基于加權(quán)算術(shù)法的農(nóng)田肥料污染防治規(guī)劃研究

陳 碩

福建船政交通職業(yè)學(xué)院安全與環(huán)境學(xué)院，福建福州，350000

農(nóng)業(yè)面源污染已成為世界共同關(guān)注的一個(gè)嚴(yán)重環(huán)境問題[1]。陸沈鈞等[2]根據(jù)太湖流域農(nóng)業(yè)面源污染狀況，提出管理制度與工程技術(shù)兩方面的防控措施。在國外，解決農(nóng)業(yè)肥料污染的根本途徑是采用生態(tài)工程技術(shù)，并通過防治補(bǔ)助的方式推動(dòng)環(huán)境污染治理工作的快速開展[3]。而在國內(nèi)肥料的過度施用是農(nóng)業(yè)面源污染的重要因素之一[4]。陳小奔[5]通過分析黑龍江省化肥污染現(xiàn)狀，提出了調(diào)整施肥結(jié)構(gòu)的治理對(duì)策。本文以聊城市東昌府區(qū)為例，根據(jù)作物類型、種植結(jié)構(gòu)、肥料投入等指標(biāo)確定農(nóng)田肥料污染排放量，利用Arcview和DPS軟件進(jìn)行污染防治功能區(qū)劃，根據(jù)各污染防治區(qū)的特點(diǎn)，提出相應(yīng)的防治措施。

1 農(nóng)田肥料污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

1.1 數(shù)據(jù)來源

抽取2018年1月1日至2018年12月31日聊城市東昌府區(qū)19個(gè)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道的種植業(yè)，將作物分為四類：大田小麥玉米兩熟(簡稱小麥)、園地、露地蔬菜(簡稱蔬菜)、大田其他兩熟(簡稱兩熟)。本次信息采集的不同作物樣本數(shù)與對(duì)應(yīng)面積見表1。

表1 不同作物樣本數(shù)和抽樣面積

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)五種肥料的單位面積施用量情況見表2。由表2可知：(1)與朱兆良[6]推薦氮肥適宜施用量比較，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都存在化學(xué)氮肥施用量過多的情況，尤其是斗虎屯鎮(zhèn)、新區(qū)街道辦事處和堂邑鎮(zhèn)等10個(gè)區(qū)域單位面積的氮肥施用量較高；(2)新區(qū)街道辦事處以種植蔬菜為主，復(fù)合肥施用較多；(3)北城街道辦事處和閻寺街道辦事處的磷肥施用較多，因?yàn)檫@兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要以種植小麥為主；(4)北城街道辦事處、東城街道辦事處、斗虎屯鎮(zhèn)、侯營鎮(zhèn)、湖西街道辦事處、蔣官屯街道辦事處、柳園街道辦事處、堂邑鎮(zhèn)、新區(qū)街道辦事處、于集鎮(zhèn)和鄭家鎮(zhèn)的有機(jī)肥的單位面積施用量較低而化肥單位面積施用量較高。

表2 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)肥料單位面積施用量千克/畝

1.2 計(jì)算方法

農(nóng)田肥料污染物排放量估算—排污系數(shù)法：

L=L0+F×C

(1)

式中L表示肥料流失量，即氮、磷的徑流或淋溶流失量，Kg/hm2；L0表示對(duì)照流失量，即不施肥時(shí)的氮、磷流失量，Kg/hm2；F表示氮、磷的施用量，Kg/hm2；C表示肥料流失率。

(2)

Q=0.42×N+0.306×P

(3)

式中Q表示富營養(yǎng)化潛力值(千克/畝)；N表示TN單位面積流失量(千克/畝)；P表示TP單位面積流失量(千克/畝)。

2 結(jié)果分析

2.1 肥料流失與富營養(yǎng)化分析

2.1.1 總氮(TN)

通過統(tǒng)計(jì)各區(qū)域總氮單位面積流失量數(shù)據(jù)，結(jié)合Arcview軟件，可分別得到小麥地、園地、兩熟地、蔬菜地的TN單位面積流失量分布圖以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的TN總單位面積流失量分布圖，分別見圖1。

圖1 TN單位面積流失量分布圖

從圖1中可以明顯地看出，新區(qū)街道辦事處小麥地TN單位面積流失量最大；堂邑鎮(zhèn)、鄭家鎮(zhèn)、柳園街道辦事處、蔣官屯街道辦事處、于集鎮(zhèn)的小麥地TN單位面積流失量相近，在1.139～1.178千克/畝的范圍；其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)小麥地TN單位面積流失量較少，地理位置上也較為集中。園地僅有六個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)有園地，但園地的TN單位面積流失量值均較大；其中斗虎屯鎮(zhèn)的園地TN單位面積流失量最大，為2.761 9千克/畝；許營鄉(xiāng)園地單位面積TN流失量最少，為1.611 9千克/畝；相同值域內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)在地理位置上分布較散。而于集鎮(zhèn)、道口鋪街道辦事處、張爐集鎮(zhèn)兩熟地TN單位面積流失量最大；堂邑鎮(zhèn)、鄭家鎮(zhèn)、沙鎮(zhèn)鎮(zhèn)以及將官屯街道辦事處兩熟地TN的單位面積流失量在1.167～1.242千克/畝；處于1.024～1.167千克/畝范圍內(nèi)的四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地理位置相對(duì)集中；梁水鎮(zhèn)的TN單位面積流失量最少?？偟膩碚f，蔬菜地TN單位面積流失量較小麥地、兩熟地、園地大；其中新區(qū)街道辦事處的蔬菜地TN單位面積流失量最大，達(dá)3.105 9千克/畝之多。

2.1.2 總磷(TP)

在總磷方面，小麥地、園地、兩熟地沒有測(cè)得總磷流失的有效數(shù)據(jù)，本文只考慮蔬菜地的總磷流失。梁水鎮(zhèn)蔬菜地TP單位面積流失量最大；斗虎屯鎮(zhèn)、侯營鎮(zhèn)、沙鎮(zhèn)鎮(zhèn)蔬菜地TP單位面積流失量最少。

將蔬菜地的TP流失量平均到各個(gè)地區(qū)，從圖2中可以看出，梁水鎮(zhèn)的TP單位面積流失量仍為最大，另外七個(gè)地區(qū)單位面積流失量相對(duì)很小，其余的地區(qū)沒有蔬菜地因此沒有TP流失。

圖2 TP單位面積流失量分布圖

2.1.3 富營養(yǎng)化潛力值

將TN、TP的平均流失量歸一化為以PO43-為參照物的富營養(yǎng)化潛力值，如表3所示，可看出富營養(yǎng)化潛力值：蔬菜地>園地>兩熟地>麥地。從每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的總潛力值來看，新區(qū)街道辦事處的富營養(yǎng)化潛力值最高，湖西街道辦事處最小。

表3 以為參照物的富營養(yǎng)化潛力值

2.2 肥料污染防治區(qū)劃分

本文采用當(dāng)量因子法計(jì)算了各鎮(zhèn)的富營養(yǎng)化潛力值來表征農(nóng)田肥料污染負(fù)荷[8]。利用系統(tǒng)聚類法進(jìn)行農(nóng)田肥料污染防治區(qū)劃，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式選擇標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，聚類距離選擇卡方距離，聚類方法選擇離差平方和法。區(qū)劃指標(biāo)選擇了單位面積富營養(yǎng)化潛力值和蔬菜面積比例，見表4，以鎮(zhèn)邊界為分區(qū)邊界，不進(jìn)行跨界區(qū)劃以便于管理。

表4 蔬菜地比例與富營養(yǎng)化潛力值

根據(jù)聚類分析結(jié)果(如圖3所示)，將東昌府區(qū)19個(gè)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)及街道辦事處劃分為4個(gè)區(qū)，一般保護(hù)區(qū)：序號(hào)1、3、5、7、8、18的鄉(xiāng)鎮(zhèn)；重點(diǎn)保護(hù)區(qū)：序號(hào)10、16、17、12、14的鄉(xiāng)鎮(zhèn)；一般治理區(qū)：序號(hào)2、6、11、19、15、4、9的鄉(xiāng)鎮(zhèn)；重點(diǎn)治理區(qū)：序號(hào)為13的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

圖3 聚類分析結(jié)果分布圖

2.3 肥料污染防治規(guī)劃措施

2.3.1 大力提倡秸稈還田

秸稈是一種數(shù)量多、來源廣、可就地利用的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源，有補(bǔ)充和平衡土壤養(yǎng)分、補(bǔ)充土壤新鮮有機(jī)質(zhì)、疏松土壤、改善土壤理化性狀和提高土壤肥力的作用。政府要堅(jiān)決制止焚燒作物秸稈，并篩選、引進(jìn)、示范“腐稈靈”等促進(jìn)秸稈快速腐熟技術(shù)，使秸稈還田技術(shù)向著高效、簡便、機(jī)械化的方向發(fā)展。

2.3.2 種植結(jié)構(gòu)合理布局

根據(jù)結(jié)果分析，重點(diǎn)治理區(qū)和一般治理區(qū)內(nèi)蔬菜地的TN單位面積流失量大，應(yīng)限制這兩個(gè)區(qū)內(nèi)農(nóng)民蔬菜種植面積，改為種植對(duì)氮素保持能力強(qiáng)的作物，并對(duì)其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失予以補(bǔ)償。同時(shí)將部分蔬菜地移至TN單位面積流失量較少的地區(qū)集中種植，通過科學(xué)手段施肥控肥，減少其氮素流失。

2.3.3 推廣高濃度復(fù)合肥和專用肥

要達(dá)到平衡施肥的目的，就要在增施有機(jī)肥的基礎(chǔ)上引進(jìn)、推廣專用型的長效緩釋復(fù)合肥料、綠色環(huán)保型肥料、有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料和生物型肥料，減少單質(zhì)化肥的施用。有研究表明，在多種作物上專用肥較之通用型復(fù)混肥具有更好的增產(chǎn)增質(zhì)效果。

3 結(jié) 論

本文根據(jù)聊城污染源普查的原始數(shù)據(jù)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)資料和文獻(xiàn)資料，對(duì)區(qū)內(nèi)19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)肥料污染狀況進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查與分析，并針對(duì)全區(qū)及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的特點(diǎn)提出污染防治措施。主要結(jié)論如下：

(1)污染特征：東昌府區(qū)內(nèi)存在普遍的氮肥施用過量現(xiàn)象；TN、TP流失：蔬菜地>園地>糧田(蔬菜地、兩熟地)。

(2)防治區(qū)劃：根據(jù)污染負(fù)荷結(jié)合聚類分析方法，將東昌府區(qū)19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)歸為四類污染防治區(qū)：重點(diǎn)治理區(qū)、一般治理區(qū)、重點(diǎn)保護(hù)區(qū)、一般保護(hù)區(qū)。

(3)防治措施：大力提倡秸稈還田、種植結(jié)構(gòu)合理布局、調(diào)整化肥品種結(jié)構(gòu)和推廣高濃度復(fù)合肥和專用肥為主的工程技術(shù)性措施。