綠色農(nóng)產(chǎn)品灌溉水質(zhì)分析
——以榆林市境內(nèi)無定河流域?yàn)槔?/h1>
2022-08-11 02:44:24張艷玲席志軍李豐玉
化工設(shè)計(jì)通訊 2022年7期
張艷玲，席志軍，李豐玉
（榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西榆林 719000）
無定河流域是黃河的一級(jí)支流，位于中國陜西省北部，是榆林市最大的河流，發(fā)源于定邊縣白于山北麓，流經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)伊克昭盟的部分縣（旗）和陜西省榆林市、延安市的11個(gè)縣（市），于清澗縣河口村匯入黃河，全流域面積30 261km2，榆林市境內(nèi)流域面積20 302km2，占榆林市地表水80%以上的面積，該流域是沿線農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要水源。該流域的水質(zhì)對兩岸農(nóng)田作物有著重要的影響。
1 材料與方法
1.1 數(shù)據(jù)采集
以無定河流域?yàn)檠芯繉ο?，利用榆林市環(huán)境監(jiān)測站水樣和分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。先后采集2012—2018年廟畔、紅石峽、劉官寨、魚河、官莊和辛店6個(gè)斷面，各斷面每月采集一次。
1.2 分析項(xiàng)目
按照《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NYT 391—2013）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對灌溉水的分析化驗(yàn)項(xiàng)目包括：pH、CODcr、氟化物、As、Hg、Cd、Cr6+、Pb 和石油類共9項(xiàng)。水樣的采樣和分析方法嚴(yán)格按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005）中的規(guī)定執(zhí)行，如表1所示。
表1 水樣分析測試方法
1.3 評(píng)價(jià)方法
本論文采用單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1.3.1 單因子指數(shù)法
單因子指數(shù)法[1]是國內(nèi)進(jìn)行單項(xiàng)水質(zhì)污染評(píng)價(jià)普遍采用的方法，是將某一評(píng)價(jià)參數(shù)的實(shí)測結(jié)果與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，反映出該污染物的超標(biāo)倍數(shù)和程度，計(jì)算公式為：
式中：Pi為灌溉水中污染物i的污染指數(shù)；Ci為灌溉水中污染物i的實(shí)測濃度；Si為綠色食品灌溉水中污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。
Pi值越大，則表示污染越嚴(yán)重。當(dāng)Pi＞1時(shí)，即超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，灌溉水水中存在污染物i的污染，當(dāng)Pi=1時(shí)，即灌溉水中污染物i已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高濃度容許值，不加控制即會(huì)造成污染物i的污染；當(dāng)Pi＜1時(shí)，即灌溉水中污染物i在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值以下，不構(gòu)成污染物i的污染。
1.3.2 綜合污染指數(shù)法
綜合污染指數(shù)法也稱為羅梅綜合污染指數(shù)法[2]。該評(píng)價(jià)方法在求出河流各個(gè)單一污染物污染指數(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到河流水質(zhì)綜合污染指數(shù)，據(jù)此評(píng)價(jià)河流水質(zhì)，并對河流水質(zhì)進(jìn)行分類的方法。水質(zhì)綜合污染指數(shù)計(jì)算公式：
式中：P綜合為水質(zhì)綜合污染指數(shù)。
具體劃分等級(jí)，如表2所示。
表2 灌溉水綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
2 結(jié)果和分析
2.1 水質(zhì)測量結(jié)果與分析
2.1.1 單因子指數(shù)法
如表3所示，無定河流域的6個(gè)斷面水質(zhì)的主要污染因子是pH，每個(gè)斷面pH 的單因子指數(shù)在均有不同程度得＞1，最大可達(dá)1.20（辛店）。其余8個(gè)項(xiàng)目Hg、Cd、As、Pb、氟化物、Cr6+、CODcr 和石油類的單因子指數(shù)均介于0～0.75，符合綠色農(nóng)產(chǎn)品灌溉水的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其中廟畔和官莊斷面上沒有檢測出As；廟畔、紅石峽和官莊三個(gè)斷面上沒有檢測出Cr6+。
表3 2012—2018年灌溉水單因子指數(shù)統(tǒng)計(jì)表（mg/L）
通過對無定河流域內(nèi)各河流的超標(biāo)項(xiàng)目pH 超標(biāo)占比和最大超標(biāo)倍數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表4）可得出：6個(gè)斷面都有不同程度的超標(biāo)，各斷面的超標(biāo)占比為辛店＞官莊＞廟畔=魚河＞紅石峽=劉官寨，分別為：57.1%、28.6%、16.7%、16.7%、14.3%、14.3%；即辛店的水質(zhì)有一半以上點(diǎn)位pH 處于超標(biāo)狀態(tài)。pH的最大超標(biāo)倍數(shù)均介于0.01～0.04，分別為辛店（0.04）＞劉官寨（0.03）=官莊（0.03）＞紅石峽（0.02）＞廟畔（0.01）=魚河（0.01），說明6 個(gè)斷面水質(zhì)pH雖然均有不同程度的超標(biāo)，但是最大超標(biāo)倍數(shù)為0.03，屬于輕微超標(biāo)。
表4 地表水最大值超標(biāo)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果
2.1.2 綜合污染指數(shù)法
應(yīng)用綜合污染指數(shù)法對無定河流域水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：2012—2018年，6個(gè)河流斷面的綜合污染指數(shù)均在0.63～0.86，水質(zhì)均為尚清潔水平，也就是基本適宜綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，如表4所示。從表5可以看出：各斷面的綜合污染指數(shù)從2012年開始螺旋上升至2016年，于2016年出現(xiàn)最大值，廟畔（0.68）、紅石峽（0.82）、劉官寨（0.82）、魚河（0.71）、官莊（0.85）、辛店（0.86），2017年出現(xiàn)下降趨勢，2018年又出現(xiàn)回旋上升。
表5 河流斷面綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)表
2.2 歷年變化趨勢分析
通過前述單因子指數(shù)法分析得知，pH 超出綠色農(nóng)產(chǎn)品灌溉水標(biāo)準(zhǔn)限值，所以對2012—2018年無定河流域6個(gè)斷面pH 的平均值進(jìn)行歷年變化趨勢分析，如圖1所示。結(jié)果表明：廟畔、紅石峽、劉官寨、魚河、官莊、辛店6個(gè)斷面的pH 均介于7.87～8.45，歷年來各斷面水質(zhì)pH 上下波動(dòng)范圍不大，整體變化趨于穩(wěn)定，辛店2014年pH 降為7.87，其他年份也趨于穩(wěn)定。
圖1 不同年份無定河各斷面pH變化
3 結(jié)論
3.1 水質(zhì)測量結(jié)果
依據(jù)單因子指數(shù)法分析得出，除pH 是綠色農(nóng)產(chǎn)品灌溉用水主要影響因素；結(jié)合無定河流域各斷面pH 的平均值變化趨勢可知，歷年來各斷面水質(zhì)pH上下波動(dòng)范圍不大，整體變化基本趨于穩(wěn)定。而綜合污染指數(shù)法結(jié)果則表明：6個(gè)斷面的水質(zhì)均為尚清潔水平，基本適宜綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。
兩種評(píng)價(jià)方法出現(xiàn)少許差異，主要表現(xiàn)在pH上，因?yàn)閱我蜃又笖?shù)法能夠反映出每種污染物的超標(biāo)情況（即反映出pH 超出標(biāo)準(zhǔn)限值），但是不能對無定河流域整體水質(zhì)狀況給出一個(gè)總體概括性的結(jié)論[3]，而綜合污染指數(shù)則彌補(bǔ)了單因子指數(shù)法的不足[4]，綜合污染指數(shù)考慮斷面水質(zhì)的單元素污染指數(shù)平均值和最大值，能反映出9種污染物對河流水質(zhì)的作用，可以更加客觀地評(píng)價(jià)無定河流域水質(zhì)現(xiàn)狀。
3.2 歷年變化趨勢分析
通過對2012—2018年無定河流域的廟畔、紅石峽、劉官寨、魚河、官莊、辛店6個(gè)監(jiān)測斷面歷年pH 進(jìn)行分析，得知，榆林市境內(nèi)無定河流域的水質(zhì)整體偏堿性，隨著時(shí)間變化雖有波動(dòng)性變化，但長期而言趨于穩(wěn)定，后期還需定期監(jiān)測，隨時(shí)關(guān)注流域內(nèi)水質(zhì)pH 變化情況。
3.3 水質(zhì)成因分析與建議
通過對榆林市內(nèi)無定河流域兩岸沿河調(diào)查，結(jié)合榆林市氣候，初步分析造成水質(zhì)pH 偏高的原因?yàn)椋?/p>
（1）榆林市屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，屬較為干燥的地區(qū)，且地表有鹽堿地。降雨時(shí)造成地下積累的鹽堿溶解度增大，隨著地面徑流流入地表水，從而使得流域內(nèi)地表水中pH 值增高。
（2）經(jīng)過沿河調(diào)查，沿河兩岸養(yǎng)殖場較多，養(yǎng)殖場中污染物進(jìn)入河流，容易造成水體富營養(yǎng)化，水體中藻類光合作用是引起pH 升高的重要因素。
（3）結(jié)合水質(zhì)成因，建議無定河流域沿河區(qū)域內(nèi)殖場加強(qiáng)管理，避免污染物流入河流內(nèi)，同時(shí)，農(nóng)業(yè)灌溉時(shí)，應(yīng)注意水質(zhì)是否符合灌溉標(biāo)準(zhǔn)，加大水環(huán)境監(jiān)測力度，避免個(gè)別單項(xiàng)污染物長期超標(biāo)，對作物產(chǎn)生影響[5]。后期需要對流域內(nèi)水值進(jìn)行全面調(diào)查和監(jiān)測，及時(shí)掌握水質(zhì)，研究發(fā)展趨勢，進(jìn)行預(yù)測與防治，制定合理的水資源管理措施。
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1 材料與方法
1.1 數(shù)據(jù)采集
以無定河流域?yàn)檠芯繉ο?，利用榆林市環(huán)境監(jiān)測站水樣和分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。先后采集2012—2018年廟畔、紅石峽、劉官寨、魚河、官莊和辛店6個(gè)斷面，各斷面每月采集一次。
1.2 分析項(xiàng)目
按照《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NYT 391—2013）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對灌溉水的分析化驗(yàn)項(xiàng)目包括：pH、CODcr、氟化物、As、Hg、Cd、Cr6+、Pb 和石油類共9項(xiàng)。水樣的采樣和分析方法嚴(yán)格按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005）中的規(guī)定執(zhí)行，如表1所示。
表1 水樣分析測試方法
1.3 評(píng)價(jià)方法
本論文采用單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1.3.1 單因子指數(shù)法
單因子指數(shù)法[1]是國內(nèi)進(jìn)行單項(xiàng)水質(zhì)污染評(píng)價(jià)普遍采用的方法，是將某一評(píng)價(jià)參數(shù)的實(shí)測結(jié)果與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，反映出該污染物的超標(biāo)倍數(shù)和程度，計(jì)算公式為：
式中：Pi為灌溉水中污染物i的污染指數(shù)；Ci為灌溉水中污染物i的實(shí)測濃度；Si為綠色食品灌溉水中污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。
Pi值越大，則表示污染越嚴(yán)重。當(dāng)Pi＞1時(shí)，即超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，灌溉水水中存在污染物i的污染，當(dāng)Pi=1時(shí)，即灌溉水中污染物i已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高濃度容許值，不加控制即會(huì)造成污染物i的污染；當(dāng)Pi＜1時(shí)，即灌溉水中污染物i在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值以下，不構(gòu)成污染物i的污染。
1.3.2 綜合污染指數(shù)法
綜合污染指數(shù)法也稱為羅梅綜合污染指數(shù)法[2]。該評(píng)價(jià)方法在求出河流各個(gè)單一污染物污染指數(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到河流水質(zhì)綜合污染指數(shù)，據(jù)此評(píng)價(jià)河流水質(zhì)，并對河流水質(zhì)進(jìn)行分類的方法。水質(zhì)綜合污染指數(shù)計(jì)算公式：
式中：P綜合為水質(zhì)綜合污染指數(shù)。
具體劃分等級(jí)，如表2所示。
表2 灌溉水綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
2 結(jié)果和分析
2.1 水質(zhì)測量結(jié)果與分析
2.1.1 單因子指數(shù)法
如表3所示，無定河流域的6個(gè)斷面水質(zhì)的主要污染因子是pH，每個(gè)斷面pH 的單因子指數(shù)在均有不同程度得＞1，最大可達(dá)1.20（辛店）。其余8個(gè)項(xiàng)目Hg、Cd、As、Pb、氟化物、Cr6+、CODcr 和石油類的單因子指數(shù)均介于0～0.75，符合綠色農(nóng)產(chǎn)品灌溉水的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其中廟畔和官莊斷面上沒有檢測出As；廟畔、紅石峽和官莊三個(gè)斷面上沒有檢測出Cr6+。
表3 2012—2018年灌溉水單因子指數(shù)統(tǒng)計(jì)表（mg/L）
通過對無定河流域內(nèi)各河流的超標(biāo)項(xiàng)目pH 超標(biāo)占比和最大超標(biāo)倍數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表4）可得出：6個(gè)斷面都有不同程度的超標(biāo)，各斷面的超標(biāo)占比為辛店＞官莊＞廟畔=魚河＞紅石峽=劉官寨，分別為：57.1%、28.6%、16.7%、16.7%、14.3%、14.3%；即辛店的水質(zhì)有一半以上點(diǎn)位pH 處于超標(biāo)狀態(tài)。pH的最大超標(biāo)倍數(shù)均介于0.01～0.04，分別為辛店（0.04）＞劉官寨（0.03）=官莊（0.03）＞紅石峽（0.02）＞廟畔（0.01）=魚河（0.01），說明6 個(gè)斷面水質(zhì)pH雖然均有不同程度的超標(biāo)，但是最大超標(biāo)倍數(shù)為0.03，屬于輕微超標(biāo)。
表4 地表水最大值超標(biāo)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果
2.1.2 綜合污染指數(shù)法
應(yīng)用綜合污染指數(shù)法對無定河流域水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：2012—2018年，6個(gè)河流斷面的綜合污染指數(shù)均在0.63～0.86，水質(zhì)均為尚清潔水平，也就是基本適宜綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，如表4所示。從表5可以看出：各斷面的綜合污染指數(shù)從2012年開始螺旋上升至2016年，于2016年出現(xiàn)最大值，廟畔（0.68）、紅石峽（0.82）、劉官寨（0.82）、魚河（0.71）、官莊（0.85）、辛店（0.86），2017年出現(xiàn)下降趨勢，2018年又出現(xiàn)回旋上升。
表5 河流斷面綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)表
2.2 歷年變化趨勢分析
通過前述單因子指數(shù)法分析得知，pH 超出綠色農(nóng)產(chǎn)品灌溉水標(biāo)準(zhǔn)限值，所以對2012—2018年無定河流域6個(gè)斷面pH 的平均值進(jìn)行歷年變化趨勢分析，如圖1所示。結(jié)果表明：廟畔、紅石峽、劉官寨、魚河、官莊、辛店6個(gè)斷面的pH 均介于7.87～8.45，歷年來各斷面水質(zhì)pH 上下波動(dòng)范圍不大，整體變化趨于穩(wěn)定，辛店2014年pH 降為7.87，其他年份也趨于穩(wěn)定。
圖1 不同年份無定河各斷面pH變化
3 結(jié)論
3.1 水質(zhì)測量結(jié)果
依據(jù)單因子指數(shù)法分析得出，除pH 是綠色農(nóng)產(chǎn)品灌溉用水主要影響因素；結(jié)合無定河流域各斷面pH 的平均值變化趨勢可知，歷年來各斷面水質(zhì)pH上下波動(dòng)范圍不大，整體變化基本趨于穩(wěn)定。而綜合污染指數(shù)法結(jié)果則表明：6個(gè)斷面的水質(zhì)均為尚清潔水平，基本適宜綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。
兩種評(píng)價(jià)方法出現(xiàn)少許差異，主要表現(xiàn)在pH上，因?yàn)閱我蜃又笖?shù)法能夠反映出每種污染物的超標(biāo)情況（即反映出pH 超出標(biāo)準(zhǔn)限值），但是不能對無定河流域整體水質(zhì)狀況給出一個(gè)總體概括性的結(jié)論[3]，而綜合污染指數(shù)則彌補(bǔ)了單因子指數(shù)法的不足[4]，綜合污染指數(shù)考慮斷面水質(zhì)的單元素污染指數(shù)平均值和最大值，能反映出9種污染物對河流水質(zhì)的作用，可以更加客觀地評(píng)價(jià)無定河流域水質(zhì)現(xiàn)狀。
3.2 歷年變化趨勢分析
通過對2012—2018年無定河流域的廟畔、紅石峽、劉官寨、魚河、官莊、辛店6個(gè)監(jiān)測斷面歷年pH 進(jìn)行分析，得知，榆林市境內(nèi)無定河流域的水質(zhì)整體偏堿性，隨著時(shí)間變化雖有波動(dòng)性變化，但長期而言趨于穩(wěn)定，后期還需定期監(jiān)測，隨時(shí)關(guān)注流域內(nèi)水質(zhì)pH 變化情況。
3.3 水質(zhì)成因分析與建議
通過對榆林市內(nèi)無定河流域兩岸沿河調(diào)查，結(jié)合榆林市氣候，初步分析造成水質(zhì)pH 偏高的原因?yàn)椋?/p>
（1）榆林市屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，屬較為干燥的地區(qū)，且地表有鹽堿地。降雨時(shí)造成地下積累的鹽堿溶解度增大，隨著地面徑流流入地表水，從而使得流域內(nèi)地表水中pH 值增高。
（2）經(jīng)過沿河調(diào)查，沿河兩岸養(yǎng)殖場較多，養(yǎng)殖場中污染物進(jìn)入河流，容易造成水體富營養(yǎng)化，水體中藻類光合作用是引起pH 升高的重要因素。
（3）結(jié)合水質(zhì)成因，建議無定河流域沿河區(qū)域內(nèi)殖場加強(qiáng)管理，避免污染物流入河流內(nèi)，同時(shí)，農(nóng)業(yè)灌溉時(shí)，應(yīng)注意水質(zhì)是否符合灌溉標(biāo)準(zhǔn)，加大水環(huán)境監(jiān)測力度，避免個(gè)別單項(xiàng)污染物長期超標(biāo)，對作物產(chǎn)生影響[5]。后期需要對流域內(nèi)水值進(jìn)行全面調(diào)查和監(jiān)測，及時(shí)掌握水質(zhì)，研究發(fā)展趨勢，進(jìn)行預(yù)測與防治，制定合理的水資源管理措施。
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