青島蔬菜種植區(qū)地表水污染的灰關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)

摘 要:利用大沽河流域7個(gè)地表水監(jiān)測(cè)點(diǎn)2006年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，引用綜合污染指數(shù)法分析了地表水狀況，得到各污染指標(biāo)排序:氟化物>化學(xué)需氧量>五日生化需氧量>高錳酸鹽指數(shù)>硝酸鹽氮>氨氮>總磷>石油類>揮發(fā)酚。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法，結(jié)合水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的蔬菜種植區(qū)的種植面積及人口等調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了9個(gè)水質(zhì)指標(biāo)與蔬菜種植方式及人口數(shù)量之間的關(guān)系。結(jié)果表明，設(shè)施栽培和露地栽培對(duì)地表水質(zhì)硝酸鹽氮的影響差異較大，表現(xiàn)在設(shè)施栽培面積與硝酸鹽氮指標(biāo)關(guān)聯(lián)性最大，而露地栽培面積與硝酸鹽氮指標(biāo)關(guān)聯(lián)性較小。設(shè)施栽培面積、習(xí)慣種蔬菜村莊數(shù)和鄉(xiāng)村人口數(shù)對(duì)地表水質(zhì)揮發(fā)酚指標(biāo)影響較大。

關(guān)鍵詞:灰色關(guān)聯(lián);露地栽培;設(shè)施栽培;水質(zhì)污染指數(shù)

中圖分類號(hào):S11+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A 文章編號(hào):1001-4942(2010)05-0078-05

中國(guó)是世界最大的蔬菜生產(chǎn)國(guó)。蔬菜地是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)用地，種植面積約1600×104 hm²，占世界蔬菜種植面積的 35%[1]。20世紀(jì)80年代，塑料大棚蔬菜在我國(guó)東北、華北、西北地區(qū)大規(guī)模發(fā)展起來。2000年全國(guó)蔬菜設(shè)施種植面積達(dá)到170×104 hm² ，為我國(guó)“菜籃子工程”做出了巨大貢獻(xiàn)。據(jù)測(cè)算，我國(guó)目前的設(shè)施栽培面積尚不到適宜推廣面積的1/3，在未來的10年內(nèi)，蔬菜設(shè)施栽培將在我國(guó)廣大農(nóng)村得到大面積推廣應(yīng)用[2，3]。這些變化必然會(huì)給蔬菜基地環(huán)境帶來不可忽視的影響，引起的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)越來越引起人們的關(guān)注。章明奎等[4]在浙江省選擇了33個(gè)代表性蔬菜地，采集和分析了土壤、地表水和地下水樣，研究了浙江省主要蔬菜地土壤磷積累狀況及其對(duì)地表和地下水水質(zhì)和土壤磷釋放潛力的影響。黃東風(fēng)等[5]對(duì)福州市郊蔬菜基地的16個(gè)地表水樣和 11個(gè)地下水樣進(jìn)行檢測(cè)，分析了福州市郊菜地氮磷面源污染現(xiàn)狀。張慶利等[6]對(duì)南京東郊典型蔬菜基地地表水質(zhì)量進(jìn)行了調(diào)查分析。高懷友等[2]進(jìn)行了設(shè)施蔬菜產(chǎn)地灌溉水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)值的研究。

本文嘗試?yán)没疑P(guān)聯(lián)分析法研究了2006年青島優(yōu)質(zhì)安全蔬菜示范區(qū)的9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)蔬菜種植方式、人口數(shù)量、習(xí)慣種植蔬菜村莊數(shù)與對(duì)應(yīng)的地表水質(zhì)之間的關(guān)系，闡明蔬菜種植區(qū)地表水質(zhì)污染的主要原因，并為調(diào)整蔬菜種植方式，改善地表水環(huán)境質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 水質(zhì)的污染指數(shù)評(píng)價(jià)

青島市環(huán)境監(jiān)測(cè)站2006年全年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均，反映2006年這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表水質(zhì)總體狀況。根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)，篩選出高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、揮發(fā)酚、石油類、總磷、化學(xué)需氧量、硝酸鹽氮、氟化物9項(xiàng)指標(biāo)作為地表水綜合污染指數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。綜合污染指數(shù)[7]的計(jì)算方法如下:

式中:Pj指j斷面水污染綜合指數(shù);Pij 指j斷面i項(xiàng)污染指標(biāo)的污染指數(shù);Cij 指j斷面i項(xiàng)污染指標(biāo)的年平均值;Cio指i項(xiàng)污染指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

所選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1)水質(zhì)基本保持穩(wěn)定，9項(xiàng)污染指標(biāo)綜合污染指數(shù)的平均值為4.65，其中早朝、江家莊、后沙灣莊綜合污染指數(shù)大于平均值，分別為7.67、6.35和5.32，其余斷面污染指數(shù)均小于平均值。按污染指標(biāo)排序氟化物、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量為前三位污染物。

2 蔬菜種植與地表水環(huán)境關(guān)系的灰關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)度分析法[8]有效克服了污染單項(xiàng)比較分析的缺點(diǎn)，全面、準(zhǔn)確地對(duì)各主要污染指標(biāo)與露地蔬菜種植面積、設(shè)施栽培面積、習(xí)慣種蔬菜村莊數(shù)以及鄉(xiāng)村人口數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.1 確定母數(shù)列

為了從宏觀上探討蔬菜種植與地表水環(huán)境的關(guān)系，減少對(duì)面源污染各要素進(jìn)行定位觀測(cè)的工作量，這里不考慮農(nóng)業(yè)面源污染的全部組成要素，只選取了露地蔬菜種植面積、設(shè)施栽培面積、習(xí)慣種蔬菜村莊數(shù)和鄉(xiāng)村人口數(shù)四個(gè)因素，從而確定母數(shù)列為Ym(m=1，2，3，4)，見表2。

2.2 確定子數(shù)列

選取地表水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)9個(gè)，從而確定子數(shù)列為9個(gè)，記為Xi(i=1，2，…，9)，見表3。

2.3 無(wú)量綱化處理

由于母數(shù)列及子數(shù)列各因素的單位不一致，需進(jìn)行無(wú)量綱化處理，得各數(shù)列如下:

2.4 求對(duì)應(yīng)差數(shù)序列

2.6 求灰關(guān)聯(lián)度矩陣及關(guān)聯(lián)序

由公式(5)計(jì)算灰關(guān)聯(lián)度，得到子數(shù)列各因子與母數(shù)列各因子之間的灰關(guān)聯(lián)矩陣(見表4)，從而得到灰關(guān)聯(lián)序(見表5)。

rmi=1N∑Nk=1ξmi(k)(5)

從灰關(guān)聯(lián)序(表5)不難看出，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、化學(xué)需氧量、硝酸鹽氮、揮發(fā)酚、氟化物、石油類、總磷這9個(gè)因子中，受露地菜種植面積影響最大的是氟化物，其它依次是高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、揮發(fā)酚、石油類，氮磷污染物(硝酸鹽氮、氨氮、總磷)受其影響較小。各因子受設(shè)施栽培面積和習(xí)慣種蔬菜村莊數(shù)的影響順序基本一致:硝酸鹽氮、揮發(fā)酚>石油類>高錳酸鹽指數(shù)>五日生化需氧量>氟化物>化學(xué)需氧量>氨氮>總磷。受鄉(xiāng)村人口數(shù)影響的順序是:氟化物>揮發(fā)酚>氟化物>化學(xué)需氧量>高錳酸鹽指數(shù)>石油類>五日生化需氧量>硝酸鹽氮>氨氮>總磷。可見，硝酸鹽氮、揮發(fā)酚、氟化物與蔬菜種植面積、習(xí)慣種蔬菜村莊數(shù)和鄉(xiāng)村人口數(shù)的關(guān)聯(lián)度較高，而總磷和氨氮與之的關(guān)聯(lián)程度較低。

3 結(jié)論與討論

監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)基本保持穩(wěn)定，利用綜合污染指數(shù)法分析表明污染指標(biāo)排序:氟化物>化學(xué)需氧量>五日生化需氧量>高錳酸鹽指數(shù)>硝酸鹽氮>氨氮>總磷>石油類>揮發(fā)酚。灰色關(guān)聯(lián)分析表明，露地菜種植面積、設(shè)施蔬菜栽培面積、習(xí)慣種蔬菜村莊數(shù)和鄉(xiāng)村人口數(shù)對(duì)地表水質(zhì)指標(biāo)氨氮和總磷的影響比其他指標(biāo)小。設(shè)施栽培和露地栽培對(duì)地表水質(zhì)硝酸鹽氮的影響差異較大，表現(xiàn)在設(shè)施栽培面積與硝酸鹽氮指標(biāo)關(guān)聯(lián)性最大，而露地栽培面積與硝酸鹽氮指標(biāo)關(guān)聯(lián)性較小。原因主要是設(shè)施栽培在封閉或半封閉條件下進(jìn)行，其光照、溫度、濕度、CO2濃度、栽培基質(zhì)性質(zhì)等發(fā)生了很大的變化，使作物的各種代謝規(guī)律、CO2同化、硝酸鹽積累，以及土壤生物與生物化學(xué)性質(zhì)、微生物區(qū)系、水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律及化學(xué)與生化過程等，都發(fā)生了根本性的改變。在設(shè)施栽培中，由于土壤沒有雨水淋洗、施肥量高，特別是氮肥，其用量遠(yuǎn)高于露地栽培，在土壤強(qiáng)烈的硝化作用下，其硝酸鹽的積累常大大超過露地栽培的蔬菜[9]。設(shè)施栽培面積、習(xí)慣種蔬菜村莊數(shù)和鄉(xiāng)村人口數(shù)對(duì)地表水質(zhì)指標(biāo)揮發(fā)酚的影響較大，原因主要是用煉油、煤氣洗滌、煉焦、造紙、合成氨、木材防腐和化工等工業(yè)企業(yè)排放的含酚廢水灌溉以及農(nóng)藥和有機(jī)物的分解，由于設(shè)施內(nèi)空氣的流動(dòng)性相對(duì)較差，較易產(chǎn)生酚的累積毒害。硝酸鹽氮和總磷指標(biāo)主要是由于化肥中營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷等流失到水域中造成;氨氮和高錳酸鹽指數(shù)主要是由于畜禽養(yǎng)殖或者農(nóng)肥造成的。

參 考 文 獻(xiàn):

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