大沽河農(nóng)業(yè)面源污染核算及防控對策

李偉娜，田建茹，李亞男，寧海麗，李昊倫

(青島市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 水環(huán)境研究所，山東 青島 266003)

農(nóng)業(yè)面源污染防治是改善農(nóng)村人居環(huán)境、建設(shè)生態(tài)宜居鄉(xiāng)村的重要任務(wù)，是貫徹綠色發(fā)展理念、推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。[1]根據(jù)《第二次全國污染源普查公報》，農(nóng)業(yè)面源污染(包括種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水)的氨氮、總氮和總磷排放量分別占水污染物排放總量的45.6%、57.9%和73.8%，是造成水環(huán)境氮磷負(fù)荷偏高的主要因素，其貢獻(xiàn)率高于點源污染。農(nóng)業(yè)面源污染已然成為農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量改善提升的突出短板。[2]準(zhǔn)確核算農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷量，掌握其主要污染源及污染物，對于防治農(nóng)業(yè)面源污染具有重要意義。[3]

目前，國內(nèi)外農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷核算方法主要包括排污系數(shù)法[4]、野外實測法[5]和輸出系數(shù)法[6-7]等。其中，排污系數(shù)法因其簡單方便，不依賴大量觀測數(shù)據(jù)，不需要復(fù)雜的模型參數(shù)，得到廣泛的應(yīng)用。運用排污系數(shù)法，學(xué)界探明了沱江流域的首要污染源和關(guān)鍵污染物[8]，估算了漢豐湖流域農(nóng)業(yè)面源污染總氮和總磷污染物總負(fù)荷量[9]，得到了天津市化學(xué)需氧量、總氮和總磷污染排放量和貢獻(xiàn)強度[10]。這些研究大都是通過第一次全國污染源普查資料、參考文獻(xiàn)等方式獲得排污系數(shù)，核算方法的時效性和規(guī)范性不足。2021年，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《排放源統(tǒng)計調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊》(以下簡稱《手冊》)[11]，為農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷核算提供了權(quán)威的計算方法。本文參照《手冊》，以大沽河中游流域為研究對象，通過排污系數(shù)法核算種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水排放的氮、磷污染物含量，確定該地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染源及污染物，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H，提出農(nóng)業(yè)面源污染防控對策建議。

一、材料與方法

(一)研究區(qū)域概況

大沽河發(fā)源于山東省煙臺招遠(yuǎn)市，在青島膠州市注入膠州灣，全長179.9公里。本次研究區(qū)域為大沽河產(chǎn)芝水庫至移風(fēng)壩段。該河段為大沽河中游，北起萊西市產(chǎn)芝水庫壩下，南至即墨區(qū)移風(fēng)壩，全長58.5公里，流域面積約1688平方公里。地理位置為東經(jīng)120°7′～120°40′，北緯36°31′～37°04′。該地區(qū)地勢北高南低，北面為構(gòu)造剝蝕低山丘陵地形，高程在50 m～200 m；南面為構(gòu)造剝蝕平原，地形起伏平緩，高程在4 m～50 m。該地區(qū)多年平均降水量為625.3 mm，主要集中在汛期(6～9月)。河網(wǎng)水系分布密集，包括12條一級支流和21條二級支流，均為間歇性河流，斷流時間一般為11月～次年6月。土壤類型主要有棕壤、砂姜黑土和潮土。土地利用類型以旱地和水澆地為主，約占總面積的56%；林地和園地主要分布在北部地區(qū)，占比為18%；建設(shè)用地面積占比為16%；水域濕地面積占比為8%；其他用地面積占比為3%。研究區(qū)域涉及即墨區(qū)、平度市、萊西市共3個區(qū)(市)17個鎮(zhèn)(街)。

(二)數(shù)據(jù)獲取

本研究所使用的數(shù)據(jù)來源于《2020青島統(tǒng)計年鑒》《2020即墨統(tǒng)計年鑒》《2020平度統(tǒng)計年鑒》《2020萊西統(tǒng)計年鑒》《青島市畜牧業(yè)存出欄年報》以及青島市第二次污染源普查數(shù)據(jù)等。其中，農(nóng)作物總播種面積、園地面積、化肥使用量和農(nóng)村常住人口等數(shù)據(jù)來源于《統(tǒng)計年鑒》；畜禽養(yǎng)殖存出欄量數(shù)據(jù)來源于《青島市畜牧業(yè)存出欄年報》；對生活污水進(jìn)行處理的行政村數(shù)量和行政村總數(shù)量等數(shù)據(jù)來源于青島市第二次污染源普查結(jié)果。

(三)污染物排放核算方法

農(nóng)業(yè)面源污染物排放量測算方法采用排污系數(shù)法，排污系數(shù)參照《手冊》中的《農(nóng)業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》和《生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》。

1.種植業(yè)污染物核算方法。種植業(yè)水污染物(氨氮、總氮、總磷)排放(流失)量等于乘以相關(guān)系數(shù)后的農(nóng)作物總播種面積、園地面積之和與當(dāng)年度種植業(yè)含氮化肥或含磷化肥單位面積使用量與2017年度種植業(yè)含氮化肥或含磷化肥單位面積使用量的比值(計算總氮和氨氮時用含氮化肥用量，計算總磷時用含磷化肥用量)相乘，某項污染物排放(流失)量的計算公式如下：

式中：j指氨氮、總氮和總磷3項污染物；Qj指種植業(yè)污染物排放(流失)量(單位：噸)；Ag指農(nóng)作物總播種面積(單位：公頃)；egj指農(nóng)作物種植過程中污染物流失系數(shù)(單位：千克/公頃)，見表1；Ay指園地的面積(單位：公頃)；eyj指園地污染物流失系數(shù)(單位：千克/公頃)；qj指調(diào)查年度用于種植業(yè)的含氮化肥(含磷化肥)單位面積使用量(單位：千克/公頃)；q0指2017年度用于種植業(yè)的含氮化肥(含磷化肥)單位面積使用量(單位：千克/公頃)。

表1 種植業(yè)氮磷排放(流失)系數(shù) 單位：千克/公頃

其中，含氮化肥用量指氮肥和含氮復(fù)合肥的折純用量，含磷化肥用量指磷肥和含磷復(fù)合肥的折純用量。

2.畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物核算方法。畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物(氨氮、總氮、總磷)排放量采用產(chǎn)排污系數(shù)法核算。第i類畜禽養(yǎng)殖的水污染物排放量，等于第i類畜禽養(yǎng)殖量與污染物的排放系數(shù)相乘，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的水污染物排放量等于5類畜禽(生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞，下同)養(yǎng)殖的污染物排放量之和。某項水污染物排放量計算公式如下：

Qij畜排=(qi規(guī)模×eij規(guī)模+qi養(yǎng)殖戶×eij養(yǎng)殖戶)×10-3

式中：i指生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞5類畜禽；Qj畜排指畜禽養(yǎng)殖污染物排放量(單位：噸)；Qij畜排指第i類畜禽養(yǎng)殖污染物排放量(單位：噸)；qi規(guī)模指畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖場存/出欄量；eij規(guī)模指畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖污染物排放系數(shù)，見表2；qi養(yǎng)殖戶指畜禽養(yǎng)殖戶存/出欄量；eij養(yǎng)殖戶指畜禽養(yǎng)殖戶污染物排放系數(shù)，見表3。

表2 畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖排污系數(shù) 單位：千克/頭(羽)

表3 畜禽養(yǎng)殖戶養(yǎng)殖排污系數(shù) 單位：千克/頭(羽)

3.農(nóng)村生活污水污染物核算方法。

(1)農(nóng)村生活污水污染物產(chǎn)生量核算

污染物產(chǎn)生量(噸)=農(nóng)村常住人口(萬人)×污染物產(chǎn)污強度(克/人·天)×365(天)/100

經(jīng)查詢，青島市氨氮污染物產(chǎn)污強度為2.45克/人·天，總氮污染物產(chǎn)污強度為3.61克/人·天，總磷污染物產(chǎn)污強度為0.20克/人·天。[12]

(2)農(nóng)村生活污水污染物排放量核算

污染物排放量(噸)=污染物產(chǎn)生量(噸)×(1-對生活污水進(jìn)行處理的行政村比例×污染物綜合去除率)

對生活污水進(jìn)行處理的行政村比例=對生活污水進(jìn)行處理的行政村/行政村總數(shù)

經(jīng)查詢，青島市的氨氮污染物綜合去除率為51%，總氮污染物綜合去除率為45%，總磷污染物綜合去除率為45%。[12]

4.大沽河流域污染物核算方法。根據(jù)流域范圍的農(nóng)村面積在各區(qū)市農(nóng)村總面積中的比值，對各區(qū)市的農(nóng)業(yè)面源污染物排放量進(jìn)行重新分配。大沽河流域農(nóng)業(yè)面源污染物排放量等于流域內(nèi)農(nóng)村面積和各區(qū)市農(nóng)村面積的比值與各區(qū)市污染物排放量的乘積。經(jīng)疊加分析，大沽河流域的農(nóng)村面積在即墨區(qū)、平度市和萊西市農(nóng)村總面積中的比重分別為13.07%、11.89%和68.28%。

(四)等標(biāo)污染負(fù)荷評價方法

為了在同一尺度上評價各項污染物排放量，采用等標(biāo)污染負(fù)荷法對農(nóng)業(yè)面源污染物排放量核算結(jié)果進(jìn)行評價，等標(biāo)污染負(fù)荷量計算公式如下：

式中，Pij為等標(biāo)污染負(fù)荷量；Lij為污染物負(fù)荷量；Co為污染物評價標(biāo)準(zhǔn)值。結(jié)合大沽河流域水質(zhì)情況，采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的下限值進(jìn)行核算，氨氮為1.0 mg/L，總氮為1.0 mg/L，總磷為0.2 mg/L。

二、結(jié)果與分析

(一)污染物排放量核算結(jié)果

根據(jù)上述公式，計算大沽河流域的種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水三類農(nóng)業(yè)面源污染源的氨氮、總氮和總磷污染物排放量，結(jié)果如表4所示。

表4 大沽河流域污染物排放量 單位：噸

可以看出，大沽河流域(產(chǎn)芝水庫至移風(fēng)壩段)的氨氮、總氮和總磷污染物排放量分別為588.2噸、2132.2噸和289.1噸?？偟廴疚锱欧帕孔罡?，是氨氮排放量的3.62倍，是總磷排放量的7.38倍。而根據(jù)《青島市第二次全國污染源

普查公報》，青島市全域種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水的氨氮、總氮和總磷污染物排放量分別為2435.0噸、6334.7噸和722.2噸。通過計算可知，大沽河流域的氨氮、總氮和總磷排放量約占全市排放量的24.2%、33.7%和40.0%。總磷污染物占比相對較高，說明大沽河流域總磷污染物對全市總磷排放的影響較大。

(二)等標(biāo)污染負(fù)荷評估結(jié)果

運用等標(biāo)污染負(fù)荷法，計算種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水的氨氮、總氮和總磷等標(biāo)污染負(fù)荷及貢獻(xiàn)率，結(jié)果如表5所示。大沽河流域的等標(biāo)污染負(fù)荷總量為4166.2×103m3。其中，種植業(yè)的等標(biāo)污染負(fù)荷總量為138.6×103m3，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的等標(biāo)污染負(fù)荷總量為2977.8×103m3，農(nóng)村生活污水的等標(biāo)污染負(fù)荷總量為1049.6×103m3。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的等標(biāo)污染負(fù)荷總量最大，占污染物總量的71.4%，說明畜禽養(yǎng)殖是大沽河流域農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染源。

表5 大沽河流域等標(biāo)污染負(fù)荷量

氨氮的等標(biāo)污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率由高到低依次為農(nóng)村生活污水(58.8%)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)(40.4%)、種植業(yè)(0.8%)；總氮的等標(biāo)污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率由高到低依次為畜禽養(yǎng)殖業(yè)(68.6%)、農(nóng)村生活污水(25.8%)、種植業(yè)(5.6%)；總磷的等標(biāo)污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率由高到低依次為畜禽養(yǎng)殖業(yè)(88.4%)、農(nóng)村生活污水(10.6%)、種植業(yè)(1.0%)。由此可知，大沽河流域氨氮污染物排放以農(nóng)村生活污水和畜禽養(yǎng)殖業(yè)為主，總氮和總磷污染物排放以畜禽養(yǎng)殖業(yè)為主。

三、對策建議

《青島市鄉(xiāng)村振興攻勢作戰(zhàn)方案(2019—2022年)》明確提出打好鄉(xiāng)村生態(tài)宜居攻堅戰(zhàn)，并建立了生活污水處理率達(dá)到55%以上、畜禽糞污綜合利用率達(dá)到86%以上等硬性指標(biāo)。目前，大沽河流域規(guī)模以上畜禽養(yǎng)殖場基本配建糞污處理設(shè)施，農(nóng)村生活污水基本得到有效收集，化肥農(nóng)藥使用實現(xiàn)零增長。同時也要看到，農(nóng)田肥料投入結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)藥包裝廢棄物、農(nóng)作物秸稈和蔬菜殘體等隨意堆砌在田邊，農(nóng)村生活污水收集處理率不高，規(guī)模以下養(yǎng)殖專業(yè)戶和散戶尚未全部配建糞污處理設(shè)施，也是需要關(guān)注的重點和難點問題?？刂妻r(nóng)業(yè)面源污染應(yīng)當(dāng)從源頭減量、循環(huán)利用、過程攔截和末端治理等四個方面協(xié)同入手。

(一)源頭減量，減少污染物排放

從源頭上減少污染物排放量是農(nóng)業(yè)面源污染防控最根本、最有效的策略。解決畜禽糞污污染嚴(yán)重的問題，需要按養(yǎng)殖規(guī)模大小分類施策。對于規(guī)?；B(yǎng)殖場，要進(jìn)一步規(guī)范畜禽養(yǎng)殖場清糞工藝、畜禽糞便貯存、污水處理、固體糞肥處理利用等污染防控技術(shù)要求，加強對養(yǎng)殖企業(yè)技術(shù)改造與流程革新的支持力度。對于養(yǎng)殖專業(yè)戶，要按照“兩分三防兩配套”的要求，因地制宜采用肥水貯存、厭氧發(fā)酵、堆肥發(fā)酵等技術(shù)，進(jìn)行糞污處理基礎(chǔ)設(shè)施改造，并加強后期運維管理，防止糞污溢流現(xiàn)象。對于分散畜禽養(yǎng)殖密集區(qū)，要集中建設(shè)堆肥設(shè)施、污水高效處理設(shè)施、糞污轉(zhuǎn)運設(shè)施等，加強對畜禽糞污的收集處理。

解決農(nóng)村生活污水收集率不高的問題，需要持續(xù)推進(jìn)治理設(shè)施建設(shè)，因地制宜采取建設(shè)污水處理站、納入管網(wǎng)和建設(shè)污水收集池等治理模式，同時強化對污水治理設(shè)施的管理和運維，對不符合環(huán)保要求的污水處理設(shè)施進(jìn)行改造提升，進(jìn)一步提高農(nóng)村生活污水治理率。

解決農(nóng)業(yè)種植過量使用化肥農(nóng)藥問題，一方面需要通過有機肥替代化肥、秸稈還田、綠肥種植等技術(shù)，持續(xù)推廣農(nóng)作物測土配方施肥，提高化肥利用率，減少化肥用量；另一方面需要實施節(jié)水灌溉，提高養(yǎng)分利用效率，如旱地采用水肥一體化技術(shù)，坡耕地采用保護(hù)性耕作技術(shù)，減少農(nóng)田退水排放量。

(二)循環(huán)利用，實現(xiàn)污染物資源化

循環(huán)利用是農(nóng)業(yè)面源污染防控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要途徑。畜禽養(yǎng)殖業(yè)是實現(xiàn)污染物資源化利用的重要載體之一。全面推進(jìn)農(nóng)業(yè)面源污染物資源化利用，需要加強政策扶持力度，創(chuàng)建循環(huán)農(nóng)業(yè)示范基地，推進(jìn)畜禽廢棄物能源化和肥料化。對于規(guī)?；B(yǎng)殖場，推行種養(yǎng)結(jié)合和生態(tài)養(yǎng)殖模式。對于養(yǎng)殖專業(yè)戶和分散畜禽養(yǎng)殖密集區(qū)，建設(shè)養(yǎng)殖廢水貯存池、畜禽糞便暫存池等畜禽養(yǎng)殖廢棄物農(nóng)田消納工程，循環(huán)利用畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的氮、磷和有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。對于養(yǎng)殖散戶，鼓勵散養(yǎng)戶發(fā)展以家庭為單位的庭院小型果菜園，建立種養(yǎng)一體化模式，促進(jìn)糞肥就近就地還田，就近實現(xiàn)糞污的綜合利用和減排。

(三)過程攔截，減少污染物流失

建設(shè)生態(tài)溝渠、攔水壩、透水壩，在溝渠底部修建擋水坎，建設(shè)微型生態(tài)池塘濕地，可以大幅度降低氮磷污染物遷移。農(nóng)田溝渠作為生態(tài)溝渠的主要形式，在氮磷污染物攔截方面尤其有效。解決農(nóng)田溝渠底泥淤積嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)不完整等問題，可以實施清淤疏通工程，清挖淤泥，加固邊坡，并因地制宜配置格柵、生物攔截帶或生態(tài)透水壩等攔截設(shè)施，延長污染物滯留時間，并予以消納。解決溝渠分布散亂、結(jié)構(gòu)不合理、水生植物缺失等問題，需要進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃科學(xué)布局，因地制宜建設(shè)生態(tài)溝渠，并種植一定的植物群落，提升溝渠的生態(tài)系統(tǒng)功能。處理污染較為嚴(yán)重的溝渠，需要充分利用周邊廢棄池塘及低澇洼地，建設(shè)微型生態(tài)池塘濕地，減少污染物隨意排放。

(四)末端治理，提高水體自凈能力

末端治理采用生態(tài)浮床、生態(tài)潛水壩、河岸濕地和沉水植物等技術(shù)，是防治農(nóng)業(yè)面源污染、提高水體自凈能力、改善水環(huán)境的直接途徑。我樂河、大洪溝、團(tuán)結(jié)河等大沽河支流的匯入口周圍可以建立小型天然塘庫濕地或多級人工濕地系統(tǒng)，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件在濕地中配置一定比例的荷花、蘆葦、香蒲、水蔥、蘆竹、梭魚草、千屈菜、苦草、金魚藻、鳳眼蓮等水生植物，鰱魚、鳙魚、蚌和螺等水生動物，完善水體生物鏈，逐步恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)，增強河流自凈能力。

四、結(jié)論

本文以大沽河中游流域為研究對象，通過排污系數(shù)法核算種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水的氨氮、總氮和總磷污染物排放量，采用等標(biāo)污染負(fù)荷法進(jìn)行污染評價，得出以下結(jié)論：大沽河流域氨氮、總氮和總磷污染負(fù)荷量分別為588.2噸、2132.2噸和289.1噸，總氮污染物排放量最高，是氨氮排放量的3.62倍，是總磷排放量的7.38倍。種植業(yè)的等標(biāo)污染負(fù)荷總量為138.6×103m3，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的等標(biāo)污染負(fù)荷總量為2977.8×103m3，農(nóng)村生活污水的等標(biāo)污染負(fù)荷總量為1049.6×103m3。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的等標(biāo)污染負(fù)荷總量最大，占污染物總量的71.4%，是大沽河流域農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染源。結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H，本文從源頭減量、循環(huán)利用、過程攔截和末端治理四個方面提出了農(nóng)業(yè)面源污染防控的對策建議。