云南省化肥施用強度及其環(huán)境風險評估

楊連心 田若蘅 雷永疆 薛超

[摘要]對云南省化肥面源污染的現(xiàn)狀進行了分析，通過環(huán)境風險評價模型對云南省環(huán)境風險進行評價。結果表明，2015年云南省各市（州）普遍存在農田化肥施用過量的情況，環(huán)境污染風險指數(shù)為中等，其中10個市（州）為中等風險，其余5個市（州）為低風險，怒江州為低安全。氮肥污染較為嚴重，其污染風險程度為中等風險。氮肥、磷肥、鉀肥整體施用比例基本合理，但區(qū)域間施用差異較大，分布規(guī)律呈現(xiàn)中部、東部較高，兩省交界處化肥施用強度較低，化肥施用強度最高的是紅河州，為1504.68 kg/hm2，是最低怒江州（223.61 kg/hm2）的6.7倍。

[關鍵詞]化肥施用;面源污染;環(huán)境風險評估;云南省

[中圖分類號]X82;X592 [文獻標識碼]A

農業(yè)面源污染是農業(yè)生產的負面伴隨產物，其對農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了一定的阻礙作用。2010 年我國第—次全國污染源普查公報顯示，農業(yè)面源污染排放的總氮為2.7×106t，總磷為2.8×105t，分別占同期全國排放量的57. 19%和 67. 27%。隨著點源污染得到逐步控制，農業(yè)面源污染已成為我國許多湖泊營養(yǎng)物的主要來源，其中化肥過量施用，利用率低是目前污染的主要因素。我國化肥利用效率僅為33%，其中，氮肥為30%～50%，磷肥為10%～20%，鉀肥為35%～50%，僅每年在糧食和蔬菜作物上施用的氮肥，就有約17.4萬t流失，給農田、流域乃至整個生態(tài)系統(tǒng)都造成了嚴重的影響。我國對農產品的需求一直呈剛性增長，化肥施用壓力有增無減。統(tǒng)計資料顯示，2015年中國化肥施用量達到6022.60萬t，占世界總量的35%;單位農作物播種面積平均施用量達531.37kg/hm2，是國際公認化肥施用安全上限（225kg/hm2） 的2.4倍。部分農作物的化肥施用量已經超過了其經濟意義上的推薦施用量。如何控制化肥投入所產生的面源污染、轉變現(xiàn)有的以透支環(huán)境為代價的農業(yè)生產方式是目前農業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的關鍵問題。

趙志堅運用計量模型對湖南省糧食產量與化肥投入之間的關系進行實證檢驗，發(fā)現(xiàn)化肥投入的年均增長速度是糧食增速的12倍。這說明化肥投入對糧食的邊際增量在下降。對于經濟效果而言，“過量”是一種資源浪費。從農戶的生產動機出發(fā)，考慮作物生產效益，如果大量的化肥投入不能帶來農產品利潤的增長，無法實現(xiàn)利潤最大化的目標，“過量”的化肥投入就是無效率的。對于環(huán)境而言，富集在土壤中的養(yǎng)分通過農田排水、徑流和揮發(fā)等途徑損失進入環(huán)境，任何進入環(huán)境并對土壤和水域環(huán)境造成污染，導致土壤理化性質改變，土壤質量下降;水體總磷、總氮等指標超標的投入都是“過量”化肥投入的反應，這就造成了農業(yè)的面源污染。

我國對化肥面源污染方面的研究起步較晚，多集中于對農藥、化肥、地膜等生產資料的投入而導致的農業(yè)面源污染的現(xiàn)狀、影響因素及技術控制等方面的研究。有學者通過評價模型對部分沿河沿海流域化肥施用的環(huán)境風險進行了評估分析，其中山東省、江蘇省、淮河流域以及南水北調工程的水源地均存在較為嚴重的環(huán)境污染風險。其中山東省的氮、磷肥施用存在重度環(huán)境污染風險，江蘇、淮河流域及南水北調工程水源地的化肥施用的污染風險呈逐年增加趨勢，地區(qū)差異較為明顯。而對于內陸地區(qū)諸如西藏、甘肅、云南等的化肥面源污染的研究較少，因此，本文基于對我國當前化肥面源污染的現(xiàn)狀進行描述，結合云南省數(shù)據(jù)，對云南省化肥施用強度分布進行描述并對其環(huán)境風險進行評價，提出調整參考建議，以期為云南省化肥面源污染的治理及化肥減量增效工作提供參考。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 研究區(qū)域概況

云南省位于北緯21?8?～29?15?，東經97?31?～106?12?之間，總面積3.94×105 km2。云南省位于我國西南地區(qū)，耕地面積6.24×104 km2，占云南省土地總面積的16%。農業(yè)生產較其他省份而言相對落后。種植業(yè)是云南省主要農業(yè)污染源類型，污染物排放量占到農業(yè)源污染物總負荷的2/3。種植業(yè)排放污染物主要來源于化肥、農藥和作物秸稈流失等。近十五年來，云南省化肥使用量年均遞增5%，目前仍處于上升趨勢（見圖1）。據(jù)統(tǒng)計，云南省化肥使用量已經由2000年的106.72萬t增加到2015年的231.33萬t，占全國總量的3.84%，屬于中低水平。云南省化肥施用量（折純）為231.87萬t，單位耕地面積平均化肥施用強度為806.18kg/hm2 ，是全國化肥平均施用水平（485kg/hm2）的1.7倍，大大超出了國際公認的化肥施用生態(tài)安全上限（225kg/hm2）。

1.2? ? 數(shù)據(jù)來源

研究所需基礎數(shù)據(jù)（耕地面積、化肥施用量、農作物播種面積等）主要來自《云南統(tǒng)計年鑒2000～2015》和《中國統(tǒng)計年鑒2000～2015》。部分往年數(shù)據(jù)根據(jù)有關云南統(tǒng)計年鑒基礎數(shù)據(jù)進行整理和計算獲得;化肥施用強度標準值參考環(huán)境保護部印發(fā)的生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設指標（修訂稿）》和《國家生態(tài)文明建設示范村鎮(zhèn)指標（試行）》。復合肥中的氮、磷、鉀總體含量結構來源于化肥銷售市場調研及相關地區(qū)總結成果，確定復合肥中氮磷鉀含量以 1：1：1比例進行折算。

1.3? ? 環(huán)境風險評價法

環(huán)境風險評價是指對人類的各種社會經濟活動所引發(fā)或面臨的危害（包括自然災害）對人體健康、社會經濟、生態(tài)系統(tǒng)等所造成的可能損失進行評價，并據(jù)此進行管理和決策的過程。而化肥施用的環(huán)境風險較為從土壤污染來看，化肥的不合理施用，特別是大量施用氮肥容易使土壤硝酸鹽剩余并迅速積累，加速了土壤鹽積和次生鹽漬化，造成土壤板結。且使得水土流失現(xiàn)象加重，化肥利用率下降，對環(huán)境造成破壞。對水體污染來看，化肥平均損失率約為 45%，溶入水體中的氮素約有60%來自化肥。氮磷肥的不合理使用，還會造成土壤飽和度外溢流失，引起地表水體的富營養(yǎng)化，增加地下水硝態(tài)氮含量，引起地下水硝態(tài)氮污染，威脅水體安全。

本研究采用劉欽普等使用的環(huán)境風險評價模型，綜合考慮了環(huán)境安全閾值、環(huán)境影響權重和農作物復種指數(shù)等多種影響因素。其模型表達式為：

（1）

（2）

Rt為總化肥污染環(huán)境風險指數(shù);Ri為單質肥料（氮、磷、鉀等）污染環(huán)境風險指數(shù);Wi為單質肥污染環(huán)境風險權重 ，;Ti為單質肥料使用環(huán)境安全閾值（單位：kg/hm2），是指為實現(xiàn)農作物目標產量而不危害環(huán)境的某項單質肥的最大使用量。這里根據(jù)原環(huán)境保護總局2007年確定的生態(tài)縣建設農田化肥最大使用量作為化肥使用環(huán)境安全閾值。Fi為化肥使用強度，為單位面積耕地年平均的某項單質肥使用量（單位：kg/hm2）。m為作物復種指數(shù);Ui為各單質肥利用率。

式（2）表明，在一定的化肥施用強度下，化肥利用率越大，污染環(huán)境的風險越小;復種指數(shù)越大，作物利用的化肥越多，污染環(huán)境的風險也越小;在一定的復種指數(shù)和化肥利用率條件下，化肥施用強度越大，環(huán)境風險指數(shù)越大。因此，為了便于與相關區(qū)域研究結果進行比較，將參比基準復種指數(shù)設定為1，化肥利用率設定為50%（2Ui=1）。

根據(jù)環(huán)境風險指數(shù)值，可將化肥污染環(huán)境風險程度分為6 個不同等級類型（見表1） 。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 云南省耕地化肥施用特征分析

由表2可知，2015年云南省化肥施用強度達806.184 kg/hm2，復種指數(shù)為2.48。遠超原國家環(huán)境保護局2007年印發(fā)的生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設指標 （修訂稿） 中化肥施用強度小于 250kg/hm2的評價標準，但低于全國平均化肥施用強度。云南省16個市（州）中，施用強度最高的是紅河州，總量為1504.68kg/hm2，占云南省化肥施用總量的11.67%，是最低值怒江州（223.61kg/hm2）的7倍。紅河州95%以上的絕對貧困人口在南部，人多地少，種植面積狹窄，土壤養(yǎng)分貧瘠，涵養(yǎng)水分能力差，是集邊境、少數(shù)民族和貧困于一體的特別貧困地區(qū)，農民習慣以增加化肥使用量來提高農田單產能力。其次是曲靖市，曲靖市施肥總量為1381.05kg/hm2，占全省化肥施用總量的10.71%。素有“滇東糧倉”之稱的曲靖是主要農產品糧食、油料、烤煙、蠶桑以及畜牧的生產基地。2015年曲靖市薯類播種面積為19.59萬hm2，油料播種面積達8.83 萬hm2，烤煙播種面積達8.47 萬hm2，蔬菜播種面積達15.66 萬hm2 ，主要農作物播種面積達 116.13 萬hm2。作為農業(yè)大市，農業(yè)占比較大是造成化肥施用量高的主要原因。 化肥施用量最少的是怒江州，化肥施肥總量為223.61kg/hm2，其氮肥、磷肥、鉀肥及復合肥施用量均為全省最低。怒江州耕地面積為5.06萬hm2，長期以來陡坡墾殖的傳統(tǒng)農業(yè)發(fā)展不僅沒有帶動地區(qū)經濟的發(fā)展，而且造成了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的破壞，制約了發(fā)展。

按照化肥施用強度大于250kg/hm2的1、2、3、4倍數(shù)，將云南省化肥施用狀況分為低度過量（250～500kg/hm2）、中度過量（500～750kg/hm2）、高度過量（500～750kg/hm2）、嚴重過量（1000～1250kg/hm2）和極嚴重過量（1250kg/hm2）4個等級。由圖2可知，云南省化肥施用強度的分布呈現(xiàn)出沿西南偏東走向有四個分部帶，其中全省中部以東的施肥強度由高度過量像極嚴重過量演變，而兩省交界的市（州）化肥施用量均為中度或低度過量。其中極嚴重過量的市（州）有昆明市、曲靖市和紅河州。高度過量的市（州）有楚雄市、玉溪市、麗江市、大理州、臨滄市、保山市。云南省作為傳統(tǒng)農業(yè)大省，除主要糧食作物外，還種植橡膠、茶葉、煙葉等經濟作物，為使作物增產，含氮的化肥大量投入是一個重要的原因。造成化肥施用區(qū)域差異的原因除了氣候、土壤、地形等自然條件外，還會受當?shù)氐姆N植結構、施肥技術、經濟水平等因素的影響。

2.2? ? 云南省耕地化肥污染環(huán)境風險分析

根據(jù)環(huán)境風險評價模型公式（1）和（2）及相關參數(shù)，采用表2中化肥施用強度和作物復種指數(shù)數(shù)據(jù)，計算出2015年云南省16個市（州）總化肥及單項化肥污染風險指數(shù)和環(huán)境風險指數(shù)。參考我國生態(tài)縣建設中化肥施用強度小于250kg/hm2的評價標準將250kg/hm2作為總化肥施用環(huán)境安全閾值。氮、磷、鉀我國大田作物適宜比例1：0.5：0.5取值，確定氮肥的環(huán)境安全閾值為120 kg/hm2，磷肥和鉀肥的環(huán)境安全閾值均為60kg/hm2。由于氮、磷、鉀肥的配比不同以及三者的利用率不同，其面源污染的危害程度也不相同。云南省的農業(yè)面源污染受氮肥和磷肥的影響較大，受鉀肥影響較小。這里確定氮肥的環(huán)境風險權重為0.61，磷肥為0.22，鉀肥為0.17。

由圖2可知，云南省16個市（州）的化肥面源污染平均風險程度為中等，其中10個市（州）為中等風險，其余5個市（州）為低風險，怒江州為低安全?？偟膩碚f，云南省氮肥、磷肥的環(huán)境污染風險高于鉀肥，在空間上呈現(xiàn)出中部、東部偏高的特點。

2015年云南省環(huán)境狀況公報，云南省2015年的地表水水質為輕度污染，基本符合本研究確定的中等風險;省轄六大水系主要河流受污染程度由重到輕排序依次為：長江水系、珠江水系、瀾滄江水系、怒江水系、伊洛瓦底江水系、紅河水系。云南省主要河流（長江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江）的主要污染指標為化學需氧量、總磷、氨氮。污染嚴重的長江水系和瀾滄江水系途徑昆明市、西雙版納州正是處于化肥施用強度高、環(huán)境污染風險嚴重的區(qū)域。

3? ? 結論

本文以云南省為例，借助化肥污染環(huán)境風險評價模型，從時間序列探討了15a間化肥施用量的變化，從空間格局角度探討了化肥施用強度的地區(qū)差異和化肥污染風險程度的地區(qū)不平衡性，得出以下結論：

（1）云南省化肥施用總量呈逐年遞增趨勢。且化肥平均施用強度高于發(fā)達國家化肥施用安全標準上限以及全國化肥施用強度平均水平和我國生態(tài)縣建設化肥施用負荷標準的地級市（州）占70%。

（2）云南省存在各地施肥結構不均衡且施肥量特征區(qū)域差異較大的問題，2015年云南省的化肥施用強度為806.18 kg/hm2，超過了國家環(huán)境保護局2007年印發(fā)的生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設指標 （修訂稿） 中化肥施用強度小于 250 kg/hm2的評價標準。且施肥強度最大的紅河州（1504.68 kg/hm2）是最低值怒江州（223.61 kg/hm2）的7倍，化肥施用強度之間的差異與區(qū)域間氣候、土壤和種植結構等因素有著直接關聯(lián)。

（3）2015年云南省化肥施用風險指數(shù)為0.65，屬于中等風險，其中昆明市和西雙版納州氮肥的環(huán)境風險污染程度為嚴重風險，氮肥污染風險程度高于磷肥和鉀肥。應認識到過量施用化肥面臨的風險，建立化肥面源污染防治協(xié)調機制，加強區(qū)域合作，提高農民環(huán)境意識，從源頭防治化肥過度施用對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成的危害。

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