農(nóng)田面源污染情況調(diào)查分析

時圣民

(山東省單縣時樓鎮(zhèn)人民政府，山東 單縣 274000)

0 引 言

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，降雨徑流、農(nóng)田排水及滲漏流入易攜帶富余營養(yǎng)物質(zhì)如氮磷，污染物質(zhì)如殘留農(nóng)藥，造成水體污染，此種污染稱為農(nóng)業(yè)面源污染[1]。其主要來源包括家畜家禽排泄、生活污水、化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜、作物秸稈等。來源多樣且隨機(jī)，時空波動大、觀測滯后性，因此很難觀察監(jiān)管[2]。目前農(nóng)業(yè)面源污染是造成淡水水體污染的重要原因，已成為當(dāng)今全世界共同關(guān)注的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境問題[3]。

文章調(diào)研以本地淡水湖河流域，覆蓋面積超過100km2。新世紀(jì)以來，該淡水湖和主要河流水體污染嚴(yán)重，水質(zhì)惡化，常年維持在劣Ⅴ類水平，并且據(jù)觀測近年來總氮、總磷指標(biāo)呈小范圍波動上升[4]。相關(guān)學(xué)者指出，主要來源于農(nóng)業(yè)化肥流失。 此外，流域內(nèi)幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的食品安全及飲水安全以及總體生態(tài)平衡深受農(nóng)田面源污染影響。

因此文章對21世紀(jì)前15年該淡水湖和主要河流流域內(nèi)相關(guān)資料進(jìn)行收集分析，對影響水質(zhì)的各因素逐一研究分析，試圖探尋造成流域農(nóng)田面源污染現(xiàn)狀及其原因，并走訪流域內(nèi)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，且對調(diào)查農(nóng)田灌溉用水現(xiàn)狀和污染狀況，旨在為流域治理和水資源分質(zhì)、分行業(yè)性細(xì)化配置提供技術(shù)支撐。

1 調(diào)查材料與研究方法

1.1 調(diào)查對象和內(nèi)容

文章共有兩部分調(diào)查內(nèi)容，具體如下：

1.2 相關(guān)性分析

文章首先將參考水質(zhì)監(jiān)測資料對水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評價，并利用普通分析法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法篩選影響水質(zhì)變化的因素。首先是普通相關(guān)分析法，常用于進(jìn)行變量的初步篩選，但該方法只考慮了兩個變量之間的相關(guān)性，而忽視其他相關(guān)變量的影響，因此還要利用其他方法如灰色關(guān)聯(lián)度方法進(jìn)行補(bǔ)充分析[5]?；疑P(guān)聯(lián)度分析法屬于多因素關(guān)聯(lián)分析，主要進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度排序來篩選對系統(tǒng)影響最大的因子，從而進(jìn)行重要性分析[6]。文章的研究對象流域水質(zhì)的主要污染物為總磷、總氮和氨氮，其貢獻(xiàn)率分別為70%、17%和4%，氨氮對系統(tǒng)貢獻(xiàn)率較低，因此文章后續(xù)將忽視氨氮因素影響[7]。

2 結(jié)果及分析

2.1 水質(zhì)及各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化趨勢

2.1.1 水質(zhì)變化趨勢分析

新世紀(jì)以來，該湖和主要河流流域內(nèi)水體污染嚴(yán)重，水質(zhì)惡化，常年維持在劣Ⅴ類水平。從圖1中可發(fā)現(xiàn)3項水質(zhì)指標(biāo)在此段時間波動較大且均呈上升趨勢，2006年以來水質(zhì)富營養(yǎng)化日漸嚴(yán)重，2014年已進(jìn)入重度富營養(yǎng)狀態(tài)，總氮8.8 mg/L，總磷含量0.64mg/L，氨氮濃度2.0 mg/L，分別是 2001 年的 2.25 倍、 4.91倍、2.62倍。另外，總氮濃度超出地表水Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的4倍有余，總磷濃度為標(biāo)準(zhǔn)的1.61倍，均為嚴(yán)重超標(biāo)狀態(tài)。

圖1 2001-2014湖水總氮、總磷、氨氮濃度變

2.1.2 主要農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化

圖2為流域主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化趨勢.觀察圖(a)發(fā)現(xiàn)2001- 2014 年人口增長8%倍，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值增長290%，說明在人口增速較慢的情況下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力的快速提高，同時農(nóng)業(yè)耕作活動的需求提升，增加了農(nóng)田面源污染排放。圖(b)顯示1994-2014 年農(nóng)田耕作面積增長33%；蔬菜產(chǎn)量明顯增加；糧食作物產(chǎn)量減少，蔬菜種植面積占比提高，側(cè)面反映了蔬菜作物經(jīng)濟(jì)效益較高。蔬菜種植需要大量農(nóng)田水肥藥和薄膜，是導(dǎo)致農(nóng)田面源污染加劇的關(guān)鍵性因素。圖(c)可見農(nóng)田面積增長速率遠(yuǎn)小于施肥總量的增長速率，可以解釋為單位面積農(nóng)田施肥量。圖(d)中2013-2014年單位面積農(nóng)膜使用量、農(nóng)藥使用量均大幅增加。增長原因分析可能為蔬菜種植面積占比不斷上升以及復(fù)種過多。

(a)總?cè)丝诤娃r(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值變化 (b)農(nóng)田耕作面積和作物產(chǎn)量變化

2.1.3 水質(zhì)與其影響因素相關(guān)分析

基于相關(guān)年鑒資料和水質(zhì)資料，得到如表1所示的相關(guān)系數(shù)表。綜合兩種分析法可見，糧食作物產(chǎn)量的影響最小，農(nóng)田面積、蔬菜產(chǎn)量影響較大，其余因素影響稍弱。

表2 水質(zhì)指標(biāo)與其影響因素相關(guān)系數(shù)

2.2 調(diào)查資料分析

2.2.1 流域內(nèi)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)統(tǒng)計

流域作物種植結(jié)構(gòu)見圖3，莖葉類蔬菜約占 87%，可見流域內(nèi)為主要作物，平均復(fù)種指數(shù)為3.6， 而中國一般灌區(qū)復(fù)種指數(shù)為1.5～1.8 。

2.2.2 灌溉用水情況

農(nóng)業(yè)灌溉用水情況匯總見表2。從年平均用水看用水量差距較大，表中數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)?shù)毓喔扔盟赡軟]有統(tǒng)一調(diào)配，且相關(guān)單位管理手段缺失，造成灌溉用水差距較大，易造成浪費(fèi)水資源的現(xiàn)象。不同取水與灌溉方法對比表明，澆灌用水量最小，噴灌次之，漫灌用水量最多。

表2 灌溉用水情況調(diào)查統(tǒng)計

圖3 流域農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)

2.2.3 肥料及農(nóng)藥使用情況

樣本施肥總量調(diào)查如圖 4(a)，樣本的年均用肥量約6300.00 kg/m2。流域內(nèi)施肥總量大，單茬作物用肥量也明顯高于全國平均水平，因此必須減少高需肥作物的種植比例并壓減復(fù)種指數(shù)才能降低流域內(nèi)總體施肥量。

表3 作物單茬施肥量統(tǒng)計

(a)肥料使用情況 (b)農(nóng)藥使用情況

2.2.4 農(nóng)藥使用情況

圖 4(b)可見，調(diào)查樣本的施藥差距較大，主要可能原因為不同農(nóng)戶栽種作物不同，受蟲害的影響程度不一。同時，多茬種植顯然使農(nóng)戶年用藥量變多，因此為減少農(nóng)藥用量必須減少復(fù)種茬數(shù)。

2.2.5 農(nóng)田廢棄物處理方式分析

薄膜使用量及處理方式見表4、5，可見蔬菜對薄膜需求量較大且，大多農(nóng)戶直接焚燒；對于作物殘余，大多農(nóng)戶選擇堆積田間處理，會受雨水沖刷而流失，最終污染流域。

表4 薄膜處理方式統(tǒng)計

表5 薄膜使用量統(tǒng)計

4 結(jié) 論

文章綜合采用普通相關(guān)分析法和灰色相關(guān)度分析法，基于水質(zhì)變化趨勢，篩選出影響流域水質(zhì)的各因素。同時對流域內(nèi)農(nóng)作物種植、灌溉用水、肥料使用、廢棄物處理情況等進(jìn)行綜合分析，提出如下流域內(nèi)農(nóng)業(yè)節(jié)水減排措施：

1)糧食作物產(chǎn)量的影響最小，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值、塑料薄膜使用量、鉀肥折純量等因素影響稍弱，而農(nóng)田面積、蔬菜產(chǎn)量影響較大。

2)流域農(nóng)作物中莖葉類蔬菜占絕對優(yōu)勢且復(fù)種指數(shù)明顯偏大。不同灌溉方式并存，用水差距較大，年均用水量、 肥料使用量、農(nóng)藥使用量和薄膜使用量高于平均水平較多，農(nóng)田廢棄物處理以堆積、焚燒為主。