西安市化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

高 瑩，孫喜軍，景鵬娟，王軍利，權(quán) 剛

(1.咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 西安 710061；3.陜西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西 西安 710068)

農(nóng)業(yè)面源污染，主要是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，溶解的或固體的污染物(農(nóng)田中的土粒、氮、磷、農(nóng)藥、重金屬及農(nóng)村家畜糞便與生活垃圾等有機(jī)或無機(jī)污染物質(zhì))從非特定的地域，在降水和徑流沖刷作用下，通過農(nóng)田地表徑流、農(nóng)田排水和地下滲漏進(jìn)入受納水體(如河流、湖泊、水庫、海灣等)所引起的水體污染[1]。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)面源污染程度較為嚴(yán)重，過量施用化肥是其主因[2～3]。過量化肥施入土壤后，會(huì)直接造成土壤板結(jié)、酸化、硝酸鹽積累、次生鹽漬化等耕地質(zhì)量下降問題，殘余的氮素、磷素等養(yǎng)分還會(huì)通過地表徑流、土壤滲漏等方式進(jìn)入地表水或地下水，進(jìn)而引發(fā)農(nóng)業(yè)面源污染問題[4～5]，甚至影響人體健康。目前，由于化肥的持續(xù)過量投入，我國許多地區(qū)已面臨嚴(yán)重的河流湖泊水體富營養(yǎng)化問題和地下水硝酸鹽污染問題[6]，其已嚴(yán)重影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展。為此，定量評(píng)估化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，精準(zhǔn)識(shí)別化肥污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，進(jìn)而制定有效管控措施，已成為當(dāng)務(wù)之急。

為避免現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)化肥施用面源污染耗時(shí)費(fèi)力等困難，劉欽普[7]在前人研究基礎(chǔ)上構(gòu)建了專項(xiàng)的化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。目前，已有學(xué)者將此模型用于對(duì)全國[7]、四川[8]、南水北調(diào)中線工程水源地[9]等區(qū)域的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并初步取得了一定的研究成果。但就研究尺度而言，現(xiàn)有研究多從國家層面[7]、省級(jí)層面[10～12]或者大的流域?qū)用鎇13]入手去探討化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分布格局，很少從市級(jí)層面入手去探討不同縣級(jí)單元的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分布。精準(zhǔn)識(shí)別化肥施用重度風(fēng)險(xiǎn)縣級(jí)單元，有助于明晰最基礎(chǔ)的化肥施用面源污染重點(diǎn)治理單元，進(jìn)而有針對(duì)性的制定管控措施。

長期以來，西安市化肥施用強(qiáng)度一直處于較高水平。以2018年為例，西安市化肥施用強(qiáng)度(以播種面積為基數(shù))為766.95 kg·hm-2[14]，其不僅遠(yuǎn)高于全國平均化肥施用強(qiáng)度340.77 kg·hm-2[15]，更高于陜西省平均化肥施用強(qiáng)度561.18 kg·hm-2[16]，是全國生態(tài)縣化肥施用強(qiáng)度值上限值(250 kg·hm-2)[17]的3倍之多。如此高強(qiáng)度的化肥施用，其背后的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不言而喻，但目前有關(guān)西安市境內(nèi)專項(xiàng)的化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)鮮有報(bào)道。以1991-2018年28 a間化肥施用相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，全面分析了西安市化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)序演變和空間分異特征，以期能為西安市面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控提供一定的決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西安市是陜西省會(huì)、關(guān)中平原城市群核心城市和西部地區(qū)重要的中心城市，全市下轄11區(qū)2縣(涉及化肥施用的區(qū)縣為9個(gè)，包括灞橋區(qū)、未央?yún)^(qū)、閻良區(qū)、臨潼區(qū)、長安區(qū)、高陵區(qū)、鄠邑區(qū)、藍(lán)田縣和周至縣)，并于2017年代管西咸新區(qū)。西安市地處關(guān)中盆地中部，北瀕渭河，南依秦嶺，地理坐標(biāo)介于107°40′E～109°49′E和33°42′N～34°44′N之間。該區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫6.4～13.4 ℃，年均降水量537.5～1 028.4 mm。氣候總體較為溫和，降水充足，光照條件較好，地勢(shì)平坦，作物產(chǎn)量高，是陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件最為優(yōu)越的區(qū)域之一。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示[14]，2018年西安市(不含西咸新區(qū)，下同)耕地面積為21.71×104hm2；轄區(qū)總播種面積為30.88×104hm2，主要種植作物為小麥和玉米，兩種作物播種面積占比達(dá)到75.39%，其中小麥播種面積為13.09×104hm2(面積占比42.40%)，玉米播種面積為10.19×104hm2(面積占比32.99%)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥和總肥施用量(折純，下同)以及同期的播種面積、耕地面積等數(shù)據(jù)均來源于《西安統(tǒng)計(jì)年鑒》[14]。分析過程中，參考前人研究成果[7]和實(shí)際調(diào)研情況，將復(fù)合肥中的氮肥、磷肥、鉀肥含量統(tǒng)一按1∶1∶1折算處理。需要說明的是，由于西安市2017年才開始托管西咸新區(qū)，雖然西咸新區(qū)也涉及化肥施用，但由于歷史數(shù)據(jù)缺失，暫不將其納入本次研究范疇。

1.3 化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

劉欽普[7]提出的化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型相關(guān)計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中：Fi表示年化肥(氮肥、磷肥、鉀肥或總肥)施用強(qiáng)度(kg·hm-2)，即單位播種面積上的年化肥施用量。Ti表示化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值(kg·hm-2)，是指作物種植時(shí)可以獲得一定目標(biāo)產(chǎn)量且不損害生態(tài)環(huán)境的化肥最大施用強(qiáng)度。Ri表示化肥(氮肥、磷肥、鉀肥或總肥)施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。Rt表示化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)。Wi為氮肥、磷肥或鉀肥的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，本研究中氮肥、磷肥、鉀肥的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分別取0.648、0.230和0.122[7]。

化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值(Ti)設(shè)置直接影響到化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。原環(huán)保部2010年印發(fā)的《國家級(jí)生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)申報(bào)及管理規(guī)定(試行)》中提出的化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值為250 kg·hm-2[17]；劉欽普[7]在前期開展的研究中，也將化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值確定為250 kg·hm-2。而就西安市而言，2010—2018年小麥和玉米播種面積之和占全市農(nóng)作物播種面積比例年均為78.13%[14]，按照作物播種面積和目標(biāo)產(chǎn)量條件下的施肥推薦量(如表1)，加權(quán)平均求算的施肥推薦量為290.41 kg·hm-2。已有研究表明，化肥施用的生態(tài)適宜量要明顯低于經(jīng)濟(jì)適宜的推薦施肥量，故有學(xué)者建議生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)應(yīng)將推薦施肥量中的氮肥用量降低20%[8,19]。參照以上觀點(diǎn)，最終求算的西安市主要作物化肥施用生態(tài)適宜量為258.82 kg·hm-2，其與前述的生態(tài)環(huán)境安全閾值250 kg·hm-2極為接近。為方便與全國其他地區(qū)開展的研究結(jié)果[7,9]對(duì)比，并警示本地區(qū)減少化肥投入，故本研究仍將化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值確定為250 kg·hm-2。另外，鑒于西安市氮磷鉀肥推薦施肥結(jié)構(gòu)比例(1∶0.44∶0.40)比較接近1∶0.5∶0.5，結(jié)合前人研究[7]，本研究也將氮肥的生態(tài)環(huán)境安全閾值設(shè)定為125 kg·hm-2，將磷肥和鉀肥的生態(tài)環(huán)境安全閾值均設(shè)定為62.5 kg·hm-2。

表1 西安市主要作物施肥推薦量

根據(jù)以上化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值，并結(jié)合前人研究[7]，本研究者的化肥施用強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2。當(dāng)Fi和Ti相等時(shí)，Ri=0.5，將此值設(shè)定為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)安全閾值。Ri(Rt)介于0～1之間，Ri(Rt)越接近于0，表示風(fēng)險(xiǎn)程度越小；Ri(Rt)越接近于1，表示風(fēng)險(xiǎn)程度越大。本研究中，參照前人研究，將化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度分為6個(gè)等級(jí)[7](見表3)。

表2 化肥(總肥)施用強(qiáng)度分級(jí)

表3 化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Ri)分級(jí)

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Microsoft Excel 2007對(duì)西安市歷年化肥施用相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與常規(guī)作圖；應(yīng)用ArcGis 10.2繪制全市化肥施用強(qiáng)度空間分布圖及化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 西安市化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)序演變特征

2.1.1 化肥施用時(shí)序演變特征 從圖1中可以看出，氮肥、磷肥、鉀肥和總肥施用量在1991-2014年間呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，各類化肥施用量年均增長率分別達(dá)到2.36%、3.80%、6.59%和3.25%。2015年之后，各類化肥施用量開始出現(xiàn)“四連降”的趨勢(shì)。從圖2中可以看出，在1991—2018年期間，氮肥在總肥中的比例大體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，其已從1991年的72.56%逐漸下降到2018年的58.64%；磷肥比例變化相對(duì)較為平穩(wěn)，基本在16.51%～22.04%之間波動(dòng)變化；鉀肥比例總體上呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，其從1991年的9.69%開始不斷上升，2010年以后基本穩(wěn)定在20%～22%之間。整體來看，全市氮肥、磷肥和鉀肥的施用結(jié)構(gòu)比例已從1991年的1∶0.24∶0.13逐步調(diào)整為2018年的1∶0.34∶0.37。從圖3中可以看出，28年間氮肥、磷肥、鉀肥、總肥施用強(qiáng)度均呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。2018年氮肥、磷肥、鉀肥、總肥施用強(qiáng)度分別達(dá)到449.70 kg·hm-2、152.63 kg·hm-2、164.62 kg·hm-2和766.95 kg·hm-2，其為1991年對(duì)應(yīng)化肥施肥強(qiáng)度的2.91倍、4.03倍、7.97倍和3.60倍?？偡适┯脧?qiáng)度已由1991年的“適量”強(qiáng)度類型轉(zhuǎn)變?yōu)?018年的“高度過量”強(qiáng)度類型，全市化肥施用強(qiáng)度較大，化肥過量施用問題較為突出。

圖1 1991-2018年西安市化肥施用量變化

圖2 1991-2018年西安市化肥施用結(jié)構(gòu)變化

圖3 1991-2018年西安市化肥施用強(qiáng)度變化

2.1.2 化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)序演變特征 從圖4中可以看出，1991年氮肥風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)已經(jīng)越過環(huán)境安全臨界值0.50，磷肥風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)首次高于臨界值的年份為1998年，鉀肥風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高于臨界值始于2002年，總肥已于1992年突破安全閾值。整體來看，1991-2018年西安市氮肥、磷肥、鉀肥、總肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均呈現(xiàn)明顯的連續(xù)遞增趨勢(shì)，其中2018年氮肥、磷肥、鉀肥、總肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.71、0.78、0.72、0.76，其對(duì)應(yīng)為1991年各類化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的1.41倍、1.88倍、2.92倍和1.60倍。就總肥環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度而言，1991年屬“尚安全”程度，1992-2008年屬“低度風(fēng)險(xiǎn)”程度，2009—2016年屬“中度風(fēng)險(xiǎn)”程度，2017-2018年已轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸囟蕊L(fēng)險(xiǎn)”程度。整體來看，西安市化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)整體增大趨勢(shì)明顯。

圖4 1991-2018年西安市化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變化

2.2 西安市化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分異特征

2.2.1 化肥施用空間分異特征 表4為2018年西安市各區(qū)縣化肥施用情況，圖5為西安市各區(qū)縣化肥施用強(qiáng)度空間分布情況。從中可以看出，西安市各區(qū)縣化肥施用呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

圖5 2018年西安市化肥施用強(qiáng)度空間分布

表4 2018年西安市化肥使用情況

(1)化肥施用量空間差異極為懸殊。其中藍(lán)田縣的氮肥施用量最高，周至縣的磷肥、鉀肥及總肥施用量均為最高，而未央?yún)^(qū)的氮肥、磷肥、鉀肥、總肥的施用量均為最低。氮肥、磷肥、鉀肥、總肥用量最高區(qū)縣數(shù)值分別為最低區(qū)縣對(duì)應(yīng)數(shù)值的315.20倍、260.23倍、198.25倍和258.70倍，化肥施用量空間差異極為懸殊。

(2)化肥施用結(jié)構(gòu)不盡相同。未央?yún)^(qū)的氮肥比例(40.19%)最低，藍(lán)田縣的氮肥比例(69.44%)最高；藍(lán)田縣的磷肥比例(14.30%)最低，高陵區(qū)的磷肥比例(27.72%)最高；臨潼區(qū)的鉀肥比例最低(13.40%)，而未央?yún)^(qū)的鉀肥比例(36.76%)最高。

(3)化肥施用強(qiáng)度空間分異明顯。未央?yún)^(qū)的氮肥、磷肥、鉀肥、總肥的施用強(qiáng)度均為最大，長安區(qū)的氮肥、磷肥及總肥施用強(qiáng)度均為最低，臨潼區(qū)的鉀肥施用強(qiáng)度最低。氮肥、磷肥、鉀肥、總肥用量最高區(qū)縣數(shù)值分別為最低區(qū)縣對(duì)應(yīng)數(shù)值的10.99倍、20.35倍、32.51倍和14.99倍。根據(jù)化肥使用強(qiáng)度分級(jí)，可以將西安市涉及化肥施用的區(qū)縣分為5類：“低度過量”區(qū)包括長安區(qū)(化肥施用強(qiáng)度為408.34 kg·hm-2)；“中度過量”區(qū)包括臨潼區(qū)、高陵區(qū)、鄠邑區(qū)(化肥施用強(qiáng)度分別為516.39 kg·hm-2、501.77 kg·hm-2、730.69 kg·hm-2)；“高度過量”區(qū)包括灞橋區(qū)、閻良區(qū)(化肥施用強(qiáng)度分別為803.72 kg·hm-2、846.02 kg·hm-2)；“嚴(yán)重過量”區(qū)包括藍(lán)田縣(化肥施用強(qiáng)度為1 001.79 kg·hm-2)；“極嚴(yán)重過量”區(qū)包括未央?yún)^(qū)、周至縣(化肥施用強(qiáng)度分別為6 120.00 kg·hm-2、1 654.70 kg·hm-2)。

2.2.2 化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分異特征 圖6為2018年西安市化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分布格局?？傮w看來，西安市不同區(qū)縣化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分異明顯。就氮肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)而言：長安區(qū)、高陵區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.64和0.65，屬“低度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；臨潼區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.72，屬“中度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；灞橋區(qū)、閻良區(qū)、鄠邑區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.78、0.80、0.78，屬“重度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；未央?yún)^(qū)、藍(lán)田縣、周至縣風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.95、0.85和0.87，屬“嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域。就磷肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)而言：長安區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.53，屬“低度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；灞橋區(qū)、閻良區(qū)、臨潼區(qū)、高陵區(qū)、鄠邑區(qū)、藍(lán)田縣風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.69、0.71、0.66、0.69、0.69、0.70，屬“中度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；未央?yún)^(qū)、周至縣風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.96、0.86，屬“嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域。就鉀肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)而言：臨潼區(qū)、長安區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.53和0.65，屬“低度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；高陵區(qū)、鄠邑區(qū)、藍(lán)田縣風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.68、0.71、0.72，屬“中度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；灞橋區(qū)、閻良區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.78、0.76，屬“重度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；未央?yún)^(qū)、周至縣風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.97、0.88，屬“嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域。就總肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)而言，長安區(qū)為“低度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域，臨潼區(qū)、高陵區(qū)和鄠邑區(qū)為“中度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域，灞橋區(qū)、閻良區(qū)和藍(lán)田區(qū)為“重度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域，未央?yún)^(qū)和周至縣為“嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域?？傮w來看，西安市化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分異較為明顯，其中未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)、閻良區(qū)、藍(lán)田縣和周至縣等5個(gè)區(qū)縣為全市化肥面源污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，需重點(diǎn)關(guān)注。尤其未央?yún)^(qū)，耕地面積(33.33 hm2)和播種面積(120 hm2)雖極小，但化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(0.97)極高，需引起相關(guān)部門足夠重視。

圖6 2018年西安市化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布

3 討論

化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中施用化肥對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染的可能性的評(píng)價(jià)[7]。筆者研究所采用的的評(píng)價(jià)模型中，一個(gè)重要的參數(shù)便為化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值，其直接影響到化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。由于數(shù)據(jù)獲取受限等原因，筆者研究在確定西安市化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值(250 kg·hm-2)時(shí)，未能充分考慮西安市各區(qū)縣詳細(xì)種植結(jié)構(gòu)和土壤肥力等因素的縣域差異，同時(shí)也忽略了其他難以操控的自然因素和人為因素，雖然較為粗糙，但認(rèn)為仍具有一定的概括性和廣泛性，有利于將不同地區(qū)的研究結(jié)果直接進(jìn)行比對(duì)。后期依托更為詳盡的種植結(jié)構(gòu)和土壤肥力等數(shù)據(jù)，調(diào)整不同縣級(jí)單元化肥施用生態(tài)環(huán)境安全閾值，進(jìn)而實(shí)施更為精準(zhǔn)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，值得進(jìn)一步深入關(guān)注。

研究中模型評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，西安市化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)逐年遞增趨勢(shì)明顯，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在不同縣域空間上存在著明顯的分異特征，這與房珊琪等[9]對(duì)南水北調(diào)中線工程水源地的研究結(jié)果具有一定的相似性。研究結(jié)果顯示，1991-2018年西安市化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)連續(xù)遞增趨勢(shì)明顯，1992年突破環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)安全閾值0.5，2018年增至歷史最大值0.76，全市化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)處于“重度風(fēng)險(xiǎn)”程度，其中未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)、閻良區(qū)、藍(lán)田縣和周至縣等5個(gè)區(qū)縣為全市化肥面源污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

從目前掌握的情況來看，過量施用化肥也確實(shí)對(duì)西安市生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的不良影響。一方面，化肥(尤其是氮肥)的過量施用已經(jīng)造成了土壤的酸化現(xiàn)象。從20世紀(jì)80年代至今，西安市分布面積最大的耕作土壤土婁土，其土壤pH下降了0.55個(gè)單位[21～22]，土壤出現(xiàn)了一定的酸化。另一方面，化肥的過量施用，已經(jīng)引起了地下水和地表水的污染。程智慧等[22]的研究表明，由于過量施肥，西安市菜田土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮在深層土壤中累積明顯，同時(shí)伴隨灌溉、降水的淋洗作用，淺層地下水受到明顯污染，其中部分點(diǎn)位淺層地下水硝態(tài)氮濃度達(dá)到30 mg·L-1之多，超過國家生活飲用水硝態(tài)氮標(biāo)準(zhǔn)(20 mg·L-1)。鄧林等[23]通過對(duì)關(guān)中盆地225個(gè)潛水樣點(diǎn)進(jìn)行采樣分析發(fā)現(xiàn)，關(guān)中盆地地下水硝酸鹽含量普遍較高，其中周至縣、鄠邑區(qū)等地硝態(tài)氮濃度已超過20 mg·L-1，并明確指出過量施肥和灌溉滲漏是造成地下水硝酸鹽含量高的主要原因。羅大成等[24]研究表明，西安市農(nóng)業(yè)大縣藍(lán)田縣豐水期飲用井水中硝酸鹽含量達(dá)22.34 mg·L-1，點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)50%。硝酸鹽與人體健康關(guān)系密切，飲用水中硝酸鹽超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致胃癌、結(jié)直腸癌等多種癌癥發(fā)病率升高[25]。相關(guān)研究已經(jīng)表明，癌病高發(fā)村莊居民存在突出的飲水和蔬菜硝酸鹽暴露健康風(fēng)險(xiǎn)[26]。目前，西安市雖無因化肥過量施用導(dǎo)致飲用水硝酸鹽污染進(jìn)而引發(fā)癌癥的實(shí)例，但必須引起足夠重視，做到防患于未然。

今后一段時(shí)間，在確保農(nóng)作物一定產(chǎn)量基礎(chǔ)上，西安市應(yīng)從以下三方面努力，以切實(shí)降低化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

(1)施肥技術(shù)方面。以“控總量(化肥施用總量)、調(diào)結(jié)構(gòu)(化肥施用結(jié)構(gòu))、降強(qiáng)度(化肥施用強(qiáng)度)”為切入點(diǎn)，以高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域(未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)、閻良區(qū)、藍(lán)田縣和周至縣等5個(gè)區(qū)縣)為重點(diǎn)突破口，積極推進(jìn)“化肥施用量零增長”行動(dòng)，大力推廣測(cè)土配方施肥、水肥一體化等精準(zhǔn)施肥技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化氮磷鉀配比、調(diào)整施肥結(jié)構(gòu)，同時(shí)改表施、撒施等施肥方式為機(jī)械深施，大力實(shí)施有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)，不斷提高化肥使用率，降低化肥施用強(qiáng)度和化肥施用總量。

(2)科技攻關(guān)方面。一方面要積極應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)，大力培育高產(chǎn)良種。由于高產(chǎn)良種對(duì)環(huán)境條件要求較低，其可用較低的化肥投入獲取較高的產(chǎn)出，從側(cè)面間接減少化肥投入。另一方面，要積極引進(jìn)、研發(fā)新型肥料?！疤撞头省笔侵改軡M足作物不同生長階段和不同方面營養(yǎng)需求的系列肥料組合，其核心是將幾種肥料按照不同作物在不同時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的需求，科學(xué)搭配、精準(zhǔn)配方，最終達(dá)到有的放矢、全面營養(yǎng)和高效施肥的目的[27]。筆者前期在西安市轄區(qū)參與開展的肥效試驗(yàn)[27]表明，施用“套餐肥”可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)“減肥”、增產(chǎn)、提質(zhì)、增效目的，這就為“套餐肥”的推廣應(yīng)用奠定了一定理論基礎(chǔ)。所以，應(yīng)以養(yǎng)分全面協(xié)調(diào)、可緩釋可控釋、作物易吸收等為切入口，積極引導(dǎo)肥料企業(yè)針對(duì)不同作物研發(fā)新型系列專用“套餐肥”，確保實(shí)現(xiàn)化肥減量增效。

(3)政策法規(guī)層面。一是進(jìn)一步強(qiáng)化化肥流通管理。全面規(guī)范化肥生產(chǎn)、銷售和施用管理，試點(diǎn)對(duì)化肥施用時(shí)間、施用數(shù)量等進(jìn)行限制和規(guī)范。二是改革現(xiàn)有的化肥補(bǔ)貼政策，適當(dāng)提高化肥價(jià)格，充分發(fā)揮價(jià)格在管控化肥面源污染中的“杠桿”作用。三是探索建立農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，將化肥施用面源污染作為其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并適時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。四是積極貫徹落實(shí)“土十條”，嚴(yán)格實(shí)施土壤污染防治法，堅(jiān)決做到有法必依、執(zhí)法必嚴(yán)、違法必究。

4 結(jié)論

(1)1991-2018年西安市化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)隨時(shí)間連續(xù)遞增趨勢(shì)明顯，1992年突破環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)安全閾值0.5，2018年增至歷史最大值0.76，化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)已由1991年的“尚安全”程度上升為2018年的“重度風(fēng)險(xiǎn)”程度。

(2)西安市化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分異明顯。長安區(qū)為“低度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；臨潼區(qū)、高陵區(qū)和鄠邑區(qū)為“中度風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域；未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)、閻良區(qū)、藍(lán)田縣和周至縣等5個(gè)區(qū)縣為全市化肥施用面源污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)均處于“重度風(fēng)險(xiǎn)”以上等級(jí)，需重點(diǎn)關(guān)注。

(3)在確保農(nóng)作物一定產(chǎn)量基礎(chǔ)上，西安市應(yīng)從施肥技術(shù)、科技攻關(guān)、政策法規(guī)3個(gè)層面努力，以切實(shí)降低化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。