農業小流域面源污染經濟損失研究

魯文艷，于興修，袁天天，劉前進

(1.湖北大學 資源環境學院，湖北 武漢 430062；2.臨沂大學 水土保持與環境保育研究所，山東 臨沂 276005)

農業小流域面源污染經濟損失研究

魯文艷1，于興修1，袁天天1，劉前進2

(1.湖北大學 資源環境學院，湖北 武漢 430062；2.臨沂大學 水土保持與環境保育研究所，山東 臨沂 276005)

農業面源污染；經濟損失評估；孟良崮小流域

以孟良崮小流域為研究區，在利用輸出系數模型計算2013年流域內農業面源污染負荷的基礎上，運用環境經濟學中的恢復防護費用法，定量估算小流域農業面源污染經濟損失。結果表明：2013年孟良崮小流域農業面源污染產生的總氮、總磷污染負荷分別為934.30 kg和136.19 kg，流域內農業面源污染造成的環境經濟損失為26 842元。其中，畜禽排泄污染造成的經濟損失最大，為18 270元，占流域內污染總損失的68.06%；土地利用污染造成的經濟損失次之，為6 635元，占24.72%；農村生活污染造成的經濟損失最小，為1 937元，占7.22%。

水污染價值損失研究是制定水環境對策與政策的基礎，也是開展綠色國民經濟核算的主要內容[1]。從世界范圍來說，農業面源污染是水資源污染的重要原因，在我國氮、磷等面源污染物造成太湖、巢湖、滇池等重要湖泊富營養化趨勢加劇[2]。從環境經濟學角度對農業面源污染的經濟損失進行分析可為有針對性地制定面源污染控制對策提供依據。目前，環境污染經濟損失的估算方法主要包括直接市場評價法、顯示偏好價值評估法和意愿調查評估法3類[3]，同時研究人員對不同流域或區域水土流失的環境價值損失估算[4]進行了大量研究，但對小流域農業面源污染經濟損失的實證研究仍較少。地處沂蒙山區重要水源地的孟良崮小流域擁有比較豐富的面源污染研究資料[5-6]，而對流域內面源污染的環境經濟損失研究還未見報道。運用環境經濟學的方法對小流域農業面源污染造成的經濟損失進行估算評價，可為小流域農業面源污染的治理和控制提供科學依據。

1 研究區概況

孟良崮小流域位于魯中南沂河上游的蒙陰縣垛莊鎮，地勢東北高西南低，以丘陵為主，屬溫帶大陸性季風氣候區，降水主要集中在7—9月，多年平均降水量733.4 mm，土壤類型以棕壤為主。流域總面積為102.86 hm2，其中林地57.34 hm2、耕地21.11 hm2、果園10.96 hm2、未利用土地9.49 hm2、居民用地3.45 hm2、草地0.21 hm2、其他用地0.30 hm2。小流域內人口為120人，生產活動以農業為主，無工業生產活動，面源污染是水環境污染的主要來源。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

以2013年為研究節點，小流域內不同土地利用類型的各形態氮磷元素的流失濃度、徑流量等水文水質數據由定期實測獲得，流域內的人口和畜禽數量通過實地調查獲得，土地利用等相關資料由山東省水土保持與環境保育重點實驗室提供。

2.2 研究方法

(1)面源污染負荷估算方法。本研究采用輸出系數法模型[7]，根據土地利用類型、畜禽排泄、農村生活污染物的排放現狀，對流域內不同污染物的負荷量進行估算。由于小流域內降雨輸入的污染物量很小，在本研究中忽略不計，因此修正后的輸出系數估算模型為

(1)

式中：L為污染物流失總量(污染負荷)，kg/a；Ei為第i類污染物的輸出系數，即單位面積或每頭(只)禽畜、人均生活污染物年輸出量，kg/(km2·a)、kg/(只·a)或kg/(人·a)；Ai為第i類土地利用類型的面積(km2)或第i種禽畜數量(頭或只)、人口數量(人)。

(2)面源污染經濟損失估算方法。目前，農業面源污染經濟損失估算比較常用的環境經濟學方法有恢復防護費用法[8]、影子工程法[9]等。從數據可得性考慮，選取恢復防護費用法對經濟損失進行估算，即假設為了避免環境危害應用貨幣尺度衡量治理所需的費用，把這種費用作為對環境資源破壞所造成經濟損失的最低估計[10]。具體的計算公式為

(2)

式中：S為養分(污染物)所造成的經濟損失，元；L為養分負荷量，即污染物負荷量，kg；P為養分(污染物)的處理成本，元/kg。

由于各種污染物的單位處理成本不同，因此公式(2)可以演化為

(3)

式中：Si為第i種養分(氮、磷)所造成的經濟損失，元；Tij為第j種面源污染類型第i種養分流失總量，kg；m為面源污染類型總數；Ki為第i種養分折算為磷酸二銨的系數；C為磷酸二銨肥料的市場價格，元/kg。

目前磷酸二銨的市場價格為2.86元/kg，氮、磷折算成磷酸二銨的系數分別為132/14、132/31。

3 結果與分析

3.1 農業面源污染負荷分析

(1)不同土地利用類型污染物負荷。孟良崮小流域以農業生產為主，土地利用類型可劃分為耕地、林地、果園、草地和未利用地。由于流域內草地所占面積少，未利用地以裸巖為主，二者僅占流域總面積的9.4%，對氮、磷流失的影響較小，因此本研究主要估算耕地、林地和果園的總氮(TN)、總磷(TP)輸出負荷。利用小流域實地監測所獲取的不同土地利用類型的污染物輸出系數，由公式(1)計算得出耕地、林地和園地TN的年輸出負荷分別為106.78、110.29、20.45 kg，TP的年輸出負荷分別為9.28、8.81、1.43 kg。在各土地利用類型中，林地的污染物輸出負荷最大，其次是耕地和園地。許多研究表明，各土地利用類型中耕地對TN、TP的貢獻率最大[11]，而在本研究中林地的TN輸出負荷最大，主要原因是孟良崮小流域林地面積遠大于耕地。

(2)畜禽排泄污染物負荷。畜禽污染物負荷量的估算主要選取TN和TP作為估算指標。調查顯示，該流域農戶養殖的畜禽主要有牛、羊、豬、雞等。本研究運用的畜禽污染物中氮磷排放量計算公式為[8]：畜禽年污染物(TN、TP)產生量=個體日產糞(尿)量(排泄系數)×飼養期×畜禽數量×畜禽糞(尿)中污染物平均含量(氮磷輸出系數)，其中個體日產糞(尿)量(排泄系數)和畜禽糞(尿)中污染物平均含量參照參考文獻[12-13]研究成果。牛羊的飼養期一般按365 d計，豬的飼養期按150 d計，雞的飼養期按60 d計。由于畜禽糞(尿)并不會完全進入水體，存在一定的流失率，本研究取畜禽糞(尿)流失率12%[13]。據此計算出孟良崮小流域牛、羊、豬、雞的TN年輸出負荷分別為252.86、91.48、282.00、1.27 kg，TP的年輸出負荷分別為16.93、42.00、51.00、0.69 kg。

(3)農村生活污染物負荷。農村地區的生活污染主要來自生活污水和人糞尿的無序排放。孟良崮小流域居住人口少、分布比較稀疏，且沒有污染物處理設施，當地居民生活污水的隨意排放會造成一定程度的面源污染。借鑒已有農村地區的人口污染物輸出系數[13]，按污染物流失量為排放量的30%[13]對該流域農村生活污染負荷進行核算，則TN、TP的年排放量分別為69.17、6.05 kg。

(4)農業面源污染負荷。根據上述計算結果，2013年孟良崮小流域農業面源污染負荷見表1。由表1可以看出，流域內農業面源污染產生的TN、TP年污染負荷分別為934.30和136.19 kg。畜禽排泄物的污染負荷最高，其中TN污染負荷占整個小流域的67.17%，TP污染負荷占整個小流域的81.22%；其次是土地利用產生的污染負荷，其中TN污染負荷占整個小流域的25.42%，TP污染負荷占整個小流域的14.34%；由于流域內居住人口少，農村生活污染產生的污染負荷最小，TN、TP污染負荷分別占流域的7.41%和4.44%。農業面源污染負荷估算結果表明，畜禽養殖是孟良崮小流域農業面源污染的主要來源，其次是土地利用養分流失。

表1 2013年孟良崮小流域農業面源污染負荷估算 kg/a

3.2 農業面源污染經濟損失分析

利用公式(3)計算得出2013年孟良崮小流域農業面源污染經濟損失見表2。

表2 2013年孟良崮小流域農業面源污染經濟損失估算 元

由表 2可以看出，2013年小流域內面源污染所造成的經濟損失為26 842元。畜禽排泄污染造成的經濟損失最大，經濟損失為18 270元，占流域內污染總損失的68.06%。土地利用污染造成的經濟損失為6 635元，占流域內污染總損失的24.72%。其中，林地造成的價值損失最大，為3 078元，占土地利用污染總損失的46.39%；耕地次之，占45.05%；園地最小，只占8.56%。農村生活污染造成的價值損失最小為1 937元，占流域內污染總損失的7.22%。因此，應加強對流域內畜禽養殖的合理控制，同時土地利用導致的面源污染也應得到控制。

4 結 論

(1)2013年孟良崮小流域農業面源污染中所產生總氮(TN)、總磷(TP)的污染負荷分別為934.30 kg和136.19 kg。畜禽排泄產生的污染物氮磷污染負荷總量最高，土地利用產生的污染負荷次之，農村生活污染產生的污染負荷最小。

(2)2013年孟良崮小流域農業面源污染造成的環境經濟損失為26 842元。畜禽排泄污染造成的經濟損失最大，為18 270元，占流域內污染總損失的68.06%；土地利用污染造成的損失次之，為6 635元，占24.72%；農村生活污染造成的價值損失最小，為1 937元，僅占7.22%。

(3)加強畜禽養殖管理，合理利用土地，采取有效措施控制畜禽排泄污染和土地利用面源污染是孟良崮小流域面源污染的防治重點。

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(責任編輯 李楊楊)

國家自然科學基金項目(41471227，41101263，41101206)；山東省高等學校青年骨干教師國內訪問學者項目(2013249)

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1000-0941(2015)06-0053-03

魯文艷(1989—)，女，山東費縣人，碩士研究生，主要從事環境經濟方面的研究；通信作者于興修(1967—)，男，山東莒縣人，教授，博士，博士生導師，主要從事資源利用與環境效應研究。

2015-01-16