
<mrow> <msup> <mi>BCF</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>;</mo> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>F</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>F</mi> </mrow> <mn>20</mn> </mfrac> <mo>;</mo> <mn>1</mn> <mo>&lt;</mo> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>F</mi> <mo>&lt;</mo> <mn>20</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>;</mo> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>F</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>20</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(4)中：BCF’为归一化后的指标；
所述有效态百分比采用改进离差法作隶属函数式(23)进行归一化，具体函数如下：
<mrow> <msup> <mi>x</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>;</mo> <mi>x</mi> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>K</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>K</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>x</mi> </mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>K</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> <mn>0</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>x</mi> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>K</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>23</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(23)中：x为各重金属有效态/总量百分比，即金属有效态百分比；xCK为不施加改良剂空白处理各重金属有效态/总量百分比；
所述土壤pH(A7)采用式(6)的隶属函数进行归一化：
<mrow> <msup> <mi>pH</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>;</mo> <mi>p</mi> <mi>H</mi> <mo>&lt;</mo> <mn>5</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>p</mi> <mi>H</mi> <mo>-</mo> <mn>5</mn> <mo>;</mo> <mn>5</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>p</mi> <mi>H</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mn>6</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>;</mo> <mn>6</mn> <mo>&lt;</mo> <mi>p</mi> <mi>H</mi> <mo>&lt;</mo> <mn>8</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>9</mn> <mo>-</mo> <mi>p</mi> <mi>H</mi> <mo>;</mo> <mn>8</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>p</mi> <mi>H</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mn>9</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>;</mo> <mi>p</mi> <mi>H</mi> <mo>&gt;</mo> <mn>9</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
式(6)中：pH’为归一化后的指标；
所述Chao1指数和香农指数(A8)采用式(9)的隶属函数进行归一化：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>h</mi> <mi>a</mi> <mi>o</mi> <msup> <mn>1</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>c</mi> <mi>h</mi> <mi>a</mi> <mi>o</mi> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mi>N</mi> </mrow> <mrow> <mi>c</mi> <mi>h</mi> <mi>a</mi> <mi>o</mi> <msub> <mn>1</mn> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mi>N</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>shannon</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>s</mi> <mi>h</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>n</mi> <mi>o</mi> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>6</mn> </mrow> <mrow> <msub> <mi>shannon</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>6</mn> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(9)中，Chaol为Chao1指数，Shannon为香农指数，Chaolmax为样品中Chao1指数的最大值，Shannonmax为样品中Shannon指数的最大值，N为序列数(8224)；6为所有样品聚类分析距离0.12的值取整后得出的值，Chao1＇为归一化后的Chao1指数指标，Shannon＇为归一化后的香农指数指标；
所述微生物量(A10)及植物生物量(A12)采用离差法，用式(11)进行归一化方法：
<mrow> <msup> <mi>x</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(11)中：x’为归一化后的微生物量或植物生物量；xi为某一时期的微生物量或植物生物量(g)；xmin为不同时期的微生物量或植物生物量的最小值(g)；xmax为不同时期的微生物量或植物生物量的最大值(g)；
所述叶绿素含量(A13)采用式(12)进行归一化：
<mrow> <msup> <mi>x</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>log</mi> <mn>10</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mn>1000</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>log</mi> <mn>10</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mn>1000</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>12</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(12)中：x＇为归一化后的叶绿素含量，x为样品叶绿素含量，xmax为不同时期的叶绿素含量最大值；
根指标(A11)利用式(13)的隶属函数进行归一化：：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>RI</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>R</mi> <mi>I</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>w</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>RI</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>13</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(13)中：RIi为根系指标i的根系指数；xi为根系指标i的值，xmin为根系指标i最小值，xmax为根系指标i最大值；RI为样品根系指数，wi为根系指标i权重。
4.根据权利要求1所述的基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，其特征在于，所述步骤(4)确定各评价指标权重，具体为：
准则层(C)权重确定，判断矩阵如下：采用层次分析法对准则层的理化性质(C1)、土壤微生物响应(C2)和农作物响应(C3)的权重进行确定，判断矩阵(矩阵1-1)如下：
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>C</mi> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>4</mn> </mtd> <mtd> <mn>3</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>4</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>C</mi> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
计算矩阵1-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵1-2)
WC1 96/151
WC2 27/151
WC3 28/151
矩阵的特征向量W即为准则层的权重：WC1＝96/151，WC2＝27/151，WC3＝28/151；
理化性质(C1)对应的要素层的污染修复程度(B1)、修复作物修复能力(B2)和土壤pH(B3)的权重确定判断矩阵(矩阵2-1)如下：
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>3</mn> </mtd> <mtd> <mn>9</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>5</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>9</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>5</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
计算矩阵2-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵2-2)
WB1 585/929
WB2 285/929
WB3 59/929
矩阵的特征向量W即为要素层的权重：WB1＝585/929，WB2＝285/929，WB3＝59/929；
微生物响应(C2)对应的要素层的微生物群落多样性(B4)、微生物活力(B5)及微生物量(B6)的权重确定判断矩阵(矩阵3-1)如下：
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>4</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>5</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>6</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>4</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>3</mn> </mtd> <mtd> <mn>7</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>5</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>3</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>6</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>7</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
计算矩阵3-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵3-2)
WB4 231/353
WB5 91/353
WB6 31/353
矩阵的特征向量W即为要素层的权重：WB4＝231/353，WB5＝91/353，WB6＝31/353；
农作物响应(C3)对应的要素层的农作物生长(B7)、农作物生理响应(B8)和农作物种子萌发(B9)的权重确定判断矩阵(矩阵4-1)如下：
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>7</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>8</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>9</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>7</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>3</mn> </mtd> <mtd> <mn>5</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>8</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>3</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mn>9</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>5</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
计算矩阵4-1每行的和a，并对每行的和a进行求和得到b，用a/b得到矩阵的特征向量W(矩阵4-2)
WB7 135/223
WB8 65/223
WB9 23/223
矩阵的特征向量W即为要素层的权重：WB7＝135/233，WB8＝65/233，WB9＝23/233；
指标层(A)中土壤pH(A7)、Chao1指数&香农指数(A8)、酶活性指数(A9)、微生物量(A10)、叶绿素含量(A13)、发芽率(A14)的权重均为1；
污染修复程度(B1)对应的指标层(A)中指标权重确定，Cd、Pb、Cu的毒性系数分别为30、5、5，具体权重计算如下：WA1＝30/40＝3/4；WA2＝5/40＝1/8；WA3＝5/40＝1/8；
修复作物修复能力(B2)下属指标层权重确定方法同污染修复程度，即为：WA4Cd＝30/40＝3/4；WA4Cu＝5/40＝1/8；WA4Pb＝5/40＝1/8；
作物生长(B7)下属指标层两项指标等权，即WA11＝WA12＝1/2。
5.根据权利要求2所述的基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，其特征在于，采用植物提取修复时，修复植物为大生物量富集植物时，所述重金属富集系数用相对修复系数替换，具体计算公式如下：
<mrow> <mi>R</mi> <mi>R</mi> <mi>I</mi> <mo>=</mo> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>g</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>C</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>W</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>h</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>h</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>17</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(17)中：RRI为相对修复系数，C为土壤重金属含量(mg/kg)；Cstd为土壤环境质量标准值；Ws为土壤质量(kg)；Cshoot为提取作物地上部重金属浓度(mg/kg)；Wshoot为提取作物地上部生物量(kg)；T1y为一年能种植的次数(T1y＝3)。
6.根据权利要求5所述的基于植物、土壤、微生物的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，其特征在于，所述相对修复系数采用隶属函数进行归一化：
<mrow> <msup> <mi>RRI</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>R</mi> <mi>R</mi> <mi>I</mi> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> <mn>1</mn> <mo>&lt;</mo> <mi>R</mi> <mi>R</mi> <mi>I</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>;</mo> <mi>R</mi> <mi>R</mi> <mi>I</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>26</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>
式(26)中，RRI为相对修复系数。
7.根据权利要求1～4任一项所述的重金属污染土壤修复效果综合评价方法，其特征在于，
所述步骤(1)构建污染土壤修复效果评价体系：将评价体系划分为：准则层(C)、要素层(B)及指标层(A)三层，准则层(C)包括理化性质(C1)、土壤微生物响应(C2)和农作物响应(C3)三个方面，
理化性质(C1)对应的要素层(B)为污染修复程度(B1)，其中，污染修复程度(B1)采用指标层(A)中的相对去除率或有效态百分比(A1&A2&A3)作为评价指标；
土壤微生物响应(C2)对应的要素层包括微生物群落多样性(B4)和微生物活力(B5)两个部分，其中，微生物群落多样性(B4)采用指标层中的Chao1指数和香农指数(A8)作为评价指标，微生物活力(B5)采用指标层中的酶活性指数(A9)作为评价指标；
农作物响应(C3)对应的要素层包括农作物生长(B7)、农作物生理响应(B8)和农作物种子萌发(B9)三个部分，其中，农作物生长(B7)采用指标层中的根指标(A11)和植物生物量(A12)作为评价指标，农作物生理响应(B8)采用指标层中的叶绿素含量(A13)作为评价指标，农作物种子萌发(B9)采用指标层中的发芽率(A14)作为评价指标。
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