重慶市江津區(qū)李市鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)面源TN、TP排放特征分析

杭曉寧，張 健，黃 祥，胡留杰，廖敦秀，朱小坡，吳 平，周 余，張鵬程

（1.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329；2.李市鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，重慶江津 402274；3.重慶市農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)站，重慶 401121）

通過多年的治理，我國的點(diǎn)源污染已經(jīng)得到有效控制，農(nóng)業(yè)面源污染變成了水環(huán)境污染的主要來源[1]。與點(diǎn)源污染不同的是，面源污染具有發(fā)生時(shí)間不定、發(fā)生方式多樣、過程機(jī)理復(fù)雜、時(shí)空變異性大、污染監(jiān)測難度大等特點(diǎn)[2-4]，因此，需要在不同空間尺度上研究農(nóng)業(yè)面源污染發(fā)生機(jī)理。在各種農(nóng)業(yè)面源污染發(fā)生機(jī)理研究中，輸出系數(shù)模型在現(xiàn)階段應(yīng)用最多，其所需參數(shù)少，具有一定的精度，是一種有效核算面源污染的方法[5]。運(yùn)用輸出系數(shù)法，近些年來，國內(nèi)外學(xué)者對北京[6]、太湖[7]、洱海[8]、三峽庫區(qū)[9-10]、長江[11]等區(qū)域或流域做了大量研究；杜鵑等[12]、劉德勤等[13]分別對定遠(yuǎn)縣和界首市泉河小流域的農(nóng)業(yè)面源污染做了估算，提出了應(yīng)對策略。前人的研究多是在大范圍內(nèi)研究農(nóng)業(yè)面源污染，小流域的研究也多在東部平原地區(qū)，對西南丘陵山區(qū)小流域農(nóng)業(yè)面源污染的研究鮮有報(bào)道。為更好地解析西南丘陵山區(qū)小流域農(nóng)業(yè)面源污染及其來源，本研究采用輸出系數(shù)法，以重慶市江津區(qū)李市鎮(zhèn)為研究對象，研究該地區(qū)農(nóng)業(yè)面源TN、TP的排放，估算其總量及來源，為該區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染防治提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

李市鎮(zhèn)地處重慶市江津區(qū)腹心地帶，境內(nèi)海拔230～560 m，相對高差330 m，年均降雨量1 033 mm，是江津區(qū)農(nóng)業(yè)重鎮(zhèn)。全鎮(zhèn)總面積180 km2，轄三角壩、林家嘴、牌坊、兩岔、雙河、孔目、黃桷、龍吟、沙埂、洞塘、大橋等11 個(gè)行政村，2019 年，全鎮(zhèn)有常住人口53 532 人。李市鎮(zhèn)現(xiàn)有農(nóng)用地8 200 hm2，以種植水稻、玉米、薯類、柑橘和花椒為主，畜禽養(yǎng)殖以生豬和肉牛為主，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占區(qū)域生產(chǎn)總值的90%以上。長江二級支流筍溪河橫貫全鎮(zhèn)，境內(nèi)長度達(dá)30 km。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究中采用的農(nóng)村常住人口、土地利用類型和養(yǎng)殖數(shù)量等數(shù)據(jù)均是2019 年李市鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.3 農(nóng)業(yè)面源污染排放量核算方法

采用輸出系數(shù)法估算法對不同污染源的污染物輸出量進(jìn)行估算，然后通過對不同污染源類型的污染負(fù)荷求和，得到研究區(qū)域的面源污染物輸出量。

1.3.1 土地利用輸出系數(shù)

多數(shù)土地利用類型的氮磷輸出系數(shù)可以通過文獻(xiàn)調(diào)研獲得，即通過查找相近地區(qū)相同土地利用類型的氮磷輸出系數(shù)獲得；少數(shù)土地利用類型，如花椒由于缺乏相關(guān)研究，基于團(tuán)隊(duì)前期的研究估算獲得。本文借鑒國內(nèi)外的研究成果[2,14-16]，并綜合考慮李市鎮(zhèn)土壤特性和當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣，得到不同土地利用類型主要污染物的輸出系數(shù)值（見表1）。

表1 不同土地利用類型氮磷輸出系數(shù)

1.3.2 畜禽養(yǎng)殖輸出系數(shù)

畜禽的排泄系數(shù)是指單個(gè)畜禽每天排出的糞尿的數(shù)量，它與畜禽的種類、品種、性別及畜禽的生長期、喂養(yǎng)飼料、天氣條件等因素有關(guān)。本項(xiàng)目采用周芳等[17]的畜禽排泄系數(shù)進(jìn)行估算。計(jì)算公式如下：

畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污量=畜禽排泄系數(shù)×飼養(yǎng)量

畜禽養(yǎng)殖排入水體量=畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污量×流失系數(shù)

參數(shù)詳見表2。

表2 畜禽排泄系數(shù)與流失系數(shù)

1.3.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖輸出系數(shù)

按照中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)資源與環(huán)境研究中心李緒興等[18]的計(jì)算方法計(jì)算水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的氮磷：養(yǎng)殖1 kg 草食性魚類向環(huán)境中輸入氮、磷分別為0.016 kg、0.002 kg，養(yǎng)殖1 kg 雜食性魚類向環(huán)境中排放氮、磷分別為0.028 kg、0.004 6 kg。本文將草魚以外的其他魚類均歸為雜食性魚類。

1.3.4 農(nóng)村生活源輸出系數(shù)

農(nóng)村生活源主要分為生活污水和人糞尿兩部分。生活污水TN、TP 的產(chǎn)污系數(shù)分別為0.584 kg/人和0.146 kg/人，排放系數(shù)75.6%；人糞尿TN、TP 的產(chǎn)污系數(shù)分別為4.40 kg/人和0.44 kg/人，排放系數(shù)10.4%[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

分別采用Microsoft Excel 2010 和ArgGIS 10.2 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類型TN、TP排放量

李市鎮(zhèn)不同土地利用方式的TN、TP 年排放量分別為246.75 t、22.84 t。由圖1可見，TN在蔬菜地中的產(chǎn)生量最大，達(dá)到近80 t，占全部土地利用排放TN 的32.25%，其次是水稻田、花椒園，分別為45.71 t、35.54 t，占比分別達(dá)18.52%、14.40%，在茶園中的排放量最小，只有0.91 t。TP 在蔬菜地中的排放量同樣最大，達(dá)到4.96 t，占比為21.71%，其次是玉米地、建筑用地，占比分別達(dá)17.68%、15.55%，這和TN 的排放量不同，導(dǎo)致這一差距的原因是玉米地磷的流失系數(shù)較大。值得注意的是，隨著花椒產(chǎn)業(yè)的逐步發(fā)展，花椒園產(chǎn)生的TN不容忽視。

圖1 李市鎮(zhèn)不同土地利用類型的TN、TP排放量

2.2 畜禽養(yǎng)殖TN、TP排放量

李市鎮(zhèn)畜禽養(yǎng)殖TN、TP年排放量分別為1 515.93 t和601.71 t。由圖2可見，TN、TP排放最大的來源都是生豬養(yǎng)殖，分別占畜禽養(yǎng)殖排放總量的32.56%、30.92%，值得關(guān)注的是，蛋雞和肉雞TN、TP的排放總和超過了生豬養(yǎng)殖，占比分別為49.64%、53.59%。

圖2 李市鎮(zhèn)不同畜種的TN、TP排放量

2.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖TN、TP排放量

李市鎮(zhèn)水產(chǎn)養(yǎng)殖TN、TP 年排放量分別為26.03 t和3.96 t。由圖3 可見，鰱養(yǎng)殖的排放量分別為8.79 t、1.44 t，占水產(chǎn)養(yǎng)殖排放量的33.78%、36.49%，其次是草魚和鯽，三者合計(jì)占全鎮(zhèn)水產(chǎn)種養(yǎng)殖的91.93%和91.28%。

圖3 李市鎮(zhèn)不同水產(chǎn)養(yǎng)殖的TN、TP排放量

2.4 農(nóng)村生活源TN、TP排放量

李市鎮(zhèn)農(nóng)村生活源TN、TP 年排放量分別為48.13 t 和8.36 t，其中生活污水的TN、TP 排放占比分別為49.10%、70.69%，人糞尿?qū)е碌姆謩e占50.90%、29.31%。

2.5 農(nóng)業(yè)面源TN、TP排放總量

通過對前述四個(gè)方面（土地利用、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村生活源）氮磷排放量的估算，獲得李市鎮(zhèn)不同來源氮磷排放量（見表3）。李市鎮(zhèn)年TN 排放量 為1 836.84 t，TP 排放量為636.87 t。TN 和TP 的來源排序一致，都為畜禽養(yǎng)殖＞土地利用＞生活源＞水產(chǎn)養(yǎng)殖。其中畜禽養(yǎng)殖排放的TN 占全鎮(zhèn)TN 排放量的80%以上，而TP則占90%以上。

表3 李市鎮(zhèn)不同來源TN、TP排放量匯總表

3 討論與結(jié)論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥和農(nóng)藥的不合理施用，以及未處理的畜禽養(yǎng)殖廢棄物和生活污水通過淋溶、滲漏進(jìn)入環(huán)境中，超過環(huán)境的自凈能力時(shí)，即可造成面源污染。本研究區(qū)域重慶市江津區(qū)李市鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)面源TN、TP來源均表現(xiàn)為畜禽養(yǎng)殖＞土地利用＞生活源＞水產(chǎn)養(yǎng)殖，其中畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放占比遠(yuǎn)高于其他排放源，這和前人的研究結(jié)果基本一致[10,17]。李市鎮(zhèn)的面源污染風(fēng)險(xiǎn)主要來自于畜禽養(yǎng)殖業(yè)，畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污治理是重中之重，今后在養(yǎng)殖場建設(shè)時(shí)同步建設(shè)糞污處理設(shè)施和有機(jī)肥生產(chǎn)設(shè)備尤為重要；同時(shí)要大力提倡發(fā)展種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)，對新建畜禽養(yǎng)殖企業(yè)應(yīng)強(qiáng)制要求配套一定面積的土地來消納糞污。

在土地利用方面，蔬菜地的TN 和TP 排放量均最大，原因一方面是蔬菜種植的集約化程度高、復(fù)種指數(shù)高、氮肥的施用量多[6]，另一方面是其種植面積較大，在作物中僅次于水稻。前期調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，李市鎮(zhèn)地理位置優(yōu)越，交通便利，隨著脫貧攻堅(jiān)和鄉(xiāng)村振興的推進(jìn)，近些年引進(jìn)了多個(gè)大型花椒和蔬菜種植企業(yè)，也發(fā)展了許多小型家庭農(nóng)場。小農(nóng)戶對肥料、農(nóng)藥等化學(xué)投入品價(jià)格不敏感，因此，超量施肥的現(xiàn)象普遍存在。加之多數(shù)花椒企業(yè)都在前期促生長階段，肥料使用量大，耕作頻繁，水土流失嚴(yán)重。加強(qiáng)小農(nóng)戶的專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)和有機(jī)肥替代化肥的支持力度，將有助于減少土地利用導(dǎo)致的面源污染。

盡管水產(chǎn)養(yǎng)殖導(dǎo)致的面源污染占比小，但因?yàn)槎际浅靥琉B(yǎng)殖，存在降雨導(dǎo)致的外溢風(fēng)險(xiǎn)。因此一方面需要加強(qiáng)管理，禁止高密度養(yǎng)殖，另一方面需要提高準(zhǔn)入水平，推廣采用先進(jìn)技術(shù)如池塘底排污技術(shù)等。農(nóng)村生活源分布廣，治理難度大，隨著城鎮(zhèn)化的進(jìn)一步加快，治理將主要集中在城鎮(zhèn)區(qū)域。在城鎮(zhèn)加強(qiáng)建設(shè)污水處理廠，延長污水管網(wǎng)鋪設(shè)線路，提高污水處理廠的處理能力是治理生活源污水的關(guān)鍵。