林芝市農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷時(shí)空變化與分布特征

郝守寧，付意成

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院,西藏林芝 860000；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038）

林芝市農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷時(shí)空變化與分布特征

郝守寧1，付意成2*

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院,西藏林芝 860000；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038）

為分析西藏林芝地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染形勢(shì)與特征,基于林芝市2000—2015年的農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料,應(yīng)用輸出系數(shù)模型估算了該地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染總氮(TN）、總磷(TP）年輸出負(fù)荷。并對(duì)農(nóng)村生活污水、農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖三類污染源分別進(jìn)行了分析。結(jié)果表明.TN、TP均呈現(xiàn)逐年平穩(wěn)上升的趨勢(shì)；農(nóng)業(yè)面源污染高負(fù)荷區(qū)主要集中在工布江達(dá)縣、波密縣和林芝縣,而農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷強(qiáng)度最高的行政區(qū)為米林縣；農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的三大營(yíng)養(yǎng)源貢獻(xiàn)中畜禽養(yǎng)殖輸出負(fù)荷的貢獻(xiàn)率隨時(shí)間的推移有明顯增加的趨勢(shì),90%的農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷來(lái)源于畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)田化肥；林芝市農(nóng)牧業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染形勢(shì)不容樂觀,須大力開展防控工作,以改善該地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染日趨嚴(yán)重的狀況。

農(nóng)業(yè)面源；總氮；總磷；林芝地區(qū)；分布特征

農(nóng)業(yè)面源污染是由沉積物、廢料、農(nóng)藥、致病菌等不確定污染源引起的對(duì)水體、河流、湖泊、大氣等生態(tài)系統(tǒng)的污染［1］。農(nóng)業(yè)面源污染的發(fā)生沒有固定的排污口,其污染源主要借助降雨或排水過程將地表存留污染物帶走導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化［2］,危及飲用水安全［3］,使土壤板結(jié)［4］,破壞生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)平衡［5］等。與點(diǎn)源污染相比,我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染具有排放分散、隱蔽、隨機(jī)、復(fù)雜、不易檢測(cè)等特點(diǎn),加之單位面積上的污染負(fù)荷較小,從而導(dǎo)致人們往往忽視農(nóng)業(yè)面源污染的宏觀效應(yīng),已有的研究成果顯示,農(nóng)業(yè)面源污染是導(dǎo)致國(guó)內(nèi)外區(qū)域水環(huán)境污染的重要原因之一［6］。近幾年隨著西藏經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,城鎮(zhèn)化步伐加快,人口及牲畜養(yǎng)殖量增加,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著嚴(yán)峻的資源緊張和生態(tài)環(huán)境問題,農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)西藏生態(tài)安全屏障建設(shè)的影響也日益突出。因此,研究農(nóng)業(yè)面源污染的來(lái)源、輸出負(fù)荷,并據(jù)此制定控制對(duì)策與防治措施具有重大意義。

國(guó)內(nèi)外很多科研工作者對(duì)流域農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行了一系列的研究和探討,面源污染負(fù)荷的估算方法主要包括監(jiān)測(cè)法［7］、輸出系數(shù)法［8-9］、排污系數(shù)法［10］以及模型法［11］等,估算模型的選定取決于研究區(qū)域所搜集資料的完整程度。很多國(guó)外開發(fā)的面源污染負(fù)荷計(jì)算模型的參數(shù)校準(zhǔn)和驗(yàn)證較為復(fù)雜,國(guó)內(nèi)多數(shù)流域和地區(qū)缺乏長(zhǎng)時(shí)間序列監(jiān)測(cè)資料,從而導(dǎo)致很多模型在國(guó)內(nèi)應(yīng)用受到局限［12］。輸出系數(shù)法所需參數(shù)較少、應(yīng)用性強(qiáng),特別適合在缺乏資料的條件下采用［13］,被國(guó)內(nèi)學(xué)者應(yīng)用于很多研究區(qū)域,在三峽庫(kù)區(qū)大寧河流域［14］、大遼河流域［15］、長(zhǎng)江流域［16-17］、鄱陽(yáng)湖流域［18］、呼蘭河流域［19］等地區(qū)都得到了較好的應(yīng)用效果。本研究以林芝地區(qū)為研究區(qū)域,采用輸出系數(shù)模型,對(duì)林芝地區(qū)2000—2015年的農(nóng)村生活污水、農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖三類污染源年總氮(TN）、總磷(TP）負(fù)荷進(jìn)行估算,并探討研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的時(shí)空分布特征與變化趨勢(shì),為林芝地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的防治規(guī)劃和措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

林芝市處于西藏東南部,雅魯藏布江中下游流域,該地區(qū)氣候宜人,降雨量豐富,氣象資料顯示年均降雨量接近800 mm,素有“西藏江南”之美稱,市中心所在地八一街道距離自治區(qū)首府拉薩市400多公里。東與昌都地區(qū)和云南省交界,西與拉薩市和山南地區(qū)相連,北與那曲地區(qū)毗鄰,南與緬甸、印度兩國(guó)接壤,東西長(zhǎng)646.7 km,南北寬353.2 km,邊境線長(zhǎng)約1 006.5 km,幅員面積11.7萬(wàn)km2。平均海拔3000 m,而最低處卻只有152 m,是世界陸地垂直地貌落差最大的地帶,平均海拔低于西藏其他地區(qū)。地區(qū)轄林芝、工布江達(dá)、朗縣、米林、波密、察隅和墨脫7個(gè)縣,居民除藏族以外,還有門巴族、珞巴族、怒族、獨(dú)龍族、傈僳族、納西族、白族以及未確認(rèn)民族成份的僜人。畜牧業(yè)與農(nóng)業(yè)是林芝市農(nóng)牧民的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源,截至2015年末,林芝市的總?cè)丝跀?shù)為21.24萬(wàn),其中農(nóng)業(yè)人口13.89萬(wàn),占總?cè)丝诘?5%；耕地面積1.8萬(wàn)hm2,菜地面積1 465.41 hm2,草場(chǎng)面積1 032.76 hm2；養(yǎng)殖大牲畜41.7萬(wàn)頭、豬24.3萬(wàn)頭、羊6.6萬(wàn)只、家禽26.2萬(wàn)只。受地形地貌條件的影響,區(qū)內(nèi)居民傍河而居,依河而耕地,耕地灌溉施肥以氮肥和磷肥為主,區(qū)內(nèi)牲畜以行政村為單位實(shí)行規(guī)模化養(yǎng)殖。林芝市國(guó)土資源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示.區(qū)內(nèi)未利用土地面積與常年積雪的高山林地面積之和占全區(qū)土地總面積的75.23%,耕地面積占全區(qū)土地面積的0.17%左右,而居民用地僅為4453 hm2,研究區(qū)內(nèi)人口及養(yǎng)殖密度雖低,但伴隨西部開發(fā)的加速、旅游業(yè)的發(fā)展,加之區(qū)內(nèi)人口、牲畜的不斷增加,林芝已成為以畜牧業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)脆弱區(qū),農(nóng)業(yè)面源污染是林芝市生態(tài)環(huán)境的一個(gè)極大挑戰(zhàn)。

2 材料及方法

2.1 輸出系數(shù)模型

隨著面源污染對(duì)人類的影響越來(lái)越大,人們對(duì)面源污染的研究也在不斷深入。輸出系數(shù)模型在早期的應(yīng)用是假定所有土地利用類型的輸出系數(shù)都相等［20］,這種建立在假設(shè)的基礎(chǔ)上計(jì)算出的結(jié)果往往與實(shí)際情況相差較大,經(jīng)過長(zhǎng)期的探索研究,1996年Johnes等［20］在早期輸出系數(shù)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),對(duì)農(nóng)業(yè)人口生活污水的排放及牲畜的輸出系數(shù)的確定方法進(jìn)行了改進(jìn),同時(shí)考慮植物的固氮、氮的空氣沉降等因素,提高了模型在流域面源污染負(fù)荷研究中的靈敏性。在國(guó)內(nèi),蔡明等［21］對(duì)該輸出系數(shù)模型做了進(jìn)一步的改進(jìn),應(yīng)用中充分考慮水文因素的影響,使其對(duì)區(qū)域不同年份的TN、TP負(fù)荷估算結(jié)果更加準(zhǔn)確,本次研究采用的改進(jìn)輸出系數(shù)模型考慮了水文因素的影響,輸出系數(shù)模型如下.

式中：Lj為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)j的總流失量；α為降雨影響因子,即研究區(qū)域內(nèi)降雨量影響系數(shù)；Eij為污染物j在第i種土地利用類型中的輸出系數(shù)或第i種畜禽的排放系數(shù)或人口的輸出系數(shù)；Ai為第i類土地利用類型的面積或第i種牲畜的數(shù)量或人口數(shù)量；P為降雨輸入的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總量,本文主要對(duì)不同農(nóng)業(yè)面源污染源的負(fù)荷進(jìn)行比較,未考慮此項(xiàng)的影響。

2.2 輸出系數(shù)選取

輸出系數(shù)選用是輸出系數(shù)模型的核心,也是最重要、最難以確定的參數(shù),輸出系數(shù)選取是否合理與準(zhǔn)確直接影響研究區(qū)域面源污染負(fù)荷的估算精確度［22］。林芝地區(qū)位于雅魯藏布江中下游流域,受藏族生活風(fēng)俗的影響,區(qū)內(nèi)不存在水產(chǎn)養(yǎng)殖,根據(jù)模型的選取及流域特點(diǎn)將流域農(nóng)業(yè)面源污染源分為農(nóng)村生活污水、農(nóng)田種植流失、畜禽養(yǎng)殖流失三大類。各污染源估算過程中不同的土地利用狀況、農(nóng)村人畜數(shù)量、化肥使用量以及作物種植方式,會(huì)導(dǎo)致選用不同的輸出系數(shù),對(duì)牲畜的輸出系數(shù)選用依據(jù)其種類、數(shù)量和分布情況進(jìn)行確定,人口輸出系數(shù)則主要依據(jù)生活污水的排放和處理狀況進(jìn)行選定。農(nóng)村廢水一般多采用化糞池進(jìn)行收集和處理,作為農(nóng)家肥使用,故此估算過程中的參數(shù)均采用化糞池處理后的排放系數(shù)。根據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》中的分區(qū),以及城鎮(zhèn)生活污染源污染物排放系數(shù),結(jié)合林芝市農(nóng)村生活特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的系數(shù)調(diào)整。農(nóng)業(yè)種植習(xí)慣、降雨、地形等因素導(dǎo)致不同區(qū)域的農(nóng)田化肥流失存在較大的差異,本研究中通過查詢文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、研究報(bào)告等資料,結(jié)合研究區(qū)域的相關(guān)農(nóng)田徑流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),參考《第一次全國(guó)污染源普查農(nóng)業(yè)污染源肥料流失系數(shù)手冊(cè)》的研究成果,建立農(nóng)田化肥流失負(fù)荷估算方法,估算過程中,綜合考慮流域內(nèi)主要耕地類型、種植類型、耕作方式、土壤類型、地形地貌對(duì)參數(shù)選擇的影響。區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖是主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),且養(yǎng)殖方式是以行政村為單位的規(guī)模養(yǎng)殖,依據(jù)畜禽污染物排泄系數(shù)及畜禽糞便處理狀況估算畜禽養(yǎng)殖污染物流失量。依據(jù)上海環(huán)保局2000年對(duì)集約化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染情況的調(diào)查結(jié)果,及國(guó)家環(huán)?？偩衷?000年對(duì)全國(guó)23個(gè)省、自治區(qū)、直轄市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染情況的調(diào)查結(jié)果,確定研究區(qū)域內(nèi)輸出系數(shù),見表1和表2。

2.3 數(shù)據(jù)獲取

利用輸出系數(shù)模型對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷進(jìn)行估算時(shí),除了采用研究區(qū)域輸出系數(shù)數(shù)據(jù)外,還需要各污染源的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和研究區(qū)的空間數(shù)據(jù),包含研究區(qū)域內(nèi)的不同土地利用類型面積、畜禽養(yǎng)殖年存欄量以及農(nóng)業(yè)人口數(shù)量?？臻g數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與自然資源研究所的縣級(jí)行政區(qū)矢量數(shù)據(jù)。通過查閱2001—2016年林芝市統(tǒng)計(jì)年鑒,受當(dāng)?shù)刭Y料條件限制,整理匯集了林芝市8年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),如表3所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 各縣污染負(fù)荷強(qiáng)度估算

林芝地區(qū)7個(gè)縣的人口密集程度、交通狀況以及土地利用結(jié)構(gòu)各不相同,加之各縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異,導(dǎo)致林芝地區(qū)7個(gè)縣內(nèi)的污染負(fù)荷強(qiáng)度也不盡相同?；谘芯繀^(qū)域的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),應(yīng)用輸出系數(shù)模型模擬計(jì)算,同時(shí)對(duì)比分析7個(gè)縣的氮、磷負(fù)荷強(qiáng)度,結(jié)果見圖1。

表1 畜禽糞便、農(nóng)村居民生活污水流失率(%）Table 1 Loss rate of sewage from livestock breeding and rural residents(%）

表2 不同土地利用類型流失系數(shù)Table 2 Loss coefficients of various land utilization modes

表3 林芝地區(qū)2000—2015年農(nóng)業(yè)土地利用、畜禽養(yǎng)殖及人口情況Table 3 Agricultural land area,livestock breeding and population from 2000 to 2015 in Nyingchi

2000—2015年期間林芝地區(qū)7個(gè)縣的農(nóng)業(yè)面源污染TN、TP年負(fù)荷存在顯著的空間分異特征,各縣年負(fù)荷的變化也存在差異,污染高負(fù)荷區(qū)主要集中在工布江達(dá)縣、波密縣、林芝縣等3個(gè)縣級(jí)行政區(qū),這與林芝地區(qū)的農(nóng)業(yè)人口及其畜禽養(yǎng)殖分布基本相符。該3個(gè)縣級(jí)行政區(qū)內(nèi)人口占研究區(qū)總農(nóng)業(yè)人口的54.6%,且農(nóng)業(yè)人口分布相對(duì)集中,同時(shí)該3個(gè)縣的草場(chǎng)生產(chǎn)較為發(fā)達(dá),畜禽養(yǎng)殖量較其他縣多,總體來(lái)說農(nóng)業(yè)面源污染TN、TP年輸出負(fù)荷與農(nóng)業(yè)人口數(shù)量及畜禽養(yǎng)殖量有著密切的關(guān)系。拉林鐵路及拉林高速公路的修建,更為3個(gè)縣的交通提供了便利,農(nóng)牧民的生活水平也隨之提高,大量農(nóng)村生活污水及糞便缺少基礎(chǔ)設(shè)施治理對(duì)策,加之散養(yǎng)畜禽隨時(shí)隨地的排泄,造成此區(qū)域TN、TP高負(fù)荷分布；其次3個(gè)縣占有研究區(qū)42.8%的耕地面積,研究區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)達(dá),土地利用率高,化肥、農(nóng)藥施用量的逐年增加及水土流失等原因使耕地內(nèi)大量未被吸收的氮、磷嚴(yán)重流失也是造成該研究區(qū)內(nèi)TN、TP高負(fù)荷分布的因素。墨脫縣是研究區(qū)內(nèi)TN、TP負(fù)荷分布最低的行政區(qū),主要原因是墨脫縣地處世界第一的雅魯藏布大峽谷的深處,至今是全中國(guó)最后一個(gè)不通公路的縣,農(nóng)業(yè)人口數(shù)量、耕地面積及畜禽養(yǎng)殖量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于研究區(qū)內(nèi)的其他行政區(qū)。就三類污染源來(lái)講,林芝地區(qū)畜禽養(yǎng)殖營(yíng)養(yǎng)源產(chǎn)排比較大,相對(duì)于整個(gè)林芝地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷而言,拉林高速路沿途的行政區(qū)是整個(gè)林芝地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物年輸出較為嚴(yán)重的區(qū)域。

圖1 林芝地區(qū)各縣TN、TP負(fù)荷對(duì)比Figure 1 Contrast on loads of TN and TP in different counties in Nyingchi

3.2 TN、TP年輸出負(fù)荷空間分布變化

3.2.1 不同污染源TN、TP的年輸出負(fù)荷變化

本文研究區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染源由農(nóng)村生活污水、農(nóng)田化肥流失、畜禽養(yǎng)殖三類營(yíng)養(yǎng)源組成,將研究區(qū)域的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及表1、表2的輸出系數(shù)帶入公式(1）,并將單位換算成t,估算林芝地區(qū)2000—2015年各污染源的TN、TP年輸出負(fù)荷,見表4。結(jié)果表明,2000—2015年TN、TP年輸出負(fù)荷具有相似的規(guī)律.TN的年輸出總負(fù)荷明顯地呈逐年增加的趨勢(shì)；TP的年輸出總負(fù)荷雖然從2011年之后有減少和增加的波動(dòng),但從長(zhǎng)時(shí)間段看TP的年輸出負(fù)荷總體上也呈上升的趨勢(shì)。三類不同營(yíng)養(yǎng)源中,農(nóng)村生活污水、畜禽養(yǎng)殖兩大營(yíng)養(yǎng)源對(duì)TN、TP的貢獻(xiàn)量雖差別較大但具有相同的規(guī)律,貢獻(xiàn)量均隨著時(shí)間的推移而增加；營(yíng)養(yǎng)源畜禽養(yǎng)殖流失對(duì)研究區(qū)TN的貢獻(xiàn)量與另兩類營(yíng)養(yǎng)源存在同樣的規(guī)律,而對(duì)研究區(qū)TP的貢獻(xiàn)量總體上雖也為上升趨勢(shì),但期間有下降的年份,這與研究區(qū)內(nèi)隨著市場(chǎng)需求而改變耕地種植類型有直接關(guān)系。2015年研究區(qū)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)源畜禽養(yǎng)殖流失與農(nóng)田化肥流失對(duì)TN、TP年輸出負(fù)荷總和分別是農(nóng)村生活廢水貢獻(xiàn)量的12倍與25倍,是林芝地區(qū)的主要營(yíng)養(yǎng)源,也是日后研究區(qū)內(nèi)整治的主要對(duì)象。

3.2.2 不同污染源TN、TP貢獻(xiàn)率的空間變化

農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的分布及空間變化與研究區(qū)內(nèi)土地利用類型、農(nóng)村人口數(shù)量及畜禽養(yǎng)殖量等密切相關(guān),因此農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的產(chǎn)排具有很強(qiáng)的空間性。本研究借助GIS空間分析平臺(tái),將三類營(yíng)養(yǎng)源對(duì)TN、TP的貢獻(xiàn)量估算成果添加到相應(yīng)行政區(qū)劃圖的屬性列表中,然后利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能得出不同污染源對(duì)研究區(qū)內(nèi)TN、TP貢獻(xiàn)率的空間變化專題圖,非常直觀地表達(dá)出研究區(qū)內(nèi)不同污染源的時(shí)空分布及其變化特征,不同營(yíng)養(yǎng)源對(duì)TN貢獻(xiàn)率見圖2,對(duì)TP貢獻(xiàn)率見圖3。

表4 林芝地區(qū)2000—2015年各污染源TN、TP年輸出負(fù)荷(t）Table 4 Annual emission load of TN/TP from various pollution sources from 2000 to 2015 in Nyingchi(t）

圖2及圖3結(jié)果表明,2000—2015年來(lái)自農(nóng)村生活污水、農(nóng)田化肥流失、畜禽養(yǎng)殖的TN、TP年輸出負(fù)荷與研究區(qū)TN、TP年輸出負(fù)荷空間變化規(guī)律十分相似,除了墨脫縣、察隅縣、朗縣,其他行政區(qū)內(nèi)三類營(yíng)養(yǎng)源的貢獻(xiàn)量與TN、TP的年輸出總負(fù)荷均呈逐年增加的趨勢(shì)。2000—2015年三類營(yíng)養(yǎng)源的TN輸出及空間分布組成也存在差異,林芝縣、工布江達(dá)縣及朗縣TN負(fù)荷主要來(lái)源為畜禽養(yǎng)殖；米林縣TN負(fù)荷最初主要來(lái)源為農(nóng)田化肥,而到2015年主要污染源變?yōu)樾笄蒺B(yǎng)殖；其他3個(gè)縣TN負(fù)荷主要來(lái)自農(nóng)田化肥；由圖2結(jié)果得出,畜禽養(yǎng)殖對(duì)米林縣的TN貢獻(xiàn)率變化最為明顯,其他行政區(qū)內(nèi)各污染源貢獻(xiàn)率雖有變化但不明顯。2000—2015年三類營(yíng)養(yǎng)源的TP輸出及其空間分布組成與研究區(qū)TN的規(guī)律相似。各行政區(qū)內(nèi)不同污染源的年貢獻(xiàn)量及TN、TP的年負(fù)荷雖不盡相同,但存在共同規(guī)律.各行政區(qū)TN、TP的主要來(lái)源為畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)田化肥,該兩類污染源的TN、TP貢獻(xiàn)量之和在各行政區(qū)都超過總量的90%。研究區(qū)內(nèi)不同污染源的空間分布及貢獻(xiàn)量隨時(shí)間的推移而發(fā)生變化,圖2及圖3結(jié)果顯示研究區(qū)內(nèi)墨脫縣、朗縣及察隅縣TN、TP的年輸出負(fù)荷沒有隨時(shí)間推移而呈上升趨勢(shì),這與該3個(gè)行政區(qū)的交通情況較差、農(nóng)村人口基數(shù)少、土地利用率低等條件有直接關(guān)系；米林縣、工布江達(dá)縣及林芝縣TN、TP的年輸出負(fù)荷隨時(shí)間推移有明顯的上升趨勢(shì),該3個(gè)行政區(qū)地理位置優(yōu)越,交通便利、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,從而導(dǎo)致TN、TP的年輸出負(fù)荷增加。

3.3 TN、TP年輸出負(fù)荷強(qiáng)度空間分布

面源污染負(fù)荷的產(chǎn)排具有很強(qiáng)的空間性,根據(jù)研究區(qū)7個(gè)縣2015年TN、TP年輸出負(fù)荷,借助GIS空間分析平臺(tái)采用非監(jiān)督分類、顏色渲染等手段分析各行政區(qū)平均負(fù)荷強(qiáng)度分布專題圖(圖4）,更直觀地表達(dá)TN、TP的空間產(chǎn)排特性。圖4結(jié)果顯示,米林縣的TN、TP負(fù)荷強(qiáng)度最高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出全區(qū)平均水平,成為林芝地區(qū)的面源污染重點(diǎn)治理行政區(qū)；察隅縣與墨脫縣TN、TP負(fù)荷強(qiáng)度遠(yuǎn)低于全區(qū)水平,且兩者TN、TP總負(fù)荷量一直保持著較低的增速,為區(qū)內(nèi)環(huán)境最好地域；林芝縣及工布江達(dá)縣TN、TP負(fù)荷強(qiáng)度雖低于米林縣,但高于全區(qū)平均水平,考慮其TN、TP年負(fù)荷變化趨勢(shì),兩者污染相對(duì)嚴(yán)重。為此,應(yīng)該對(duì)米林縣、林芝縣及工布江達(dá)縣內(nèi)的畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)田化肥污染源采取必要的預(yù)防控制措施。

4 討論

圖2 林芝地區(qū)2000—2015年不同污染源TN負(fù)荷空間分布Figure 2 Loads of TN from various source pollution in 2000,2005,2010 and 2015 in Nyingchi

圖3 林芝地區(qū)2000—2015年不同污染源TP負(fù)荷空間分布Figure 3 Loads of TP from various pollution source in 2000,2005,2010 and 2015 in Nyingchi

由于西藏高原生態(tài)區(qū)沒有農(nóng)業(yè)面源污染的研究區(qū)域可供參考,本次農(nóng)業(yè)面源污染輸出負(fù)荷估算中,是根據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》,參考《第一次全國(guó)污染源普查農(nóng)業(yè)污染源肥料流失系數(shù)手冊(cè)》的研究成果,以及農(nóng)業(yè)面源污染研究的文獻(xiàn)資料來(lái)選取該區(qū)域的輸出系數(shù),結(jié)果雖無(wú)法得到有效驗(yàn)證,但成果與實(shí)地踏勘結(jié)果基本相符。將本研究結(jié)果與三峽庫(kù)區(qū)及哈爾濱地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染研究成果作以比較.農(nóng)業(yè)面源污染源研究對(duì)象同為生活污水、農(nóng)田種植、畜禽養(yǎng)殖；林芝地區(qū)污染物TN和TP的單位面積年輸出負(fù)荷雖低于三峽庫(kù)區(qū)和哈爾濱地區(qū),但年輸出負(fù)荷總量及空間分布的特征和影響因素與三峽庫(kù)區(qū)及哈爾濱地區(qū)的規(guī)律相同,研究區(qū)污染物TN和TP的年輸出負(fù)荷均隨著農(nóng)村人口、畜禽養(yǎng)殖量及農(nóng)田種植面積的增加呈逐年上升的趨勢(shì)。

圖4 林芝地區(qū)2015年TN、TP年負(fù)荷空間強(qiáng)度分布圖Figure 4 Spatial distribution of TN and TP loads in Nyingchi in 2015

本次研究污染指標(biāo)只考慮了TN和TP,污染源只涉及了農(nóng)村生活、農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖三類污染源,未考慮農(nóng)藥、農(nóng)膜和農(nóng)村生活垃圾等污染源以及NH3-N、COD、BOD5等污染指標(biāo)。研究區(qū)內(nèi)水資源較為豐富,河網(wǎng)密集,但缺乏水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù),未能將區(qū)內(nèi)農(nóng)村水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)與農(nóng)業(yè)面源污染排放進(jìn)行響應(yīng)分析。因此在今后的研究中,應(yīng)將區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染時(shí)空特征研究與區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人類活動(dòng)特征以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果等因素結(jié)合起來(lái),建立起基于時(shí)空尺度的林芝市農(nóng)業(yè)面源污染與農(nóng)村水質(zhì)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng),從而深入分析區(qū)內(nèi)各類污染源時(shí)空特征,完善西藏生態(tài)區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染問題的研究體系,為西藏生態(tài)安全屏障建設(shè)提供一定的參考。

5 結(jié)論

本文利用輸出系數(shù)模型,對(duì)林芝地區(qū)2000—2015年農(nóng)業(yè)面源污染TN、TP年輸出負(fù)荷進(jìn)行了估算和空間分析,結(jié)果表明.

(1）林芝地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染TN、TP年輸出總負(fù)荷呈逐年上升的趨勢(shì),尤其是米林縣、林芝縣及工布江達(dá)縣TN、TP年輸出總負(fù)荷增速尤為明顯。

(2）畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)田化肥是林芝地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染最大的影響因素,是TN、TP最主要的來(lái)源。

(3）林芝地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染較為嚴(yán)重的行政區(qū)為米林縣、林芝縣和工布江達(dá)縣,是今后的重點(diǎn)防治區(qū)域。

在僅為2.38萬(wàn)hm2的耕地與居住面積內(nèi),林芝地區(qū)2015年污染物TN、TP的年輸出負(fù)荷分別為4 924.67、791.59 t,且區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染年輸出負(fù)荷呈穩(wěn)步上升的趨勢(shì),農(nóng)業(yè)面源污染形勢(shì)日益嚴(yán)峻,故開展對(duì)該地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染防控工作已刻不容緩。應(yīng)合理規(guī)劃畜禽養(yǎng)殖區(qū)域和規(guī)模,優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),科學(xué)施肥,減少化肥的流失,健全農(nóng)村污染處理措施,提高農(nóng)民環(huán)保意識(shí),從而有效地改善林芝地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀,保護(hù)雅江流域的生態(tài)環(huán)境。

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Spatio-temporal changes and distribution characteristics of pollutant loads from agricultural non-point sources in Nyingchi,Tibet

HAO Shou-ning1,FU Yi-cheng2*
(1.XiZang Agriculture and Animal Husbandry College,Nyingchi 860000,China;2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100038,China）

This paper is aimed at analyzing the trends and characteristics of agricultural non-point source pollution in Nyingchi,Tibet.The annual emission loads of total nitrogen(TN）and total phosphorus(TP）from the agricultural non-point source pollution were estimated by applying the export coefficient model to the statistical data of agriculture in Nyingchi from 2000—2015.The agricultural non-point source pollution can be caused by rural domestic sewage,application of chemical fertilizers,and livestock and poultry breeding.TN and TP showed a steady upward trend year by year.The loads of agricultural non-point pollution were higher in the Gongbujiangda,Bomi,and Nyingchi counties,whereas that in the Milin county was the highest.The pollution load of TN and TP owing to livestock and poultry breeding showed a significant increasing trend with time among the three nutrient sources.Overall,90%of the agricultural non-point source pollution load resulted from livestock and poultry breeding and the application of chemical fertilizers.Importantly,the situation of the agricultural non-point source pollution in Nyingchi is not optimistic,especially in the developed areas of agriculture and animal husbandry.It is necessary to carry out prevention and control measures for improving the situation of agricultural non-point source pollution in this district.

agricultural non-point source;TN;TP;Nyingchi;distribution characteristics

X592

A

1672-2043(2017）07-1308-08

10.11654/jaes.2017-0499

郝守寧,付意成.林芝市農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷時(shí)空變化與分布特征［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36(7）.1308-1315.

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2017-04-06

郝守寧(1986—）,男,河南滑縣人,講師,從事流域水資源管理與保護(hù)研究。E-mail:645427848@qq.com

西藏農(nóng)牧學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)費(fèi)項(xiàng)目(RC201503）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51409269）；西藏自治區(qū)科技廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目(2015XZ01G34）；西藏自治區(qū)科技廳地區(qū)基金項(xiàng)目(2016ZR-15-3）

Project supported：The Special Foundation for Young Scientists of XiZang Agriculture and Animal Husbandry College(RC201503）;The National Natural Science Foundation of China(51409269）;The Key Program Scientific of the Science and Technology of Tibet,China(2015XZ01G34）; The Scientific Research Fundation of the Science and Technology of Tibet,China(2016ZR-15-3）