CN111460371B - 一种农产品产地环境风险的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农产品产地环境风险的评价方法,包括如下步骤:步骤一:建立农产品产地环境风险评价指标体系;(1)查阅资料,确定农产品产地环境风险评价指标体系的层次结构;(2)进行评价指标的初选,初步构建指标体系框架;(3)采用德尔菲专家咨询法,对指标进行筛选,确立评价指标体系框架;(4)采用层次分析法,确定各评价指标的权重;(5)确定各评价指标的分类基准值,完成环境风险评价指标体系的构建;步骤二:应用综合评价方法确定农产品产地环境风险等级。本发明所公开的方法适用于不同类型农产品产地的环境风险评价,且方法***完善、评价过程简便、评价结果直观、适用性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种农产品产地环境风险的评价方法。
背景技术
目前的土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧。另外,近年来大气环境质量虽然有所改善,但每年仍出现几次严重污染天气。同时,部分河流出现超标现象,导致污水灌溉土壤受到不同程度的污染。废气和废水污染物排放总量居高不下,固体废物管理上不规范,部分地区土壤污染严重,甚至有污染加重的趋势,土壤环境风险加大,对农产品质量安全和人体健康构成了严重威胁。
目前还没有关于农产品产地环境风险评价指标及评价方法的报道,也未见披露环境风险管控实施过程中客观、有效、全面的评价指标和评价方法。为实现环境风险管控“识别、移除污染源,采取隔离、阻断等措施,防治污染扩散”的目标,科学、统一、高效的农产品产地环境风险评价指标体系和评价方法亟待建立。科学实用的农产品产地环境风险评价指标体系能把抽象的指标具体化,便于理解和使用,又能直观地量化农产品产地的环境风险,有效地反映农产品产地的污染状况,为农产品产地环境风险管控提供决策支持。
层次分析法(AHP)的基本原理就是将复杂的问题简单化,通过将目标问题分解为若干个互相影响的小问题,将其作为下一层级的指标来进行计算。农产品产地环境风险评价指标体系本身***非常庞大,包含各类多层级指标,通过层次分析法将各层级指标化整为零,综合考量,再进行详细的分析与整理使其更具有合理性。
环境风险评价是对评价区域环境风险状况做出的判断,是环境风险管控的基础和依据。综合评价是指对评价指标所进行的客观、合理的全局性、整体性评价。评价目的是对农产品产地环境风险进行综合分析,其结果能客观地反应受评价区域的环境状况,并为评价者、环境管理者和决策者所信服和接受。评价方法的科学性是客观评价的基础,因此,对农产品产地风险评价方法的研究具有重要的意义。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种农产品产地环境风险的评价方法,可以适用于不同类型的农产品产地、生产过程中的环境行为的风险评价,且该方法***完善、评价过程简便、评价结果直观、适用性好。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种农产品产地环境风险的评价方法,包括如下步骤:
步骤一:建立农产品产地环境风险评价指标体系;
(1)查阅资料,确定农产品产地环境风险评价指标体系的层次结构;
(2)进行评价指标的初选,初步构建指标体系框架;
(3)采用德尔菲专家咨询法,对指标进行筛选,确立评价指标体系框架;
(4)采用层次分析法,确定各评价指标的权重;
(5)确定各评价指标的分类基准值,完成环境风险评价指标体系的构建;
步骤二:应用综合评价方法确定农产品产地环境风险等级。
上述方案中,所述综合评价方法实施步骤如下:
①采用单因子指数法或内梅罗指数法进行指标值归一化处理;
②评价指标分为定量指标和定性指标,定量指标又分为决定性指标和非决定性指标;对决定性指标进行判断,如果决定性指标中有一项不满足要求,直接给出综合评价指数Ea;
③如果决定性指标全部满足要求,汇总各决定性指标、非决定性指标和定性指标的归一化指数以及相应的权重,计算综合评价指数Ea,确定所评价农产品产地的环境风险等级。
上述方案中,所述层次分析法步骤如下:
①采用1-9标度法构造判断矩阵;
②应用和积法求解判断矩阵;
③判断矩阵的一致性检验。
上述方案中,指标体系包括四类指标,共34项一级指标和二级指标,指标的归一化处理方法具体如下:
(a)对于定量指标中的正向性一级指标,其归一化采用单因子指数法,计算公式为:
x+ ij——第i个***层第j个正向性一级指标值;
g+ ij——第i个***层第j个正向性一级指标所对应的基准值;
(b)对于定量指标中不设置二级指标的负向性一级指标的归一化采用单因子指数法,计算公式为:
x- ij——第i个***层第j个负向性一级指标值;
g- ij——第i个***层第j个负向性一级指标所对应的基准值;
对于定量指标中设置二级指标的负向性一级指标的归一化采用内梅罗指数法,计算公式为:
其中,对于基准值为单一数值的二级指标,其单因子指数计算公式为:
x- ijk——第i个***层第j个负向性一级指标第k个二级指标值;
g- ijk——第i个***层第j个负向性一级指标第k个二级指标所对应的基准值;
S——第i个***层第j个一级指标下所有负向性二级指标的个数;
对于基准值为一个数值范围的二级指标,如pH,其单因子指数的计算公式为:
式中,YpH——“降水pH”的归一化指数;
xpH——“降水pH”的数值;
pHsd——“降水pH”的下限值;
pHsu——“降水pH”的上限值;
Ymax——第i个***层第j个负向性一级指标层下所有二级指标的单因子指数的最大值,计算公式为:
Ymax=MAX(Yijk);
(c)对于定性指标,其基准值为百分制分数,判断指标值是否满足基准分值,若满足则其归一化指数为0,否则归一化指数为1,计算公式为:
式中,Y'ij——第i个***层第j个定性一级指标的归一化指数;
xij——第i个***层第j个定性一级指标值;
gij——第i个***层第j个定性一级指标所对应的基准值。
进一步的技术方案中,决定性指标是否满足要求的判断公式如下:
如果决定性指标中有一项不满足要求,直接给出综合评价指数Ea≥70;如果决定性指标全部满足要求,汇总各决定性指标、非决定性指标和定性指标的归一化指数以及相应的权重,计算综合评价指数Ea,确定所评价农产品产地的环境风险等级。
进一步的技术方案中,所述综合评价指数Ea是各指标的归一化指数与其相应权重的乘积求和,其计算公式为:
式中,Ea——综合评价指数;
Yij——第i个***层第j个一级指标的归一化指数;
Wi——第i个***层的权重;
Wij——第i个***层第j个一级指标的指标层分权重;
m——***层个数;
n——第i个***层所有一级指标个数。
进一步的技术方案中,求解判断矩阵的具体方法如下:
将判断矩阵每一列元素作归一化处理,并将归一化处理后的判断矩阵按行加和:
aij——判断矩阵元素初始值;
n——判断矩阵阶数;
w=(w1,w2,w3,…,wn)T
w——判断矩阵特征向量;
n——判断矩阵阶数。
进一步的技术方案中,判断矩形一致性检验的方法如下:
式中,λmax——判断矩阵最大特征值;
P——A-B判断矩阵;
w——判断矩阵特征向量;
n——判断矩阵阶数;
CI——计算一致性指标;
CR——检验系数;
RI——判断矩阵平均随机一致性指标。
判断矩阵一致性程度越高,CI值越小,对于n>3阶的判断矩阵,当CR≤0.1时,即λmax偏离n的相对误差CI不超过平均随机一致性指标RI的十分之一时,认为判断矩阵的一致性是可以接受的。
上述方案中,所述农产品产地环境风险评价指标体系包括4个***层,分别为:农产品质量、产地环境质量、投入品及农产品构成、地理位置与环境风险管理。
通过上述技术方案,本发明提供的农产品产地环境风险的评价方法的优点在于:
(1)本方法克服了原有的污染地块环境风险评价方法不适用于农产品产地的缺陷,可以对农产品产地环境风险进行综合评价;
(2)使用“查阅文献资料-初建指标体系-咨询专家和指标筛选-AHP法确定指标权重-综合评价方法”组合的应用方法,方法***完善,评价体系完整,适用性好;
(3)农产品产地环境风险评价是一个复杂的***,不但需要考虑土壤环境质量和用地类型,还需要考虑和土壤接触的环境质量和特征情况,本方法参考了现行土壤和农产品产地的相关标准,并增加了大气质量、投入品以及地理位置优势度和环境风险管理状况等因素,针对不同类型的农产品产地提出相应的基准值,因而对农产品产地环境风险评价更具科学性、全面性和***性。
(4)本发明采用层析分析法确定各评价指标的权重,可以把复杂的问题简单化,将目标问题分解为若干个互相影响的小问题,将其作为下一层级的指标来进行计算。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种农产品产地环境风险评价指标体系的建立方法示意图;
图2为本发明实施例所公开的一种农产品产地环境风险的评价方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种农产品产地环境风险的评价方法,如图2所示,具体实施例如下:
步骤一:建立农产品产地环境风险评价指标体系,如图1所示;
(1)查阅、收集文献资料,分析农产品产地的使用和生产过程中的环境风险因素,进行宏观规划和优化筛选,确定指标体系的层次结构;
(2)查阅标准、文献和统计资料,进行评价指标初选,初步构建指标体系框架;
(3)采用德尔菲专家咨询法,对指标进行筛选,确立评价指标体系框架;
农产品产地环境风险评价指标体系框架见表1,该体系包括4个***层,共34项一级/二级指标,4个***层为:农产品质量(B1)、产地环境质量(B2)、投入品及农产品构成(B3)、地理位置与环境风险管理(B4)。
表1农产品产地环境风险评价指标体系框架
(4)指标说明
①农产品质量
农产品质量合格率:农产品质量安全监督抽查总体合格率,用百分比表示。
②产地环境质量
土壤环境质量
土壤镉元素浓度:单位质量土壤中含有的镉元素的质量,单位为mg/kg。
土壤汞元素浓度:单位质量土壤中含有的汞元素的质量,单位为mg/kg。
土壤砷元素浓度:单位质量土壤中含有的砷元素的质量,单位为mg/kg。
土壤铅元素浓度:单位质量土壤中含有的铅元素的质量,单位为mg/kg。
土壤镍元素浓度:单位质量土壤中含有的镍元素的质量,单位为mg/kg。
土壤铜元素浓度:单位质量土壤中含有的铜元素的质量,单位为mg/kg。
土壤六六六总量:单位质量土壤中含有的α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六四种异构体的含量总和,单位为mg/kg。
土壤滴滴涕总量:单位质量土壤中含有的p,p’-滴滴伊、p,p’-滴滴滴、o,p’-滴滴涕、p,p’-滴滴涕四种衍生物的含量总和,单位为mg/kg。
土壤苯并芘[a]浓度:单位质量的土壤中含有的苯并[a]芘总量,单位为mg/kg。
大气环境质量
空气AQI指数:一定时期内评价区域空气质量指数(Air Quality Index,AQI)的平均值。
降水pH:一定时期内评价区域降水pH的平均值。
降水重金属总浓度:一定时期内单位面积评价区域大气湿沉降中重金属含量总和,包括铅、砷、镉、汞、镍、铜、铬(VI),单位为μg/L。
降尘量:30天内单位面积评价区域的大气干沉降质量,单位为t/(km2·30d)。
③投入品及农产品构成
灌溉水重金属含量
灌溉水铅元素浓度:单位体积灌溉水中含有的铅元素的质量,单位为mg/L。
灌溉水砷元素浓度:单位体积灌溉水中含有的砷元素的质量,单位为mg/L。
灌溉水镉元素浓度:单位体积灌溉水中含有的镉元素的质量,单位为mg/L。
灌溉水汞元素浓度:单位体积灌溉水中含有的汞元素的质量,单位为mg/L。
灌溉水铬(VI)浓度:单位体积灌溉水中含有的铬(VI)的质量,单位为mg/L。
灌溉水铜元素浓度:单位体积灌溉水中含有的铜元素的质量,单位为mg/L。
单位面积投入品施用量
化肥施用量:每年单位面积农产品产地的化肥投入质量,单位为kg/(hm2·a)。
农药施用量:每年单位面积农产品产地的农药投入质量,单位为kg/(hm2·a)。
农膜施用量:每年单位面积农产品产地的农膜使用质量,单位为kg/(hm2·a)。
种子包衣比例:使用包衣种子的作物种植面积占农产品产地面积的比例,用百分比表示。
农业机械使用量:单位面积农产品产地所使用的农业机械动力数,单位为kW/hm2。
投入品及包装物回收率:农膜、农药、化肥等投入品包装物回收量占总施用量的比例,用百分比表示。
有机、绿色及无公害产品比例:有机、绿色、无公害产品种植面积占农产品产地面积的比例,用百分比表示。
④地理位置与环境风险管理
地理位置优势度:所评价农产品产地环境及周边是否远离重污染、高能耗的工业企业,评价农产品产地所处地理位置避免遭受环境污染和危险的潜势,用百分制打分法给出。
环境质量监测与信息发布制度:按照国家环境质量监测与信息发布技术规范要求,对土壤、大气、地表水和地下水等环境质量进行监测并公开发布,评价农产品产地监测周围环境质量的能力。
所在区域应急能力:所评价农产品产地相关部门对突发环境事件的应急准备、应急响应、应急救援与应急恢复等能力,评价农产品产地应急处置能力。
(5)采用层次分析法,确定各评价指标的权重;
①采用1-9标度法构造判断矩阵;
由专家利用1-9比例标度法,分别对每一层次指标的相对重要性进行定性描述,并用准确的数字进行量化表示,通过咨询专家,考察B层因素和A层因素的相对重要性,可以得出A-B判断矩阵见表2。
表2 A-B判断矩阵
A | B<sub>1</sub> | B<sub>2</sub> | B<sub>3</sub> | … | B<sub>N</sub> |
B<sub>1</sub> | 1 | a<sub>12</sub> | a<sub>13</sub> | … | a<sub>1N</sub> |
B<sub>2</sub> | a<sub>21</sub> | 1 | a<sub>23</sub> | … | a<sub>2N</sub> |
B<sub>3</sub> | a<sub>31</sub> | a<sub>32</sub> | 1 | … | a<sub>3N</sub> |
… | … | … | … | … | … |
B<sub>N</sub> | a<sub>N1</sub> | a<sub>N2</sub> | a<sub>N3</sub> | … | 1 |
②应用和积法求解判断矩阵;
将判断矩阵每一列元素作归一化处理,并将归一化处理后的判断矩阵按行加和:
aij——判断矩阵元素初始值;
n——判断矩阵阶数;
w=(w1,w2,w3,…,wn)T
w——判断矩阵特征向量;
n——判断矩阵阶数。
③判断矩阵的一致性检验:
式中,λmax——判断矩阵最大特征值;
P——A-B判断矩阵;
w——判断矩阵特征向量;
n——判断矩阵阶数;
CI——计算一致性指标;
CR——检验系数;
RI——判断矩阵平均随机一致性指标。
表3平均随机一致性指标RI的取值
阶数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
RI值 | 0.00 | 0.00 | 0.58 | 0.90 | 1.12 | 1.24 | 1.32 | 1.41 | 1.45 | 1.49 |
判断矩阵一致性程度越高,CI值越小,对于n>3阶的判断矩阵,当CR≤0.1时,即λmax偏离n的相对误差CI不超过平均随机一致性指标RI的十分之一时,认为判断矩阵的一致性是可以接受的。
(6)确定各评价指标的分类基准值,完成环境风险评价指标体系的构建;
基准值的确定:
各个指标的评价基准值的确定主要依照:
①指标相关的国家、行业和地方标准如《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)、《农用污泥污染物控制标准》(GB 4284-2018)、《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ 332-2006)、《农田灌溉水质标准》(GB 5084-2005)等。
②文献及统计资料中近五年研究资料与结果。
③对于标准中不涉及的以及文献资料研究较少的一些指标,通过咨询专家打分确定。
各个指标的评价基准值和确定的农产品产地环境风险评价指标体系见表4。
表4农产品产地环境风险评价指标体系
注:①土壤六六六总量:此处六六六总量指土壤中α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六四种异构体的含量总和。
②土壤滴滴涕总量:此处滴滴涕总量指土壤中p,p’-滴滴伊、p,p’-滴滴滴、o,p’-滴滴涕、p,p’-滴滴涕四种衍生物的含量总和。
③带*的指标为决定性指标。
步骤二:应用综合评价方法确定农产品产地环境风险等级。
①采用单因子指数法和内梅罗指数法进行指标值归一化处理;
不同指标量纲不同而不能直接比较,需要进行原始指标的归一化处理,使其无量纲化。本发明采用单因子指数法和内梅罗指数法进行指标的归一化。
(a)对于定量指标中的正向性一级指标,其归一化采用单因子指数法,计算公式为:
x+ ij——第i个***层第j个正向性一级指标值;
g+ ij——第i个***层第j个正向性一级指标所对应的基准值;
(b)对于定量指标中不设置二级指标的负向性一级指标的归一化采用单因子指数法,计算公式为:
x- ij——第i个***层第j个负向性一级指标值;
g- ij——第i个***层第j个负向性一级指标所对应的基准值;
对于定量指标中设置二级指标的负向性一级指标的归一化采用内梅罗指数法,计算公式为:
其中,对于基准值为单一数值的二级指标,其单因子指数计算公式为:
x- ijk——第i个***层第j个负向性一级指标第k个二级指标值;
g- ijk——第i个***层第j个负向性一级指标第k个二级指标所对应的基准值;
S——第i个***层第j个一级指标下所有负向性二级指标的个数;
对于基准值为一个数值范围的二级指标,如pH,其单因子指数的计算公式为:
式中,YpH——“降水pH”的归一化指数;
xpH——“降水pH”的数值;
pHsd——“降水pH”的下限值;
pHsu——“降水pH”的上限值;
Ymax——第i个***层第j个负向性一级指标层下所有二级指标的单因子指数的最大值,计算公式为:
Ymax=MAX(Yijk);
(c)对于定性指标,其基准值为百分制分数,判断指标值是否满足基准分值,若满足则其归一化指数为0,否则归一化指数为1,计算公式为:
式中,Y'ij——第i个***层第j个定性一级指标的归一化指数;
xij——第i个***层第j个定性一级指标值;
gij——第i个***层第j个定性一级指标所对应的基准值。
②判断决定性指标是否满足要求;
决定性指标是否满足要求的判断公式如下:
如果决定性指标中有一项不满足要求,直接给出综合评价指数Ea≥70;如果决定性指标全部满足要求,汇总各决定性指标、非决定性指标和定性指标的归一化指数以及相应的权重,计算综合评价指数Ea,确定所评价农产品产地的环境风险等级。
③计算综合评价指数Ea,根据Ea的计算值确定所评价农产品产地的环境风险等级。
综合评价指数Ea是各指标归一化的指数与其相应权重的乘积求和,其计算公式为:
式中,Ea——综合评价指数;
Yij——第i个***层第j个一级指标的归一化指数;
Wi——第i个***层的权重;
Wij——第i个***层第j个一级指标的指标层分权重;
m——***层个数;
n——第i个***层所有一级指标个数。
根据上述得到的综合评价指数Ea计算结果,按照表5确定农产品产地的环境风险等级。
表5环境风险等级对照表
Ea范围 | Ea<60 | 60≤Ea<70 | Ea≥70 |
风险等级 | 较低 | 预警 | 管控 |
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种农产品产地环境风险的评价方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:建立农产品产地环境风险评价指标体系;
(1)查阅资料,确定农产品产地环境风险评价指标体系的层次结构;
(2)进行评价指标的初选,初步构建指标体系框架;
(3)采用德尔菲专家咨询法,对指标进行筛选,确立评价指标体系框架;
(4)采用层次分析法,确定各评价指标的权重;
(5)确定各评价指标的分类基准值,完成环境风险评价指标体系的构建;
步骤二:应用综合评价方法确定农产品产地环境风险等级;
所述层次分析法步骤如下:
①采用1-9标度法构造判断矩阵;
②应用和积法求解判断矩阵;
③判断矩阵的一致性检验;
求解判断矩阵的具体方法如下:
将判断矩阵每一列元素作归一化处理,并将归一化处理后的判断矩阵按行加和:
aij——判断矩阵元素初始值;
n——判断矩阵阶数;
w=(w1,w2,w3,…,wn)T
w——判断矩阵特征向量;
n——判断矩阵阶数;
所述综合评价方法实施步骤如下:
①采用单因子指数法或内梅罗指数法进行指标值归一化处理;
②评价指标分为定量指标和定性指标,定量指标又分为决定性指标和非决定性指标;对决定性指标进行判断,如果决定性指标中有一项不满足要求,直接给出综合评价指数Ea;
③如果决定性指标全部满足要求,汇总各决定性指标、非决定性指标和定性指标的归一化指数以及相应的权重,计算综合评价指数Ea,确定所评价农产品产地的环境风险等级;
指标体系包括四类指标,共34项一级指标和二级指标,指标值的归一化处理方法具体如下:
(a)对于定量指标中的正向性一级指标,其归一化采用单因子指数法,计算公式为:
x+ ij——第i个***层第j个正向性一级指标值;
g+ ij——第i个***层第j个正向性一级指标所对应的基准值;
(b)对于定量指标中不设置二级指标的负向性一级指标的归一化采用单因子指数法,计算公式为:
x- ij——第i个***层第j个负向性一级指标值;
g- ij——第i个***层第j个负向性一级指标所对应的基准值;
对于定量指标中设置二级指标的负向性一级指标的归一化采用内梅罗指数法,计算公式为:
其中,对于基准值为单一数值的二级指标,其单因子指数计算公式为:
x- ijk——第i个***层第j个负向性一级指标第k个二级指标值;
g- ijk——第i个***层第j个负向性一级指标第k个二级指标所对应的基准值;
S——第i个***层第j个一级指标下所有负向性二级指标的个数;
对于基准值为一个数值范围的二级指标pH,其单因子指数的计算公式为:
式中,YpH——“降水pH”的归一化指数;
xpH——“降水pH”的数值;
pHsd——“降水pH”的下限值;
pHsu——“降水pH”的上限值;
Ymax——第i个***层第j个负向性一级指标层下所有二级指标的单因子指数的最大值,计算公式为:
Ymax=MAX(Yijk);
(c)对于定性指标,其基准值为百分制分数,判断指标值是否满足基准分值,若满足则其归一化指数为0,否则归一化指数为1,计算公式为:
式中,Y'ij——第i个***层第j个定性一级指标的归一化指数;
xij——第i个***层第j个定性一级指标值;
gij——第i个***层第j个定性一级指标所对应的基准值。
5.根据权利要求1所述的一种农产品产地环境风险的评价方法,其特征在于,所述农产品产地环境风险评价指标体系包括4个***层,分别为:农产品质量、产地环境质量、投入品及农产品构成、地理位置与环境风险管理。
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