山東省農(nóng)業(yè)污染綜合分析與評(píng)價(jià)

高新昊，張紹迎，江麗華，劉兆輝，徐 鈺，鄭福麗

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，山東濟(jì)南250100;2.山東省章丘市農(nóng)業(yè)局，山東章丘250200)

山東省是我國農(nóng)業(yè)大省，優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)與出口在全國占有重要地位。據(jù)中國農(nóng)業(yè)年鑒[1]，2005年全省菜果種植面積3.20×106hm2，約占全國菜果總面積的13%，產(chǎn)量1.00×108t以上，占全國菜果總產(chǎn)量的16%，僅蔬菜一項(xiàng)就實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值914億元;蔬菜出口達(dá)到2.00×106t，創(chuàng)匯10億美元以上，占全國的1/3;果品出口3.00×105t以上，創(chuàng)匯近 2億美元，出口產(chǎn)值占全國的1/5以上;山東蔬菜產(chǎn)業(yè)在種植面積、產(chǎn)量和效益等方面已連續(xù)15 a位居全國第一。同時(shí)山東畜牧業(yè)在我國具有重要地位，其中禽肉是山東省的優(yōu)勢(shì)出口畜產(chǎn)品，出口量占全國總量的30%，年創(chuàng)匯1.5億美元。

山東優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對(duì)滿足日益增長(zhǎng)的國內(nèi)外市場(chǎng)消費(fèi)需求，帶動(dòng)我國東部沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)，增加農(nóng)民收入以及社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。然而，在創(chuàng)造巨大效益的同時(shí)，農(nóng)業(yè)污染問題日趨突出，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)業(yè)出口創(chuàng)匯與可持續(xù)發(fā)展及人民群眾身體健康構(gòu)成較大威脅。據(jù)山東省環(huán)境狀況公報(bào)(2007)，2007年山東省省控4個(gè)湖泊12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，南四湖4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)符合Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，其它8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均劣于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，其中南四湖、大明湖、東平湖屬輕度富營養(yǎng)化，馬踏湖屬重度富營養(yǎng)化，主要污染物為總氮和總磷。同時(shí)，受化肥不合理投入等因素的影響，全省較多地市存在地下水硝酸鹽污染的問題[2-4]，山東省農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染形勢(shì)嚴(yán)峻。然而，目前關(guān)于山東省農(nóng)業(yè)污染源系統(tǒng)分析的研究報(bào)道甚少，未能區(qū)分氮磷流失的主要污染源，對(duì)農(nóng)業(yè)污染的源頭預(yù)防帶來困難。

本文從化肥、畜禽糞便、生活排污、秸稈、農(nóng)藥、地膜6個(gè)方面分析了目前山東省農(nóng)業(yè)污染的主要影響因素，計(jì)算了主要污染源中氮、磷元素的排放量與流失量，確定了重點(diǎn)污染源，以期為山東省農(nóng)業(yè)污染的源頭預(yù)防提供依據(jù)。

1 材料與方法

山東省相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自山東統(tǒng)計(jì)年鑒[5]。復(fù)合肥養(yǎng)分含量按含N，P2O5，K2O(15均為15%)計(jì)算;畜禽糞便排放量及其中氮、磷元素含量根據(jù)豬、牛、羊、家禽的每年出欄數(shù)，參照國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的排泄系數(shù)[6]計(jì)算得到;秸稈中氮、磷含量參照全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心推薦的相關(guān)數(shù)據(jù)[7]計(jì)算得到;農(nóng)村生活排污由生活污水與人糞尿2部分構(gòu)成，氮、磷排放量依據(jù)農(nóng)村人口數(shù)量，參照相關(guān)排污系數(shù)[8]計(jì)算得到。各污染源氮、磷流失量由排放量與流失系數(shù)的乘積得到，流失系數(shù)參照相關(guān)研究結(jié)果，設(shè)定化肥中氮、磷流失率為當(dāng)年施肥量的 11%與3%[9]，畜禽糞便流失率為30%[10-12]，生活排污中生活污水流失率為85%，人糞尿?yàn)?0%[8-9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥污染

1987年以來山東省化肥使用量整體處于不斷增加的變化趨勢(shì)，僅在1993年出現(xiàn)波動(dòng)(圖1)。2006年，化肥使用量達(dá)到4.89×106t(折純，下同)，較 20 a前增加了1.5倍，占全國化肥用量的9.94%，其中氮肥占9.42%，磷肥9.88%，鉀肥11.47%。

圖1 1987—2006年山東省化肥使用量變化趨勢(shì)

從2001年以來的化肥施用構(gòu)成來看(表1)，5 a間氮、磷、鉀肥用量分別增加了 5.45%，21.06%，31.63%，施肥比例從 1∶0.413∶0.348變化為1∶0.474∶0.434，施肥結(jié)構(gòu)趨于合理。按照目前 N 35%，P2O519.5%，K2O 47.5%的全國化肥平均利用效率[13-14]，2006年全省當(dāng)年化肥投入中有近1.67×106t氮肥，9.8×105t磷肥殘留于土壤中或進(jìn)入大氣、水體，對(duì)產(chǎn)地環(huán)境構(gòu)成污染。

表1 2001—2006年山東省化肥使用量及構(gòu)成 104t

2.2 畜禽糞便污染

本文計(jì)算了1987—2006年山東省畜禽糞便的排放量，并與工業(yè)固體廢棄物的產(chǎn)生量進(jìn)行了比較。由圖2可見，20 a間山東省畜禽糞便的排放量持續(xù)增加，2006年達(dá)到1.95×108t，是同年全省工業(yè)固廢產(chǎn)生量的1.77倍。同時(shí)，畜禽糞便排放量均高于工業(yè)固廢的產(chǎn)生量，最大差距出現(xiàn)在2000年，是同年工業(yè)固廢產(chǎn)生量的2.57倍。相關(guān)研究表明，畜禽糞便對(duì)土地總體負(fù)荷警戒安全值為0.4，而山東省負(fù)荷警戒值已超過4.9，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大威脅[15]。

2001—2006年山東省畜禽糞便中總氮、總磷的排放量見表2。不同年份畜禽糞便中總氮排放量均明顯高于總磷，總氮、總磷排放量構(gòu)成中均以家禽糞便貢獻(xiàn)率最大，而羊糞便所占比例較少。2006年畜禽糞便中總氮、總磷的排放量分別接近1.14×106t與3.6×105t，占當(dāng)年全省氮、磷肥施用量的44.35%與68.05%。

圖2 1987年以來山東省畜禽糞便產(chǎn)生量及與工業(yè)固廢產(chǎn)生量的比較

2.3 生活排污

山東省是農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝跀?shù)超過65%。由于農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，居住分散等原因，農(nóng)村環(huán)境問題的治理難度增加，生活排污成為影響農(nóng)村污染的重要因素之一。本文計(jì)算了2001—2006年山東省農(nóng)村生活污水與人糞尿中的總氮、總磷排放量(表3)。農(nóng)村生活排污中污染物的排放以總氮顯著高于總磷，而污染源的構(gòu)成中，人糞尿?qū)N，TP排放量的貢獻(xiàn)均遠(yuǎn)高于生活污水。2006年，山東省農(nóng)村生活排污共產(chǎn)生TN 2.207×105t，TP 4.05×104t，占當(dāng)年氮、磷肥施用量的 8.59%，7.63%，其中人糞尿是主要污染源，分別占 TN，TP排放量的83.96%與78.27%。

表2 2001—2006年以來山東省畜禽糞便中總氮、總磷排放量 104t

表3 2001—2006年山東省生活排污中總氮、總磷含量 104t

2.4 秸稈污染

2001—2006年山東省幾種主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量見表4，玉米秸、麥秸、花生秸與棉花秸是目前山東省農(nóng)作物秸稈的主要組成部分，其中玉米秸與麥秸占秸稈總量的72.3%～78.1%。近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展與人們生活水平的提高，農(nóng)村生活用能結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大改變，生活用秸稈數(shù)量大幅度減少，而現(xiàn)代科學(xué)的秸稈利用方式尚不成熟，目前全省農(nóng)作物秸稈的綜合利用現(xiàn)狀并不理想。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究，仍有近50%左右的秸稈被焚燒或廢棄[16-17]，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)，并成為農(nóng)業(yè)污染的一個(gè)重要污染源。

表4 2001—2006年山東省幾種主要作物秸稈產(chǎn)量 104t

由表5可見，2006年山東省秸稈產(chǎn)量近5.396×107t，其中氮、磷含量 4.711 ×105t，6.17×104t，占同年全省氮、磷肥施用量的18.35%與11.62%。同時(shí)，作物秸稈中富含碳水化合物、蛋白質(zhì)及多種大量與微量元素，因此應(yīng)加強(qiáng)秸稈的飼料化、肥料化等資源化利用途徑，變廢為寶，降低其焚燒或廢棄對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染。

表5 2001—2006年山東省秸稈產(chǎn)量及其氮、磷含量 104t

2.5 農(nóng)藥污染

2001—2006年山東省農(nóng)藥使用量整體處于波狀增加的趨勢(shì)(表6)，2006年農(nóng)藥施用量約1.7×105t，占全國總用量的11.19%，單位面積農(nóng)藥施用量近16 kg/hm2，是全國平均的1.58倍。相關(guān)研究表明，由于農(nóng)藥制劑的物理、化學(xué)性能局限，真正作用于作物上的僅占施用量的10%～30%，其余20%～30%進(jìn)入大氣和水體，50%～60%殘留于土壤中[18-19]。按照30%的最高利用率進(jìn)行估算，2006年山東省有近1.2×105t的農(nóng)藥進(jìn)入環(huán)境，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量安全構(gòu)成巨大威脅。

表6 2001—2006年山東省農(nóng)藥施用狀況及與全國的比較

2.6 地膜污染

地膜的大量使用在增加巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，使土壤“白色污染”日益嚴(yán)重。目前，地膜使用后的回收率不足30%[16]，殘留地膜進(jìn)入土壤以后，破壞了土壤的整體性和通透性，對(duì)土壤容重、土壤含水量以及土壤的孔隙度等物理性狀有極顯著的影響，最后導(dǎo)致作物產(chǎn)量與品質(zhì)的下降。2001—2006年，山東省農(nóng)膜、地膜用量不斷增加，地膜使用量占農(nóng)膜的40.47%～43.80%，同時(shí)地膜覆蓋面積整體上處于增加的趨勢(shì)，6 a間地膜使用量增加38.82%，地膜覆蓋面積增加62.02%(表7)。2006年山東省地膜施用量占全國總用量14.36%，地膜覆蓋面積占全省耕地面積的34.58%。隨著農(nóng)業(yè)種植技術(shù)的發(fā)展，高產(chǎn)栽培越來越普遍，地膜的覆蓋面積還將增加，地膜的使用量及殘留量也會(huì)相應(yīng)增加，帶來的污染也越來越嚴(yán)重。

表7 2001—2006年山東省農(nóng)膜、地膜使用狀況

2.7 幾種主要污染源氮磷元素流失量

參照相關(guān)研究結(jié)果，計(jì)算出2001—2006年山東省畜禽糞便、化肥、生活排污3種主要污染源中氮、磷元素的流失量(表8)。整體來看，在氮素的流失中，化肥與畜禽糞便的貢獻(xiàn)率明顯高于生活排污，2006年3種污染源造成氮素流失約6.70×105t，其中畜禽糞便占50.78%，化肥占41.99%，生活排污占 7.22%;磷素流失中，化肥與生活排污基本持平，并明顯低于畜禽糞便，2006年3種污染源共造成1.35×105t磷素的流失，其中畜禽糞便占80.30%，化肥占11.78%，生活排污占7.93%。

表8 2001—2006年山東省幾種主要污染源氮磷元素流失量 104t

3 結(jié)論

山東省農(nóng)業(yè)的發(fā)展在全國占有重要地位，然而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)用化學(xué)品的不合理投入、農(nóng)業(yè)廢棄物的不合理處置使得農(nóng)業(yè)污染發(fā)生嚴(yán)重，地表水與地下水均受到不同程度污染[3，4，20]。本文從化肥、畜禽糞便、生活排污、秸稈、農(nóng)藥、地膜 6個(gè)方面分析了目前山東省農(nóng)業(yè)污染的主要影響因素，結(jié)果表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)業(yè)化學(xué)品的大量投入與農(nóng)業(yè)廢棄物的大量產(chǎn)出及其不合理利用，是目前農(nóng)業(yè)污染發(fā)生的主要原因。在對(duì)氮、磷元素排放量與流失量的貢獻(xiàn)上，化肥、畜禽糞便與生活排污是3種主要污染源，2006年3種污染源共造成約6.73×105t與1.35×105t的氮素和磷素?fù)p失，其中畜禽糞便貢獻(xiàn)率最大，分別占氮素、磷素流失量的50.78%與80.30%。

農(nóng)業(yè)污染的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜而相對(duì)漫長(zhǎng)的過程[21]，其防治應(yīng)堅(jiān)持源頭預(yù)防、過程阻斷、末端治理3個(gè)層次并重的原則。然而，農(nóng)業(yè)污染一旦形成，尤其是地下水污染，其治理絕非易事，因此源頭預(yù)防應(yīng)該成為農(nóng)業(yè)污染綜合防治的重點(diǎn)。目前山東省農(nóng)業(yè)污染的源頭預(yù)防應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)2方面的研究，首先通過施用技術(shù)的改進(jìn)與新型產(chǎn)品的應(yīng)用，降低化肥、農(nóng)藥等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)化學(xué)品的投入量，提高其利用效率，降低其對(duì)水環(huán)境污染的威脅;另一方面，重點(diǎn)研究畜禽糞便、生活排污等農(nóng)產(chǎn)(村)廢棄物的資源化利用技術(shù)，變廢為寶，減少其流失對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染。

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