【粮食主产区耕地生态环境污染状况测度分析4100字】

粮食主产区耕地生态环境污染状况测度分析目录TOC\o"1-3"\h\u15822粮食主产区耕地生态环境污染状况测度分析 1270111.1构建耕地生态环境污染指数 1106141.2生态污染指标选取、数据来源及其标准化处理 1193531.3生态污染指标权重的确定 5321691.4粮食主产区生态环境污染指数测算结果 71.1构建耕地生态环境污染指数我们将粮食主产区生态污染指数定义为综合评价函数：yi其中yi(tk)为被评价省份在tk时期的综合评价值；ωj是指标权重，x1.2生态污染指标选取、数据来源及其标准化处理1.2.1生态污染指标选取由于反应耕地生态环境的耕地面源污染具有非点源特征，目前缺乏完整的农业污染量统计，借鉴以往研究成果，并考虑到数据的可得性，本书选取粮食生产过程中产生的污染排放物作为表征粮食主产区生态环境质量的综合指标，主要包括单位耕地面积化肥施用量、单位耕地面积农药施用量、单位耕地面积农膜使用量、单位耕地面积需氧量（COD）排放量、单位耕地面积氨氮排放量（NH3-N）、单位耕地面积总磷（NP）排放量、单位耕地面积总氮（NT）排放量等7个指标。其选择依据是：（1）化肥大量不合理地施用使农田氮素成了耕地面源污染的重要因子，农田生态系统中氮素通过氨挥发、地表径流、下渗淋失等进入到环境，其盈余主要以气态、可溶态形态对环境造成污染。虽然化肥施用有助于提高粮食产量，但是过度施用不仅不会带来产量提升，还会损害耕地、污染空气和水源。当前中国氮肥的施用量已经达到危害土壤、水体和大气产生的程度。据国际肥料协会提供的数据显示，中国化肥施用量一直呈上升趋势。从2004年到2010年期间，农田单位面积化肥施用量从300kg/hm2增长到460kg/hm2，年均增长率高达5.49%。世界粮农组织(FAO)发布，目前全球耕地化肥施用量平均为120kg/hm2。西方发达工业国家的氮肥使用量最高上限为225kg/hm2，然而中国化肥单位面积的施用要远远超过此值。目前，占世界耕地总面积7%的中国消费了全球将近1/3的肥料，成为世界上最大的化肥生产国和消费国，其单位面积的施用量达到世界平均水平的3.7倍。据农户调查资料显示，中国氮肥的70%以上用于水稻、小麦、玉米、蔬菜和果树，其中水稻、小麦、玉米三大粮食作物氮肥的平均施入量为180~200kg/hm2，大约1/3的农户的施用量超过了250kg/hm2。近30年来，单位耕地的化肥用量迅猛增长，大量的氮肥养分以不同方式进入环境之中，给生态环境带来了巨大的压力。Dam根据田间试验结果，认为世界各大洲的氮肥当季利用率可达46%-68%，而水稻、小麦和玉米分别为46%、57%和65%，平均为55%，这些结果都远高于中国水平。粮食种植过程中过量施用化肥导致土壤中氮素的大量盈余，养分盈余是衡量农业生产环境质量的重要指标。农业的迅速发展使得大量的氮素营养进入农田生态系统，已经成为环境的重要负担，盈余损失的氮素主要通过硝酸盐的形式进入水体，氨和氮氧化物的形式进入大气，对环境造成了严重的污染。（2）农药施用也是耕地面源污染主要渠道之一。适量施用农药对农作物去除病虫害、帮助农作物健康生长有着极其重要的作用。尽管国家对施用农药的种类、安全级别、剂量做了非常严格地要求，但在农户实际的施用过程，通常有一种错误的观念：“药量越大，治病越彻底；毒性越强，成本越低”，致使我国农业残留非常严重，不仅直接危害了食用者的健康，而且严重污染整个生态环境。根据相关资料统计，农药施用利用率仅占10%，也就是说剩余的90%的农药将通过地表径流、土壤渗滤再进入水体，污染了整个生态系统。（3）地膜对粮食生态系统的破坏。2011年我国地膜使用量达120万吨，覆盖栽培面积2330万hm2，已是世界上最大的农膜使用国。地膜在给农业生产带来巨大的经济效益发展的同时，也给耕地带来了严重的污染问题。残膜不易分解，腐烂的农用地膜留村在土壤当中污染土壤、影响耕作，导致耕作层结构受到破坏、阻碍作物的生长发育，最终造成粮食作物产量下降。为此，本书选取单位耕地面积农药、化肥施用量和地膜使用量，以及由于前二者过度施用带来的水体中出现了过量的COD、NH3-N、NT、NP等营养元素作为被解释变量（见表6-1）。表6-1粮食主产区生态环境污染指数指标体系序号指标指标单位样本区间指标属性A1单位化肥施用量公斤/亩2006-2015正向A2单位农药施用量公斤/亩2006-2015正向A3单位地膜使用量公斤/亩2006-2015正向A4单位化学需要量公斤/亩2011-2015正向A5单位氨氮排放量公斤/亩2011-2015正向A6单位总磷排放量公斤/亩2011-2015正向A7单位总氮排放量公斤/亩2011-2015正向1.2.2数据来源及标准化处理数据来源于2007-2016年的《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《中国环境年鉴》《中国农村统计年鉴》，数据覆盖粮食主产区13个省份。由于污染排放指标选中的COD、NH3-N、NT、NP，这4种重要污染物的数据区间无法覆盖到2006年。若因为数据的可得性而放弃两种重要的污染物，会降低环境质量评价的准确性。为了解决这一矛盾，借鉴陈诗一（2012）动态评估指数构建方法，根据不同的指标数据和样本区间，设定时间跨度相异的子指数，每一套子指数有各自的指标，可以计算相应的子指数值，然后对每一套子指数重复的样本区间进行平均处理，加总成一套时间跨度与样本区间一致的总指数（污染排放指数记为A）。这种指数合成方法，一方面能够弥补数据收集的不足；另一方面可以克服设定单一模型评价带来的偏差，是综合评价结果的体现。具体构造过程见表6-2。表6-2粮食主产区污染排放指数构建合成方法子指数1(2006-2015)子指数2(2011-2015)子指标相同时间跨度的加权平均A1A2A3A4A5A6A7为了最大限度的反映现实情况，排除由于指标的量纲和数量级的巨大悬殊产生的不可公度性问题，首先需要对原始指标数据进行标准化处理。然而，由于标准化方法选择会对评价结果产生较大影响，应选择使整体差异大的标准化方法（郭亚军，2007）。∀j，若有Mj>2mj>0，在常用的无量纲方法中，线性比例法xij∗=xijmj使被评价对象间整体差异最大；∀j，若有0<Mj<2mj，在常用的无量纲方法中，极值处理法x根据本书的计算，采用线性比例法。设xij(tk)表示样本i的第jxij式（6-2）中，xij∗(tk)为标准化的数值；1.3生态污染指标权重的确定为了便于综合评价值的排序，确定权重系数ωj的原则是：从整体上尽可能体现各被评价对象之间的差异，尽最大可能拉开档次。为此，本部分在拉开档次法的基础上进行拓展，采用了纵横向拉开档次法确定权重，具体过程如下：（1）拉开档次法以极大型指标x1y=ω式（6-3）称为被评价对象的综合评价函数。ω=(ω1,ω2,⋯,ωmyi=ω记y=y1y2⋮写成矩阵的形式为y=Aω。（2）纵横向拉开档次法对于时刻tk(yi(确定权重系数ωj(j=1,2,⋯,m)的原则是在时序立体数据表上尽可能放大评价指标间的差异程度，目的是便于观测被评价对象间的异同。而s1,s2,⋯,s标准化时，有y=从而有：k=1式中，ω=(ω1,而Hk且A可证明如下结论：第一，若限定ωTω=1，当取ω为矩阵H的最大特征值λmax(H)所对应的特征向量时，第二，当Hk>0(k=1,2,⋯,N)时，在时刻tk（3）计算实对称矩阵Hk。HAk=x11（4）求解实对称矩阵H的最大特征值及相对应的标准特征向量λ'。其中，H=k=1NHk（5）计算权重ωj。对标准特征向量λ'进行归一化处理以确定组合权向量ω表6-3粮食主产区耕地生态环境污染指数指标体系（公斤/亩）序号指标指标权重A1单位化肥施用量0.2706A2单位农药施用量0.1803A3单位地膜使用量0.0577A4单位化学需要量0.1514A5单位氨氮排放量0.1481A6单位总磷排放量0.0781A7单位总氮排放量0.11381.4粮食主产区生态环境污染指数测算结果计算综合指数值PiPi(tk式（6-7）中，Pi(tk)为第j地区t经计算得出粮食主产区13个省份的2006-2015年的生态环境污染指数变化情况，如图6-1所示。图6-12006-2015年粮食主产区生态环境污染指数趋势图由图6-1发现，总体而言，粮食主产区13个省份的耕地生态环境污染指数在2006-2015这10年间变化不大，仅有不足1/4的省份耕地生态环境污染指