重庆市江津区李市镇农业面源TN、TP排放特征分析

杭晓宁，张 健，黄 祥，胡留杰，廖敦秀，朱小坡，吴 平，周 余，张鹏程

（1.重庆市农业科学院，重庆 401329；2.李市镇农业服务中心，重庆江津 402274；3.重庆市农业生态与资源保护站，重庆 401121）

通过多年的治理，我国的点源污染已经得到有效控制，农业面源污染变成了水环境污染的主要来源[1]。与点源污染不同的是，面源污染具有发生时间不定、发生方式多样、过程机理复杂、时空变异性大、污染监测难度大等特点[2-4]，因此，需要在不同空间尺度上研究农业面源污染发生机理。在各种农业面源污染发生机理研究中，输出系数模型在现阶段应用最多，其所需参数少，具有一定的精度，是一种有效核算面源污染的方法[5]。运用输出系数法，近些年来，国内外学者对北京[6]、太湖[7]、洱海[8]、三峡库区[9-10]、长江[11]等区域或流域做了大量研究；杜鹃等[12]、刘德勤等[13]分别对定远县和界首市泉河小流域的农业面源污染做了估算，提出了应对策略。前人的研究多是在大范围内研究农业面源污染，小流域的研究也多在东部平原地区，对西南丘陵山区小流域农业面源污染的研究鲜有报道。为更好地解析西南丘陵山区小流域农业面源污染及其来源，本研究采用输出系数法，以重庆市江津区李市镇为研究对象，研究该地区农业面源TN、TP的排放，估算其总量及来源，为该区域农业面源污染防治提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

李市镇地处重庆市江津区腹心地带，境内海拔230～560 m，相对高差330 m，年均降雨量1 033 mm，是江津区农业重镇。全镇总面积180 km2，辖三角坝、林家嘴、牌坊、两岔、双河、孔目、黄桷、龙吟、沙埂、洞塘、大桥等11 个行政村，2019 年，全镇有常住人口53 532 人。李市镇现有农用地8 200 hm2，以种植水稻、玉米、薯类、柑橘和花椒为主，畜禽养殖以生猪和肉牛为主，农业总产值占区域生产总值的90%以上。长江二级支流笋溪河横贯全镇，境内长度达30 km。

1.2 数据来源

本研究中采用的农村常住人口、土地利用类型和养殖数量等数据均是2019 年李市镇农业服务中心统计数据。

1.3 农业面源污染排放量核算方法

采用输出系数法估算法对不同污染源的污染物输出量进行估算，然后通过对不同污染源类型的污染负荷求和，得到研究区域的面源污染物输出量。

1.3.1 土地利用输出系数

多数土地利用类型的氮磷输出系数可以通过文献调研获得，即通过查找相近地区相同土地利用类型的氮磷输出系数获得；少数土地利用类型，如花椒由于缺乏相关研究，基于团队前期的研究估算获得。本文借鉴国内外的研究成果[2,14-16]，并综合考虑李市镇土壤特性和当地施肥习惯，得到不同土地利用类型主要污染物的输出系数值（见表1）。

表1 不同土地利用类型氮磷输出系数

1.3.2 畜禽养殖输出系数

畜禽的排泄系数是指单个畜禽每天排出的粪尿的数量，它与畜禽的种类、品种、性别及畜禽的生长期、喂养饲料、天气条件等因素有关。本项目采用周芳等[17]的畜禽排泄系数进行估算。计算公式如下：

畜禽养殖产污量=畜禽排泄系数×饲养量

畜禽养殖排入水体量=畜禽养殖产污量×流失系数

参数详见表2。

表2 畜禽排泄系数与流失系数

1.3.3 水产养殖输出系数

按照中国水产科学研究院渔业资源与环境研究中心李绪兴等[18]的计算方法计算水产养殖产生的氮磷：养殖1 kg 草食性鱼类向环境中输入氮、磷分别为0.016 kg、0.002 kg，养殖1 kg 杂食性鱼类向环境中排放氮、磷分别为0.028 kg、0.004 6 kg。本文将草鱼以外的其他鱼类均归为杂食性鱼类。

1.3.4 农村生活源输出系数

农村生活源主要分为生活污水和人粪尿两部分。生活污水TN、TP 的产污系数分别为0.584 kg/人和0.146 kg/人，排放系数75.6%；人粪尿TN、TP 的产污系数分别为4.40 kg/人和0.44 kg/人，排放系数10.4%[17]。

1.4 数据处理

分别采用Microsoft Excel 2010 和ArgGIS 10.2 对数据进行处理分析和制图。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用类型TN、TP排放量

李市镇不同土地利用方式的TN、TP 年排放量分别为246.75 t、22.84 t。由图1可见，TN在蔬菜地中的产生量最大，达到近80 t，占全部土地利用排放TN 的32.25%，其次是水稻田、花椒园，分别为45.71 t、35.54 t，占比分别达18.52%、14.40%，在茶园中的排放量最小，只有0.91 t。TP 在蔬菜地中的排放量同样最大，达到4.96 t，占比为21.71%，其次是玉米地、建筑用地，占比分别达17.68%、15.55%，这和TN 的排放量不同，导致这一差距的原因是玉米地磷的流失系数较大。值得注意的是，随着花椒产业的逐步发展，花椒园产生的TN不容忽视。

图1 李市镇不同土地利用类型的TN、TP排放量

2.2 畜禽养殖TN、TP排放量

李市镇畜禽养殖TN、TP年排放量分别为1 515.93 t和601.71 t。由图2可见，TN、TP排放最大的来源都是生猪养殖，分别占畜禽养殖排放总量的32.56%、30.92%，值得关注的是，蛋鸡和肉鸡TN、TP的排放总和超过了生猪养殖，占比分别为49.64%、53.59%。

图2 李市镇不同畜种的TN、TP排放量

2.3 水产养殖TN、TP排放量

李市镇水产养殖TN、TP 年排放量分别为26.03 t和3.96 t。由图3 可见，鲢养殖的排放量分别为8.79 t、1.44 t，占水产养殖排放量的33.78%、36.49%，其次是草鱼和鲫，三者合计占全镇水产种养殖的91.93%和91.28%。

图3 李市镇不同水产养殖的TN、TP排放量

2.4 农村生活源TN、TP排放量

李市镇农村生活源TN、TP 年排放量分别为48.13 t 和8.36 t，其中生活污水的TN、TP 排放占比分别为49.10%、70.69%，人粪尿导致的分别占50.90%、29.31%。

2.5 农业面源TN、TP排放总量

通过对前述四个方面（土地利用、畜禽养殖、水产养殖、农村生活源）氮磷排放量的估算，获得李市镇不同来源氮磷排放量（见表3）。李市镇年TN 排放量 为1 836.84 t，TP 排放量为636.87 t。TN 和TP 的来源排序一致，都为畜禽养殖＞土地利用＞生活源＞水产养殖。其中畜禽养殖排放的TN 占全镇TN 排放量的80%以上，而TP则占90%以上。

表3 李市镇不同来源TN、TP排放量汇总表

3 讨论与结论

农业生产中化肥和农药的不合理施用，以及未处理的畜禽养殖废弃物和生活污水通过淋溶、渗漏进入环境中，超过环境的自净能力时，即可造成面源污染。本研究区域重庆市江津区李市镇农业面源TN、TP来源均表现为畜禽养殖＞土地利用＞生活源＞水产养殖，其中畜禽养殖业排放占比远高于其他排放源，这和前人的研究结果基本一致[10,17]。李市镇的面源污染风险主要来自于畜禽养殖业，畜禽养殖业粪污治理是重中之重，今后在养殖场建设时同步建设粪污处理设施和有机肥生产设备尤为重要；同时要大力提倡发展种养循环农业，对新建畜禽养殖企业应强制要求配套一定面积的土地来消纳粪污。

在土地利用方面，蔬菜地的TN 和TP 排放量均最大，原因一方面是蔬菜种植的集约化程度高、复种指数高、氮肥的施用量多[6]，另一方面是其种植面积较大，在作物中仅次于水稻。前期调研中也发现，李市镇地理位置优越，交通便利，随着脱贫攻坚和乡村振兴的推进，近些年引进了多个大型花椒和蔬菜种植企业，也发展了许多小型家庭农场。小农户对肥料、农药等化学投入品价格不敏感，因此，超量施肥的现象普遍存在。加之多数花椒企业都在前期促生长阶段，肥料使用量大，耕作频繁，水土流失严重。加强小农户的专业知识培训和有机肥替代化肥的支持力度，将有助于减少土地利用导致的面源污染。

尽管水产养殖导致的面源污染占比小，但因为都是池塘养殖，存在降雨导致的外溢风险。因此一方面需要加强管理，禁止高密度养殖，另一方面需要提高准入水平，推广采用先进技术如池塘底排污技术等。农村生活源分布广，治理难度大，随着城镇化的进一步加快，治理将主要集中在城镇区域。在城镇加强建设污水处理厂，延长污水管网铺设线路，提高污水处理厂的处理能力是治理生活源污水的关键。