瑪河流域農(nóng)業(yè)污染耕地載荷現(xiàn)狀分析

摘 要：利用統(tǒng)計年鑒和調(diào)查數(shù)據(jù)，采用耕地載荷指數(shù)法，計算瑪河流域沙瑪兩縣及石河子墾區(qū)主要的污染物在耕地中的殘留量及耕地的污染載荷。研究瑪納斯河灌區(qū)主要農(nóng)田污染源的結構，并分析該流域綠洲的農(nóng)業(yè)污染耕地載荷，以期為瑪納斯河流域綠洲的農(nóng)業(yè)發(fā)展、水土開發(fā)、生態(tài)修復和環(huán)境保護提供決策性依據(jù)。結果表明，2005、2010年耕地載荷中氮殘留為109.3kg/hm2、176.1kg/hm2，磷的殘留量為52.2kg/hm2、83.8kg/hm2；牲畜糞便耕地污染載荷分別為0.025t/（hm2·a）、0.032t/（hm2·a）；農(nóng)藥耕地的污染載荷分別為5.75、7.99kg/hm2；地膜耕地的污染載荷分別為35.00、39.63kg/hm2；2005年單位生活污水排放量110.9t/hm2，化學需氧量排放量31.1kg/hm2，氨氮排放量4.4kg/hm2；單位面積工業(yè)廢水排放總量117.8t/hm2，化學需氧量排放量158.5kg/hm2，氨氮排放量1.07kg/hm2。由此可知，瑪河流域農(nóng)業(yè)污染載荷嚴重超載，污染的風險很大，應該引起地方重視。

關鍵詞：瑪河流域；農(nóng)業(yè)污染；耕地載荷；現(xiàn)狀

中圖分類號 S19 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）03-93-04

Agricultural Nonpoint Source Pollution of the Farmland Load Analysis to the Manas River Catchment

Tian Xuchen et al.

（College of Science，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

Abstract：In this study， statistical yearbooks and survey data， using the the farmland load index， calculated the main point source pollution of the Manas River Valley Shawan and Manas counties and Shihezi residues in arable land and arable land pollution load.Research the structure of main agricultural pollution sources， and analyze farmland loads of pollution sources to support its agriculture， soil development， ecology and environmental protecting.In 2005 and 2010 farmland load of nitrogen residues as 109.3kg/hm2， 176.1kg/hm2 ，the phosphorus residues of 52.2kg/hm2， 83.8kg/hm2；The manure arable pollution load were 0.025 t/（hm2·a），0.032 t/（hm2·a）； the pollution load of the Manas River Basin Pesticide farmland were 5.75，7.99kg/hm2，pollution load of the Xinjiang region of arable land for 1.94，2.96kg/hm2 respectively； the pollution load of the plastic film of arable land for 35.00，39.63kg/hm2， respectively； In the year of 2005 Units in sewage emissions were 110.9t/hm2， the emissions of chemical oxygen demand by 31.1kg/hm2， ammonia emissions by 4.4kg/hm2； 2005 per unit area of industrial wastewater total emissions were 117.8 t/hm2， chemical oxygen demand emissions by 158.5kg/hm2， ammonia emissions by 1.07kg/hm2.Compared with Xinjiang analysis and according to the present standards， severely overloaded agricultural nonpoint source pollution load to Manas River Valley ， is a big risk to be poluted.

Key words：Manas River Valley； Non-point source pollution； Farmland load；Current situation

農(nóng)村過量和不合理的使用農(nóng)藥、化肥，小規(guī)模牲畜養(yǎng)殖的牲畜糞便，以及未處理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物、農(nóng)村生活垃圾和廢水等，造成了農(nóng)業(yè)污染。20世紀80年代末以來，歐美發(fā)達國家開始重視農(nóng)業(yè)污染的治理和研究，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題逐步成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大課題。在我國，眾多學者[1-4]也開始對農(nóng)田污染問題進行一些有意義的嘗試和探索，使農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題上升為備受關注的環(huán)境問題之一?，敿{斯河流域是北疆的重要農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)，對瑪納斯河灌區(qū)主要農(nóng)田污染源的結構進行分析，并計算該流域綠洲的農(nóng)業(yè)污染耕地載荷，可為瑪納斯河流域綠洲的農(nóng)業(yè)發(fā)展、水土開發(fā)、生態(tài)修復和環(huán)境保護提供決策性依據(jù)。但關于瑪納斯河流域農(nóng)業(yè)污染的研究相對較少，且主要考慮生態(tài)需水、生態(tài)安全與環(huán)境因素或水資源開發(fā)帶來的生態(tài)環(huán)境效應，未能對該流域農(nóng)業(yè)污染的耕地載荷進行分析，以至于難以判斷該流域農(nóng)田污染的嚴重程度，更無法進行防控。近年來由于流域種植業(yè)中化肥、農(nóng)藥、地膜、植物生長調(diào)節(jié)劑的大量使用引起了農(nóng)業(yè)土壤、水體（河流、湖泊、農(nóng)業(yè)濕地）和大氣的環(huán)境質(zhì)量改變，導致瑪河覆區(qū)農(nóng)業(yè)污染趨勢加劇。筆者擬通過對瑪河灌區(qū)主要農(nóng)田污染源結構進行分析，從化肥、農(nóng)藥、牲畜糞便、生活排污等方面進行研究，解析瑪河灌區(qū)農(nóng)田污染源排放污染物的類型、排放方式、途徑，計算主要污染源中氮、磷元素的排放量和流失量，并對瑪納斯河流域綠洲的農(nóng)業(yè)污染耕地載荷進行了現(xiàn)狀分析，以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展、水土開發(fā)、生態(tài)修復和環(huán)境保護提供參考。

1 材料與方法

11 研究區(qū)概況 瑪河流域在行政區(qū)劃上包括瑪納斯和沙灣兩縣，土地總面積24 327858km2，新疆生產(chǎn)建設兵團農(nóng)八師（簡稱石河子墾區(qū)）占有面積7 529km2，約占總土地面積的31%?，敿{斯河流域灌區(qū)是新疆維吾爾自治區(qū)20世紀50年代開發(fā)的一個灌區(qū)，位于北疆準葛爾盆地的南部。灌區(qū)屬大陸性氣候，冬冷夏熱，日差較大，光照充足，雨量稀少，年降水量為100～200mm，年蒸發(fā)量為1 500～2 000mm。屬一年一熟、間可夏播的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)，作物生長全靠灌溉。

12 數(shù)據(jù)獲取 本研究采用的數(shù)據(jù)來源于2005、2010年新疆統(tǒng)計年鑒和兵團統(tǒng)計年鑒，包括牲畜養(yǎng)殖量數(shù)據(jù)、耕地面積數(shù)據(jù)、農(nóng)藥化肥數(shù)據(jù)、農(nóng)膜數(shù)據(jù)、生活污水和工業(yè)廢水數(shù)據(jù)。研究范圍主要是瑪河流域的瑪納斯和沙灣兩縣以及石河子墾區(qū)，參比數(shù)據(jù)來自中國期刊網(wǎng)的部分文獻。

13 分析方法 復合肥養(yǎng)分含量按含純N、 P2O5、K2O（15%）計算；牲畜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)，再參照國家環(huán)境保護總局發(fā)布的排泄系數(shù)計算；農(nóng)村生活排污由生活污水與人糞尿兩部分構成，氮、磷排放量依據(jù)農(nóng)村人口數(shù)量，參照相關排污系數(shù)計算得到。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)參照相關研究結果，設定化肥中氮、磷流失率為當年施肥量的11%與3%[5]，牲畜糞便流失率為30%[6-8]， 生活排污中生活污水流失率為85%，人糞尿為10%[5，9]。

2 結果與分析

21 化肥污染及含量估算 據(jù)統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，瑪河流域自1978年以來，化肥施用量在總的趨勢上處于不斷增加的變化趨勢。 2005年瑪河流域農(nóng)用化肥總量為104 342t，其中氮肥為50 08416t，占48%；磷肥19 30327t，占185%；鉀肥為8 34736t，占8%；復合肥26 60721t，占255%。2010年瑪納斯和沙灣的化肥折純使用量為76 806t，2010年石河子（農(nóng)八師）的化肥折純使用量為76 892t。其中氮肥占476%，磷肥占183%，鉀肥占85%，復合肥占256%（表1）。

由表1可知，其中氮肥的比例最高，依次是復合肥、磷肥、鉀肥，按照目前N 35%， P 195%， K 475%的全國化肥平均利用效率[10]， 2010年瑪河流域當年化肥投入中有近47 57545t氮肥、 2264546t 磷肥、6 89168t鉀肥殘留于土壤中或進入大氣、水體，對產(chǎn)地環(huán)境構成潛在污染（表2）。

22 牲畜糞便污染及含量估算

221 牲畜年糞便排量的計算 參考國內(nèi)近幾年的關于牲畜糞便量的計算研究[11-15]，并結合新疆維吾爾自治區(qū)牲畜養(yǎng)殖的相關參數(shù)，在估算各種牲畜平均飼養(yǎng)期時，存欄頭數(shù)的飼養(yǎng)期按全年（365d ） 計算，對于出欄量的飼養(yǎng)周期，豬的飼養(yǎng)周期199d。由于新疆維吾爾自治區(qū)公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)未對牲畜種類加以細分（ 如?？煞譃槟膛｜S牛等，豬可分為公豬、母豬以及肉豬等） ，所以本研究采用的各牲畜養(yǎng)殖量也未加以細分。飼養(yǎng)量統(tǒng)計： 將牛的存欄量作為一年中穩(wěn)定的飼養(yǎng)量；豬和家禽的飼養(yǎng)周期不足1a，也將存欄量作為穩(wěn)定的飼養(yǎng)量；故將存欄量作為飼養(yǎng)量計算，在未考慮飼養(yǎng)周期的前提下，采用以下計算方法：存欄量×日排泄系數(shù)（kg/d）×365（d）。 瑪納斯、沙灣牲畜的數(shù)量來自2005、2010年新疆統(tǒng)計年鑒，石河子牲畜數(shù)據(jù)來自2005、2010年兵團統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)。其中，各牲畜日排泄系數(shù)（以濕基為標準）采用國家環(huán)境保護總局公布的數(shù)據(jù)[16]（表3）。

根據(jù)以上方法計算瑪河流域各個地市的牲畜糞便量（ 包括糞尿兩部分，下同） ，再根據(jù)各類牲畜糞便的豬糞當量換算系數(shù)（ 以含氮量為標準） 計算各類牲畜糞便量的豬糞當量[17-18]（表5）。

牲畜糞便養(yǎng)分含量系數(shù)，本研究在估算牲畜產(chǎn)生的糞便總量時采用的是牲畜直接排泄的新鮮糞便，因此在選用牲畜糞便養(yǎng)分含量系數(shù)時也僅選擇新鮮糞便樣品的養(yǎng)分含量[18]（表6）。

222 牲畜糞便耕地載荷量的計算 目前，牲畜糞便處理的主要出路是作為有機肥料還田，國外許多發(fā)達國家也將農(nóng)田作為牲畜糞便的載載場所加以消化其中的養(yǎng)分[19]，由于不同類型的糞便，其肥效養(yǎng)分差異較大，故其農(nóng)田消納量也有較大差異。根據(jù)各類牲畜糞便的含氮量，將各種牲畜糞便統(tǒng)一換算成豬糞當量（見表7），然后疊加成豬糞總量。因此，以當年有效農(nóng)田耕地面積作為實際的載載面積來計算瑪河流域牲畜糞便豬糞當量載荷其計算公式為：

q=Q/S=∑XT/S

（1）

式（1）中，q為牲畜糞便以豬糞當量計算的載荷量[t/（hm2·a）]；Q為各類牲畜糞便相當豬糞當量總量（t/a）； S為有效耕地面積（hm2） ；X為各類牲畜糞便量（t/a） ；T為各類牲畜糞便換算成豬糞當量的換算系數(shù)。

利用上述數(shù)據(jù)及公式（1）計算方法可得2005年瑪河流域牲畜糞便量（表7）。

根據(jù)表5中的換算系數(shù)，可得各類牲畜糞便的豬糞當量（表8）。

23 農(nóng)藥污染 瑪河流域從20世紀50年代開始使用農(nóng)藥，僅2001-2008年累積向農(nóng)區(qū)投入農(nóng)藥約6萬t，其中2005年農(nóng)藥施用量約2 825707t，占當年全疆農(nóng)藥總用量的194%，單位面積農(nóng)藥施用量近1046kg/hm2，新疆單位面積農(nóng)藥施用量近353 kg/hm2，是全疆平均單位面積農(nóng)藥施用量的296倍。2010年農(nóng)藥施用量約為3 926269t， 占當年全疆農(nóng)藥總用量的153%，單位面積農(nóng)藥施用量近1453kg/hm2，新疆單位面積農(nóng)藥施用量近539 kg/hm2，是全疆平均單位面積農(nóng)藥施用量的27倍（表10）。

相關研究表明，由于農(nóng)藥制劑的物理、化學性能局限， 真正作用于作物上的僅占施用量的10%～30%，其余20%～30%進入大氣和水體，50%～60%殘留于土壤中[19-20]。按照30%的最高利用率進行估算[21]， 2005年瑪河流域有近1978t 的農(nóng)藥進入環(huán)境，2010年瑪河流域有近2748t的農(nóng)藥進入環(huán)境，對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量安全構成巨大威脅（表11）。

由上述數(shù)據(jù)可算出2005年農(nóng)藥的耕地載荷為575 kg/hm2， 2010年農(nóng)藥的耕地載荷為799 kg/hm2。

24 地膜污染分析 地膜的大量使用在增加巨大經(jīng)濟效益的同時，使土壤白色污染日益嚴重。目前，地膜使用后的回收率不足30%[22]，殘留地膜進入土壤以后，破壞了土壤的整體性和通透性，對土壤容重、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，最后導致作物產(chǎn)量與品質(zhì)的下降。2001-2010年，瑪河流域農(nóng)膜、地膜用量不斷增加。其中2001-2008年間，瑪河流域共向農(nóng)區(qū)投入地膜約10萬t[23]，2005年，全區(qū)地膜栽培所用地膜達到13 526t，殘膜影響作物正常生長，造成減產(chǎn)、欠收。據(jù)2005年調(diào)查，全區(qū)農(nóng)田廢舊地膜殘留量（即耕地載荷）平均為35kg/hm2，2010年為3963 kg/hm2（表12）。

經(jīng)過計算，2005年地膜使用量占農(nóng)膜945%左右，同時地膜覆蓋面積整體上處于增加的趨勢。2005年瑪河流域地膜施用量占全疆總用量132%。隨著農(nóng)業(yè)種植技術的發(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相應增加，帶來的污染也越來越嚴重。廢舊地膜污染面積增加，2010年殘留量載荷比2005年增加463kg/hm2（表12）。

由表12可知，2005年瑪河流域耕地載荷為3500 kg/hm2，2010年為3963 kg/hm2。

25 灌溉水污染

251 工業(yè)廢水污染 2005年瑪河流域工業(yè)廢水排放量為3 374萬t，工業(yè)廢水達標排放率為1 757萬t，工業(yè)廢水達標排放率為521%，化學需氧量排放量為45 386t，氨氮排放量為306t。其中瑪河流域石河子市、瑪納斯縣、沙灣縣工業(yè)廢水排放量分別達到2 861萬t、390萬t和123萬t，然而排入污水處理廠的卻分別只有4萬t、12萬t和6萬t，工業(yè)廢水的排放達標量分別為1 617萬t、80萬t和60萬t，達標率分別為565%、205%和488%。其中工業(yè)廢水中化學需氧量排放量分別為（COD）41 956t、2 500t和930t，氨氮排放量分別為122t、160t和24t（表13、14）。

252 生活污水污染 2005年瑪河流域生活污水排放總量為3 175萬t，其中化學需氧量達到8 907萬t，氨氮排放量為1 264t（見表15）。其中瑪河流域石河子市生活污水排放量達到2 505萬t，化學需氧量排放量為5 566t，氨氮排放量為835t?，敽恿饔颥敿{斯縣生活污水排放量達到400萬t，其中化學需氧量排放量為2 000t，氨氮排放量為270t?，敽恿饔蛏碁晨h生活污水排放量達到270萬t，其中化學需氧量排放量為1 341t，氨氮排放量為159t。

3 結論與討論

31 結論 （1）2005、2010年化肥污染中氮、磷、鉀的總流失量為48 09383、70 22091t，耕地載荷中氮殘留為1093 kg/hm2、1761 kg/hm2，磷的殘留量為522 kg/hm2、838 kg/hm2，各增長46%、61%、605%，增勢明顯。

（2）2005、2010年糞便換算總量分別為2 793 617t、3 083 336t，牲畜糞便耕地污染載荷分別為0025 t/（hm2·a）、0032 t/（hm2·a），各增長1037%、28%，表明養(yǎng)殖業(yè)的擴大，污染也在增加，耕地載荷越來越大。

（3）2005、2010年農(nóng)藥殘留量分別為1 554139、2 15945t，農(nóng)藥耕地的污染載荷分別為575、799 kg/hm2，載荷增加39%，這還尚未考慮農(nóng)藥的難降解性而導致的逐年累加。

（4）2005年瑪河流域地膜耕地載荷為3500 kg/hm2，2010年為3963 kg/hm2，載荷增加1323%。

（5）2005年工業(yè)廢水耕地載荷概況：工業(yè)廢水排放總排放1178t/hm2，工業(yè)廢水達標排放量613t/hm2，化學需氧量排放量1585kg/hm2，氨氮排放量107kg/hm2；生活污水耕地載荷概況：生活污水排放總量1109t/hm2，化學需氧量排放量311kg/hm2，氨氮排放量44kg/hm2。

因此，應大力改善由農(nóng)用化肥、牲畜糞便、農(nóng)藥、地膜、工業(yè)廢水和生活污水對耕地的污染，科學合理使用化肥、農(nóng)藥，有效回收農(nóng)用地膜，嚴格控制糞便對耕地的不利影響；對生活污水、工業(yè)廢水應進行分級處理，做到達標排放，避免污水污染耕地，破壞生態(tài)環(huán)境。

3.2 討論 經(jīng)過對瑪河流域農(nóng)用化肥、牲畜糞便、農(nóng)藥、地膜、工業(yè)廢水和生活污水污染分析，可知耕地的污染載荷現(xiàn)狀，與全疆進行對比分析和根據(jù)現(xiàn)行標準可知，瑪河流域農(nóng)業(yè)污染載荷嚴重超載，各項污染均超出全疆平均水平，污染的風險很大。因統(tǒng)計數(shù)據(jù)未結合真實現(xiàn)狀的調(diào)查及污染排放系數(shù)計算參考的標準，在污染耕地載荷計算中可能存在一定誤差，但從瑪河流域各項污染耕地載荷與全疆的比較中，對該流域農(nóng)業(yè)污染的風險應引起重視。

參考文獻

[1]張維理，冀宏杰，Kolbe H，等中國農(nóng)業(yè)面源污染形勢估計及控制對策Ⅱ歐美國家農(nóng)業(yè)面源污染狀況及控制[J]中國農(nóng)業(yè)科學，2004，37（7）：1 008-1 017

[2]楊正禮 中國農(nóng)田污染評價與防治道路探究[J]中國農(nóng)學通報，2006，22（9）：415-419

[3]李秀芬，朱金兆，顧曉君，等農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀與防治進展[J]中國人口·資源與環(huán)境，2010，20（4）：81-84

[4]宋濤，成杰民，李彥，等農(nóng)業(yè)面源污染防控研究進展[J]環(huán)境科學與管理，2010，35（2）：40-42

[5]朱丹丹大慶地區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染負荷研究與綜合評價[D] 哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學， 2007：19-43

[6]孔源，韓魯佳 我國畜牧業(yè)糞便廢棄物的污染及其治理對策的探討[J]中國農(nóng)業(yè)大學學報， 2002， 7（6） ：93-96

[7]段勇，張玉珍， 李延風，等 閩江流域牲畜糞

便的污染負荷及其環(huán)境風險評價[J]生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報， 2007，23（3）：55-59

[8]張緒美，董元華， 王輝，等 江蘇省牲畜糞便污染現(xiàn)狀及其風險評價[J]中國土壤與肥料， 2007（4） ：12-15

[9]葉飛，卞新民江蘇省水環(huán)境農(nóng)業(yè)非點源污染等標污染指數(shù)的評價分析[J]農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報， 2005， 24（S） ：137-140

[10]高新昊，張紹迎，江麗華，等 山東省農(nóng)業(yè)污染綜合分析與評價[J] 水土保持通報，2010，30（5）：182-186

[11]閻波杰，趙春江，潘瑜春，等大興區(qū)農(nóng)用地牲畜糞便氮負荷估算及污染風險評價[J]環(huán)境科學，2010，31（2） ：437-443

[12]張緒美，董元華，王輝，等中國牲畜養(yǎng)殖結構及其糞便污染負荷 特 征 分 析[J]環(huán) 境 科 學，2007，28 （6） ：1311-1318

[13]王方浩，馬文奇，竇爭霞，等中國牲畜糞便產(chǎn)生量估算及環(huán)境效應[J]中國環(huán)境科學，2006，26（5） ：614-617

[14]馬林，王方浩，馬文奇，等中國東北地區(qū)中長期牲畜糞尿資源與污染潛勢估算[J]農(nóng) 業(yè) 工 程 學 報，2006，22 （8） ：170-174

[15]張緒美，董元華，王輝，等江蘇省牲畜糞便污染現(xiàn)狀與防治對策[J]土壤，2007，39（5） ：708-712

[16]國家環(huán)境保護總局自然生態(tài)保護司全國規(guī)?；箴B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對策[M]北京： 中國環(huán)境科學出版社，2002

[17]高定，陳同斌，劉斌，等我國牲畜養(yǎng)殖業(yè)糞便污染風險與控制策略[J]地理研究，2006，25（2） ：311-319

[18]閻波杰，趙春江，潘瑜春等規(guī)?；B(yǎng)殖牲畜糞便量估算及環(huán)境影響研究[J]中國環(huán)境科學，2009，29（7） ：733-737

[19]Frank J D ，Nico J P H. Towards a sustainable and efficient use of manure in agriculture ： The Dutch case [J]Environmental and Resource Economics （Historical Archive） ，1991，1 （3） ： 313-332.

[20]李祖章， 劉光榮，袁福生 江西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥污染的狀況及防治策略[J] 江西農(nóng)業(yè)學報， 2004， 16（1）： 49-54

[21]米長虹，黃士忠， 王繼軍等農(nóng)藥對農(nóng)田土壤的污染及防治技術[J] 農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2000， 17（4）： 23-25

[22]高新昊，張紹迎，江麗華等山東省農(nóng)業(yè)污染綜合分析與評價[A]1000-288X（2010） 05-0182-05

[23]嚴昌榮， 梅旭榮， 何文清，等農(nóng)用地膜殘留污染的現(xiàn)狀與防治[J]農(nóng)業(yè)工程學報， 2006， 22（11）： 269-272

（責編：張宏民）