廣州市農(nóng)業(yè)面源污染概況及特征分析

熊 凡，林曉君，曾經(jīng)文，丘錦榮，林 淮，何文祥

（1.廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 廣州 510030；2.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655）

農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，氮素和磷素等營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥以及其他有機(jī)物污染物或無機(jī)污染物質(zhì)，通過農(nóng)田地表徑流、農(nóng)田排水和地下滲漏，形成的水環(huán)境污染，主要包括化肥污染、農(nóng)藥污染、畜禽養(yǎng)殖污染等［1-2］。農(nóng)業(yè)面源污染及其造成的生態(tài)環(huán)境問題，包括生態(tài)環(huán)境惡化、資源退化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平降低等，正嚴(yán)重威脅人類日常生活以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［3-4］。近年來，我國農(nóng)業(yè)面源污染問題日益嚴(yán)峻［5］。開展區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷分析與敏感性評(píng)價(jià)，不僅可以加深對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染影響及危害的認(rèn)知，而且對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染的控制及農(nóng)村生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè)具有重要的意義［6］。

廣州市是中國華南地區(qū)的主要中心城市之一，城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展在珠江三角洲境內(nèi)處于中心地位。近年來，由于城市的快速擴(kuò)張和人民生活方式的轉(zhuǎn)變，促使廣州農(nóng)業(yè)由城郊型向都市型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變［7-8］。 隨著新農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，不僅給農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了各方面的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，也給廣州帶來了不容小覷的環(huán)境問題。目前，國內(nèi)學(xué)者已對(duì)我國福建省、山東省、湖南省、四川省綿陽市、河南省漯河市等地區(qū)［9-13］的農(nóng)業(yè)面源污染問題進(jìn)行研究，但對(duì)廣州市農(nóng)業(yè)面源污染研究極少［7］，而應(yīng)用GIS技術(shù)基于主要污染源污染物的各區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染評(píng)價(jià)等方面研究則更為匱乏。因此，本研究以大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，以廣州市各區(qū)為單元，采用排污系數(shù)法對(duì)各區(qū)農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污染源污染物進(jìn)行定量核算，運(yùn)用等標(biāo)污染負(fù)荷法和GIS技術(shù)對(duì)污染源負(fù)荷和區(qū)域空間分布特征進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)，以期為廣州市農(nóng)業(yè)面源污染的防治提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣州市（112°57′～114°03′E、22°26′～23°56′N）地處廣東省中南部、珠江三角洲北緣，屬于南亞熱帶季風(fēng)性海洋氣候。該市屬丘陵地帶，地勢東北高，西南低，北部和東北部是山區(qū)，中部是丘陵、臺(tái)地，南部是珠江三角洲沖積平原，中國的第三大河珠江從市區(qū)穿流而過。據(jù)《2015廣州統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)，廣州市2014年常用耕地面積為96398 hm2，其中水田、旱地分別為82719和13679 hm2；2014年廣州市農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)總產(chǎn)值分別為2141475、648663和732958萬元。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 按照廣州市行政區(qū)劃，以11個(gè)區(qū)為單元，分類收集各區(qū)農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污染源涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)來源于2015年廣州市各類統(tǒng)計(jì)年鑒、環(huán)境質(zhì)量公報(bào)以及其他相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料及報(bào)表，同時(shí)收集負(fù)荷核算的必需參數(shù)。

1.2.2 農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷核算 （1）農(nóng)業(yè)面源污染物排放量核算。本研究定義的農(nóng)業(yè)面源污染是較狹義的面源污染，是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活過程產(chǎn)生的污染物（COD、TN、TP），在降水或灌溉過程中，通過地表徑流和農(nóng)田排水等途徑匯入地表水體引起的水污染［14］。計(jì)算方法見表1。

（2）農(nóng)業(yè)面源污染物等標(biāo)排放量核算。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)系列中該污染物的標(biāo)準(zhǔn)濃度值（COD、TN、TP分別為 20、1、0.2 mg/L）計(jì)算各類污染源COD、TN、TP的等標(biāo)排放量。計(jì)算公式為：

某污染物i的等標(biāo)排放量=污染物i實(shí)物排放量/標(biāo)準(zhǔn)濃度值

某污染物i的等標(biāo)污染負(fù)荷比=污染物i的等標(biāo)排放量/等標(biāo)污染排放量之和

（3）農(nóng)業(yè)面源污染排放強(qiáng)度核算。計(jì)算公式為：

式中，EI為農(nóng)業(yè)面源污染物的排放強(qiáng)度，E為農(nóng)業(yè)面源污染物的實(shí)物排放量，AL為區(qū)域面積。

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣州市各區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物排放量

由表2可知，2014年廣州市農(nóng)村生活、農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖4種污染源的污染物排放總量為627971.61 t，其排放量和貢獻(xiàn)率分別為34510.94、415.17、574140.24、18905.26 t和5.50%、0.07%、91.43%、3.01%，畜禽養(yǎng)殖污染物排放量最高，其次是農(nóng)村生活，農(nóng)田化肥最低。從污染物種類來看，畜禽養(yǎng)殖對(duì)COD的貢獻(xiàn)最大，占總排放量的92.72%；對(duì)TN貢獻(xiàn)最大的也是畜禽養(yǎng)殖，其次是農(nóng)村生活，占比分別為57.36%和33.12%；對(duì)TP貢獻(xiàn)較大的是畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活和水產(chǎn)養(yǎng)殖，占比分別為41.13%、30.01%和25.35%，說明畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活產(chǎn)生的污染物是廣州市農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源。從區(qū)域角度（圖1）來看，廣州市各區(qū)污染物排放量存在明顯差異，在污染總量方面，污染物排放總量最大的是花都區(qū)，其次為從化區(qū)，荔灣區(qū)、越秀區(qū)、海珠區(qū)等老城區(qū)和天河區(qū)排放總量相對(duì)最小，其原因是花都區(qū)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛［15］，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場比較集中，而老城區(qū)和天河區(qū)的污染物排放量低是由于這些區(qū)域農(nóng)業(yè)人口較少，且工業(yè)發(fā)達(dá)；在各個(gè)污染物方面，各區(qū)污染物均以COD為主，COD、TN、TP排放量最大的分別是花都區(qū)、增城區(qū)、白云區(qū)，排放量最小的均為越秀區(qū)。

表1 廣州各區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物排放量調(diào)查方法

表2 廣州市農(nóng)業(yè)面源污染物排放量與排放比例（2014）

圖1 廣州市各區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物排放量

2.2 廣州市農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)排放量與負(fù)荷比

由表3可知，2014年廣州市農(nóng)業(yè)面源污染物等標(biāo)排放量為5.74×1010m3，其中，COD、TN、TP的等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為52.78%、37.01%、10.21%，農(nóng)村生活、農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖的等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為17.69%、1.01%、74.36%、6.94%。在污染源方面，從各個(gè)污染物在污染源中的等標(biāo)污染負(fù)荷比可以看出，COD的主要污染源為畜禽養(yǎng)殖（92.72%），TN的主要污染源依次為畜禽養(yǎng)殖（57.36%）和農(nóng)村生活（33.12%），TP的主要污染源依次為畜禽養(yǎng)殖（41.13%）、農(nóng)村生活（30.01%）和水產(chǎn)養(yǎng)殖（25.35%，表2）。綜合分析各污染源的等標(biāo)污染負(fù)荷比可知，畜禽養(yǎng)殖為最主要的污染源（74.37%），其次為農(nóng)村生活（17.69%），二者的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到92.06%。根據(jù)“80%”原則［16］，即累積百分比＞80%的污染源或污染物可確定為主要污染源和主要污染物。因此，畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活是廣州市農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染源。在污染物方面，廣州市農(nóng)業(yè)面源污染物等標(biāo)污染排放總量為COD＞TN＞TP，其污染負(fù)荷比分別為52.78%、37.01%和10.21%，可見，COD和TN為廣州市農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物，兩者累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到89.79%，其中，COD為最主要污染物。

表3 廣州市農(nóng)業(yè)面源污染物等標(biāo)排放量與等標(biāo)污染負(fù)荷比（2014）

2.3 廣州市各區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物排放強(qiáng)度

由表4可知，2014年廣州市污染源總排放強(qiáng)度為844.68 kg/hm2，其中，COD、TN和TP污染物的排放強(qiáng)度分別為814.54、28.56、1.58 kg/hm2，農(nóng)村生活、農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖污染源的排放強(qiáng)度分別為46.42、0.56、772.28、25.43 kg/hm2。分析各污染物在各區(qū)的排放強(qiáng)度可知，COD排放強(qiáng)度以黃埔區(qū)最大，達(dá)1463.65kg/hm2，荔灣區(qū)排放強(qiáng)度最小，為166.18 kg/hm2；TN和TP排放強(qiáng)度均以天河區(qū)最大，分別為86.30、4.55 kg/hm2，以從化區(qū)排放強(qiáng)度最小，分別為9.35、0.40 kg/hm2，說明農(nóng)業(yè)面源污染在廣州市各區(qū)的分布差異明顯。同樣，分析4類污染源在各區(qū)的排放強(qiáng)度可知，農(nóng)村生活污染以越秀區(qū)排放強(qiáng)度最大，為281.02 kg/hm2，從化區(qū)最小，為12.15 kg/hm2；農(nóng)田化肥污染以越秀區(qū)最大，為1.67 kg/hm2，越秀區(qū)最小，基本為零排放；畜禽養(yǎng)殖污染以黃埔區(qū)最大，為1432.75 kg/hm2，荔灣區(qū)、越秀區(qū)和海珠區(qū)最小，基本為零排放；水產(chǎn)養(yǎng)殖污染以番禺區(qū)最大，為97.83 kg/hm2，越秀區(qū)最小，基本為零排放。需要特別說明的是，盡管荔灣區(qū)、越秀區(qū)、海珠區(qū)和天河區(qū)等區(qū)域污染物排放量相對(duì)較小，污染物分擔(dān)率較低，但由于土地面積相對(duì)較小，因此，該類地區(qū)一些污染物的排放強(qiáng)度并不一定是相對(duì)較小的。 總之，無論從單個(gè)污染物的角度還是從整體污染源考慮，都可以得出農(nóng)業(yè)面源污染存在明顯的區(qū)域差異，林雪原等［3］研究山東省南四湖流域的農(nóng)業(yè)面源污染也得到相似結(jié)論。

表4 廣州市各區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物排放強(qiáng)度（kg/hm2，2014）

2.4 廣州市各區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染敏感性評(píng)價(jià)

運(yùn)用GIS技術(shù)，按照污染物的排放強(qiáng)度進(jìn)行農(nóng)業(yè)面源污染敏感性評(píng)價(jià)，分析廣州市農(nóng)業(yè)面源污染源的空間分布特征，進(jìn)而識(shí)別農(nóng)業(yè)面源污染的優(yōu)先控制區(qū)。敏感性根據(jù)各污染源具體情況分為4個(gè)級(jí)數(shù)，即高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)和不敏感區(qū)。

由于各區(qū)地形、水文條件、產(chǎn)業(yè)布局以及土地利用等復(fù)雜因素的影響，廣州市各區(qū)污染源的污染物排放強(qiáng)度差異明顯。從農(nóng)田化肥污染物排放強(qiáng)度的敏感性分析（圖2A）可知，高度敏感區(qū)主要是南沙區(qū)，中度敏感區(qū)主要是花都區(qū)、白云區(qū)、黃埔區(qū)和增城區(qū)，輕度敏感區(qū)主要是番禺區(qū)和從化區(qū)，不敏感區(qū)主要分布在越秀區(qū)、荔灣區(qū)等老城區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的天河區(qū)；從畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放強(qiáng)度的敏感性分析（圖2B）可知，高度敏感區(qū)主要分布在畜禽養(yǎng)殖業(yè)比較發(fā)達(dá)的花都區(qū)和黃埔區(qū)，中度敏感區(qū)主要分布在廣州市南部的番禺區(qū)和南沙區(qū)，輕度敏感區(qū)主要是白云區(qū)和從化區(qū)，不敏感區(qū)主要是越秀區(qū)、荔灣區(qū)、海珠區(qū)、天河區(qū)和增城區(qū)；從水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污染物排放強(qiáng)度的敏感性分析（圖2C）可知，高度敏感區(qū)主要分布在廣州市南部的番禺區(qū)和南沙區(qū)，中度敏感區(qū)主要是荔灣區(qū)、海珠區(qū)、花都區(qū)、白云區(qū)和天河區(qū)，輕度敏感區(qū)主要分布在廣州市東部的黃埔區(qū)和增城區(qū)，不敏感區(qū)主要是越秀區(qū)和從化區(qū)；從農(nóng)村生活污染物排放強(qiáng)度的敏感性分析（圖2D）可知，敏感性分布呈現(xiàn)較強(qiáng)的空間分布特征，高度敏感區(qū)主要分布在廣州市中心城區(qū)的越秀區(qū)、海珠區(qū)和天河區(qū)，中度敏感區(qū)主要是荔灣區(qū)，輕度敏感區(qū)主要圍繞高度、中度敏感區(qū)分布在白云區(qū)和番禺區(qū)，其余地區(qū)均為不敏感區(qū)。另外，雖然越秀區(qū)、海珠區(qū)和天河區(qū)的農(nóng)業(yè)人口數(shù)量相對(duì)較低，但由于其面積也相對(duì)較小，因此成為農(nóng)村生活污染物排放強(qiáng)度的敏感區(qū)。從廣州市農(nóng)業(yè)面源污染物（污染源污染物合計(jì)）排放強(qiáng)度的敏感性分析（圖2E）可知，高度敏感區(qū)主要分布在花都區(qū)、白云區(qū)、黃埔區(qū)和番禺區(qū)，這些區(qū)域?yàn)閺V州市農(nóng)業(yè)面源污染的優(yōu)先控制區(qū)，中度敏感區(qū)分布在南沙區(qū)，輕度敏感區(qū)分布在從化區(qū)和天河區(qū)，越秀區(qū)、荔灣區(qū)、海珠區(qū)和增城區(qū)為不敏感區(qū)。

3 結(jié)論與討論

本研究運(yùn)用等標(biāo)污染負(fù)荷法和GIS技術(shù)，對(duì)廣州市11個(gè)轄區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染狀況進(jìn)行了綜合分析和評(píng)價(jià)。本研究結(jié)果表明，2014年廣州市4種污染源的污染物排放總量為627971.61 t，其中污染源以畜禽養(yǎng)殖排放量最大，污染物以COD排放量最大。通過計(jì)算各污染源和污染物的等標(biāo)排放量和等標(biāo)污染負(fù)荷比，識(shí)別出廣州市最主要污染源為畜禽養(yǎng)殖，其次是農(nóng)村生活，最主要污染物為COD，這與國內(nèi)多數(shù)城市的農(nóng)業(yè)面源污染情況較為相似［17-18］，也說明目前我國多數(shù)城市畜禽排放物和農(nóng)村生活垃圾的處理還存在較大的提升空間［19］。從排放強(qiáng)度來看，2014年廣州市污染源總排放強(qiáng)度為844.68 kg/hm2，其中COD排放強(qiáng)度最高和最低的地區(qū)分別為黃埔區(qū)和增城區(qū)，TN排放強(qiáng)度最高和最低的地區(qū)分別為天河區(qū)和從化區(qū)，TP排放強(qiáng)度最高和最低的地區(qū)與TN一致。張曉麗等［20］的研究表明，一些地區(qū)雖然污染物排放量不大，但由于其耕地面積小，導(dǎo)致其排放強(qiáng)度較大，而一些污染物排放量較大的地區(qū)，由于區(qū)域耕地面積也較大，導(dǎo)致其排放強(qiáng)度低于市老轄區(qū)。本研究中天河、增城等地區(qū)出現(xiàn)的污染物排放強(qiáng)度結(jié)果正是基于此類原因。從污染敏感性方面來評(píng)價(jià)，農(nóng)田化肥污染源的高度敏感區(qū)是南沙區(qū)，這是由于該區(qū)種植面積較大，種植結(jié)構(gòu)較單一，因此，需嚴(yán)格控制化肥使用量，推廣測土配方施肥，積極引導(dǎo)農(nóng)民調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，從源頭防控污染［21］；對(duì)于畜禽養(yǎng)殖業(yè)高度敏感的地區(qū)是花都區(qū)和黃埔區(qū)，近年來這兩個(gè)區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，中、小規(guī)模養(yǎng)殖場明顯增多，但養(yǎng)殖廢棄物無害化處理程度依舊較低，污染物不經(jīng)處理直接排放。因此，建議優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖場的選址、布局，在資源利用上大力推進(jìn)沼氣工程和畜禽糞便制肥項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)施種養(yǎng)結(jié)合的生態(tài)工程，以促進(jìn)畜禽糞便的資源化利用［22-23］；水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)村生活的高度敏感區(qū)分別分布在廣州市南部地區(qū)和中心城區(qū)，可以通過污染總量控制，同時(shí)加強(qiáng)宣傳教育，加大環(huán)境管理和執(zhí)法力度，積極實(shí)施鄉(xiāng)村清潔工程，促進(jìn)生活廢棄物轉(zhuǎn)化，有效控制該類污染［24-25］。

圖2 廣州市各區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染敏感性評(píng)價(jià)示意圖

農(nóng)業(yè)面源污染來源復(fù)雜多樣，本研究在計(jì)算廣州市農(nóng)業(yè)面源污染排放時(shí)，污染源僅考慮了農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)村生活，污染物只考慮了COD、TN和TP，未能涉及農(nóng)藥、作物秸稈等污染源以及BOD5、NH3-N等污染物。且本研究也沒有考慮單位源和受納水體之間的水力聯(lián)系程度，有可能導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染估算偏大。因此，在今后研究中，需結(jié)合農(nóng)業(yè)面源污染多方面重要因素，并適當(dāng)加入試驗(yàn)法，通過模擬的方法測算污染物與水體之間的聯(lián)系系數(shù)，從而更深入、更精細(xì)地分析研究區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染情況，進(jìn)而多措并舉，以制訂有效、綜合的防治策略。

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