毕业论文基于污染指数与arcgis的聊城市耕地ocps研究

聊城大学本科毕业论文（设计） 目目 录录 前言前言-1 1 研究区域概况研究区域概况-2 2 分析与评价方法分析与评价方法-2 2.1 样品的采集与测定 -2 2.1.1 布点与采样-2 2.1.2 监测项目-3 2.1.3 样品预处理与测定-3 2.2 评价方法与分级标准 -4 2.2.1 评价方法-4 2.2.2 分级标准-4 3 结果与讨论结果与讨论-5 3.1 OCPS污染程度现状 -5 3.2 有机氯农药污染空间分布 -6 3.2.1 有机污染物残留特征值-6 3.2.2 单因子污染指数空间分析-7 3.3 有机氯农药总体污染空间分析-10 结论结论-11 参考文献参考文献-13 致谢致谢-14 聊城大学本科毕业论文（设计） 摘 要 按8km8km网格将聊城市耕地分为136个采样点，调查六六六（BHCs） 、滴 滴涕（DDTs） 、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、六氯苯和七氯等7种有机氯农药 （OCPs）的含量。采用单因子污染指数和综合污染指数法进行污染评价，以判 断有机氯农药的污染程度；并对7种有机氯农药进行各样点的含量差异分析；最 后应用ArcGIS软件，以污染评价结果为数据支持，进行有机氯农药污染空间分布 研究。结果表明，聊城市有机氯农药污染程度依次为DDTs狄氏剂七氯艾 氏剂BHCs异狄氏剂六氯苯；各有机氯农药污染分布不尽相同，总体来说 临清市污染最为严重。 关键词：关键词：聊城市；有机氯农药；污染指数；ArcGIS；空间分布 聊城大学本科毕业论文（设计） Abstract By 8km 8km grid will be divided into 136 land Liaocheng sampling points, the survey HCH (BHCs), DDT (DDTs), aldrin, dieldrin, endrin, hexachlorobenzene, and heptachlor, etc. 7 organochlorine pesticides (OCPs) of the content. Single-factor pollution index and the integrated pollution index to pollution assessment, to determine the extent of pollution of organochlorine pesticides; and 7 kinds of organochlorine pesticides content between the various points of analysis; Finally the ArcGIS software to evaluate the results of pollution data support, the spatial distribution of organochlorine pesticide pollution research. The results showed that organochlorine pesticides in Liaocheng City. Key words：Liaocheng；Organichlorine pesticide；Pollution index；ArcGIS；Spacial distribution 聊城大学本科毕业论文（设计） 1 基于污染指数与基于污染指数与 ArcGIS 的聊城市耕地的聊城市耕地 OCPs 污染研究污染研究 前言前言 有机氯农药主要是用于防治植物病、虫害的组成成分中含有有机氯元素的有 机化合物。是一种杀虫广泛、毒性较低、残留期长的化学杀虫剂，主要分为以苯 为原料和以环戊二烯为原料的两大类。前者如使用最早、应用最为广泛的杀虫剂 为DDT和六六六，以及杀螨剂三氯杀螨砜、三氯杀螨醇等，杀菌剂五氯硝基苯、 百菌清、道丰宁等；后者如作为杀虫剂的氯丹、七氯、艾氏剂等。此外以松节油 为原料的莰烯类杀虫剂、毒杀芬和以萜烯为原料的冰片基氯也属于有机氯农药。 由于它们防治面广，药效比当时的其他农药好，还由于它们的急性毒性低，而且 残留毒性尚未被发现，因而被广泛用于防治作物、森林和牲畜的害虫。并在许多 国家得到较多的应用。而随着这些农药残毒的发现，它们在环境中的迁移与归宿 引起人们的普遍关切。 有机氯农药通过生物富集和食物链作用，造成农药公害。目前有机氯农药的 污染主要是指DDT、六六六和各种环戊二烯类等品种的污染。由于高毒性、脂溶 性、稳定性以及高残留等原因，20世纪70年代起OCPs在全球范围内被陆续禁用， 中国于60年代开始禁止在蔬菜、茶叶、烟草等作物上施用DDT、六六六，在一般 作物上也注意控制使用，在1983年5月全面禁止使用OCPs1。 作为备受关注的环境污染物之一，国内外都对OCPs开展了大量研究，研究 对象涉及大气、土壤、沉积物等环境介质。我国北京、沈阳、贵州、江苏、西藏、 南京等地针对土壤中OCPs的研究发现，OCPs在土壤中的残留非常普遍。但前人 对聊城市耕地土壤有机氯农药污染程度与空间分布的研究则鲜见报道。农药在土 壤中的残留是导致农药对环境造成污染和生物危害的根源，本文选取位于山东西 部的聊城市为研究区域，对其土壤环境中7种OCPs的污染状况及空间分布特征进 行全面系统的研究，以期为从环境质量的角度上划分土壤的级别和进行土地利用 结构化调整提供依据及区内现代农业发展和构建农产品安全体系提供基础资料。 聊城大学本科毕业论文（设计） 2 1 研究区域概况研究区域概况 聊城市位于山东省西部，位于北纬 35473702和东经 115 1611632之间，南北直距 138km，东西直距 114km，总面积约 8590km2。市境地处黄河冲击平原，地势西南高、东北低。属于暖温带季风气候 区，半干燥大陆性气候。聊城市辖东昌府区、冠县、莘县、阳谷、东阿、茌平、 高唐，代管省辖市临清市。 地势自西南向东北逐渐倾斜，莘县西南部最高，海拔 49m；高唐县的东北部 最低，海拔 27.5m。全市为黄河冲积平原，具有高地、缓平坡地、洼地相间的微 地貌格局，土壤以沙土、壤土和黏土为主。全市耕地面积 70.01 万 hm ，土层深 2 厚，气候温和，水资源丰富，是山东省乃至全国重要的棉粮生产基地。 聊城市的农业生产主要以种植粮、棉、油、瓜类为主，这期间农作物的病虫 害的防治都以使用高残留有机氯农药占主导地位。虽然有机氯农药在农业生产上 起到了一定的积极作用，但由于有机氯农药化学性质稳定残留时间长，脂溶性强， 且利用率较低，给土壤和农业环境造成严重的污染。经十多年的自然降解，受各 种环境条件和耕种方式的制约，影响着降解速度，因而有机氯农药残留仍将对农 业环境和农产品的质量产生潜在的危害2。 注重土壤中有机氯农药残留的分析监测将有助于更深入地揭示农药在土壤中 的动态及污染状况,这对于生态环境保护具有十分重要的意义。 2 分析与评价方法分析与评价方法 2.1 样品的采集与测定样品的采集与测定 2.1.1 布点与采样布点与采样 本次土壤环境质量调查，按照全国土壤污染状况调查点位布设技术规定 的布点要求和编码规则，根据不同土地利用类型和土壤类型，在 125 万电子地 图上统一划分网格，网格中心点即为调查点位，耕地网格 8km8km，聊城市采 样点共 136 个（图 1） 。对调查点位经纬度信息进行数据文件转换，按照全国统 一编码要求进行编码。 聊城大学本科毕业论文（设计） 3 按土地利用类型和适用条件，采用 GPS 定位，在调查点位周围采集 020cm 表层土壤混合样，保留相当于 3kg 以上风干土壤的土样，其他要求符合 全国土壤污染状况调查土壤样品采集(保存)技术规定 。本次调查从 2007 年 3 月开始，至 2008 年 12 月结束。样品的采样及分析由聊城市环境监测中心协同聊 城大学共同完成。 2.1.2 监测项目监测项目 本次研究主要针对 7 种有机氯农药开展，监测项目分别为：六六六 （BHCs）总量、滴滴涕（DDTs）总量、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、六氯苯和 七氯。 2.1.3 样品预处理与测定样品预处理与测定 样品预处理采用阴凉通风处自然风干，剔除样品中的植物根系、有机残渣以 及可见侵入体，用木质工具碾碎并用玛瑙研钵研磨，过 100 目筛，于零下 18 下冷冻保存备用。 土壤中六六六（BHCs） 、滴滴涕（DDTs）等有机氯农药利用 ASE 萃取技术， 采用 GC-ECD 方法测定。所用试剂均为优级纯，分析过程中采用平行样，加标 （国家标准土壤样品 ESS-1）进行质量控制。农药标准品购自农业部环境保护科 研监测所，回收率控制范围为：90%120%。 2.2 评价方法与分级标准评价方法与分级标准 2.2.1 评价方法评价方法 本次调查中的 136 个样点均为旱地，因此选用土壤环境质量标准 聊城大学本科毕业论文（设计） 4 （GB156181995）中旱地的二级标准限值为本次评价标准（表 1） 。 表 1 监测项目标准限值（mg.kg-1） Table 1 Monitoring Project standard limit unit（mg.kg-1） 监测项目六六六滴滴涕艾氏剂狄氏剂异狄氏剂六氯苯七氯 标准0.50.50.040.042.30.660.05 目前，国内普遍采用污染指数法进行评价。本研究采用单因子污染指数与综 合污染指数进行评价。 单因子指数计算公式：= ij I oj ij C C 式中：第 i 个样品第 j 种污染物的单因子污染指数； ij I 第 i 个样品中第 j 种污染物的实测浓度； ij C 第 j 种污染物的评价标准。 oj C 综合污染指数(内梅罗) 计算公式：= i P 2 )()( 2 max 2 ave ijij II （j=1,2，7） = （i=1,2，137） j P 2 )()( 2 max 2 ave ijij II 式中：第i个样品的综合污染指数； i P 第j种污染物的综合污染指数； j P 单因子指数算术平均值； ave I 单因子指数最大值。 max I 2.2.2 分级标准分级标准 综合污染指数全面反映了各污染物对土壤的不同作用，同时又突出了高浓度 污染物对土壤环境质量的影响，适于用来评价土壤环境的质量等级，表 2 为农 田土壤环境质量监测规范划定的土壤污染分级标准。 表 2 土壤污染分级标准 聊城大学本科毕业论文（设计） 5 Table 2 soil pollution grading standards 土壤级别 综合污染指数（P） 综 污染等级污染水平 1 P0.7 综 安全清洁 2 0.7P1.0 综 警戒限尚清洁 3 1.0P2.0 综 轻污染 土壤污染超过背景值，作物开始污 染 4 2.0P3.0 综 中污染土壤、作物均受到中度污染 5 P3.0 综 重污染土壤、作物受污染已相当严重 3 结果与讨论结果与讨论 3.1 OCPs 污染程度现状污染程度现状 表 3 各有机氯农药的污染指数和等级 BHCsDDTs六氯苯艾氏剂狄氏剂异狄氏剂七氯 内梅罗指数 Pj0.1078.9080.0210.2120.6990.0300.170 污染等级安全重污染安全安全安全安全安全 图 2 7 种有机氯农药综合污染指数 由上表可知，在聊城市各个采样点所测定的这 7 种污染物之中，BHCs、六 氯苯、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、七氯为安全的，而 DDTs 的含量则为重污染， 说明在聊城市人们防治植物病、虫害所用的农药主要为 DDT 类有机氯农药，而 DDT 是脂溶很强的有机化合物 ，具有较高的稳定性和持久性，用药 6 个月 聊城大学本科毕业论文（设计） 6 后的农田里，仍可检测到 DDT 的蒸发，与此同时， DDT 还可以通过食物链 的生物富集作用进入生物体内而产生毒害作用，对人体健康和生态环境造成极 大的潜在危害。 大量高毒农药 如 DDT 之类的使用造成的问题也不断暴露，首先是消费者 对农药毒性、农药残留的关注度越来越高，即对食品安全的担忧；其次是对农 药造成环境污染的关注度越来越高，即对环境安全的担忧 4；由于农药残留 过高致使我 市农产品德销量也遇到不少壁垒和障碍，并已经造成了巨大经济 损失。而目前我 市农药生产企业考虑最多的问题还是如何快速杀死害虫，以 及降低成本和追求简单的生产工艺。年产农药中有一半是高毒农药，这一状况 必须改变。未来农药产品的发展方向应该是：对人类健康安全无害、对环境友 好、超低用量、高选择性，以及绿色工艺流程等，即“绿色农药” 。而这种 农药多是由从生物体内提取的有效物质、活性物质组成，或是生物源的合成 农药5。 3.2 有机氯农药污染空间分布有机氯农药污染空间分布 3.2.1 有机污染物残留特征值有机污染物残留特征值 表 4 各有机污染物残留特征值 Table 4 The residual organic pollutants eigenvalue 由上表可知， 7 种不同的有机氯污染物在聊城市各地区含量分布差异较大， 尤以 DDT 为甚，如部分地区的 DDT 含量仅为 0.18ug，而有些地区的 DDT 有机污染物 含量范围（gkg-1） 平均值（gkg-1）CV BHCs0.1852.3411.311.102397061 DDTs0.184451.06128.853.3861187 六氯苯0.04513.722.501.09794283 艾氏剂0.0458.490.175.2045513 狄氏剂0.04527.940.367.541335 异狄氏剂0.04569.292.094.698638081 七氯0.04534.010.517.51857184 聊城大学本科毕业论文（设计） 7 含量则达到了较为惊人的 4451.06ugkg-1，说明该地区已经达 到重污染程度。 其他有机氯污染物如六氯苯、艾氏剂、狄氏剂等在各地区的含量差异虽不如 DDT 大，但也较为明显。因此我们应采取必要措施降低各污染严重区有机氯 农药的使用量，一方面选择一些 对人类健康安全无害、对环境友好、超低用 量、高选择性，以及通过绿色工艺流程生产出来的农药，另一方面应可能的 降低先前由于农药的大量使用而对人体健康和生态环境所造成的潜在危害。 7 种不同的有机氯污染物，就其平均含量而言，显然DDT 是被使用最多， 残留量最大的一种有机氯农药，而 DDT 毒性较大，脂溶性强不易降解，且 生物富集作用强，对人体和生态环境有极大地危害，因此我们应尽可能减少乃 至禁用 DDT 类农药2。合理保护土壤资源。 狄氏剂、七氯的变异系数较高，说明该两种有机氯污染物的离散程度大， 而 BHCs 的变异系数最低，说明 BHCs 的离散程度最低。 3.2.2 单因子污染指数空间分析单因子污染指数空间分析 聊城大学本科毕业论文（设计） 8 聊城大学本科毕业论文（设计） 9 图 3 各有机氯农药污染指数空间分布图 由以上的空间分析可知，六六六的分布较为广泛，其中在东昌府区和阳谷 县最为密集，且部分地区为重污染区，说明在这两区县内人们使用的六六六类 有机氯农药较多。且大量地施用六六六类有机氯农药对农业环境造成严重的污 染, 蔬菜、水果等农作物对六六六的吸收较为强烈，使农产品的质量下降，通 过食物链对人体健康造成潜在的威胁 8。 DDT 主要分布在临清市，且较于其他县市的含量差异较大，为重污染区， 临清的工农业较为发达，可见聊城市耕地土壤中的DDTs 残留主要来源于历 史上 DDT 输入，经过多年的土壤微生物作用 ,大部分已经降解转化为 DDE 和 DDD，且由较低 DDD 比例可以推断 ，聊城市耕地的土地利用较多地处于 好氧环境中 ，渍水的厌氧环境较少 ，这与该地区的自然条件相吻合 3。 艾氏剂的分布较为分散，主要分布在临清、高唐和莘县，其他地区则含量 较少，甚至几乎测不出艾氏剂的存在，说明在聊城市内人们对艾氏剂类有机氯 农药的使用还不普遍。与艾氏剂相同，狄氏剂主要分布在东昌府区，其他地区 也几乎测不出它的存在，在聊城市内的整体含量较低，但在东昌府区其含量应 引起人们的广泛关注，自觉降低对其的使用量，保护土壤环境。 六氯苯在聊城各市区内，均有广泛分布，且含量较高。说明在聊城市内， 人们对六氯苯类有机氯农药的使用较为普遍，六氯苯在环境中分布广泛且难溶 于水，与土壤的附着力强，能被土壤和沉淀物强烈吸收，不易降解，因此常残 留在土壤、湖、河内。所以六氯苯对环境的危害较大。 七氯主要分布在高唐、临清与茌平交界处，分布较为零散，整体含量不高， 不是聊城市主要的有机氯污染物。七氯在土壤中是持久的和相对稳定的，它可通 过下述途径从土壤中减少，即，缓慢地蒸发、氧化成七氯环氧化物（一种具有类 似毒性，更持久的难降解产物） 、被光合作用转换成光-七氯、或者被土壤菌转换 成低毒性的代谢物6。但大多数的七氯残留物仍存在于土壤表层土中，因此应引 起我们足够的重视。异狄氏剂的含量也较为分散，但其毒性较强，且难于降解， 进入人体后会诱发癌症等，所以我们因此我们应采取必要措施降低各污染严重区 有异狄氏剂类机氯农药的使用量7。 3.33.3 有机氯农药总体污染空间分析有机氯农药总体污染空间分析 聊城大学本科毕业论文（设计） 10 图4 聊城市有机氯农药综合污染空间分布图 由以上各采样点的综合污染指数空间分析图可知，临清为重污染区，其他县 市的污染都不明显，属于轻污染区。土壤有机氯农药地域差异明显，聊城市8 县 市有机氯农药残留分布极不均匀，临清市农药残留量远高于其他地区，主要是由 DDTs残留差距造成的。初步认为,导致各地有机氯农药残留分布不均的原因有： 历史上各地区土壤的农药输入量不同,种植的农作物种类、品种和耕作方式不同。 其次，临清作为聊城重要的工业基地和农产品种植区，工农业都较为发达。临清 地处平原，土地质量资源较好，土地利用率较高，种植业复种指数达210%以上， 间作套种，面积较大，因而农药的使用量不断地增加。尤其是以有机氯农药占主 导地位时期，由于其大量的有害物残留，因化学性质稳定，残留时间长，脂溶性 强，且利用率低而对农业生态环境造成严重的污染。虽经十多年的自然降解，因 受各种自然环境条件和耕作方式的制约，仍影响着降解速度9。所以我们应采取 必要 措施降低临清市内有机氯农药的污染，既要降低有机氯农药的使用量，又可 采用一些生物防治、物理防治等一些绿色工艺10。 结论结论 （1）聊城地区土壤 HCHs和DDTs 的检出率高达 58. 8%和94.1%，其中 HCHs和DDTs残留范围分别为 0.1852.34和0.184451.06gkg-1，而DDTs 聊城大学本科毕业论文（设计） 11 残留量超100gkg-1的占21 %，其中临清部分地区更是达到 4451ug，属于 重污染地区。土壤中有机氯农药残留 以DDE为主，占DDT异构体总量的 57.6%， 绝大部分土壤中 DDEP DDT的比值大于 1。除BHCs 和 DDT s 外，其他 5 种有机氯农药在所有样品中都有不同程度的检出 ，以六氯苯检出率 （51. 5%）最高，狄氏剂和七氯检出率 （1.5%）最低，残留水平分布于 0.13 2.48 g . kg-1 之间。这5种残留物占 OCPs 总残留量的 3.74%，没有对土壤造成危 害3。 （2）7种不同的有机氯污染物在聊城市各地区含量分布差异较大，不同区 域间土壤中 OCPs 残留量存在着明显差异。这可能是由于历史上各地区土壤 的农药输入量不同 ,或是其上种植农作物的种类、品种和耕作方式等方面的不 同造成的 3。因此我们应采取必要措施降低各污染严重区有机氯农药的使用量。 （3）聊城地区不同污染物的变异系数不同，其中狄氏剂、七氯的变异系数 较高，说明该两种有机氯污染物的离散程度大。 聊城大学本科毕业论文（设计） 12 参考文献参考文献 1 陈卫明,邓天龙,张勤等.土壤中有机氯农药残留的分析技术研究进展J.土壤学报,2004 ,41(3) .414 419. 2 赵玲,马永军.有机氯农药残留对土壤环境的影响J