2005～2014年苏州市农业面源污染源强变化特征

2016-05-30姜滢尤悦文徐杨严校静沈舒鑫陈重军

热带作物学报 2016年9期

姜滢尤悦文徐杨严校静沈舒鑫陈重军

摘要利用清单分析的方法，对2005～2014年苏州市农业面源污染排放量进行了计算，分析该地区农业面源污染源强的时间变化特征。研究结果表明，2014年苏州市农业面源污染化学需氧量（COD）、氨氮（NH4+-N）、总氮（TN）和总磷（TP）的排放总量分别为131 843.8 t、6 150.2 t、20 848.5 t和2 922.8 t，属于畜禽养殖型和农村生活双重污染区。而近十年苏州市农业面源污染总体呈现逐年下降趋势，较2005年分别降低38.40%、21.80%、17.13%和25.26%。同时，选用等标污染负荷法分析了苏州市的农业面源污染风险，按照污染物等标排放量TN>TP>COD，而按照行业等标排放量畜禽养殖>农村生活>种植业>水产养殖。近十年苏州市农业面源污染等标污染排放量从554.1亿m3降至420.6亿m3，降低24.09%，污染风险降低。随着工业经济的逐年提升，苏州市农业面源污染排放量逐渐下降，但农业面源污染风险依旧存在，TN污染风险最高，且污染来源复杂，应加强各行业的协同减控。

关键词苏州市；清单分析；农业面源污染源强；时间变化特征

中图分类号 X506 文献标识码 A

农业面源污染对水体的影响日益凸显，已成为水环境污染的一个重要来源，成为各国水体富营养化的重要成因[1-3]，引起国内外研究者的关注[4-6]。农业面源污染主要来源于农业生产与农村生活过程中排放的污染物，具有分散性、随机性、隐蔽性、难以监测和量化等特点[7]，导致其处理难度加大。中国对农业面源污染的控制还在起步阶段，对于农业面源污染源强的问题开展了部分研究，主要集中在研究方法和污染影响评价等方面[8-9]。常采用水环境功能区划、清单分析、GIS、综合调查等方法解析农业面源污染及其动态变化[10-12]，而清单分析是基于研究区域农业各产业的数量和污染物排放因子计算出面源污染物排放量的方法，该方法对参数要求低，数据可靠，可在缺乏实验条件的情况下较为准确的反应区域农业面源污染[13]。

现有研究大多专注于全国或省域的农业面源污染，而针对某一地区，特别是经济发展迅猛的地区，在区域尺度上，研究经济高度发展和经济结构快速调整的时期内，农业面源污染的变化特征和发展趋势还比较少。本文以长三角地区经济高度发展的重点区域苏州市为例，采用清单分析法研究近十年来苏州市农业面源污染源强的变化特征，以期为我国经济结构调整过程中农业面源污染发展趋势提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 研究区概况苏州市位于江苏省东南部，长江三角洲中部，东临上海，南接嘉兴。2014年耕地面积约25.30万hm2，占国土总面积的29.81%；农村人口为288.83万人，占总人口的26.05%；农业总产值392.49亿元，占国民生产总值的2.85%，是长三角著名的“鱼米之乡”。近年来，农业发展基本形成规模化种植、畜禽水产养殖等为主导的产业，造成较为严重的农业面源污染，给苏州市农村生态建设带来了巨大挑战[14]。

1.1.2 原始数据来源（1）本文所指的苏州市包括市区（含姑苏区、吴中区、相城区、高新区、工业园区和吴江区）及下属的常熟市、张家港市、昆山市和太仓市。（2）污染物主要来源于种植业（含水田、旱地或茶园、果园或林地、菜地等）、畜禽养殖业（含生猪、牛、羊、家禽等）、水产养殖业和农村生活等4部分，其中农业用地面积、畜禽养殖量、水产养殖面积、农村户籍人口等基础数据选自2006～2015年苏州市统计年鉴[14]。

1.2 方法

1.2.1 排污系数选择本文种植业、畜禽和水产行业的排污系数选自第一次全国污染源普查农业污染源肥料流失系数手册、畜禽养殖业源产排污系数手册以及水产养殖业污染源产排污系数手册，而农村生活排污系数来自“村镇生活污染防治最佳可行技术指南（试行）”，具体见表1。

1.2.2 等标污染负荷的计算方法为了确定农业面源污染主要污染物和污染来源，将各种污染物指标建立在统一的基础上进行比较，常采用等标污染排放量法[9]。等标污染排放量是指某种污染物负荷与地表水水质标准中该种污染物指标的比率，表示要达到相应的水质标准，需要用来稀释该污染物的水量，计算公式[17]为：

Pi=10-2Qi/Ci

式中，Pi为某种污染物i的等标污染排放量，单位为亿m3；Qi为污染物i的农业面源污染排放量，单位为t；Ci为地表水水质标准中污染物i的指标，单位为mg/L。本文采用地表水环境质量标准（GB3838-2002）三类水质标准来计算农业面源污染等标排放量，COD为20 mg/L，NH4+-N为1.0 mg/L，TN为1.0 mg/L，TP为0.2 mg/L。

某种污染物的等标排放量占所有污染物等标污染排放总量的比率就是等标负荷比，计算公式为：

Pi%=Pi/∑Pi×100%

2 结果与分析

2.1 苏州市农业面源污染排放量及时间变化情况

经过清单分析，得出苏州市农业面源污染源强随时间变化情况，见图1。2014年苏州市农业面源污染物COD、NH4+-N、TN和TP排放量分别为131 843.8 t、6 150.2 t、20 848.5 t和2 922.8 t，平均排放强度分别为520、24.3、82.4、11.6 kg/hm2·a。其中COD的排放量最大，成为苏州市农业面源的最主要污染物，而TN和NH4+-N次之，TP最末。从2005～2014年，苏州市农业面源的排放量整体呈现降低趋势，2014年较2005年，COD、NH4+-N、TN和TP分别降低了38.40%、21.80%、17.13%和25.26%。

然而，苏州市农业面源污染各项污染物的降低幅度和趋势存在一定的差异，见图1。从COD来看，2005年排放总量为214 023.1 t，而2014年减少到131 843.8 t，降低38.40%，年均降低率为4.27%。除在2010年出现小幅上升之外，COD排放量整体呈现缓慢降低趋势，仅在2009～2010年间，出现了小幅的增长，增长率为9.50%。与后5年相比，在2006～2009年COD排放量降低幅度较为迟缓，平均降低率为2.37%，而2010年后降低幅度加快，平均降低率为8.40%。TP的变化趋势与COD的变化趋势基本一致，在十年间的总降低率为25.26%，平均年降低率为2.81%，同样在2010年出现小幅增加，在此前降低趋势较为迟缓，此后降低速度加快。然而，从NH4+-N和TN近十年的变化趋势看，与COD和TP的变化趋势存在不同，NH4+-N和TN在2005～2014年之间持续降低，并未出现较大波动，年均降低率分别为2.42%和1.90%，降低趋势平稳。

2.2 苏州市农业面源污染源行业分布变化情况

从苏州市农业面源污染排放量来看，总体呈现下降趋势，但近十年来不同行业对苏州市农业面源污染各污染物的排放量贡献率却存在较大差异，见图2。从行业来看，COD排放主要来源于畜禽养殖，占67.33%～77.60%，而水产养殖与农村生活排放比例相当，占9.02%～13.46%，种植业排放量最低，仅占3.60%～6.10%。按照时间来看，COD排放量在水产养殖、农村生活和种植业等行业的变化并不大，虽然来源于水产养殖和农村生活的COD排放量有所降低，但造成2005～2014年COD排放量持续降低的是畜禽养殖。在此，2010年COD排放量出现高峰，主要原因是家禽养殖量的增加。从统计数据来看，与2009年相比，2010年苏州市家禽养殖量增加了17.04%，达到3 643万羽。而在2010年之后，畜禽养殖量的持续降低，其中家禽养殖量由3 643万羽降至1 827万羽，对苏州市农业面源COD的排放具有显著影响，年平均降低率达到12.46%。同样受畜禽养殖影响较为显著的是TP，来自畜禽养殖的TP占34.20%～46.88%，而种植业和农村生活排放比例相当，占21.10%～31.16%，水产业排放比例最低，仅占8.47%～10.48%。因此，按照COD和TP排放量及其变化趋势来看，苏州市农业面源污染属于畜禽养殖型重污染区，应严格控制畜禽养殖业污染物的排放。

从NH4+-N和TN来看，农村生活是NH4+-N和TN的首要来源，分别占65.22%～68.93%和39.00%～44.09%。畜禽养殖是NH4+-N的第二排放源，占14.35%～19.57%，而种植业和水产养殖排放NH4+-N所占比例仅为6.34%～9.49%。在TN排放量中，种植业和畜禽业占到24.50%～32.44%和19.64%～26.16%，而水产养殖排放的TN最少，占6.70%～7.52%。按照NH4+-N和TN排放量来看，苏州市农业面源污染属于农村生活型重污染区。近十年来，苏州市人口城镇化率提高，农村人口数量快速降低，2005～2014年，由35.70万逐渐降至28.88万，年均减少2.12%。农村人口的快速降低，为NH4+-N和TN排放量的下降提供了条件。再加上畜禽养殖规模和养殖量的控制，两者共同作用造成NH4+-N与TN持续下降。

2.3 苏州市农业面源污染源评价变化情况

参照Ⅲ类水标准（GB3838-2002），2014年苏州市农业面源污染物的等标排放总量为420.6亿m3，其中TN等标排放量（208.5亿m3）>TP的等标排放量（146.1亿m3）>COD的等标排放量（66.0亿m3），见表2，三者分别占49.57%、34.75%和15.68%。按照等标负荷结果，可以得到若不考虑水环境的自净作用，每年需208.5亿m3纯净水进行稀释，才能保证苏州市的地表水达到Ⅲ标准，苏州市农业面源污染风险依旧较高，且首要风险污染物为TN。

2014年苏州市农业面源污染不同来源所有污染物的等标污染排放量，畜禽养殖、农村生活、种植业和水产养殖所占比例分别为32.17%、30.51%、27.87%和9.45%，见表2。因此，畜禽养殖污染物排放所带来的等标污染排放量最大，农村生活第二，种植业次之，而水产养殖最小。按照行业各污染物等标排放量来看，COD应主要控制畜禽行业，占67.33%；而TN应控制农村生活和种植业，分别占40.45%和32.44%；TP应控制畜禽养殖业和种植业，分别占34.20%和31.16%。

从时间轴上来看，苏州市农业面源污染的等标排放量总体呈下降趋势，从2005年554.1亿m3减少到2014年的420.6亿m3，下降24.09%（图3）。从产业等标排放量来看，畜禽养殖的等标排放量比重位居首位，占比32.17%～43.31%，而农村生活位居第二，占比27.21%～31.11%，种植业次之，占比19.51%～27.87%，而水产养殖最少，占比7.84%～9.45%。按照行业变化趋势，近十年畜禽养殖与农村生活等标污染排放量总体上逐年减少，平均年降低率分别为4.85%和2.12%，而水产养殖业等标排放量基本维持不变，种植业略有增加，平均年增加率为5.19%。

从污染物的等标排放量变化趋势来看，近十年苏州市农业面源污染COD和TP等标污染排放量均有所下降，分别从19.31%和35.29%降低至15.68%和34.75%，而TN的等标污染排放量由45.40%增加到49.57%（图4）。由此说明，苏州市农业面源污染面临着COD、TN和TP的三重污染，特别是TN污染风险增加趋势日益明显，应成为农业面源污染物首要控制目标。

3 讨论与结论

苏州市农业面源污染形势严峻，2014年COD、NH4+-N、TN 和TP的排放总量分别为131 843.8 t、6 150.2 t、20 848.5 t和2 922.8 t，是有机物与氮磷的多方面污染，与全国农业面源污染物排放规律一致[1]。而从污染物排放强度看，苏州市农业面源污染COD排放强度较高，远高于海河流域COD的平均排放强度111.0 kg/（hm2·a）[18]。但从NH4+-N、TN和TP来看，苏州市农业面源污染排放强度位居中等水平，低于海河流域NH4+-N、TN、TP的平均排放强度，分别为82.8、139.7、29.8 kg/（hm2·a），以及涪江流域总氮平均负荷强度3 100 kg/（hm2·a）[19]；但高于湖北省宜昌市香溪河流域的TN、TP的平均排放强度，分别为44.5、2.14 kg/（hm2·a）[20]，以及松花江流域TN、TP的平均排放强度，分别为17.7～29.6、0.6～1.1 kg/（hm2·a）[21]。

但是，近十年来苏州市农业面源污染总体呈现逐年下降趋势，2014年较2005年分别降低38.40%、21.80%、17.13%和25.26%。同时，苏州市农业面源污染等标排放量从554.1亿m3降至420.6亿m3，降低24.09%。对比之下，崔超等[20]研究了三峡地区兴山县香溪河流域农业源氮磷排放趋势，发现2007～2013年间，香溪河流域农业面源污染总氮和总磷排放量均表现不断升高趋势，增幅分别为38.0%和85.1%。而耿润哲等[22]研究认为北京密云流域面源污染2010年比2000年TN、TP负荷量分别增加了33.5%和7.8%，TN增加明显，推测是降雨量的多少对TN负荷量产生影响，但对于TP负荷量影响较小。因此，从农业面源污染物削减趋势看，苏州市近年来针对农业面源污染控制开展的工作对污染物排放起到了有效的遏制作用。

从行业分布情况来看，苏州市农业面源污染属于畜禽养殖型和农村生活双重污染区。其中，苏州市畜禽养殖业引起的面源污染十分严重，是农业面源污染的重要来源之一，造成COD排放总量趋高[23]。同时，由于畜禽养殖量的影响，造成时间上TP与COD变化趋势基本一致[24]。农村生活是NH4+-N和TN的首要来源，农村人口的快速降低，为NH4+-N和TN排放量的下降提供了条件。再加上畜禽养殖规模和养殖量的控制，两者共同作用造成NH4+-N与TN持续下降。而对于种植业来说，通过氮肥合理配施保证产量的前提下，适量削减氮肥施用量，提高作物对水肥的利用，可以减轻农业面源污染压力[25]。与其他地域一致，苏州市水产业的污染并不是农业面源污染的主要来源[26]，应作为辅助工程进行设置，可以不作为面源污染控制工作的重点。

苏州市农业面源污染首要风险污染物为TN，表明农业生产对水体的氮素污染较重[27]。而TN、TP和COD三种污染物的等标污染风险次序与蔡金洲[13]研究的三峡库区农业面源污染风险相一致，等标污染负荷比分别为57.6%、34.2%和8.2%。然而，结果与福建水口库区流域农业面源结果存在差别，该流域COD、TN和TP的污染负荷比分别为2.17%、22.99%和74. 85%，TP最高[28]。因此，产业结构的差异造成各地面源污染风险状况存在差异。苏州市农业面源各行业等标污染负荷的大小顺序为：畜禽养殖业>农村生活>种植业>水产养殖业，与其他地区农业面源污染存在差异，三峡库区等标污染负荷的大小顺序为：种植业>畜禽养殖业>农村生活[13]；而水口库区流域农业面源的大小顺序为：农田种植业>水产养殖>畜禽养殖[28]，农田种植业居首。因此，按照等标污染排放量，畜禽养殖为苏州市农业面源污染的首要污染物控制来源，应着力控制畜禽养殖源的农业污染排放，而后控制农村生活污染的排放。

苏州市农业面源污染形势严峻，2014年COD、NH4+-N、TN和TP的排放总量分别为131 843.8 t、6 150.2 t、20 848.5 t和2 922.8 t，属于畜禽养殖型和农村生活双重污染区。但是，近十年来苏州市农业面源污染总体呈现逐年下降趋势，2014年较2005年分别降低38.40%、21.80%、17.13%和25.26%。同时，苏州市农业面源污染等标排放量从554.1亿m3降至420.6亿m3，降低24.09%。随着工业经济的逐年提升，苏州市农业面源污染排放量逐渐下降，但农业面源污染风险依旧存在，TN污染风险最高，且污染来源复杂，应加强各行业的协同减控。

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