泰州市農(nóng)業(yè)面源污染源解析及其空間異質(zhì)性研究

謝立+年福華+劉鑫

摘要：采用清單分析法、構(gòu)建壓力—響應(yīng)指標(biāo)體系，研究江蘇省泰州市化肥施用、作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村生活中化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）的污染負(fù)荷及其在空間上的分布差異。結(jié)果表明，2015年泰州市農(nóng)業(yè)面源污染引起的COD、TN、TP實(shí)物排放量分別為51 727.46、49 768.90、5 666.26 t/年，相應(yīng)的等標(biāo)排放量分別為2 586.37、49 768.90、28 331.29 t/年；對(duì)應(yīng)的排放濃度分別為16.11、15.50、1.77 mg/L。泰州市農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物為TN和TP，主要污染源是化肥施用和水產(chǎn)養(yǎng)殖，主要污染區(qū)域?yàn)榕d化市、姜堰區(qū)、泰興市，并針對(duì)性地提出泰州各市（區(qū)）農(nóng)業(yè)面源污染防治措施。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)面源污染；源解析；空間異質(zhì)性

中圖分類號(hào)：X501 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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年國(guó)務(wù)院印發(fā)了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（水十條），標(biāo)志著中國(guó)將實(shí)施史上最嚴(yán)水資源管理制度，“水十條”對(duì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)以及2020年全國(guó)七大重點(diǎn)流域水質(zhì)都提出相應(yīng)目標(biāo)要求。泰州市地處江蘇省中部，長(zhǎng)三角北岸，是長(zhǎng)江流域與淮河流域兩大生態(tài)系統(tǒng)交融區(qū)，同時(shí)也是南水北調(diào)工程與江蘇沿海地區(qū)飲水安全的重要源頭區(qū)，水生態(tài)地位極為重要。隨著“江淮生態(tài)大走廊”建設(shè)被上升為省級(jí)戰(zhàn)略，并在積極爭(zhēng)取被納入國(guó)家生態(tài)建設(shè)規(guī)劃，泰州市作為生態(tài)大走廊流經(jīng)市之一，將在南水北調(diào)東線水環(huán)境保護(hù)方面承擔(dān)更重的責(zé)任。近年來，隨著點(diǎn)源污染控制能力的提高，農(nóng)業(yè)面源污染已成為泰州市主要污染源，而農(nóng)業(yè)面源污染發(fā)生的廣域性、分散性、隨機(jī)性等特征決定了農(nóng)業(yè)面源污染治理相對(duì)較難。在中國(guó)，面源污染的控制與管理主要是依靠縣市、區(qū)等基層行政機(jī)構(gòu)去執(zhí)行，因此，本研究以一定的行政區(qū)域?yàn)榛締卧捎们鍐畏治龇ā⑼ㄟ^構(gòu)建壓力—響應(yīng)指標(biāo)體系，明確泰州市農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物、主要污染源、主要污染區(qū)域，以期為泰州市農(nóng)業(yè)面源污染分類管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)域基本概況

泰州市地處江蘇省中部，長(zhǎng)三角北岸，下轄靖江、泰興、興化3個(gè)縣級(jí)市，海陵、高港、姜堰和醫(yī)藥高新四區(qū)，總面積5 787.36 km2。2015年泰州市鄉(xiāng)村常住人口384.00萬人，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值379.53億元，各市（區(qū)）情況見表1，其中興化市、泰興市、姜堰區(qū)3地土地面積、鄉(xiāng)村人口及農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值3項(xiàng)指標(biāo)均處于前三。泰州市境內(nèi)河網(wǎng)密布，縱橫交織，江淮交匯。江淮分水嶺由西向東從中部穿過城市，以新通揚(yáng)運(yùn)河和328國(guó)道沿線控制建筑物為界，北部屬淮河流域下游地勢(shì)低洼的里下河地區(qū)，南部屬長(zhǎng)江下游的通南平原區(qū)。同時(shí)，泰州市作為南水北調(diào)東線源頭區(qū)，位于江淮生態(tài)大走廊建設(shè)范圍內(nèi)，其水環(huán)境保護(hù)狀況對(duì)于保障南水北調(diào)東線水質(zhì)安全具有重要意義。根據(jù)泰州市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)，2015年泰州全市水環(huán)境質(zhì)量基本穩(wěn)定，水環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為89.3%，居全省首位。根據(jù)《泰州市“十三五”長(zhǎng)江淮河流域水環(huán)境綜合治理方案（2016-2020）》，泰州市工業(yè)點(diǎn)源、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)業(yè)面源化學(xué)需氧量（COD）排放分別占COD排放總量的20.74%、27.72%、51.54%，氨氮排放量分別占10.28%、13.68%、76.04%，農(nóng)業(yè)面源污染已成為泰州市主要污染源。endprint

1.2 數(shù)據(jù)來源

按照泰州市2015年行政區(qū)劃，以7個(gè)市（區(qū)）為基本單元，分類收集各項(xiàng)農(nóng)事與人居活動(dòng)涉及到的原始數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)來源于《泰州市統(tǒng)計(jì)年鑒2016》《2015年泰州市水資源公報(bào)》，同時(shí)收集用于負(fù)荷核算的必需參數(shù)。

1.3 研究方法

1.3.1 壓力指標(biāo)核算 根據(jù)壓力—響應(yīng)系統(tǒng)原理，農(nóng)業(yè)面源污染的壓力指標(biāo)為各種活動(dòng)的污染物實(shí)物排放量、等標(biāo)排放量以及由此衍生的相對(duì)排放系數(shù)（如國(guó)土排放系數(shù)、產(chǎn)值排放系數(shù)、人均排放系數(shù)等）。

1）農(nóng)業(yè)面源污染實(shí)物排放量。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷估算方面主要采用的方法有平均濃度法[1]、水質(zhì)水量相關(guān)法[2]、綜合調(diào)查法[3]、單元調(diào)查法[4]以及清單分析法[5]等，其中清單分析法應(yīng)用性強(qiáng)，適合在缺乏試驗(yàn)條件情況下使用[6]。因此，本研究采用清單分析法作為定量核算農(nóng)業(yè)面源污染物的方法。首先是確定農(nóng)業(yè)面源污染源。根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活的特征，將農(nóng)業(yè)面源污染主要來源分為化肥施用、作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村生活5方面。其次是確定產(chǎn)污清單項(xiàng)目。考慮到清單的全面性以及數(shù)據(jù)的可獲得性，以統(tǒng)計(jì)年鑒為主要項(xiàng)目數(shù)據(jù)來源。最后確定各污染物產(chǎn)生量與排放量。各污染源污染物產(chǎn)生系數(shù)與流失系數(shù)參考相關(guān)文獻(xiàn)[7-13]，由于涉及系數(shù)過多和文章篇幅限制，不一一列出各個(gè)系數(shù)值，僅給出核算結(jié)果。

2）農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)排放量。各污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)與危害程度不一，使得無法在同一尺度上進(jìn)行各種污染物的量比關(guān)系比較，為此在解析污染源時(shí)引入目前應(yīng)用較為普遍的等標(biāo)污染負(fù)荷法[14]。根據(jù)《泰州市水污染防治工作實(shí)施方案》，到2020年泰州市地表水水質(zhì)以Ⅲ類為主，因此統(tǒng)一按照地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算各項(xiàng)活動(dòng)中COD、總氮（TN）、總磷（TP）的等標(biāo)排放量，即等標(biāo)排放量=該污染物實(shí)物排放量/標(biāo)準(zhǔn)濃度。

3）農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)排放系數(shù)。盡管等標(biāo)排放量可以在同一尺度上比較，但它考慮的是總量，仍然受到國(guó)土面積、農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的制約。固此，進(jìn)一步考察污染物的排放系數(shù)，分別按國(guó)土、產(chǎn)值、人口計(jì)算相應(yīng)的等標(biāo)排放系數(shù)，即等標(biāo)排放系數(shù)=等標(biāo)排放量/區(qū)域國(guó)土面積（或農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值或農(nóng)業(yè)人口）。

1.3.2 響應(yīng)指標(biāo)核算 響應(yīng)指標(biāo)為各種活動(dòng)的污染物排放之后測(cè)算出來的水質(zhì)濃度以及由此衍生的水質(zhì)指數(shù)，即：

污染物排放濃度=污染物實(shí)物排放量/區(qū)域水資源量；

水質(zhì)指數(shù)=污染物排放濃度/該污染物在GB 3838-2002中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值。

綜合水質(zhì)指數(shù)采用內(nèi)梅羅法計(jì)算：

綜合水質(zhì)指數(shù)={[（單項(xiàng)水質(zhì)指數(shù)的最大值+水質(zhì)指數(shù)平均值]/2}1/2。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的壓力分析

2.1.1 污染物實(shí)物排放量 如表2所示，泰州市2015年農(nóng)業(yè)面源COD、TN、TP實(shí)物排放量分別為51 727.46、49 768.90、5 666.26 t/年。從排放空間結(jié)構(gòu)可以看出，3種污染物均以興化市排放居多，其次為姜堰區(qū)與泰興市，其中在TN、TP排放方面姜堰區(qū)相對(duì)較多，而在COD排放方面泰興市相對(duì)較多，醫(yī)藥高新區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物排放在所有市（區(qū)）中最少。結(jié)合表1發(fā)現(xiàn)，各市（區(qū)）農(nóng)業(yè)面源污染物排放與其國(guó)土面積、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值及農(nóng)村人口的分布高度吻合。

2.1.2 污染物等標(biāo)排放量 如表3所示，泰州市2015年農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)排放總量為80 686.57 t/年，其中COD、TN、TP等不同污染物的等標(biāo)排放量分別為2 586.37、49 768.90、28 331.29 t/年，畜禽養(yǎng)殖、化肥施用、作物秸稈、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村生活等不同污染源的等標(biāo)排放量分別為75.09、37 098.61、 4 760.16、34 337.53、4 415.18 t/年，說明泰州市農(nóng)業(yè)面源污染主要是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的化肥施用和水產(chǎn)養(yǎng)殖引起的。從排放空間結(jié)構(gòu)看，農(nóng)業(yè)面源污染排放量排在前三位的分別為興化市、姜堰區(qū)、泰興市，且各市（區(qū)）污染源主要是化肥施用和水產(chǎn)養(yǎng)殖。醫(yī)藥高新區(qū)污染物排放量最少，其主要污染源為化肥施用與農(nóng)村生活。

2.2 農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的響應(yīng)分析

如表4所示，泰州市因農(nóng)業(yè)面源污染排放 COD、TN、TP的濃度分別為16.11，15.50，1.77 mg/L，N、P兩種污染物均超過地面水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。2015年農(nóng)業(yè)面源污染造成的綜合水質(zhì)指數(shù)為12.46，達(dá)到嚴(yán)重污染水平。全市COD、TN、TP水質(zhì)指數(shù)分別為0.81、15.50、8.83，除COD外，均達(dá)到嚴(yán)重污染水平。從水質(zhì)指數(shù)看，泰州市污染情況為姜堰區(qū)>興化市>泰興市。

2.3 農(nóng)業(yè)面源污染源和污染物分析

依據(jù)等標(biāo)排放量計(jì)算等標(biāo)負(fù)荷比，將各污染物或污染源的等標(biāo)污染負(fù)荷比從大到小排序，分別累計(jì)百分比，大于80%的污染物或污染源列為主要污染物或主要污染源。如表5所示，泰州市2015年農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物是TN和TP，其等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為61.68%和 35.11%，主要污染源是化肥施用和水產(chǎn)養(yǎng)殖，其等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為45.98%和42.56%。

2.4 農(nóng)業(yè)面源污染空間異質(zhì)性分析

污染區(qū)域的嚴(yán)重程度可以根據(jù)壓力態(tài)勢(shì)和響應(yīng)態(tài)勢(shì)兩方面予以綜合確定。通過進(jìn)一步考察污染物的排放系數(shù)，發(fā)現(xiàn)采用國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù)要比產(chǎn)值排放系數(shù)、人均排放系數(shù)更能說明問題。基于國(guó)土面積的等標(biāo)排放系數(shù)（表6），各區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重程度為興化市>姜堰區(qū)>海陵區(qū)>泰興市>靖江市>高港區(qū)>醫(yī)藥高新區(qū)。在水質(zhì)嚴(yán)重污染的區(qū)（市）中，污染響應(yīng)情況為姜堰區(qū)>興化市>泰興市>市區(qū)（除姜堰區(qū)）>靖江市。

綜合壓力態(tài)勢(shì)與響應(yīng)態(tài)勢(shì)，可以確定泰州市農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)榕d化市、姜堰區(qū)、泰興市，這與《泰州市“十三五”長(zhǎng)江淮河流域水環(huán)境綜合治理方案（2016-2020）》污染物排放區(qū)域分析結(jié)果較為一致。值得注意的是，海陵區(qū)大多數(shù)指標(biāo)都較低，但由于化肥施用污染而在綜合壓力態(tài)勢(shì)排名中位列第三，今后化肥減量增效將是海陵區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染防治的主要方向。endprint

3 結(jié)論

1）2015年泰州市農(nóng)業(yè)面源污染引起的COD、TN、TP實(shí)物排放量分別為51 727.46、49 768.90、5 666.26 t/年，相對(duì)應(yīng)的等標(biāo)排放量分別為2 586.37、49 768.90、28 331.29 t/年。

2）2015年泰州市因農(nóng)業(yè)面源污染引起的COD、TN、TP濃度分別是16.11、15.50、1.77 mg/L，N、P兩種污染物均超過地面水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

3）2015年泰州市農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物為TN和TP，其等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為61.68%和 35.11%，主要污染源是化肥施用和水產(chǎn)養(yǎng)殖，其等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為45.98%和42.56%。因此，今后泰州市農(nóng)業(yè)面源污染防治的主要任務(wù)：一是嚴(yán)格控制化肥的使用量，全面推廣測(cè)土配方施肥，精準(zhǔn)施肥技術(shù)，同時(shí)積極引導(dǎo)農(nóng)民調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；二是嚴(yán)格控制水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模，優(yōu)化水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域布局，推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的生態(tài)化改造，推廣生態(tài)養(yǎng)殖。

4）2015年泰州市農(nóng)業(yè)面源污染主要區(qū)域?yàn)榕d化市、姜堰區(qū)、泰興市，其主要污染源與全市總體情況一致，主要為化肥施用和水產(chǎn)養(yǎng)殖，屬于生產(chǎn)性污染。因此，其污染防治措施應(yīng)與全市同步，是泰州市農(nóng)業(yè)面源污染防治的“主戰(zhàn)場(chǎng)”。

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