不同類型生態農莊的面源污染調查與分析

盧琳芳+沙之敏+岳玉波+許釗葳+趙琦+曹林奎+王峰吉

摘要：從上海市郊區（縣）選取6個具有代表性的生態農莊（劃分為3種類型：產品型、綜合型、服務型）進行水質特征的研究，通過連續監測各農莊的進水、過程水和排水的總氮（TN）、總磷（TP）、銨態氮（NH+4）、硝態氮（NO-3）、可溶性磷（DP）、pH值、溶解氧（DO）、化學需氧量（CODCr）8個水質指標，評價農莊水體污染程度，并結合調查計算得到生態農莊面源等標污染負荷。結果表明，產品型農莊水質達到劣V類，綜合型農莊水質達到V類，服務型農莊水質達到Ⅳ類。不同類型經營模式生態農莊的水體污染程度排序為：產品型>綜合型>服務型。產品型農莊以TN為主要污染源，綜合型農莊以CODCr為主要污染源，服務型農莊以DO為主要污染源。

關鍵詞：生態農莊；經營模式；水質；監測；調查；污染負荷

中圖分類號： X71

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0419-04

農業面源污染是指農村地區在農業生產和居民生活過程中產生的、未經合理處置的污染物對水體、土壤和空氣及農產品造成的污染[1]。農業面源污染是導致目前河流、水庫、湖泊等水體質量惡化的重要原因，已成為影響農村生態環境質量的重要污染源[2]。

生態農莊是以綠色、生態、環保為目標，以資源有效利用為載體，以科技創新為支撐，以市場化運作為手段，集農業生產深加工與觀光旅游為一體的規模集約化農業公司[3]。中國的生態農莊開始于20世紀80年代末，發展至今近30年，已逐漸形成一定規模的農業可持續發展模式，被譽為“綠色產業”[4]。歐美等發達國家也將生態農莊作為現代農業的市場主體來經營[5-8]。上海市生態農莊發展為中國領先水平，已趨近成熟[9]。隨著生態農莊發展的不斷完善，越來越多上海市民對田園時光加以青睞，生態農莊成為上海市民假期出游的首選。據《上海農業旅游發展報告》，2011年，上海市已建成各類農業旅游景點近200個，其中年接待規模萬人以上的農業旅游景點90個，涉農旅游總人數約1 500萬人次，同比增長12.5%；直接帶動各類涉農旅游總收入22億元，帶動農民就業約4.5萬人，生態農莊成為上海市農業旅游景點的最主要組成部分[10]。

生態農莊火熱發展的同時，也給環境帶來了負面影響。假期大量游客光臨，對農莊產生一定量的生活污染，在生態上對生態農莊造成壓力[11]。加上農莊本身在建設、生產、經營過程中所產生的污染令人不容忽視，成為農業面源污染中重要組成部分。丁慧勇等研究表明，經營者為了盈利開發生態農莊，不惜破壞和改變農莊現有的生態系統，導致生態環境問題的產生[12]。來自城市的農莊參與者，缺乏生態和環境等方面的素質與觀念，人為地破壞和影響生態農莊，致使農莊產生農業面源污染[13]。調查顯示，在已開展生態旅游中，有44%的生態區存在垃圾公害、12%出現水污染、11%有噪聲污染、3%有空氣污染、11%出現生態資源退化[14]。

目前，國內外對生態農莊的生態環境研究較少，對生態農莊農業面源污染的數據報告基本沒有。本研究根據生態農莊的經營類型，通過監測農莊水質指標，結合對農莊在生產、服務上的調查，評價生態農莊對農業面源污染的貢獻強度。旨在為不同類型的生態農莊產生的農業面源污染現狀提供科學數據，同時為生態農莊優化產業經營管理及其控制面源污染提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 生態農莊概況

選取上海市6個生態農莊，分別位于金山（A1）、奉賢（A2）、青浦（B1）、崇明（B2）、寶山（C1）、浦東（C2）。A1農莊位于30°55′18″N、121°00′41″E，是產品型生態農莊，以果蔬種植為主，主打綠色健康品牌，產品針對會員的高端有機生產；A2農莊位于30°54′27″N、121°33′24″E，是產品型生態農莊，種植果蔬以常規生產為主，產銷面向大眾市場；B1農莊位于 31°07′31″N、121°07′33″E，是綜合型生態農莊，農莊裝置生態凈水系統，整體劃分為種植區、娛樂區、餐飲住宿會務區；B2農莊位于31°43′07″N、121°30′41″E，是綜合型生態農莊，主張常規經營，種植與娛樂會務于一體，餐飲住宿采摘互相交織，娛樂活動偏向燒烤、采摘和周邊游；C1農莊位于31°25′19″N、121°21′54″E，是服務型生態農莊，農莊內裝置生態凈水系統，從進水口到排水，河道內均種植有凈水功能的水生植物；C2農莊位于30°56′26″ N、121°53′32″E，是服務型生態農莊，一般性常規經營，餐飲和住宿是這家農莊的主要經營方向，聯排別墅坐落在田園間，主張田園生態趣味。

1.2 試驗設計

按照不同經營模式將生態農莊分成3種類型：產品型、綜合型、服務型，以農產品生產為主經營的農莊歸為產品型，生產和服務各占相當比例經營的農莊歸為綜合型，以提供休閑服務為主經營的農莊歸為服務型。產品型農莊分常規生產、有機生產，綜合型、服務型農莊按是否安裝生態凈水系統裝置分為常規處理、生態凈水處理。通過對水質指標的監測和對比得出3種類型農莊、常規與有機生產、水質常規和生態凈水處理生態農莊農業面源污染情況。按照農莊的水系特征與水系流動方向來選定農莊水源進水口、過程水處、排水的水質監測點，固定采樣點以便水樣監測，再將各采水點指標監測得出的數據進行分析對比，從中得出各生態農莊的農業面源污染情況。對農莊進行調查，產品型農莊以肥料為對象，綜合型農莊以肥料和年客流量為對象，服務型農莊以客流量為對象，計算農莊的等標污染負荷。

1.3 樣品采集與測定

水樣于每月20日前后采集1次，分別在各農莊的進水口、過程水、排水取樣，從2014年4—9月，共6個月。試驗設3次重復，每個取樣點采集4瓶水樣，用專門的取樣瓶采集（250 mL/瓶）。水樣采集當天立即進行指標監測，監測的指標有：總磷（TP）、可溶性磷（DP）、總氮（TN）、硝態氮（NO-3）、銨態氮（NH+4）、pH值、溶解氧（DO）、化學需氧量（CODCr）。其中總磷、可溶性磷、總氮、硝態氮、銨態氮、化學需氧量采用分光光度計測定；總磷、可溶性磷采用過硫酸鉀消解-鉬酸銨分光光度法，其中可溶性磷需先用 0.45 μm 濾膜過濾；總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法；硝態氮不需處理，直接用紫外分光光度計測定；銨態氮采用水楊酸分光光度法測定；化學需氧量采用重鉻酸鹽法測定。pH值根據玻璃電極法，采用pH儀測定；溶解氧根據電化學探頭法，采用便攜式溶解氧儀在水樣采集時進行現場測定[15]。

1.4 污染負荷核算

在核算農莊面源污染時，為了便于各農莊在對比因素上的平等性，產品型農莊只考慮肥料污染負荷，綜合型農莊只考慮肥料污染負荷和生活污水負荷，服務型農莊只考慮生活污水負荷。肥料污染負荷以農莊年施肥量產生污染為參比，生活污水負荷以農莊單位面積污染為參比。結合清單分析法和等標污染負荷法來計算農莊TN、TP的污染負荷[16]。

化肥污染排放量=化肥施用量（氮肥、磷肥）×流失系數（TN、TP）。流失系數：TN=0.11，TP=0.06[17]。

有機肥污染排放量=有機肥施用量×（1-有機肥利用率）×有機肥養分含量×流失系數（TN、TP）。有機肥利用率：氮為40%，磷為43%，流失系數=0.04[18]。

生活污水排放量=農業人口×排污系數×流失系數。排污系數=0.584，流失系數=0.146[19]。

等標污染負荷=實測濃度/標準濃度×污染排放量。濃度標準值TN=1，TP=0.2[20]。

1.5 數據分析

本試驗采用R語言、SPSS19.0和Excel2007進行數據處理、統計分析及作圖[21-22]。分析步驟是采用R語言進行數據標準化，采用Excel進行數據歸一化，以過程水作為參考，將歸一化的數據，用排水與進水數據的比值來表征農莊的污染程度，采用SPSS 19.0進行數據整合，采用Excel 2007制圖，完成數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同類型生態農莊的水質污染特征

2.1.1 生態農莊水體指標的變化特征 生態農莊水體總氮、總磷、化學需氧量、溶解氧濃度在研究時期內的變化趨勢見圖1。可以看出，在整體趨勢上依次為A2農莊>A1農莊>B2農莊>B1農莊>C2農莊>C1農莊，其中A2農莊的各污染

指標濃度最高，A類型農莊污染指標濃度遠高于其他農莊，表明不同經營模式生態農莊產生的農業面源污染大小依次為產品型農莊>綜合型農莊>服務型生態農莊。

2.1.2 常規與有機生產或凈水處理的對比 經過數據分析處理得到常規與有機生產或凈水處理的生態農莊污染情況。生態農莊TN、TP、CODCr、DO濃度污染情況見圖2，A1為有機生產農莊，B1、 C1為內置生態凈水系統農莊，A2、B2、C2為常規生產農莊，可以看出，有機生產和內置生態凈水系統的生態農莊比常規生產生態農莊所產生的農業面源污染少。生產型生態農莊試驗結果表明，有機生產可以緩解農業面源污染產生；服務型、綜合型生態農莊試驗結果說明，生態凈水系統對污染排放有制約作用，凈水系統能夠改善水體環境質量，減少污染排放。

2.1.3 不同類型農莊間的指標對比 6個生態農莊不同類型的指標TN、TP、CODCr、DO比值見圖3，試驗結果表明，不同經營模式生態農莊產生污染趨勢依次為：產品型農莊常規生產>產品型農莊有機生產>綜合型農莊常規經營>綜合型農莊生態凈水裝置經營>服務型農莊常規經營>服務型生態農莊生態凈水裝置經營。產品型生態農莊的TN指標的污染較為嚴重，DO指標污染次之。綜合型生態農莊的CODCr指標的污染較為嚴重，B2農莊的DO指標污染次之，B1農莊污染次之的指標為TP。服務型生態農莊的DO指標最高，TP指標污染次之。

2.2 生態農莊面源污染調查分析

對生態農莊年施肥量與客流量調查數據進行分析，農莊污染排放量、污染負荷見圖4。對比分析農莊污染排放量和等標污染負荷可知，生態農莊氮磷污染均以氮污染為主，磷污染較少，A1農莊污染排放較嚴重，C1農莊污染排放最小。整體污染負荷大小依次為，A2農莊>A1農莊>B2農莊>B1農莊>C2農莊>C1農莊；表明在整體污染上產品型農莊常規生產>產品型農莊有機生產>綜合型農莊常規經營>綜合型農莊生態凈水裝置經營>服務型農莊常規經營>服務型生態農莊生態凈水裝置經營；不同經營模式生態農莊產生的農業面源污染負荷大小依次為產品型農莊>綜合型農莊>服務型生態農莊。

2.3 生態農莊水質污染評價分析

6個生態農莊6個月3處采集點的水質類型見表1。參照地表水環境質量標準，從試驗數據分析得出，在選取的6個生態農莊中，C1農莊水質達到Ⅱ、Ⅲ類，農莊水質狀況良好，B1農莊、B2農莊、C2農莊水質達V類，達到V類水適用于農業用水區及一般景觀要求水域的水平。屬于產品型的A1農莊、A2農莊水質在劣V水平，已屬嚴重污染。以過程水作為參考，對比進水和排水，在整體水平上，C1農莊經營模式擁有緩解面源污染的功能，生態效益顯著；C2農莊、B2農莊、B1農莊對水質環境產生污染，污染程度較明顯。A2農莊、A1農莊經營模式水質指標值已超過GB3838—2002《地表水環境質量標準》中Ⅴ類標準相應的標準值，水質對應于其功能已受到嚴重污染[16]。綜合各農莊水質污染得出：產品型農莊水質達到劣V類，綜合型農莊水質達到V類，服務型農莊水質達到Ⅳ類。

3 結論與討論

監測和調查結果表明，產品型生態農莊產生農業面源污染最嚴重，綜合型產生農業面源污染大于服務型生態農莊。有機生產所產生的污染小于常規生產，在農莊內裝有生態凈水系統的水質環境比常規經營、無水質處理的農莊好。許恒周等在有機農業對農業生產環境影響的實證分析中也充分說明有機生產比常規生產對環境影響較小[23]。

產品型生態農莊污染以TN為主，因進行農業生產時會施用大量氮肥，作物不能有效吸收，會隨水流失造成水體氮超標[24-25]。陳振樓等研究表明，蔬菜地滲漏主要以氮素為主，施肥導致的總氮比不施肥處理的滲漏流失量高 33.49 kg/hm2[26]。寇長林等研究了大棚蔬菜和果園氮素平衡及對地下水的影響，表明部分氮素盈余量隨水體流失[27]。因此產品型生態農莊農業面源污染控制的關鍵在于化肥施用量的控制。

綜合型生態農莊污染以CODCr為主，因農莊在經營過程中除了在生產時作物秸稈流失和畜禽養殖過程中產生的CODCr污染外，還包括在服務時旅客在農莊用餐或住宿會務等活動中產生生活垃圾，造成水體CODCr污染；王輝等對遼河流域的CODCr污染負荷研究中得出，農村生活和畜禽養殖業CODCr污染負荷占所有污染源的56%[28]。邵雪蘭研究表明，休閑農業的推行有緩解總氮、總磷污染的作用，對CODCr污染卻沒有顯著效果，CODCr作為反映水體中有機物污染程度的指標，不少田間試驗都表明，其流失量遠大于氮、磷[29]，本研究結果與之相似。綜合型生態農莊必須控制CODCr的排放量，可有效緩解農業面源污染。

服務型生態農莊污染以DO為主，原因是農莊側重餐飲、住宿，游客用餐或住宿產生的生活垃圾在水中分解需要大量的好氧微生物[30]，加上廚房油脂隨水流失并殘留在水體中，水體受到油脂等有機物污染，耗氧嚴重，厭氧菌很快繁殖，消減水體中的溶解氧，導致溶解氧污染嚴重[31]。服務型生態農莊應該重視水體DO的變化，在農莊經營過程中減少有機物和還原性物質的污染。

生態農莊水體環境質量多居于Ⅴ類和劣Ⅴ類行列，整體水平較差。面對生態農莊所產生的農業面源污染，我們需要及時進行有效措施來防治生態農莊對生態環境的負作用。研究得出3種經營模式中服務型生態農莊產生的污染最少，從生態效益上考慮，農莊在經營模式上應該更多地向服務型農莊發展，以減少農業面源污染的產生。產品型生態農莊應該以有機生產為參考，轉變經營模式，改善農莊環境質量，在減少污染的同時重點控制TN的排放；綜合型、服務型生態農莊應該重視生態凈水系統裝置的作用，生態凈水系統不僅可以美化農莊環境，更能夠為凈化水質、保護環境作出貢獻。

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