【毕业学位论文】（Word原稿）黄淮海粮田污染评价指标体系研究生态学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 黄淮海 粮 田污染 评价指标体系研究 in in I 摘 要 加强农田污染的监测和评价，加强对粮食产地环境的监测与控制，从源头上保障和提高我国粮食的质量，这对相关粮食工程的补充与健康推进，对我国农业的标准化、区域化与专业化，对有的放矢地控制与改善我国粮食主产区的农业生态环境 、 保障粮食安全、扩大农产品贸易和推进农业的可持续 发展等，都十分重要和迫切。 从 我国粮田污染 控制的实际需要出发， 构建粮田污染评价指标体系，是粮食产地环境控制 的重要内容，也是 一系列工作的开端，具有 重要 现实意义。 本文选择黄淮海地区为研究区域，运用生态学、污染生态学和环境评价理论和特尔斐（ ，根据 综合分析与 专家咨询意见 ， 提出了一套粮田污染评价指标体系，为粮田污染的研究，增添了新意。同时将指标体系与现实结合，进行了实例分析，为今后粮田污染评价开创了新的道路。 （ 1）黄淮海区域污染风险较大，应加强污染评价研究 由于工业和生活污染物排放量有增加趋势，农用 化学物质投入连年上升，黄淮海区域粮田污染风险性增加 ； 同时， 该 区域小麦、玉米生产在我国 农业中具有重要 地位，保证黄淮海区域粮食的高产和优质至关重要，因此 ， 加强黄淮海区域粮田污染评价和预警研究 具有迫切性和科研价值。 （ 2）丰富了农田污染评价指标体系构建理论 农田污染评价指标体系构建 的 基本理论 主要 包括：生态学理论、环境评价理论、污染生态学理论。生态学和污染生态学是构建农田污染指标体系的基础理论 依据 ，环境评价理论是构建的方法论 依据 。在农田污染评价指标体系构建中，应该将三者紧密结合。 （ 3）总结 并提出了 农田污染评价指标 选择 的 原则 本论文提出农田污染评价指标选择应该遵循如下原则：因地制宜原则；整体性原则；科学与实用原则；静态评价与动态评价相结合的原则；传统方法与现代方法相结合的原则；可比性原则；优先原则。 （ 4）提出 了 粮田污染评价指标体系 的 构建方法 指标选择和构建采用特尔菲（ ，即评价者在所设计的调查表中列出一系列评价指标 ,分别征询专家的意见，然后进行统计处理，并向专家反馈结果，经过几轮咨询后，专家的意见趋于一致，从而确定出具体的评价指标体系。权重采用中间权重的方法来进行确定。 （ 5）构建 起 黄淮海粮田污染评价 指标体系 结合黄淮海区域特征，通过专家咨询法，确定粮田污染评价指标体系包括土壤、粮田灌溉水、粮田大气、粮田生物四 大 要素 （一个辅助要素）、下设 48 个指标 。 土壤指标选择保留了重金属指标，同时增加了土壤的理化性质、肥料残留、新的农药残留。土壤理化性质中加入了土壤有机质、质地、容重三个与土壤污染关系密切的指标。土壤肥料残留考虑了在黄淮海区域使用最多的全氮，有效磷。土壤农药残留选择了目前使用最为普遍的 磺酰脲 ，阿特拉津。增加一项土壤激素残留指标，以 土霉素，四环素残留量进行表征。最后将目前逐渐成为粮田生产制约因素的农膜 残留作为一个指标列入指标体系 ，共 18 个指标 。 以往使用的粮田灌溉水指标比较全面，但是有几个指标在粮田污染评价中所起到的作用不大，在综合专家咨询的结果上，将原调查表当中的高锰酸钾指数、阴离子表面活性剂、溶解氧三个指标去掉，最后选择 等 20 个指标。 田大气指标选择，充分考虑到目前黄淮海区域特点，通过专家咨询，选择大气温度、湿度做为基础理化性质，选择 3、 个指标，将目前在大气污染中所占比重较少的 标中选择 要考虑其温室效应。 粮田生物要素指标主要选择 土壤污染生 物敏感种群结构，生物多样性指数，农田病虫害发生程度。 （ 6）实例分析 整体上 ， 桓台县 粮田污染并不严重 ， 基本符合清洁生产的要求， 土壤和灌溉水污染并不严重，但是污染趋势明显，在个别点上，灌溉水综合指数超标 。 对 桓台县粮田 污染的实例 分析表明， 该 县粮田土壤污染综合指数在 间，变异系数为 于土壤污染安全等级，说明桓台县土壤属于清洁。间，其中超过 有 15 个点，属于尚清洁范畴，有 4 个点值已经非常接近 1，应该引起警惕。 总体上桓台县土壤 污染综合指数呈现从东到西递增，东南区域和西北区域水质较差。桓台县现实情况与评价结果基本吻合，桓台县东南区域是经济开发区，工业较为发达，所以污染风险较大，桓台县的西北区域是污水灌溉的主要区域，污水占总流量的 70%，所以该区域的水质较差。这些现状与综合评价结果是一致的。表明原评价指标体系具有科学性和合理性。 关键词 黄淮海粮田，污染，评价指标，体系构建，实例分析 of in of is to In to we a a a is of is of we in on of of At we a 1. of in in of To is of in of 2. is of 3. To of we of of 4. We on as A of as of a to of of we of 5. he 0 as of as of in of 3, of 6. of is 8, of .2 of is 4. 5 of to in in is of on 70%). in of V 目 录 第一章 绪论 . 1 究目的和意义 . 1 景 . 1 展农田污染研究的紧迫性 . 3 田污染评价是农业污染研究领域的重要科学需求 . 4 内外研究进展 . 5 境质量评价 . 6 业产地环境质量评价 . 7 田污染评价指标体系 . 8 淮海粮田污染评价研究进展与不足 . 11 究内容与方法 . 12 究内容 . 12 究方法 . 14 第二章 黄淮海粮田污染发展趋势研究 . 16 域概 况 . 16 淮海区粮田污染物来源与污染特征 . 16 淮海区域粮田污染物来源 . 16 淮海区域农田 污染特征 . 17 淮海区域粮食生产与农用化学物质投入 . 18 淮海区域粮食生产发展历程 . 18 淮海区农田化学物质投入 . 20 结 . 21 第三章 评价理论与方法研究 . 23 田污染评价基础理论研究 . 23 田生态系统理论 . 23 业环境质量评价理论 . 24 染生态学理论 . 25 田污染评价指标选择的原则 . 25 田污染评价指标体系构建方法 . 27 价指标体系构建 . 27 标体系权重确定方法 . 27 第四章 黄淮海区粮田污染评价指标体系构建 . 28 田污染评价要素选择及权重分析 . 28 素选择 . 28 重分析 . 29 田土壤污染评价指标体系选择 . 29 标选择 . 29 标权重 . 30 田土壤评价指标涵义 . 31 田灌溉水污染评价指标体系构建 . 35 标选择 . 35 价指标权重 . 36 价指标涵义 . 37 田大气污染评价指标选择 . 42 评价指标选择 . 42 价指标权重 . 43 价指标涵义 . 44 田生物污染评价指标选择 . 45 价指标选 择 . 45 价指标权重 . 47 价指标涵义 . 47 第五章 实例分析 . 50 域概况 . 50 然状况 . 50 业生产概况 . 50 品采集及数据处理 . 51 料收集及整理 . 51 品采集及数据分析 . 51 价方法 . 52 价标准 . 53 果分析 . 53 壤污染 . 53 田灌溉水 . 56 论 . 58 第六章 结论与展望 . 59 要结论 . 59 论与展望 . 60 参考文献 . 62 致谢 . 65 附录 . 66 作者简历 . 71 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 究 目的 和意义 景 农业污染、粮食安全、食品卫生是关系到国计民生的大事， 党和国家领导人 一直予以 高度重视 ，胡锦涛总书记明确要求 把防治土壤污染提上重要议程 ；温家宝总理提出 积极开展土壤污染防治 ；曾培炎副总理强调 加强农村环境保护 ，重点防治土壤污染 。国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要明确 了 开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染 的任务 。正式发布的我国国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 2006对环境保护领域的科学研究和技术开发给予高度重视。 规划纲要 明确提出，在农业方面将保障农林生态安全，重点开发环保型肥料、农业环境综合整治技术作为发展思路之一。国家 十一五 规划纲要也把提高资源利用效率、减少污染物排放、遏制生态环境恶化的趋势作为环境保护的一个目标。环境问题事关我国发展的全局，农业污染问题作为三大 污染之一，严重影响着国家的生态环境安 全、人民健 康、损害群众利益 等 重要因素，也是社会各界关心的热点和 两会 关注的焦点。 我国农业污染问题日益突出， 农业污 染近年上升幅度较大。国务院发展研究中心国际技术经济研究所我国农业污染的现状分析及应对建议黄皮书指出： 农业污染量已占到全国总污染量（指工业污染、生活污染及农业污染的总和）的 1/3 1/2，而且对农产品安全、人体健康乃至农村和农业可持续发展构成严重威胁。 周生贤在 全国土壤污染状况调查工作视频会议上的讲话中指出 ， 据不完全调查 ， 目前全国受污染的耕地约有 亩 ， 污水灌溉污染耕地 3250 万亩 ， 固体废弃物堆存占地和毁田 200 万亩 ， 合计约占耕地总面积的 1/10 以上 ， 其中多数集中在经济较发达的地区 （ 周生贤 ， 2006）。 我国是目前世界上化肥、农药、配合饲料、地膜等用量最多的国家，畜牧业与农产品加工业正在迅猛发展，农业自身污染的潜力和风险很大。过分的高投入和不科学的农业生产方式，导致了我国农业污染不断加重和日益复杂，全国已有 2 3 以上的水域和 1 6 以上的土地受到不同程度的污染，农药、化肥、有机固体垃圾等污染现象亦相当严重，农田中有机农药残留量高达 50% 60%。我国受 酸雨影响的耕地面积达 40%，土壤退化面积约 70%，全国大约有 650 700 万公顷的农田使用污水灌溉。农业污染对城镇地区地表水（以太湖流域为例）氨氮的贡献率超过 50，总磷 30以上；城郊集约化农业种养区地下饮用水硝酸盐超标严重（按国际标准超标 45，按国内标准超标 20）（杨正礼等 ,2006）。 （ 1） 农药和化肥流失 农药在土壤中的降解半衰期超过 21d，或在水中浓度大于 30%,以及在土壤中的吸附常数 K 较小容易渗 入 地下水，带来地下水的污染 （ 1987） 。据报道地下水中硝酸盐含量与当地施肥量平行 ,具有线 性关系 （易秀， 1993） 。我国 2004 年化肥施用量 吨 ，农药施用量 130 万 吨（中国农村统计年鉴， 2005） 。我国化肥利用率平均在 30农药的残留率在 50大量的农药和化肥残留在农田中，将会对环境造成极大危害。据不完全统计，华南地区的中心城市自 1997年至 2001 年共发生因蔬菜农药残留引发的食物中毒事件 28 起，中毒 415 人，个别地市高毒、高中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 2 残留农药每年造成急性中毒 5 7 宗，受害人数约 300 人。 （ 2） 畜禽粪便 我国畜禽粪便 2002 年的资源总量达 30 亿 吨 左右 ,已成为与工业废水、生活污 水相并列的三大污染源之一。随着中国养殖业的进一步发展 ,畜禽粪便排放量还会进一步增大 ,由此造成的环境污染将会更加严重 （赵青玲， 2003） 。资料表明畜禽粪水进入水体率达 50%,粪便的流失率也达 5%9%。畜禽粪便中含有未被畜体吸收的过量矿物元素及畜禽粪便中有大量致病菌和寄生虫，大量的畜禽粪便污水直接排入水体 ,造成了严重的环境污染和养分的流失。畜禽粪尿在嫌气条件下会产生大量恶臭成分，如硫化氢、醇类、酚类、醛类、酮类、氨、酰胺类、吲哚和对氮苯等，这些有毒的废气对人体都是极其有害的 （李远， 2002） 。 （ 3） 农膜残留 我国 2004 年农用地膜总量为 168 万 吨 ，覆盖总面积为 13063 千 国农村统计年鉴，2005） ，我国农田塑料残余物的年残留量就高达 40kg/杨正礼， 2004） 。我国地膜的用量和覆盖面积已居世界首位，地膜覆盖正由 白色革命 演变为 白色污染 。长期存在于土壤中的残膜可严重地影响作物根系的生长发育、水肥的运移，致使作物减产。有研究资料表明，土壤耕层中的残膜可使蔬菜减产 2% 10%，小麦减产 5% 9%。更详细的资料还指出若土壤耕层中残膜为58使玉米减产 11% 13%，土豆减 产 蔬菜减产 （ 4） 农作物秸秆 农作物秸秆资源丰富， 2003 年我国农作物秸秆（包括稻壳、蔗渣，下同）总产量为 71629万 吨 （中国农村统计年鉴， 2005） ，占农田生物质总产量的 其中粮食作物秸秆占 据估计我国每年产粮食作物秸秆 6 7 亿 吨 ，蔬菜废弃物 1 吨 。 80 年代以来，由于我国化肥工业不断发展，农业生产水平不断提高，农业生产比较效益低下和还田工作繁杂等原因，面对总量越来越大的秸秆资源，废弃现象还相当严重，加上目前无谓焚烧量占总秸秆量的 15左右，对生态环境造成了巨大影响。 （ 5）有机废弃物 同时，我国也是有机废弃物产出量最大的国家，每年大约有 40 亿吨。其中，畜禽粪便排放量 26 亿吨 , 全国 80以上的规模化畜禽养殖场未经过环境影响评价， 60的养殖场缺乏必要的污染防治措施；农作物秸秆 吨，约有 1 5 作物秸秆被无谓焚烧或遗弃；城市生活垃圾 市污泥 吨，畜产品加工厂废弃物 吨，废弃塑料 25 万吨，农膜残留量高达 45 右。每年污水排放量约 350 亿吨，约 80不经任何处理直接进入水域和农田，产生新的 污染。同时，集约化农业正在成为温室气体排放的新源头， 2000 年我国农业源排放甲烷占全国排放总量的 80，氧化亚氮占 90以上。总之，随着我国农业生产集约化水平的提高，大量的臭气、挥发物、焚烧物、有毒物和氮磷等养分流失于土壤、水体、大气和生物体，并在其间转化、迁移、富集，甚至再生，对生态系统产生循环污染，对农产品质量和农民增收产生了长远影响。 农业生产包括内容及其广泛，目前关于农业污染的关注多集中于菜田，对于粮田污染关注较少。但是，粮食生产与环境质量有着密不可分的关系。环境优劣制约着农业发展，环境质量恶化将使 可用耕地减少、耕地质量下降以及农产品质量下降等 （ ， 1999 ,2006）。同时，农业粮食生产中不合理的投入也将会影响环境的质量 (国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 3 2006)。化肥、农药和农膜是当前我国用量最大的农用化学品，是不可或缺的农业生产资料。但是由于使用不当，大量的农药、化肥和农膜残留在农田中，将会对环境产生极大危害，而且这种现象随农用化学品用量的不断增加而逐渐加剧 (曾希柏， 2000)。 主要粮食作物产地环境质量也影响到我国出口贸易、粮食安全问题和农业可持续发展问 题。2005 年 1份欧盟对进口茶叶农药残留指标检测由过去的 20 多项增至 100 多项，检测标准最高提升了 200 倍，使得重庆市出口减少 500 万美元。中国加入 对于农产品的出口检疫更加严格，加入世贸组织 (我国出口蔬菜 、 水果、茶叶 、 食用菌、肉类 、 水产品等因不符合进口国 绿色条款 而遭到预警通报 、 退货 、 销毁、禁止入境甚至暂停进口的事件频频发生。这里面有 贸易壁垒 问题，同时也有我国环境质量标准落后 于 其他发达国家的现实问题。吸收国外的成功经验和已有的环境评价技术、标准，结合我国国情建立一套主要粮 食作物产地环境评价的标准体系，对于保护我国农业资源环境 ,保障农业的可持续发展有着重要意义。 展 农田污染 研究的 紧迫性 粮食生产对于中国这样一个人口大国是非常重要的，关系到国计民生。保障国家粮食安全始终是我国可持续发展和全面建设小康社会的头等大事。我国粮食生产 完成了 从长期短缺到基本平衡、丰年有余的历史性转变，但是粮食产地环境却遭到了污染。 （ 1）农田污染加剧已经成为新时期我国全面发展面临的突出问题，严重影响着国家生态环境安全 在今后相当长时期内，我国农业发展主要面临三大挑战：一是如何满足建设小康社会 对农产品数量增长和质量改善的迫切需求；二是如何应对加入 来的挑战，提高农产品的市场竞争力，进一步提高经济效益；三是如何遏制自然资源耗竭和生态环境日益恶化的趋势。在这三大挑战中，自然资源和生态环境的维持与保护具有基础保障作用，直接影响到农产品的质量和农业生产效益，特别是生态环境脆弱区和农业集约化发达地区，在自然生态环境和经济发展双重作用下，农业资源紧缺与利用效率低下并存，农田污染日趋严重，农业已经面临着严峻的生态环境危机。 （ 2）农田污染构成了实现农业增效和环境安全双赢发展的重大瓶颈，制约着我国农业的可 持续发展 实现农业增效和环境安全双赢是我国未来农业发展的目标。 2006 年 2 月 9 日，中国国务院发布国家中长期科学和技术发展规划纲要 (20062020 年 )，提出未来十五年的人口目标是将人口数量控制在十五亿以内。如果保持 1999 年人均粮食占有量 406 公斤的水平，这就要求农业在未来 15 年还要提高大约 800 亿公斤的年生产能力。与此同时，我国耕地面积却在不断减少，2000平均每年减少 公顷， 2004 年我国的人均耕地为 ，预计到 2020 年降为 。由此可见，农业增产的这个任务 是相当艰巨的。 农田污染正是实现农业增效和环境安全双赢发展的瓶颈。由于污染加剧等原因，我国农业生态系统遭到严重破坏，各种灾害增多。农田受灾成灾面积由 20 世纪 50 年代的 910 余万公顷增加到 80 年代的 2000 余万公顷和 90 年代的 3110 余万公顷。半个多世纪以来，每年因灾害引起的粮食减产量约 400 亿公斤。加快农田污染的治理，维护农业生态系统的健康，实现农业的高产、稳中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 4 产，是完成未来 15 年农业增产目标的重要举措之一。 从可持续发展的要求来看，发展和保护始终是我国农业面临的一对基本矛盾。几十年来我国农业综合生产力的高速 增长，在相当程度上是建立在牺牲生态环境的基础之上的，对资源和环境的压力越来越大。历史的经验和教训启示我们，我国承受不起发达国家先污染、破坏，后治理的沉重代价。因此，加快农田污染治理，实现农业增效和环境安全双赢，不仅是维护我国粮食安全的重要保证，而且是 实现 我国农业可持续发展的必然要求。 （ 3）农田污染是制约我国若干农业重大工程顺利实施的严重障碍 土壤和水体是农业初级生产的最重要载体，农田和水体的污染使良种与科学管理措施对农业生产的影响不能完全发挥出来，成为制约我国若干农业重大工程顺利实施的障碍。农作物基因资源 与基因改良工程是我国的第一个国家农业重大科学工程，该工程的启动将对我国农作品种资源保护与发掘和品种改良，以及提高农作物的单产水平起到积极的作用。农作物良种只有在合适的环境条件下才会发挥最大的效用，良种需要良田，污染严重的或者说不健康的农田将会限制良种作用的发挥，甚至产出的农产品也许根本就无法食用。因此，加强农田污染治理也是配合我国农业其它重大工程措施顺利实施的重要步骤。农业的产业化、规模化同样需要配套相应的农田污染治理措施，农田污染治理更是实施生态农业工程的基础条件。 此外，我国 三河三湖 污染治理工程还需 要从治理农业面源污染入手，末端治理难以见效；南水北调中线工程需要加紧治理农业面源污染，否则到达京津的水无法饮用；三峡库区也受到农业面源污染的威胁，目前已存在富营养化污染的危险。 （ 4） 对 有效防控农田污染、保障农产品安全、提升我国农业综合竞争力和推进我国新农村建设具有重要意义 我国加入世贸组织以来，农产品出口不畅的主要原因和影响我国农业国际竞争力的重要因素之一就是农产品的质量问题。入世以来，先是欧盟对我国动物源性产品实施报复性禁令，后是荷兰销毁我国的出口农产品，接着是其他国家针对我国出口的农产品提高了进口要求 ，强化了进口农产品的检验检疫。日本 2005 年建立了优良农产品认证制度，并将要实行食品中残留农药化学品肯定列表制度，对 734 种农药、兽药和添加剂在农产品中的残留限定了标准，今后出口到该国的农产品将几乎不允许含有农药残留。我国有 1/3 农产品出口日本，近年来屡屡发生因为农药残留超标被退回事件。欧盟、美国、加拿大等发达国家通过立法，制定繁杂的环保公约、法律、法规和标准、标志等形式，对商品进行准入限制的绿色壁垒。我国产品，特别是农产品不断遭到拦截，致使我国农产品的国际竞争力大大下降。近年来，沿海地区出口的农产品因 质量问题而产生的直接损失已达数十亿美元，并且造成了不良的国际影响。据联合国的统计，我国每年约有包括农产品在内的 74 亿美元出口商品因绿色壁垒而受阻。 污染评价 是农业污染研究领域的重要科学需求 加强粮食产地环境的监测和评价，加强对粮食产地环境的监测与控制，从源头上保障和提高我国粮食的质量，这对相关粮食工程的补充与健康推进，对我国农业的标准化、区域化与专业化，对有的放矢地控制与改善我国粮食主产区的农业生态环境，保障粮食安全、扩大农产品贸易和推进农业的可持续发展等，都十分重要和迫切。根据我国农田污染 现状构建农田污染评价的指标体中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 5 系，是这一系列工作的开端，因此这项工作将有重大意义。 （ 1） 粮食产地环境管理中缺乏评判依据 构建粮田污染评价指标体系将为粮食产地环境管理提供评价依据 主要粮食作物产地环境质量的评价是通过定量地揭示和预测人类活动对主要粮食作物环境质量的影响。为制定主要粮食作物产地环境区划、主要粮食作物产地环境法规和主要粮食作物产地环境管理提供科学的依据。通过主要粮食作物产地环境的评价，不仅可以判断主要粮食作物产地环境的优劣，也可以进一步认识主要粮食作物产地环境质量的高低。确定主要粮食作物产地环境质 量与人类生存发展需要之间的关系，为保护和改善主要粮食作物产地环境，使主要粮食作物产地环境质量符合人群生活与生产的要求，有利于自然生态系统的良性循环而采取行动。 （ 2） 粮 田污染评价是产地环境质量和农产品安全评价的重要内容和基础 加强主要粮食作物产地环境监测和评价，是保证人民生命健康的根本，粮食产地环境评价体系的建立，是我国粮食安全的必要条件，我国对主要粮食作物产地环境中化学污染物残留的安全性监测方法与评价指标方面研究较少。国外虽已建立了农产品安全生产标准及监测技术系统 ,但我国幅员辽阔 ,农业生态环境条件和耕作制