農(nóng)業(yè)小流域面源污染經(jīng)濟損失研究

魯文艷，于興修，袁天天，劉前進

(1.湖北大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062；2.臨沂大學(xué) 水土保持與環(huán)境保育研究所，山東 臨沂 276005)

農(nóng)業(yè)小流域面源污染經(jīng)濟損失研究

魯文艷1，于興修1，袁天天1，劉前進2

(1.湖北大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062；2.臨沂大學(xué) 水土保持與環(huán)境保育研究所，山東 臨沂 276005)

農(nóng)業(yè)面源污染；經(jīng)濟損失評估；孟良崮小流域

以孟良崮小流域為研究區(qū)，在利用輸出系數(shù)模型計算2013年流域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染負荷的基礎(chǔ)上，運用環(huán)境經(jīng)濟學(xué)中的恢復(fù)防護費用法，定量估算小流域農(nóng)業(yè)面源污染經(jīng)濟損失。結(jié)果表明：2013年孟良崮小流域農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的總氮、總磷污染負荷分別為934.30 kg和136.19 kg，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染造成的環(huán)境經(jīng)濟損失為26 842元。其中，畜禽排泄污染造成的經(jīng)濟損失最大，為18 270元，占流域內(nèi)污染總損失的68.06%；土地利用污染造成的經(jīng)濟損失次之，為6 635元，占24.72%；農(nóng)村生活污染造成的經(jīng)濟損失最小，為1 937元，占7.22%。

水污染價值損失研究是制定水環(huán)境對策與政策的基礎(chǔ)，也是開展綠色國民經(jīng)濟核算的主要內(nèi)容[1]。從世界范圍來說，農(nóng)業(yè)面源污染是水資源污染的重要原因，在我國氮、磷等面源污染物造成太湖、巢湖、滇池等重要湖泊富營養(yǎng)化趨勢加劇[2]。從環(huán)境經(jīng)濟學(xué)角度對農(nóng)業(yè)面源污染的經(jīng)濟損失進行分析可為有針對性地制定面源污染控制對策提供依據(jù)。目前，環(huán)境污染經(jīng)濟損失的估算方法主要包括直接市場評價法、顯示偏好價值評估法和意愿調(diào)查評估法3類[3]，同時研究人員對不同流域或區(qū)域水土流失的環(huán)境價值損失估算[4]進行了大量研究，但對小流域農(nóng)業(yè)面源污染經(jīng)濟損失的實證研究仍較少。地處沂蒙山區(qū)重要水源地的孟良崮小流域擁有比較豐富的面源污染研究資料[5-6]，而對流域內(nèi)面源污染的環(huán)境經(jīng)濟損失研究還未見報道。運用環(huán)境經(jīng)濟學(xué)的方法對小流域農(nóng)業(yè)面源污染造成的經(jīng)濟損失進行估算評價，可為小流域農(nóng)業(yè)面源污染的治理和控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

孟良崮小流域位于魯中南沂河上游的蒙陰縣垛莊鎮(zhèn)，地勢東北高西南低，以丘陵為主，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，降水主要集中在7—9月，多年平均降水量733.4 mm，土壤類型以棕壤為主。流域總面積為102.86 hm2，其中林地57.34 hm2、耕地21.11 hm2、果園10.96 hm2、未利用土地9.49 hm2、居民用地3.45 hm2、草地0.21 hm2、其他用地0.30 hm2。小流域內(nèi)人口為120人，生產(chǎn)活動以農(nóng)業(yè)為主，無工業(yè)生產(chǎn)活動，面源污染是水環(huán)境污染的主要來源。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

以2013年為研究節(jié)點，小流域內(nèi)不同土地利用類型的各形態(tài)氮磷元素的流失濃度、徑流量等水文水質(zhì)數(shù)據(jù)由定期實測獲得，流域內(nèi)的人口和畜禽數(shù)量通過實地調(diào)查獲得，土地利用等相關(guān)資料由山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室提供。

2.2 研究方法

(1)面源污染負荷估算方法。本研究采用輸出系數(shù)法模型[7]，根據(jù)土地利用類型、畜禽排泄、農(nóng)村生活污染物的排放現(xiàn)狀，對流域內(nèi)不同污染物的負荷量進行估算。由于小流域內(nèi)降雨輸入的污染物量很小，在本研究中忽略不計，因此修正后的輸出系數(shù)估算模型為

(1)

式中：L為污染物流失總量(污染負荷)，kg/a；Ei為第i類污染物的輸出系數(shù)，即單位面積或每頭(只)禽畜、人均生活污染物年輸出量，kg/(km2·a)、kg/(只·a)或kg/(人·a)；Ai為第i類土地利用類型的面積(km2)或第i種禽畜數(shù)量(頭或只)、人口數(shù)量(人)。

(2)面源污染經(jīng)濟損失估算方法。目前，農(nóng)業(yè)面源污染經(jīng)濟損失估算比較常用的環(huán)境經(jīng)濟學(xué)方法有恢復(fù)防護費用法[8]、影子工程法[9]等。從數(shù)據(jù)可得性考慮，選取恢復(fù)防護費用法對經(jīng)濟損失進行估算，即假設(shè)為了避免環(huán)境危害應(yīng)用貨幣尺度衡量治理所需的費用，把這種費用作為對環(huán)境資源破壞所造成經(jīng)濟損失的最低估計[10]。具體的計算公式為

(2)

式中：S為養(yǎng)分(污染物)所造成的經(jīng)濟損失，元；L為養(yǎng)分負荷量，即污染物負荷量，kg；P為養(yǎng)分(污染物)的處理成本，元/kg。

由于各種污染物的單位處理成本不同，因此公式(2)可以演化為

(3)

式中：Si為第i種養(yǎng)分(氮、磷)所造成的經(jīng)濟損失，元；Tij為第j種面源污染類型第i種養(yǎng)分流失總量，kg；m為面源污染類型總數(shù)；Ki為第i種養(yǎng)分折算為磷酸二銨的系數(shù)；C為磷酸二銨肥料的市場價格，元/kg。

目前磷酸二銨的市場價格為2.86元/kg，氮、磷折算成磷酸二銨的系數(shù)分別為132/14、132/31。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)面源污染負荷分析

(1)不同土地利用類型污染物負荷。孟良崮小流域以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，土地利用類型可劃分為耕地、林地、果園、草地和未利用地。由于流域內(nèi)草地所占面積少，未利用地以裸巖為主，二者僅占流域總面積的9.4%，對氮、磷流失的影響較小，因此本研究主要估算耕地、林地和果園的總氮(TN)、總磷(TP)輸出負荷。利用小流域?qū)嵉乇O(jiān)測所獲取的不同土地利用類型的污染物輸出系數(shù)，由公式(1)計算得出耕地、林地和園地TN的年輸出負荷分別為106.78、110.29、20.45 kg，TP的年輸出負荷分別為9.28、8.81、1.43 kg。在各土地利用類型中，林地的污染物輸出負荷最大，其次是耕地和園地。許多研究表明，各土地利用類型中耕地對TN、TP的貢獻率最大[11]，而在本研究中林地的TN輸出負荷最大，主要原因是孟良崮小流域林地面積遠大于耕地。

(2)畜禽排泄污染物負荷。畜禽污染物負荷量的估算主要選取TN和TP作為估算指標。調(diào)查顯示，該流域農(nóng)戶養(yǎng)殖的畜禽主要有牛、羊、豬、雞等。本研究運用的畜禽污染物中氮磷排放量計算公式為[8]：畜禽年污染物(TN、TP)產(chǎn)生量=個體日產(chǎn)糞(尿)量(排泄系數(shù))×飼養(yǎng)期×畜禽數(shù)量×畜禽糞(尿)中污染物平均含量(氮磷輸出系數(shù))，其中個體日產(chǎn)糞(尿)量(排泄系數(shù))和畜禽糞(尿)中污染物平均含量參照參考文獻[12-13]研究成果。牛羊的飼養(yǎng)期一般按365 d計，豬的飼養(yǎng)期按150 d計，雞的飼養(yǎng)期按60 d計。由于畜禽糞(尿)并不會完全進入水體，存在一定的流失率，本研究取畜禽糞(尿)流失率12%[13]。據(jù)此計算出孟良崮小流域牛、羊、豬、雞的TN年輸出負荷分別為252.86、91.48、282.00、1.27 kg，TP的年輸出負荷分別為16.93、42.00、51.00、0.69 kg。

(3)農(nóng)村生活污染物負荷。農(nóng)村地區(qū)的生活污染主要來自生活污水和人糞尿的無序排放。孟良崮小流域居住人口少、分布比較稀疏，且沒有污染物處理設(shè)施，當(dāng)?shù)鼐用裆钗鬯碾S意排放會造成一定程度的面源污染。借鑒已有農(nóng)村地區(qū)的人口污染物輸出系數(shù)[13]，按污染物流失量為排放量的30%[13]對該流域農(nóng)村生活污染負荷進行核算，則TN、TP的年排放量分別為69.17、6.05 kg。

(4)農(nóng)業(yè)面源污染負荷。根據(jù)上述計算結(jié)果，2013年孟良崮小流域農(nóng)業(yè)面源污染負荷見表1。由表1可以看出，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的TN、TP年污染負荷分別為934.30和136.19 kg。畜禽排泄物的污染負荷最高，其中TN污染負荷占整個小流域的67.17%，TP污染負荷占整個小流域的81.22%；其次是土地利用產(chǎn)生的污染負荷，其中TN污染負荷占整個小流域的25.42%，TP污染負荷占整個小流域的14.34%；由于流域內(nèi)居住人口少，農(nóng)村生活污染產(chǎn)生的污染負荷最小，TN、TP污染負荷分別占流域的7.41%和4.44%。農(nóng)業(yè)面源污染負荷估算結(jié)果表明，畜禽養(yǎng)殖是孟良崮小流域農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源，其次是土地利用養(yǎng)分流失。

表1 2013年孟良崮小流域農(nóng)業(yè)面源污染負荷估算 kg/a

3.2 農(nóng)業(yè)面源污染經(jīng)濟損失分析

利用公式(3)計算得出2013年孟良崮小流域農(nóng)業(yè)面源污染經(jīng)濟損失見表2。

表2 2013年孟良崮小流域農(nóng)業(yè)面源污染經(jīng)濟損失估算 元

由表 2可以看出，2013年小流域內(nèi)面源污染所造成的經(jīng)濟損失為26 842元。畜禽排泄污染造成的經(jīng)濟損失最大，經(jīng)濟損失為18 270元，占流域內(nèi)污染總損失的68.06%。土地利用污染造成的經(jīng)濟損失為6 635元，占流域內(nèi)污染總損失的24.72%。其中，林地造成的價值損失最大，為3 078元，占土地利用污染總損失的46.39%；耕地次之，占45.05%；園地最小，只占8.56%。農(nóng)村生活污染造成的價值損失最小為1 937元，占流域內(nèi)污染總損失的7.22%。因此，應(yīng)加強對流域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖的合理控制，同時土地利用導(dǎo)致的面源污染也應(yīng)得到控制。

4 結(jié) 論

(1)2013年孟良崮小流域農(nóng)業(yè)面源污染中所產(chǎn)生總氮(TN)、總磷(TP)的污染負荷分別為934.30 kg和136.19 kg。畜禽排泄產(chǎn)生的污染物氮磷污染負荷總量最高，土地利用產(chǎn)生的污染負荷次之，農(nóng)村生活污染產(chǎn)生的污染負荷最小。

(2)2013年孟良崮小流域農(nóng)業(yè)面源污染造成的環(huán)境經(jīng)濟損失為26 842元。畜禽排泄污染造成的經(jīng)濟損失最大，為18 270元，占流域內(nèi)污染總損失的68.06%；土地利用污染造成的損失次之，為6 635元，占24.72%；農(nóng)村生活污染造成的價值損失最小，為1 937元，僅占7.22%。

(3)加強畜禽養(yǎng)殖管理，合理利用土地，采取有效措施控制畜禽排泄污染和土地利用面源污染是孟良崮小流域面源污染的防治重點。

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(責(zé)任編輯 李楊楊)

國家自然科學(xué)基金項目(41471227，41101263，41101206)；山東省高等學(xué)校青年骨干教師國內(nèi)訪問學(xué)者項目(2013249)

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A

1000-0941(2015)06-0053-03

魯文艷(1989—)，女，山東費縣人，碩士研究生，主要從事環(huán)境經(jīng)濟方面的研究；通信作者于興修(1967—)，男，山東莒縣人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事資源利用與環(huán)境效應(yīng)研究。

2015-01-16