岳陽市農(nóng)業(yè)面源污染測算與控制對策

周 希， 胡光偉

(湖南工業(yè)大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院， 農(nóng)牧業(yè)廢棄物資源化綜合利用湖南省重點實驗室， 湖南 株洲 412007)

隨著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，過量農(nóng)藥、化肥的施用對農(nóng)業(yè)環(huán)境產(chǎn)生極大的負(fù)向影響，農(nóng)業(yè)面源的污染對環(huán)境的影響依然嚴(yán)重。近年來的相關(guān)政策文件均提到農(nóng)業(yè)面源污染的問題及防治策略，相關(guān)單位也進(jìn)行了有力的防治。由于農(nóng)業(yè)面源污染的特點具有隨機性、分散性等給整治工作帶來諸多麻煩，盡管基本遏制了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡化趨勢，但農(nóng)業(yè)面源污染的問題依然突出[1-2]。農(nóng)村農(nóng)業(yè)面源污染來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜禽養(yǎng)殖、居民生活等過程中產(chǎn)生的污染，通過分解、侵蝕、排水等形式進(jìn)入環(huán)境所造成[3]。與點源污染相比, 面源污染的時空范圍更廣,不確定性更大,成分、過程更復(fù)雜, 更難以控制[4]。第二次全國污染源普查結(jié)果顯示，2017 年農(nóng)業(yè)源總氮排放量為141.49萬t，在水污染物排放總量中占46.5%；總磷排放量21.20萬t， 在水污染物排放總量中占67.2%。農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重阻礙了農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟建設(shè)和統(tǒng)籌城鄉(xiāng)經(jīng)濟發(fā)展。要實現(xiàn)鄉(xiāng)村“生態(tài)振興”“宜居宜業(yè)”，農(nóng)業(yè)面源污染治理已成為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中最重要的一步。洞庭湖流域水體受農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重, 由此引起了一些學(xué)者的關(guān)注, 并開展了研究工作, 如洞庭湖區(qū)滄浪河流域[5]、沙港河流域[6]、沱江流域[7]等。洞庭湖的特征污染物主要為總磷和總氮，但洞庭湖區(qū)域氮磷污染大部分來源于農(nóng)業(yè)面源[8]。岳陽市西臨洞庭湖，北接長江，南連三湘四水，在洞庭經(jīng)濟圈中占據(jù)重要位置，其發(fā)展的重要性不言而喻。基于前人的研究，本文以岳陽市2010—2019年農(nóng)業(yè)面源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用輸出系數(shù)模型法計算出岳陽市總氮、總磷污染物負(fù)荷量，分析總氮、總磷變化特征對岳陽市農(nóng)業(yè)面源污染的影響,為防控工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

洞庭湖位于湖南省岳陽市區(qū)西南方，湖泊面積2 579.20 km2，是中國水量最大的通江湖泊，具有強大蓄洪調(diào)節(jié)能力。洞庭湖湖區(qū)流域范圍在行政規(guī)劃上包含長沙市望城區(qū)及岳陽、常德、益陽3市下20多個縣市區(qū)。這些縣市區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，自然資源豐富，是湖南省有名的糧食生產(chǎn)基地、水產(chǎn)基地和養(yǎng)殖基地。洞庭湖區(qū)在提供優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品的同時，也給湖泊水體帶來了大量的污染，給湖南省生態(tài)環(huán)境建設(shè)帶來巨大挑戰(zhàn)。岳陽在洞庭湖的東北方(圖1)，地域面積14 858 km2，根據(jù)全國第七次人口普查數(shù)據(jù)，岳陽市常住人口為500多萬人。

圖1 調(diào)查區(qū)域地理位置

1.2 研究方法

輸出系數(shù)模型法是1970年初由美國、加拿大學(xué)者最先提出的研究方法,并應(yīng)用于研究土地利用-營養(yǎng)負(fù)荷-湖泊富營養(yǎng)化關(guān)系[9]。其考慮土地利用分類以及畜禽數(shù)量和分布，結(jié)合農(nóng)村居民非點源污染物排放和處理，能較準(zhǔn)確估算氮、磷負(fù)荷[10]，其計算公式為

(1)

式中：Li為污染物i的負(fù)荷量；Eij為污染物i在第j種土地利用類型中的輸出系數(shù)或第j種畜禽養(yǎng)殖導(dǎo)致的污染物i的輸出系數(shù)，或人口因素導(dǎo)致的污染物i的輸出系數(shù)；Aj為第j種土地利用類型的面積，或第j種畜禽養(yǎng)殖的數(shù)量，或人口數(shù)量；P為降雨輸入的污染物；n為流域內(nèi)污染源數(shù)量。

輸出系數(shù)法通過確定輸出系數(shù)值反映了流域面源污染的輸出強度，它的合理性和準(zhǔn)確性直接影響流域面源污染負(fù)荷的估算精度，一般采用單位時間單位面積污染物負(fù)荷量表示[11]?？赏ㄟ^文獻(xiàn)資料、數(shù)學(xué)分析、現(xiàn)場統(tǒng)計等方法得到輸出系數(shù)。本文通過文獻(xiàn)資料獲得岳陽不同農(nóng)業(yè)土地輸出系數(shù)值；畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活氮、磷的輸出系數(shù)，分別用《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》及中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部(原國家環(huán)境保護(hù)總局)推薦的人口輸出系數(shù)確定[12-14]。具體的輸出系數(shù)取值見表1。

表1 輸出系數(shù)分類和取值

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文主要分析岳陽氮、磷污染排放量。污染源包括：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可分為水田、旱地及林地；畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分為出欄豬、存欄牛、存欄羊和出欄家禽；居民生活數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為農(nóng)村人口數(shù)量。各污染源統(tǒng)計主要來自2011—2019年岳陽統(tǒng)計年鑒、國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、林業(yè)局統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算所得。具體數(shù)值見表2。

表2 2010—2019年岳陽市相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2 岳陽市農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀分析

以2010—2019年岳陽市每年的農(nóng)業(yè)土地利用情況、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量和農(nóng)村常住人口數(shù)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)各分類輸出系數(shù)，運用輸出系數(shù)模型法計算出岳陽市總氮、總磷污染物負(fù)荷量，統(tǒng)計分析岳陽市農(nóng)業(yè)面源污染氮、磷的時序變化規(guī)律。

2.1 岳陽市污染物總氮負(fù)荷量趨勢現(xiàn)狀

2010—2019年，從岳陽市污染物總氮負(fù)荷量的類型來看(表3)，畜禽養(yǎng)殖污染物總氮負(fù)荷量最高，占比一度超過40%，但在2019年被水田污染物總氮負(fù)荷量超越；農(nóng)村生活污染物總氮負(fù)荷量次之，但從2015年被水田污染物總氮負(fù)荷量超越，屈居第3位；水田污染物總氮負(fù)荷量增速最快，排名從2010年的第3位上升到2019年的第1位；旱地與林地的污染物總氮負(fù)荷量都很低，后者最低，占比低于1%。

表3 2010—2019年岳陽市農(nóng)業(yè)面污染總氮負(fù)荷量及占比

2010—2019年，從岳陽市污染物總氮負(fù)荷量的增長速度來看，農(nóng)村生活污染物總氮負(fù)荷量逐年遞減，從2010年的4 617.27 t減少到2019年的3 720.43 t，減少了896.84 t，占比從2010年的28.98%減少到2019年的26.78%，減少了2.2%；畜禽養(yǎng)殖污染物總氮負(fù)荷量整體上呈下降趨勢，從2010年的6 200.05 t下降到2019年的4 229.54 t，其占比也從2010年的38.46%增加到2019年的30.45%，減少了8.01%；旱地污染物總氮負(fù)荷量整體上呈上升趨勢，從2010年的1 059 082 t上升到2019年的1 457.19 t，其占比也從2010年的6.57%增加到2019年的10.49%，增加了3.92%；林地污染物總氮負(fù)荷量整體上波動趨勢平緩；水田污染物總氮負(fù)荷量總體上呈現(xiàn)增加趨勢，從2010年的4 129.99 t增加到2019年的4 427.98 t，增加了297.99 t，其占比也從2010年的25.62%增加到2019年的31.88%，增加了6.26%。

2.2 岳陽市污染物總磷負(fù)荷量趨勢現(xiàn)狀

2010—2019年，從岳陽市污染物總磷負(fù)荷量的類型來看(表4)，畜禽養(yǎng)殖污染物總磷負(fù)荷量最高，占比基本在60%以上；農(nóng)村生活污染物負(fù)荷量次之，占比基本為15%以上；水田污染物總磷負(fù)荷量在300 t徘徊，但占比在增加；旱地與林地的污染物總磷負(fù)荷量都很低，后者最低，占比低于1%。

表4 2010—2019年岳陽市農(nóng)業(yè)面污染總磷負(fù)荷量及占比

2010—2019年，從岳陽市污染物總磷負(fù)荷量的增長速度來看，畜禽養(yǎng)殖與農(nóng)村生活污染物總磷負(fù)荷量逐年遞減，分別從2010年的1 904.65、473.04 t減少到2019年的1 275.84、376.75 t，減少了96.29 t，但前者占比從2010年的68.18%減少到2019年的59.88%，而后者占比先減少再增加，總體上是增加的，從2010年的16.93%增加到2019年的17.68%，增加了0.75%；旱地污染物總磷負(fù)荷量總體上呈現(xiàn)“減少-增加-減少-增加”波動趨勢；林地污染物總磷負(fù)荷量總體上呈現(xiàn)“減少-增加-減少”的波動趨勢；水田污染物總磷負(fù)荷量總體上呈現(xiàn)增加趨勢，從2010年的296.91 t增加到2019年的318.33 t，增加了21.42 t，其占比也從2010年的10.63%增加到2019年的14.94%，增加了4.31%。

2.3 岳陽市污染物總氮、總磷負(fù)荷量差異分析

2010—2019年，岳陽市污染物總氮負(fù)荷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過污染總磷負(fù)荷量，前者是后者的5倍以上(表5)，但兩者的總量變化趨勢比較一致，呈現(xiàn)出先增加再減少的趨勢，總氮從2010年的16 119.72 t增加到2013年的16 525.45 t，再減少到2019年的13 890.62 t；總磷負(fù)荷量從2010年的2 793.66 t增加到2014年的2 886.70 t，再減少到2019年的2 130.72 t；但兩者的占比變化不大，前者在85%徘徊，后者在15%徘徊。

表5 2010—2019年岳陽市農(nóng)業(yè)面污染總氮、總磷負(fù)荷量及占比

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1)2010—2019年，岳陽市產(chǎn)生總氮負(fù)荷量從2010年的16 119.72 t增加到2013年的16 525.45 t，再減少到2019年的13 890.62 t；總磷負(fù)荷量從2010年的2 793.66 t增加到2014年的2 886.70 t，再減少到2019年的2 130.72 t；但兩者的占比變化不大，前者在85%徘徊，后者在15%徘徊。

2)2010—2019年，岳陽市農(nóng)業(yè)面源的主要污染源為畜禽養(yǎng)殖，水田污染與農(nóng)村生活污染次之，旱地與林業(yè)排放污染最少，但需要注意的是水田的污染在逐年增加。因此農(nóng)業(yè)用地污染應(yīng)成為今后幾年的重點控制對象。

3.2 政策建議

1)科學(xué)種植與化肥農(nóng)藥減量化。岳陽市是湖南一個重點農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中過度使用化肥、無機肥、濫用農(nóng)藥導(dǎo)致湖水富營養(yǎng)化，也破壞土地資源。因此，對農(nóng)業(yè)面源污染的治理需從源頭上下功夫，在岳陽市農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)域，應(yīng)推廣科技新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高土地循環(huán)使用率，使用新型肥料，使用無害農(nóng)藥或精確噴施農(nóng)藥，進(jìn)行農(nóng)業(yè)的清潔生產(chǎn)。根據(jù)數(shù)據(jù)表明，科技新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能減少面源污染的排放，但是對農(nóng)作物產(chǎn)量并無明顯影響，并且能提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和經(jīng)濟價值?？梢M(jìn)第三方企業(yè)或政府扶持推動規(guī)模化生產(chǎn)，以推動科技新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2)機制創(chuàng)新與推動綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展。加強農(nóng)業(yè)面源污染防治要以綠色發(fā)展理念為指導(dǎo)，確保農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，滿足人民對健康生活的迫切愿景。根據(jù)本市各區(qū)域農(nóng)業(yè)環(huán)境推廣不同農(nóng)作物病蟲害綠色防控技術(shù)及提升農(nóng)作物生產(chǎn)工藝技術(shù)，大力發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)。政府可通過加強技術(shù)宣傳和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)技術(shù)骨干，帶動農(nóng)民科學(xué)應(yīng)用綠色防控技術(shù)和農(nóng)作物生產(chǎn)新生產(chǎn)工藝。同時加強農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化空間布局，形成特色農(nóng)業(yè)區(qū)域，建設(shè)集群效應(yīng)顯著的農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)集聚園區(qū)，推動產(chǎn)業(yè)布局日益完善，增加綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品供給，促進(jìn)人民增收，提高農(nóng)民生產(chǎn)積極性。

3)優(yōu)化養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)和模式。岳陽市畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生總氮、總磷污染僅次于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，尤其是岳陽縣、平江縣、汨羅市總磷負(fù)荷貢獻(xiàn)率較高。根據(jù)本市現(xiàn)狀應(yīng)合理規(guī)劃養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)和規(guī)模，推廣可循環(huán)無害養(yǎng)殖技術(shù)，以達(dá)到減少禽畜養(yǎng)殖產(chǎn)生污染的目的。比如實施池塘循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)示范工程，控制流域內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖對水體的影響，如學(xué)習(xí)應(yīng)用“豬-沼-果(谷、菜)-魚”的循環(huán)模式，既實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源以及養(yǎng)分的再利用，又減少了對農(nóng)村環(huán)境的污染[15]。在推廣無害養(yǎng)殖情況下，同時引進(jìn)第三方企業(yè)對養(yǎng)殖畜禽糞便進(jìn)行專業(yè)化處理，產(chǎn)生有機肥，即處理了畜禽糞便也提供了肥料，減少農(nóng)田化肥的使用，保護(hù)了農(nóng)村農(nóng)業(yè)環(huán)境。

4)建立農(nóng)業(yè)面源污染防控治理體系。岳陽市總氮、總磷污染排放量一直保持在一定比例，應(yīng)根據(jù)岳陽實際，因地制宜，研究適合本地農(nóng)業(yè)面源污染的防治技術(shù)，通過科學(xué)分析和理論實踐，確定防治技術(shù)實施應(yīng)用，并盡可能減少其他成本投入和資源浪費。建議根據(jù)實際情況，在防控上，重視農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測工作，在不同區(qū)域建立不同的數(shù)據(jù)采集中心，實時監(jiān)控當(dāng)?shù)丨h(huán)境變化，建立數(shù)據(jù)分析平臺，對采集中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時分析，并提出相應(yīng)的防控對策，防止農(nóng)業(yè)面源污染情況加重；在政策上，制定區(qū)域內(nèi)的獎罰政策，對有貢獻(xiàn)的企業(yè)及個人進(jìn)行獎勵，對有破壞的企業(yè)及個人進(jìn)行處罰；在防治上，充分發(fā)揮政府、企業(yè)、農(nóng)民合作社等組織作用，引入企業(yè)進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)，統(tǒng)一生產(chǎn)管理，統(tǒng)一采購農(nóng)資，形成片區(qū)特色農(nóng)業(yè)，推廣科學(xué)種植、科學(xué)養(yǎng)殖的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式，推進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)升級，推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品專業(yè)化、市場化、可持續(xù)化發(fā)展。