乡村振兴背景下广东省农业面源污染时空分析与防治对策

张明浩

（广东国地规划科技股份有限公司，广州 510640）

2018年《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》指出，实施乡村振兴战略，让农业成为有奔头的产业，让农民成为有吸引力的职业，让农村成为安居乐业的美丽家园。中国农村地域广阔，农村生态环境质量直接关系到人民群众的身体健康，关系到乡村振兴战略的具体落实，关系到“美丽中国”的建设。然而，农业面源污染已成为中国水体污染、土壤环境恶化、生态系统破坏等的最主要来源之一［1］。全国各污染物排放总量巨大，来自农业污染源排放的化学需氧量（COD）、总磷（TP）、总氮（TN）的贡献率分别达43.71%、67.27%和57.19%［2］，可见农业面源污染已成为影响农村增绿、农业增效和农民增收、制约乡村振兴战略实施的关键因素［3］。

当前，学术界从不同角度对农业面源污染进行了大量的研究。其内容涵盖农业面源污染的形成机制［4］、驱动力［5］、防治政策［6，7］、与多主体行为关系研究［8-10］、污染现状分布［11］与时空分析［12，13］等多方面。从已有研究看，采用不同的方法对农业面源污染现状进行测度与分析是该领域研究的热点问题［14］，但不难发现，当前对农业面源污染时空格局的研究多集中于中国中部、西部、北部地区或者全国整体层面，较少对广东省的农业面源污染空间特征以及形成原因等的深度分析。广东省作为全国农业大省之一，也是全国首个利用世行贷款实施农业面源污染治理的省。近年来，广东省农业产业发展迅速，2010—2017年农业总产值连续8年保持高速增长，农业增效与农民增收取得明显效果。然而，随着种植业、畜牧业、水产养殖业等的不断发展，由此带来的农业面源污染日益增大，进一步导致水污染、土壤污染等环境压力日益增加［15］。据研究，2012年广东省生猪与家禽等养殖污染排放量居全国第七位，而且全省47.4%的中小规模畜禽养殖污染得不到有效控制［16］。乡村振兴战略明确提出加强农业面源污染防治，开展农业绿色发展行动，推进农村生态文明建设。因此，在乡村振兴背景下如何在保持农业增效、农民增收的基础上实现农村增绿，是广东省农村生态环境治理面临的重要问题。

鉴于此，本研究估算广东省2008—2017年农业面源污染的COD、TN、TP污染负荷，并结合ArcGIS10.2可视化分析探讨其时空分布，同时通过各污染物的地均排放量及其综合指数对广东省21个地市农业面源污染强度进行风险分析并提出针对性措施。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

广东省位于北纬20°09′—25°31′、东经109°45′—117°20′，地处中国东南沿海，交通条件便利，地理区位优势明显。2017年广东省实现地区生产总值89 879.23亿元，比上年增长7.5%［17］。其中，第一产业增加值为3 792.40亿元，增长3.5%。虽然2017年粮食作物播种面积为250万hm2，比上年下降0.4%，但全年粮食总产量为1 365.13万t，增长0.4%，这与广东省农业面源污染治理项目实施有一定关系。2017年全省农村常住人口3 367.45万人，比上年减少了20.24万人，占年末常住人口的43.16%［18］。2017年畜禽养殖总产量总体呈下降趋势。其中，猪肉产量262.19万t，下降0.8%；禽肉产量134.27万t，下降0.6%。全年水产品产量增长，其中海水产品增长1.6%，淡水产品增长1.3%。2017年化肥施用量（折纯）为237.94万t，农药施用量为9.46万t［19］，对当地生态环境产生一定影响。总而言之，农业面源污染与种植业、畜禽养殖业、水产养殖业的发展密不可分。

1.2 数据来源与研究方法

1.2.1 数据来源 本研究采用的关于广东省21个地级市农业面源污染中各种污染源（如化肥施用量、畜禽养殖、水产养殖等）的农业面源污染物指标等所有原始数据均来自2008—2017年的广东省统计年鉴、广东省统计公报、各地市的统计年鉴与统计公报等。广东省市县级行政区划矢量数据由国家基础地理信息中心提供。

1.2.2 研究方法

1）污染负荷估算。获取全省种植业、畜禽养殖和水产养殖污染物排放总量，采用排污系数法［20，21］计算21个地市农村畜禽养殖、种植业、水产养殖污染负荷。

式中，Pij为i污染源的污染物j在区域的总负荷量；j为区域中的污染物类型，包括COD、TN、TP共3种；mij为污染物排放系数；i为区域中的污染源类型，包括农村种植业、畜禽养殖业、水产养殖业；N为区域中种植业化肥施用折纯量、畜禽养殖总量、水产养殖总量［22］。从农业面源污染物排放量的核算来看，主要核算污染物包括TN、TP、COD。根据现有文献，这3类污染物中农药和农膜的贡献率很低，因此本研究仅选取化肥施用量。

从广东省第一次全国污染源普查公报中农业污染源排放情况的种植业、畜禽养殖业、水产养殖业的污染物排放数据获取COD、TN和TP年总排放量，从广东省2008年统计年鉴获取全省畜禽养殖量、种植业化肥施用折纯量及水产养殖量，将对应污染物排放量/对应施用量或养殖量作为排放系数，其中农村种植业没有对应的COD年排放量统计数据（表1）。

表1 广东省农业面源污染物排放系数

2）污染风险评估。由于不同区域污染物的排放不同，农村土地面积也不一样，无法在同一尺度上来比较21个地级市COD、TN、TP污染物的危害量比关系，因此在分析广东省农业面源污染强度时引入地均污染强度。用各地市的污染物实际排放量分别除以各自的农村面积可以得出各地市的地均污染物排放量，以此来反映广东省农业面源污染环境状态。其中，农村面积分别为21个地市的总面积扣除城市面积，根据广东省自然资源厅公布的2008—2017年的土地利用现状数据作为各地级市的总面积，参考《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2007），其中城市、建制镇、机场用地、港口码头用地面积归类为城市面积，从而估算出农村面积。

式中，Pij地为第i个市县的第j个污染物地均排放量，kg/km2；Pij为第i个市县的第j个污染物排放量，t/年；Si为第i个市县的农村土地面积，km2。

求得COD、TN、TP地均排放量后进行离差标准化，使其结果落于［0，1］，再对这3种污染强度标准化值按相同权重加和得到污染综合指数，从而确定农业面源污染风险排序。

2 结果与分析

2.1 广东省2008—2017年农业面源污染时空特征分析

2.1.1 2008—2017年COD污染物排放时空特征农业面源污染主要包括畜禽养殖污染物、水产养殖污染物和种植业污染物。畜禽养殖业、水产养殖业是COD污染物的主要污染源。近10年广东省畜禽养殖量呈递减趋势，从2008年的2 647.39万只，减少至2017年的2 346.80万只。水产养殖量逐年增长，2008年为680.41万t，2017年为833.54万t，其增长率为22.51%，由此导致水产养殖排放污染物逐年增多，对COD污染物排放的贡献率逐年扩大，成为COD污染物的重要污染源。

由公式（1）可得广东省2008—2017年COD污染物排放量，详见表2。2008—2017年，广东省COD污染物排放量总体呈递减趋势，至2017年为104 467.16万kg，减少7 456.75万kg。不同经济地区COD污染物排放差异明显，具体表现：①珠三角地区近10年来COD污染物排放量减少9 125.80万kg，深圳、珠海、中山、东莞4市一直保持COD污染物低排放趋势（图1a）。肇庆、江门2市畜禽养殖量、水产养殖量均处于珠三角9市前列，其中2017年肇庆市COD污染物排放量为10 941.12万kg，占珠三角地区COD污染物总排放量的35.01%，是该经济地区COD污染物的主要贡献市。②东翼地区COD污染物排放呈先缓慢递增后骤降的特征，由2016年的12 143.98万kg骤然下降至2017年的10 244.95万kg，同比下降15.64%。一方面由于汕尾市水产养殖量从2016年的65.223 5万t减少至2017年的55.773 6万t，降幅14.49%；另一方面东翼4市2016—2017年畜禽养殖量均大量减少，2016年东翼4市的畜禽养殖总量为241.66万只，2017年为196.67万只，同比减少44.99万只，由此导致东翼4市COD污染物排放在2017年明显下降（图1b）。可见，畜禽养殖是该经济区域COD污染物排放的主要来源，控制畜禽养殖量是改善农业面源污染的重要措施。③西翼地区3市COD污染物排放量处于7 000万～17 000万kg（图1c），2017年茂名COD污染物排放量是阳江的近2倍，茂名市的COD污染物排放量位列广东省21个地市首位；山区5市COD污染物排放量处于3 000万～9 000万kg（图1d）。综上所述，2017年COD污染区域前10名依次为茂名、湛江、肇庆、阳江、清远、江门、梅州、韶关、佛山、惠州，可见COD污染严重地区主要分布在粤西、粤北地区。

图1 广东省2008—2017年不同经济区域COD污染物排放量

表2 广东省2008—2017年不同经济区域COD污染物排放量

2.1.2 2008—2017年TN、TP污染物排放时空特征 畜禽养殖污染物、水产养殖污染物和化肥施用量是TN、TP污染物的主要来源。总体上，2008—2017年广东省化肥施用量（折纯）呈缓慢递增趋势，但2016年广东省化肥施用量（折纯）为261.02万t，骤降至2017年的237.94万t，降幅8.84%，主要与湛江、云浮、阳江、广州等市减少施用化肥有关（表3）。2017年化肥施用量（折纯）超过10万t的地市有湛江、茂名、肇庆、清远、梅州、河源、江门、揭阳。其中，湛江市为46.32万t，茂名为35.15万t，远远超过其他地区。河源市2017年的化肥施用量为12.72万t，其对TN污染物排放量的贡献达59%以上，对TP污染物排放量的贡献率为50.18%。过度施用化肥是造成河源市农业面源污染的主要原因。

表3 广东省2008—2017年化肥施用量（折纯）

由公式（1）可得广东省2008—2017年TN、TP污染物排放量，详见图2和图3。珠三角地区TN、TP污染物排放趋势特征相似，深圳、珠海、中山、东莞4市TN、TP污染物排放量较少，TN、TP污染物排放量均分别处于300万kg、50万kg以下（图2a、图3a）。肇庆TN、TP污染物排放量远远超过其他地区，江门TN、TP污染物排放量从2008年递增至2016年，而后大幅下降。广州、惠州、佛山3市的TN、TP污染物排放均呈下降趋势，农业面源污染趋势有所减缓。东翼地区4市TN污染物排放量处于300万～800万kg，TP污染物排放量处于40万～110万kg，其中揭阳市整体呈下降趋势（图2b、图3b）。西翼地区3市TN、TP污染物排放量均分别超过1 000万kg、150万kg，其中湛江、茂名TN、TP污染物排放量处于广东省前列（图2c、图3c）。山区5市TN、TP污染物排放量趋势特征相似，清远、河源、梅州、云浮的TN、TP污染物排放量均在2016—2017年出现剧烈变化（图2d、图3d）。其中，清远、河源的TN污染物排放量分别突增163.41万、136.62万kg，TP污染物排放量分别突增27.15万、13.94万kg，与清远畜禽养殖量增加、河源化肥施用量增加密切相关。综上所述，2017年TN污染区域排在前10名的依次为茂名、湛江、肇庆、清远、阳江、江门、梅州、韶关、河源、揭阳；TP污染区域排在前10名的依次为为茂名、湛江、肇庆、阳江、清远、江门、梅州、韶关、河源、揭阳，TN、TP污染区域基本一致。

图2 广东省2008—2017年不同经济区域TN污染物排放量

图3 广东省2008—2017年不同经济区域TP污染物排放量

2.2 广东省2008—2017年农业面源污染风险分析

2.2.1 2008—2017年农业面源污染强度分析 采用ArcGIS 10.2空间分析技术，绘制2008年和2017年广东省各污染源的地均排放量空间分布图。由图4可知，2008—2017年广东省农业面源污染地均排放量总体呈下降趋势，空间差异明显。具体分析可知，2008—2017年，种植规模、畜禽养殖规模大是造成地区COD、TN、TP排放量居高不下的主要原因，乐观的是，广东省地均排放量呈下降趋势，农业面源污染有所改善。COD地均排放量由中部地区向粤东、粤北递减，与2008年相比，佛山、广州、江门等市2017年COD地均排放量均下降一个污染等级。2017年茂名、佛山、珠海、汕头4市COD地均排放量处于12 000～16 000 kg/km2，其他大部分地区低于8 000 kg/km2。TN、TP地均排放量总体波动稳定并逐渐下降，湛江、广州、佛山、揭阳均呈改善趋势；韶关、河源、东莞3市TN、TP地均排放量均处于最低污染等级。

图4 广东省2008—2017年COD、TN、TP污染物地均排放量

2.2.2 2008—2017年农业面源污染风险分析 经计算可得广东省农业面源污染综合指数，2017年21个地市COD、TN、TP的地均排放量标准化值及综合指数结果见表4。综合指数从大到小顺序为茂名、汕头、湛江、珠海、佛山、阳江、中山、江门、揭阳、肇庆、潮州、汕尾、广州、清远、云浮、深圳、梅州、惠州、韶关、河源、东莞。

表4 广东省2017年农业面源污染综合指数及顺序

分析可知，农业面源污染风险与单个污染强度指标分布规律较为一致。其中，茂名和汕头所得综合分值为农业面源污染风险最高区域；湛江、珠海、佛山、阳江各污染物地均排放量的标准化值较大，处于高度污染风险区域；中山、江门、揭阳、肇庆、潮州、汕尾为中度污染风险区域；广州、深圳、惠州等市为低度污染风险区域，其中东莞市COD、TN、TP地均排放量的标准化值均为0.00，东莞市所得综合评价为农业面源污染风险最低。总体而言，广东省农业面源污染呈中西部污染风险高、东中北污染风险低的规律（图5）。低风险区域主要为城市化率较高、农业比重小的深圳市、广州市等地区；高风险区域表现为农地面积少、规模大、集约化程度低的茂名市、湛江市等地区。

图5 广东省2017年农业面源污染风险分布

3 讨论

农村农业面源污染受到农业经济活动的影响，土地的数量、质量和结构决定了种植业产量。随着广东省高产、高效农业的发展，化肥施用对粮食增产、农民增收起到了积极作用［23］，但化肥施用量越来越大，所贡献的TN、TP污染越来越明显，对农村增绿产生了消极影响。广东省自开展了世行贷款广东农业面源污染治理项目与制定了化肥零增长的行动方案以来，化肥施用量呈下降趋势，特别是2016—2017年大部分地市的化肥施用量下降明显。推进精准施肥、调整化肥施用结构、改进施肥方式、有机肥替代化肥等是从技术角度减少化肥施用量、保证化肥零增长、提高农业生产效率的重要措施。

养殖业是COD污染的主要来源，也是广东省农业面源污染的主要因素。近10年广东省加强畜禽养殖污染防治监管，特别是严格执行禁养政策，畜禽养殖规模有所减少。截至2017年底，广东省畜禽禁养区内的2万多个养殖场户已全部搬迁或关闭，畜禽养殖污染防治效果显著。然而，随着畜禽养殖污染防治力度加大，广东省水产养殖规模逐年扩大，进而造成的污染也越来越明显。西翼地区3市水产养殖规模均位于广东省前列，其中2017年湛江市水产养殖量达120多万吨，位居广东省第一，由此导致的农业面源污染风险显著提升。2019年《广东省打赢农业农村污染治理攻坚战实施方案》提出加强水产养殖污染防治和水生生态保护。因此，亟需在污染区域大力推进水产养殖污染防治，推动水产养殖尾水达标排放，加快推广水产生态养殖技术和模式，从而达到水生生态保护的目标。

广东省已出台关于农业农村污染治理多项政策，但政策执行与具体落实有待提高，农民真正受益与获得感有待提升。虽然世行贷款广东农业面源污染治理项目效果明显，但参加世行项目平均每个农户每年获补贴458元对于纯农户而言无疑为杯水车薪。目前，世行贷款广东省农业面源污染治理项目仍处于定点实施，所获经验还未全省推广，仅部分农户受益。因此对于未参加该项目的农户而言，在没有政策支持下仍购买中高毒农药，如敌百虫、杀虫双等，不会主动回收农药、肥料包装废弃物，环保意识浅薄。因此，加大对农业农村污染治理政策支持、技术指导，加大对农户农业生产的经济补贴，促使农户积极主动参与农业农村污染治理，以农民获得实际收益的方式，引导农户朝着亲环境型的生产方式转变［24，25］，以期控制与治理农业面源污染、实现生态文明建设的目标。

本研究中，农业面源污染源重点研究了种植业与养殖业所排放的COD、TN、TP具体化学指标并选取地均污染强度及其综合指数作为污染风险分析指标。但因COD、TN、TP对土壤的污染阈值数据获取等原因，并未对上述污染类型阈值风险进行研究，今后应加强对此方面的研究，使研究结果更为全面。同时，农业面源污染具有隐蔽性、难测性、地域性等特点［26］，从省级层面宏观分析难免忽视县级局部污染现状，今后亟需从县级层次进一步完善广东省农业面源污染时空分析，使研究结果更能反映实际情况。

4 小结

农业面源污染时空分布差异造成不同地域的污染风险不同，亟需因地制宜提出防治措施。采用排污系数法估算广东省2008—2017年农业面源污染的COD、TN、TP污染负荷，并结合ArcGIS 10.2可视化探讨其时空分布；通过各污染物的地均排放量及其综合指数对广东省21个地市农业面源污染强度进行风险分析。结果表明：①2017年广东省农村地区COD、TN及TP污染物排放量分别为104.47万、16.87万、2.45万t；2008—2017年COD、TN及TP地均排放量整体呈下降趋势，但2016—2017年部分地区变化幅度明显，主要是由于部分市化肥施用量、畜禽养殖量大量增加；②21个地市农业面源污染风险大小顺序为茂名、汕头、湛江、珠海、佛山、阳江、中山、江门、揭阳、肇庆、潮州、汕尾、广州、清远、云浮、深圳、梅州、惠州、韶关、河源、东莞。乡村振兴背景下农业面源污染的时空分析与防治对策的提出可为广东省乡村振兴、农村生态环境治理提供借鉴。