【关键词】灰,关联,评价,水污染,地表,蔬菜,种植区,青岛,
中国是世界最大的蔬菜生产国。蔬菜地是我国重要的农业用地,种植面积约1600×104 hm2,占世界蔬菜种植面积的 35%[1]。20世纪80年代,塑料大棚蔬菜在我国东北、华北、西北地区大规模发展起来。2000年全国蔬菜设施种植面积达到170×104 hm2 ,为我国“菜篮子工程”做出了巨大贡献。据测算,我国目前的设施栽培面积尚不到适宜推广面积的1/3,在未来的10年内,蔬菜设施栽培将在我国广大农村得到大面积推广应用[2,3]。这些变化必然会给蔬菜基地环境带来不可忽视的影响,引起的水环境风险越来越引起人们的关注。章明奎等[4]在浙江省选择了33个代表性蔬菜地,采集和分析了土壤、地表水和地下水样,研究了浙江省主要蔬菜地土壤磷积累状况及其对地表和地下水水质和土壤磷释放潜力的影响。黄东风等[5]对福州市郊蔬菜基地的16个地表水样和 11个地下水样进行检测,分析了福州市郊菜地氮磷面源污染现状。张庆利等[6]对南京东郊典型蔬菜基地地表水质量进行了调查分析。高怀友等[2]进行了设施蔬菜产地灌溉水质评价指标及标准值的研究。
本文尝试利用灰色关联分析法研究了2006年青岛优质安全蔬菜示范区的9个乡镇蔬菜种植方式、人口数量、习惯种植蔬菜村庄数与对应的地表水质之间的关系,阐明蔬菜种植区地表水质污染的主要原因,并为调整蔬菜种植方式,改善地表水环境质量提供理论依据。
1 水质的污染指数评价
青岛市环境监测站2006年全年水质监测数据平均,反映2006年这些监测点地表水质总体状况。根据监测点水质,筛选出高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、挥发酚、石油类、总磷、化学需氧量、硝酸盐氮、氟化物9项指标作为地表水综合污染指数的评价指标。综合污染指数[7]的计算方法如下:
式中:Pj指j断面水污染综合指数;Pij 指j断面i项污染指标的污染指数;Cij 指j断面i项污染指标的年平均值;Cio指i项污染指标的评价标准,采用《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。
所选择监测点(图1)水质基本保持稳定,9项污染指标综合污染指数的平均值为4.65,其中早朝、江家庄、后沙湾庄综合污染指数大于平均值,分别为7.67、6.35和5.32,其余断面污染指数均小于平均值。按污染指标排序氟化物、化学需氧量、五日生化需氧量为前三位污染物。
2 蔬菜种植与地表水环境关系的灰关联分析
灰色关联度分析法[8]有效克服了污染单项比较分析的缺点,全面、准确地对各主要污染指标与露地蔬菜种植面积、设施栽培面积、习惯种蔬菜村庄数以及乡村人口数之间的关系进行综合评价。
2.1 确定母数列
为了从宏观上探讨蔬菜种植与地表水环境的关系,减少对面源污染各要素进行定位观测的工作量,这里不考虑农业面源污染的全部组成要素,只选取了露地蔬菜种植面积、设施栽培面积、习惯种蔬菜村庄数和乡村人口数四个因素,从而确定母数列为Ym(m=1,2,3,4),见表2。
2.2 确定子数列
选取地表水质监测指标9个,从而确定子数列为9个,记为Xi(i=1,2,…,9),见表3。
2.3 无量纲化处理
由于母数列及子数列各因素的单位不一致,需进行无量纲化处理,得各数列如下:
2.4 求对应差数序列
2.6 求灰关联度矩阵及关联序
由公式(5)计算灰关联度,得到子数列各因子与母数列各因子之间的灰关联矩阵(见表4),从而得到灰关联序(见表5)。
rmi=1N∑Nk=1ξmi(k)(5)
从灰关联序(表5)不难看出,高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、化学需氧量、硝酸盐氮、挥发酚、氟化物、石油类、总磷这9个因子中,受露地菜种植面积影响最大的是氟化物,其它依次是高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、挥发酚、石油类,氮磷污染物(硝酸盐氮、氨氮、总磷)受其影响较小。各因子受设施栽培面积和习惯种蔬菜村庄数的影响顺序基本一致:硝酸盐氮、挥发酚>石油类>高锰酸盐指数>五日生化需氧量>氟化物>化学需氧量>氨氮>总磷。受乡村人口数影响的顺序是:氟化物>挥发酚>氟化物>化学需氧量>高锰酸盐指数>石油类>五日生化需氧量>硝酸盐氮>氨氮>总磷。可见,硝酸盐氮、挥发酚、氟化物与蔬菜种植面积、习惯种蔬菜村庄数和乡村人口数的关联度较高,而总磷和氨氮与之的关联程度较低。
3 结论与讨论
监测点水质基本保持稳定,利用综合污染指数法分析表明污染指标排序:氟化物>化学需氧量>五日生化需氧量>高锰酸盐指数>硝酸盐氮>氨氮>总磷>石油类>挥发酚。灰色关联分析表明,露地菜种植面积、设施蔬菜栽培面积、习惯种蔬菜村庄数和乡村人口数对地表水质指标氨氮和总磷的影响比其他指标小。设施栽培和露地栽培对地表水质硝酸盐氮的影响差异较大,表现在设施栽培面积与硝酸盐氮指标关联性最大,而露地栽培面积与硝酸盐氮指标关联性较小。原因主要是设施栽培在封闭或半封闭条件下进行,其光照、温度、湿度、CO2浓度、栽培基质性质等发生了很大的变化,使作物的各种代谢规律、CO2同化、硝酸盐积累,以及土壤生物与生物化学性质、微生物区系、水分运动规律及化学与生化过程等,都发生了根本性的改变。在设施栽培中,由于土壤没有雨水淋洗、施肥量高,特别是氮肥,其用量远高于露地栽培,在土壤强烈的硝化作用下,其硝酸盐的积累常大大超过露地栽培的蔬菜[9]。设施栽培面积、习惯种蔬菜村庄数和乡村人口数对地表水质指标挥发酚的影响较大,原因主要是用炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐和化工等工业企业排放的含酚废水灌溉以及农药和有机物的分解,由于设施内空气的流动性相对较差,较易产生酚的累积毒害。硝酸盐氮和总磷指标主要是由于化肥中营养元素氮、磷等流失到水域中造成;氨氮和高锰酸盐指数主要是由于畜禽养殖或者农肥造成的。
参 考 文 献:
[1] 冯红贤,杨 暹,李欣允,等.蔬菜连作对土壤生物化学性质的影响[J].长江蔬菜,2004,11:40-43.
[2] 高怀友,赵玉杰,王跃华,等.设施蔬菜产地灌溉水质评价指标及标准值的研究[J].农业环境科学学报,2005,24(1):134-138.
[3] 薛继澄,李家金,毕德义,等 .保护地栽培土壤硝酸盐积累对辣椒生长和锰含量的影响[J].南京农业大学学报 ,1995.18(1):53-57.
[4] 章明奎,周 翠,方利平.蔬菜地土壤磷饱和度及其对磷释放和水质的影响[J].植物营养与肥料学报,2006,12(4):544-548.
