程慧波,王乃昂,李曉紅,王婷,李媛，高翔,黃銀洲

(1.蘭州大學資源環(huán)境學院,甘肅 蘭州　730000；2.甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站，甘肅 蘭州　730000)

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基于甘肅省73個村莊的農村環(huán)境質量評價研究

程慧波1,2,王乃昂1,李曉紅2,王婷2,李媛2，高翔1,黃銀洲1

(1.蘭州大學資源環(huán)境學院,甘肅 蘭州730000；2.甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站，甘肅 蘭州730000)

摘要：選取了甘肅省73個村莊作為研究對象，對農村環(huán)境中的空氣、地表水、地下飲用水、畜禽養(yǎng)殖周邊土壤、農田、菜地等要素進行單一評價和綜合評價.結果表明：甘肅省農村環(huán)境空氣最主要的污染物為PM10，隸屬程度為0.62,環(huán)境空氣質量為良好；氨氮、糞大腸菌群是甘肅省農村地表水污染的主要因子，總硬度是影響甘肅省農村地下飲用水的主要因子，甘肅省農村地表水隸屬程度為0.5，質量較差；地下飲用水隸屬程度0.61，質量一般，畜禽養(yǎng)殖地周邊、農田、菜地土壤質量隸屬程度分別為0.80、0.975、0.96.根據(jù)最大隸屬原則判斷得出甘肅省農村整體環(huán)境質量級別為良好.

關鍵詞：農村；環(huán)境質量；評價；隸屬度；多級模糊

第一作者：程慧波(1984-)，男，博士生，主要研究方向為農村環(huán)境變化和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測.E-mail：chengjiahe215310@163.com

長期以來，我國高度重視城市環(huán)境質量的監(jiān)測和評價工作，而農村環(huán)境質量評價幾乎處于初始階段，至今尚未建立起系統(tǒng)完善的農村環(huán)境質量評價的技術方法體系.農村環(huán)境質量評價指標涉及多個領域，多個學科，多個種類，多個方面.指標體系是否涵蓋的綜合全面、結構層次是否清晰合理、數(shù)理運算是否恰當準確都直接關系到農村環(huán)境質量評價的結果[1-3].歐洲、美國、日本等發(fā)達國家在農村環(huán)境質量控制方面進行了很多研究和探索，在農村環(huán)保方面，多采用最佳可用術(BAT)和限制污染物排放指等手段對農業(yè)生產過程和農村生活方式進行管控[4-7].蘇楊等對我國農村現(xiàn)代化進程中的環(huán)境污染問題及對策進行了研究，提出農村環(huán)境應加強基礎體系建設，采用多種手段來扶持有關環(huán)境保護基礎設施的建設和運行，提倡農業(yè)在生產過程中要遵循循環(huán)經濟的發(fā)展理念和污染幾種治理的除污模式[8-9].劉福興等對農村面源污染的理論和治理工程實踐進行了研究，指出農村水環(huán)境生態(tài)修復技術對治理農村面源污染有著重要的現(xiàn)實意義[10].劉瑩等對農戶生活垃圾的處置方式進行了實證分析，指出農戶傾倒垃圾的方式與處置點和當?shù)氐牡乩憝h(huán)境和社會環(huán)境密切相關[11].李穎明等對農村環(huán)境自主治理模式的研究路徑進行了分析，構建了農村環(huán)境治理模式的研究框架和路徑，研究了自主治理的博弈均衡結構和基本條件[12].張燕等對農村環(huán)境責任保險制度的動因和策略進行了研究，對我國農村環(huán)境的治理方式提出建議，并對土地流轉制度下的農村環(huán)境模式進行了深入分析[13].現(xiàn)有的研究主要集中在對農村環(huán)境污染的治理以及農村環(huán)境保護措施等方面，對環(huán)境質量的評價體系指標選取提供了參考性意見.本文擬在結合污染指數(shù)法、質量指數(shù)法、特爾斐層次分析法、模糊物元法的基礎上，采用多要素模糊綜合評價法來對農村環(huán)境質量狀況進行評價，以期為農村環(huán)境質量狀況評價體系的建立提供一定參考.

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源

本研究的基礎數(shù)據(jù)選取甘肅省14個地州市的73個村莊，基本上涵蓋了甘肅省所有的縣級領域，包含了生態(tài)旅游型、畜禽養(yǎng)殖型、果蔬種植型、糧食種植型、藥材種植型以及其它類型[14-17].數(shù)據(jù)采集整理分析時間為2014年6月10日，在實地環(huán)境監(jiān)測過程中，農村環(huán)境空氣選取指標為PM10、SO2、NO2.監(jiān)測方法采用手工監(jiān)測，2013年每個季度各選月初的1～5日連續(xù)5天監(jiān)測，SO2、NO2每天進行不少于18 h的采樣，PM10每天進行不少于12 h的采樣，每次采樣前進行了采樣系統(tǒng)的氣密性檢查，對采樣總管、采樣支管及臨界限流孔進行定期清洗和校準，確保數(shù)據(jù)的準確性.地表水監(jiān)測選取指標為硒、氨氮、總磷、總銅、總鋅、總砷、總鎘、總汞、總鉛、總氰化物、硫化物、氟化物、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、糞大腸菌群，在各地表水河流設置一個監(jiān)測斷面，2013年各季度月初1～5日監(jiān)測1次(對未有地表水如河流、湖泊等的村莊不進行地表水監(jiān)測).地下飲用水監(jiān)測選取指標為錳、鐵、鉛、鎘、汞、砷、硒、鋅、銅、氨氮、總硬度、高錳酸鹽指數(shù)、氟化物、六價鉻、氰化物、揮發(fā)酚、陰離子合成洗滌劑、總大腸菌群、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮.在各村莊地下飲用水的水井處布設1個監(jiān)測點位，2013年各季度月初1～5日監(jiān)測1次.畜禽養(yǎng)殖周邊土壤、菜地土壤、農田土壤選取指標為砷、汞、鉛、鋅、鎘、鎳、銅、‘六六六’、DDT，在農田、菜地、畜禽養(yǎng)殖場周邊各布設3個點位，2013年10月15日～20日采樣監(jiān)測1次.選取村莊位置如圖1所示.

圖1　選取村莊采樣位置Fig.1　The point location picture of village

為了便于對單個監(jiān)測因子的環(huán)境質量影響狀況進行分析說明，根據(jù)國家頒布的已有環(huán)境質量標準對農村環(huán)境質量標準進行了分級劃分，本文對農村環(huán)境質量分級標準的劃分如下表1所示.

1.2研究方法

模糊綜合評價是應用模糊數(shù)學原理對多種因素所影響的事物或現(xiàn)象進行綜合評價的放吧，本文采用該方法對農村環(huán)境要素中的水、空氣、土壤進行單一要素評價和綜合評價.

1.2.1單一要素評價假設評價對象為F，評價因子集合為：M={m1,m2,…,mq}，評價的等級為：N={n1,n2,…,np}，根據(jù)評價等級標準限值對每一個評價因子進行模糊評價，得到了隸屬度函數(shù)：

表1　農村環(huán)境質量分級標準

表2　隸屬度函數(shù)計算公式

式中：aij表示Mi關于Ni的隸屬度.(M,N,A)構成模糊綜合評價模型.為了反映農村環(huán)境質量的整體情況，本文評價等級分為5級(p=5)，采用降半梯形隸屬度函數(shù)來計算隸屬度，公式見表2.

在綜合考慮各評價因子的基礎上確定個評價因子的權重，記為E={ei,e2，…，en}，經加權平均運算，可得到評價特征的集合為：

1.2.2多要素模糊評價假設農村環(huán)境質量由L個單一環(huán)境因子來構成因子集合：K′={k1,k2,…,kl}.將每個環(huán)境因子作為一個因子，用表1中要素評價結果F構成總的模糊矩陣A′：

確定環(huán)境因子的權重值：E′={E1,E2,…,El,}，經綜合加權平均運算得出：

根據(jù)最大隸屬度原則，求出農村環(huán)境質量質量評價的結果.

采用相對污染值方法進行計算，然后歸一化處理，對單因子的權重進行確定：

式中：Mi為參數(shù)i的監(jiān)測值，Ni為參數(shù)i的每一級環(huán)境質量標準值的平均值，Ei為i參數(shù)的權重.

根據(jù)實驗室分析結果以及土壤污染普查分析，確定農村空氣、地表水、飲用水、畜禽養(yǎng)殖場周邊土壤、農田土壤、菜地土壤的權重為：

E′=(0.25空氣,0.2地表水,0.3飲用水,0.05畜禽養(yǎng)殖周邊土壤,0.1農田土壤,0.1菜地土壤)

在多級模糊綜合評價中，需要用最大隸屬度原則來推出評判的結果，因此應考慮最大隸屬原則的有效性問題.假設評判結果F′=(f1′,f2′,…，fp′)，其中0

2結果與分析

2.1環(huán)境空氣的評價結果

對甘肅省73個行政村環(huán)境空氣質量監(jiān)測，監(jiān)測結果發(fā)現(xiàn)：可吸入顆粒物(PM10)最大值(0.625mg/m3)出現(xiàn)在金昌市永昌縣的北海子村，日均值為0.342 mg/m3，在農村環(huán)境質量分級表中屬于差類級別；二氧化氮最大值(0.058 mg/m3)出現(xiàn)在酒泉市肅州區(qū)泉湖鄉(xiāng)四壩村，日均值為0.034 mg/m3，在農村環(huán)境質量分級表中屬于優(yōu)類級別；二氧化硫最大值(0.048 mg/m3))出現(xiàn)在隴南市成縣店村鎮(zhèn)張寨村，日均值為0.011 mg/m3，在農村環(huán)境質量分級表中屬于優(yōu)類級別.73個村莊可吸入顆粒物(PM10)平均值為0.126m3，在農村環(huán)境質量分級表中屬于一般級別.結果表明：對甘肅省農村環(huán)境空氣而言，其最主要的污染物為可吸入顆粒物(PM10)，其主要原因為甘肅省農村相對于東部發(fā)達地區(qū)農村較為落后，農村道路以土路為主，加之西北地區(qū)農村風力較大且干旱少雨等原因，造成了甘肅省農村地區(qū)可吸入顆粒物(PM10)在環(huán)境空氣中占有很大的比重，對農村環(huán)境質量造成了重大影響.由于甘肅省農村地區(qū)本身工業(yè)較少，機動車輛較少，二氧化硫和二氧化氮污染源少，因此，甘肅省農村地區(qū)二氧化硫和二氧化氮在環(huán)境空氣中含量很低，在環(huán)境質量分級中處于優(yōu)類級別.根據(jù)73個行政村對甘肅省農村地區(qū)進行克里格差值得出大氣環(huán)境污染因子空間分布如圖2所.根據(jù)隸屬度公式計算，得到甘肅省農村環(huán)境空氣的隸屬度函數(shù)為：

同理，可得出地表水、地下飲用水、畜禽養(yǎng)殖土壤、農田土壤、菜地土壤的隸屬度函數(shù).根據(jù)相對污染值法進行計算，歸一化處理后能夠得到農村空氣的權重向量為：

E空氣=(0.72PM10,0.13NO2,0.15SO2)

經加權后平均綜合運算，得到甘肅省農村環(huán)境空氣的評價向量為：

根據(jù)最大隸屬原則可以判斷，甘肅省農村環(huán)境空氣的隸屬程度為0.62，環(huán)境空氣質量為良好.

圖2　甘肅省農村大氣環(huán)境污染因子的克里格空間插值分布Fig.2　The Kriging of rural atmospheric environmental pollution in Gansu Province

2.2水和土壤的評價結果

對甘肅省73個行政村進行水和土壤監(jiān)測，監(jiān)測項目為數(shù)據(jù)來源中所列項目.監(jiān)測結果表明，73個行政村的地下水全部達到了Ⅲ類標準；地表水的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)除臨夏州臨夏市折橋鎮(zhèn)羅家灣村地表水水質類別為V類外，其余村莊地表水均達到了Ⅲ類標準，羅家灣村主要超標項目為糞大腸菌群，這是因為大夏河經上游甘南州流入羅家灣村過程中，上游地區(qū)和本地區(qū)的生活污水管網不完善、加之農灌、草原畜牧等等原因，造成此地表水的糞大腸菌群超標，影響水質.地表水監(jiān)測數(shù)據(jù)表1中表明，氨氮和糞大腸菌群平均數(shù)值分別為1.38 mg/L，屬于較差級別.對73個行政村的畜禽養(yǎng)殖周邊土壤、農田土壤、菜地土壤的監(jiān)測結果表明，73個村莊除酒泉市泉州區(qū)泉湖鄉(xiāng)四壩村鎳(18.3～60 mg/kg)的結果在表1中為一般外，其余監(jiān)測因子都為優(yōu).根據(jù)73個行政村對甘肅省農村地區(qū)進行克里格差值得出地下水和土壤空間分布如圖3所示.

根據(jù)單一要素隸屬度函數(shù)，結合表1中所列73個村莊實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照環(huán)境空氣評價向量的求法，可以計算出地表水、地下飲用水、畜禽養(yǎng)殖周邊土壤、農田土壤以及菜地土壤的評價向量為：

圖3　甘肅省農村地下水和土壤污染指數(shù)的克里格空間插值分布Fig.3　The Kriging of groundwater and soil pollution index in Gansu Province

E地表水′=(0.15,0.11,0.11,0.5,0.13)

E地下飲用水′=(0.20,0.19,0.61,0,0)

E畜禽養(yǎng)殖周邊土壤′=(0.80，0.20,0,0,0)

E農田′=(0.975,0.025,0,0,0)

表1中農村環(huán)境質量分級標準可以看出：氨氮、糞大腸菌群是甘肅省農村地表水污染的主要因子；總硬度是影響甘肅省農村地下飲用水的主要因子.根據(jù)最大隸屬原則可以判斷，甘肅省農村地表水隸屬程度為0.5，地表水質量為較差；地下飲用水隸屬程度為0.61，地下飲用水質量為一般；畜禽養(yǎng)殖周邊土壤、農田土壤和菜地土壤質量隸屬程度分別為0.80、0.975、0.96，農村土壤質量級別為優(yōu)類.

2.3多因子綜合評價

以甘肅省農村環(huán)境單一因子(環(huán)境空氣、地表水、地下飲用水、畜禽養(yǎng)殖周邊土壤、菜地土壤、農田土壤)的評價結果作為評價向量，構成模糊關系的矩陣，與各環(huán)境因子的權重進行加權平均后綜合運算，歸一化處理后，可以計算出甘肅省農村的綜合環(huán)境質量：

E綜合=E′·A′=(0.25,0.2,0.3,0.05,0.1,0.1)

(0.394,0.435,0.230,0.100,0.026)

根據(jù)最大隸屬原則有效性判斷，β=0.394，在[0.14,1]之間，最大隸屬原則有效.按照最大隸屬原則確定評價的結果可以得出，甘肅省農村整體環(huán)境隸屬度為0.135，環(huán)境質量級別為良好.

3討論與結論

農村環(huán)境質量評價涉及多方面的要素和指標體系，甘肅省地處黃土高原、青藏高原和內蒙古高原三大高原的交匯地帶，且包含了亞熱帶季風氣候和溫帶大陸性兩種氣候類型，因此本研究選取甘肅省73個不同類型的村莊(畜禽養(yǎng)殖型、果蔬種植型、藥材種植型、糧食種植型、生態(tài)旅游型)具有代表性.在評價方法方面，選取多要素模糊綜合評價可以將農村環(huán)境質量指標體系的某一屬性分成若干個層次，先進行單一環(huán)境要素的評價，然后對各個層次進行綜合評價，再次對初級評價的結果進行高層次的綜合分析評價.以此方法對甘肅省農村環(huán)境質量進行評價乃至全國農村環(huán)境質量評價有助于形成一套更加功能完善、科學合理、操作簡便的綜合評估指標體系和技術方法.采用多要素模糊綜合評價需要對不同村莊類型的指標體系進行量化，但是甘肅省農村乃至中國農村的環(huán)境監(jiān)管幾乎處于空白狀態(tài)，一方面農村環(huán)境的差異性大，另一方面農村污染具有排放主體分散、隱蔽，排污隨機、不確定、不易監(jiān)測等特征，因此要全面、準確地評價農村環(huán)境質量需要加強農村環(huán)境監(jiān)測工作，以便獲得更加全面和準確的監(jiān)測數(shù)據(jù).不論什么性質的環(huán)境影響評價，公眾滿意度的調查是不可或缺的一項，本研究由于時間和人力等方面的原因，未進行公眾滿意度這項指標的調研取證工作，在未來的科研工作中，需要將公眾滿意度這個指標納入到農村環(huán)境質量評價研究中去，使農村環(huán)境質量評價體系更加完善.

環(huán)境空氣方面，可吸入顆粒物(PM10)是甘肅省環(huán)境空氣的主要污染因子，在環(huán)境空氣中所占權重為0.72，根據(jù)最大隸屬原則可以判斷，甘肅省農村環(huán)境空氣質量整體為良.從環(huán)境空氣污染因子空間分布看出，甘肅省農村地區(qū)PM10、二氧化硫和二氧化氮呈現(xiàn)出了不規(guī)律分布.PM10和二氧化氮污染主要分布在甘肅省西北農村地區(qū)，二氧化硫污染程度在全省相對均一.二氧化氮具有較強的空間聚集分布態(tài)勢，形成了以嘉峪關地區(qū)農村和金昌地區(qū)農村為主的顯著高高區(qū)域，空間趨同性較強，空間集聚區(qū)的形成有利于區(qū)域環(huán)境污染防治的開展.

地表水方面，氨氮、糞大腸菌群、硫酸鹽是主要的污染因子，這主要同農村地區(qū)沒有進行污水集中處理，大量生產生活污水以及畜禽糞便污水直接排入地表河流密切相關；地下飲用水方面，總硬度是影響甘肅省農村地區(qū)飲用水的主要因子，這主要是因為甘肅省農村地區(qū)普遍飲水以深層地下水為主，飲用水總硬度大，其分布規(guī)律主要是從西北向東南逐漸降低.土壤方面(畜禽養(yǎng)殖周邊土壤、農田、菜地)監(jiān)測因子都為優(yōu)，很好地保持了農村土壤的原生性.根據(jù)最大隸屬原則可以判斷，甘肅省農村地表水質量為一般，地下飲用水質量級別為良，畜禽養(yǎng)殖周邊土壤、農田土壤和菜地土壤質量級別為優(yōu)類.為了以后更加完善地對甘肅省農村地區(qū)環(huán)境質量評價，掌握農村環(huán)境污染態(tài)勢，需要增加農村環(huán)境監(jiān)測點位，建立農村環(huán)境監(jiān)測網，保證評價結果的全面性和準確性.

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(責任編輯李辛)

A study of rural environmental quality assessment in

Gansu Province based on 73 villages

CHENG Hui-bo1,2,WANG Nai-ang1,LI Xiao-hong2,WANG Ting2,LI Yuan2,

GAO Xiang1,HUANG Yin-zhou1

(1.College of Earth and Environmental Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China;2.Gansu Province

Environmental Monitoring Center,Lanzhou 730000,China)

Abstract：This paper selects 73 villages in Gansu Province as the research objects.The single and comprehensive evaluation are assayed on environmental air,surface water,underground water,livestock and poultry breeding surrounding soil,farmland,vegetable and other factors.Results show that PM10 is the main pollutant in the air in the rural environment in Gansu Province;ammonia nitrogen and fecal coliform bacteria are the main pollution factor in rural surface water in Gansu Province;Total hardness is the main factor affecting rural underground drinking water in Gansu province.The rural environmental quality is better in Gansu province by the maximum membership principle and judgment.

Key words：rural;environment quality;evaluation;membership grade;multilevel fuzzy

收稿日期：2014-11-05；修回日期：2015-04-30

基金項目：教育部人文社科一般項目(10YJCZH053)；中國博士后面上基金項目(2012M512051)；甘肅省科技廳立項項目(GHJ2013007).

中圖分類號：X24

文獻標志碼：A

文章編號：1003-4315(2015)06-0112-07