泰州市农业面源污染源解析及其空间异质性研究

2018-02-02谢立年福华刘鑫

湖北农业科学 2018年1期

谢立+年福华+刘鑫

摘要：采用清单分析法、构建压力—响应指标体系，研究江苏省泰州市化肥施用、作物秸秆、畜禽养殖、水产养殖、农村生活中化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）的污染负荷及其在空间上的分布差异。结果表明，2015年泰州市农业面源污染引起的COD、TN、TP实物排放量分别为51 727.46、49 768.90、5 666.26 t/年，相应的等标排放量分别为2 586.37、49 768.90、28 331.29 t/年；对应的排放浓度分别为16.11、15.50、1.77 mg/L。泰州市农业面源污染的主要污染物为TN和TP，主要污染源是化肥施用和水产养殖，主要污染区域为兴化市、姜堰区、泰兴市，并针对性地提出泰州各市（区）农业面源污染防治措施。

关键词：农业面源污染；源解析；空间异质性

中图分类号：X501 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）01-0029-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.01.008

Abstract： The pollution load and distribution of chemical oxygen demand （COD）， total nitrogen （TN），total phosphorus （TP） from different fertilizer，crop straw，livestock breeding，aquaculture and rural life in Taizhou，Jiangsu province，was studied，using the method of inventory analysis and “pressure response” index system. The results showed that the real emissions amount of COD，TN and TP from agricultural non-point source pollution was 51 727.46，49 768.90，5 666.26 t/a，corresponding to the standard emissions for 2 586.37，49 768.90，28 331.29 t/a respectively，the corresponding emission concentration were 16.11，15.50，1.77 mg/L. The main pollutants of agricultural non-point source pollution were TN and TP，the main sources of pollution were fertilizer application and aquaculture，and the main pollution areas in Taizhou were Xinghua， Jiangyan and Taixing， and the agricultural non-point source pollution prevention and control measures of Taizhou city were put forward.

Key words： agricultural non-point source pollution； source apportionment； spatial heterogeneity

2015年国务院印发了《水污染防治行动计划》（水十条），标志着中国将实施史上最严水资源管理制度，“水十条”对农业转型升级以及2020年全国七大重点流域水质都提出相应目标要求。泰州市地处江苏省中部，长三角北岸，是长江流域与淮河流域两大生态系统交融区，同时也是南水北调工程与江苏沿海地区饮水安全的重要源头区，水生态地位极为重要。随着“江淮生态大走廊”建设被上升为省级战略，并在积极争取被纳入国家生态建设规划，泰州市作为生态大走廊流经市之一，将在南水北调东线水环境保护方面承担更重的责任。近年来，随着点源污染控制能力的提高，农业面源污染已成为泰州市主要污染源，而农业面源污染发生的广域性、分散性、随机性等特征决定了农业面源污染治理相对较难。在中国，面源污染的控制与管理主要是依靠县市、区等基层行政机构去执行，因此，本研究以一定的行政区域为基本单元，采用清单分析法、通过构建压力—响应指标体系，明确泰州市农业面源污染的主要污染物、主要污染源、主要污染區域，以期为泰州市农业面源污染分类管理提供科学依据。

1 研究区域概况与研究方法

1.1 研究区域基本概况

泰州市地处江苏省中部，长三角北岸，下辖靖江、泰兴、兴化3个县级市，海陵、高港、姜堰和医药高新四区，总面积5 787.36 km2。2015年泰州市乡村常住人口384.00万人，农业总产值379.53亿元，各市（区）情况见表1，其中兴化市、泰兴市、姜堰区3地土地面积、乡村人口及农业总产值3项指标均处于前三。泰州市境内河网密布，纵横交织，江淮交汇。江淮分水岭由西向东从中部穿过城市，以新通扬运河和328国道沿线控制建筑物为界，北部属淮河流域下游地势低洼的里下河地区，南部属长江下游的通南平原区。同时，泰州市作为南水北调东线源头区，位于江淮生态大走廊建设范围内，其水环境保护状况对于保障南水北调东线水质安全具有重要意义。根据泰州市环境质量公报，2015年泰州全市水环境质量基本稳定，水环境质量达标率为89.3%，居全省首位。根据《泰州市“十三五”长江淮河流域水环境综合治理方案（2016-2020）》，泰州市工业点源、城镇生活、农业面源化学需氧量（COD）排放分别占COD排放总量的20.74%、27.72%、51.54%，氨氮排放量分别占10.28%、13.68%、76.04%，农业面源污染已成为泰州市主要污染源。endprint

1.2 数据来源

按照泰州市2015年行政区划，以7个市（区）为基本单元，分类收集各项农事与人居活动涉及到的原始数据，所有数据来源于《泰州市统计年鉴2016》《2015年泰州市水资源公报》，同时收集用于负荷核算的必需参数。

1.3 研究方法

1.3.1 压力指标核算根据压力—响应系统原理，农业面源污染的压力指标为各种活动的污染物实物排放量、等标排放量以及由此衍生的相对排放系数（如国土排放系数、产值排放系数、人均排放系数等）。

1）农业面源污染实物排放量。目前，国内外学者在农业面源污染负荷估算方面主要采用的方法有平均浓度法[1]、水质水量相关法[2]、综合调查法[3]、单元调查法[4]以及清单分析法[5]等，其中清单分析法应用性强，适合在缺乏试验条件情况下使用[6]。因此，本研究采用清单分析法作为定量核算农业面源污染物的方法。首先是确定农业面源污染源。根据农业生产和农村生活的特征，将农业面源污染主要来源分为化肥施用、作物秸秆、畜禽养殖、水产养殖、农村生活5方面。其次是确定产污清单项目。考虑到清单的全面性以及数据的可获得性，以统计年鉴为主要项目数据来源。最后确定各污染物产生量与排放量。各污染源污染物产生系数与流失系数参考相关文献[7-13]，由于涉及系数过多和文章篇幅限制，不一一列出各个系数值，仅给出核算结果。

2）农业面源污染等标排放量。各污染物的排放标准与危害程度不一，使得无法在同一尺度上进行各种污染物的量比关系比较，为此在解析污染源时引入目前应用较为普遍的等标污染负荷法[14]。根据《泰州市水污染防治工作实施方案》，到2020年泰州市地表水水质以Ⅲ类为主，因此统一按照地面水环境质量标准（GB 3838-2002）中的Ⅲ类标准计算各项活动中COD、总氮（TN）、总磷（TP）的等标排放量，即等标排放量=该污染物实物排放量/标准浓度。

3）农业面源污染等标排放系数。尽管等标排放量可以在同一尺度上比较，但它考虑的是总量，仍然受到国土面积、农业人口、农业总产值的制约。固此，进一步考察污染物的排放系数，分别按国土、产值、人口计算相应的等标排放系数，即等标排放系数=等标排放量/区域国土面积（或农业总产值或农业人口）。

1.3.2 响应指标核算响应指标为各种活动的污染物排放之后测算出来的水质浓度以及由此衍生的水质指数，即：

污染物排放浓度=污染物实物排放量/区域水资源量；

水质指数=污染物排放濃度/该污染物在GB 3838-2002中Ⅲ类标准值。

综合水质指数采用内梅罗法计算：

综合水质指数={[（单项水质指数的最大值+水质指数平均值]/2}1/2。

2 结果与分析

2.1 农业面源污染负荷的压力分析

2.1.1 污染物实物排放量如表2所示，泰州市2015年农业面源COD、TN、TP实物排放量分别为51 727.46、49 768.90、5 666.26 t/年。从排放空间结构可以看出，3种污染物均以兴化市排放居多，其次为姜堰区与泰兴市，其中在TN、TP排放方面姜堰区相对较多，而在COD排放方面泰兴市相对较多，医药高新区农业面源污染物排放在所有市（区）中最少。结合表1发现，各市（区）农业面源污染物排放与其国土面积、农业总产值及农村人口的分布高度吻合。

2.1.2 污染物等标排放量如表3所示，泰州市2015年农业面源污染等标排放总量为80 686.57 t/年，其中COD、TN、TP等不同污染物的等标排放量分别为2 586.37、49 768.90、28 331.29 t/年，畜禽养殖、化肥施用、作物秸秆、水产养殖、农村生活等不同污染源的等标排放量分别为75.09、37 098.61、 4 760.16、34 337.53、4 415.18 t/年，说明泰州市农业面源污染主要是由农业生产活动的化肥施用和水产养殖引起的。从排放空间结构看，农业面源污染排放量排在前三位的分别为兴化市、姜堰区、泰兴市，且各市（区）污染源主要是化肥施用和水产养殖。医药高新区污染物排放量最少，其主要污染源为化肥施用与农村生活。

2.2 农业面源污染负荷的响应分析

如表4所示，泰州市因农业面源污染排放 COD、TN、TP的浓度分别为16.11，15.50，1.77 mg/L，N、P两种污染物均超过地面水环境质量Ⅲ类标准。2015年农业面源污染造成的综合水质指数为12.46，达到严重污染水平。全市COD、TN、TP水质指数分别为0.81、15.50、8.83，除COD外，均达到严重污染水平。从水质指数看，泰州市污染情况为姜堰区>兴化市>泰兴市。

2.3 农业面源污染源和污染物分析

依据等标排放量计算等标负荷比，将各污染物或污染源的等标污染负荷比从大到小排序，分别累计百分比，大于80%的污染物或污染源列为主要污染物或主要污染源。如表5所示，泰州市2015年农业面源污染的主要污染物是TN和TP，其等标污染负荷比分别为61.68%和 35.11%，主要污染源是化肥施用和水产养殖，其等标污染负荷比分别为45.98%和42.56%。

2.4 农业面源污染空间异质性分析

污染区域的严重程度可以根据压力态势和响应态势两方面予以综合确定。通过进一步考察污染物的排放系数，发现采用国土等标排放系数要比产值排放系数、人均排放系数更能说明问题。基于国土面积的等标排放系数（表6），各区域农业面源污染严重程度为兴化市>姜堰区>海陵区>泰兴市>靖江市>高港区>医药高新区。在水质严重污染的区（市）中，污染响应情况为姜堰区>兴化市>泰兴市>市区（除姜堰区）>靖江市。

综合压力态势与响应态势，可以确定泰州市农业面源污染严重的区域为兴化市、姜堰区、泰兴市，这与《泰州市“十三五”长江淮河流域水环境综合治理方案（2016-2020）》污染物排放区域分析结果较为一致。值得注意的是，海陵区大多数指标都较低，但由于化肥施用污染而在综合压力态势排名中位列第三，今后化肥减量增效将是海陵区农业面源污染防治的主要方向。endprint

3 结论

1）2015年泰州市农业面源污染引起的COD、TN、TP实物排放量分别为51 727.46、49 768.90、5 666.26 t/年，相對应的等标排放量分别为2 586.37、49 768.90、28 331.29 t/年。

2）2015年泰州市因农业面源污染引起的COD、TN、TP浓度分别是16.11、15.50、1.77 mg/L，N、P两种污染物均超过地面水环境质量Ⅲ类标准。

3）2015年泰州市农业面源污染的主要污染物为TN和TP，其等标污染负荷比分别为61.68%和 35.11%，主要污染源是化肥施用和水产养殖，其等标污染负荷比分别为45.98%和42.56%。因此，今后泰州市农业面源污染防治的主要任务：一是严格控制化肥的使用量，全面推广测土配方施肥，精准施肥技术，同时积极引导农民调整种植结构，加快推进农业标准化生产；二是严格控制水产养殖规模，优化水产养殖区域布局，推进水产养殖场的生态化改造，推广生态养殖。

4）2015年泰州市农业面源污染主要区域为兴化市、姜堰区、泰兴市，其主要污染源与全市总体情况一致，主要为化肥施用和水产养殖，属于生产性污染。因此，其污染防治措施应与全市同步，是泰州市农业面源污染防治的“主战场”。

参考文献：

[1] 李怀恩.估算非点源污染负荷的平均浓度法及其应用[J].环境科学学报，2000，20（4）：397-400.

[2] 洪小康，李怀恩.水质水量相关法在非点源污染负荷估算中的应用[J].西安理工大学学报，2000，16（4）：384-386.

[3] 钱秀红.杭嘉湖平原农业非点源污染的调查评价及控制对策研究[D].杭州：浙江大学，2001.

[4] 赖斯芸，杜鹏飞，陈吉宁.基于单元分析的非点源污染调查评估方法[J].清华大学学报（自然科学版），2004，44（9）：1184-1187.

[5] 陈敏鹏，陈吉宁，赖斯芸.中国农业和农村污染的清单分析与空间特征识别[J].中国环境科学，2006，26（6）：751-755.

[6] 蔡金洲，范先鹏，黄敏，等.湖北省三峡库区农业面源污染解析[J].农业环境科学学报，2012，31（7）：1421-1430.

[7] 葛继红，周曙东.农业面源污染的经济影响因素分析———基于1978-2009年的江苏省数据[J].中国农村经济，2011（5）：72-81.

[8] 赖斯芸.非点源调查评估方法及其应用研究[D].北京：清华大学，2003.

[9] 陆尤尤.基于“压力—状态—响应”机制的江苏省农业面源污染研究[D].南京：南京农业大学，2012.

[10] 国家环境保护总局自然生态保护司.全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策[M].北京：中国环境科学出版社，2002.