王秀紅，申建秀，2，張 偉

(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101;2.中國科學(xué)院研究生院，北京 100049;3.杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院，杭州 310036)

我國的耕地面積不斷減少，而人口的剛性增加和人民生活水平的不斷提高，對耕地單產(chǎn)的持續(xù)增加提出越來越高的要求;為此，對耕地的物資投入 (化肥、農(nóng)藥、地膜等)越來越多。增加農(nóng)業(yè)物資的投入為解決人們溫飽和增加農(nóng)業(yè)收入起了舉足輕重的作用，但過量的農(nóng)資投入會使土壤質(zhì)量下降，并通過地下水對環(huán)境造成越來越大的壓力。特別是在西部生態(tài)退耕地區(qū)，生態(tài)退耕的實施、建設(shè)用地增加、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和自然災(zāi)害等諸多因素的影響，使耕地面積的減少非常明顯;同時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民重要的生活和收入來源，為增加農(nóng)業(yè)收入，對耕地的物資投入增多尤為明顯。例如西部地區(qū)的農(nóng)膜使用量從1996年開始超過東部地區(qū)［1］。農(nóng)資投入的不斷增高，不僅帶來了耕地單產(chǎn)的不斷提高，同時也帶來了農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量的不斷上升。按我國每年生產(chǎn)約5億t糧食計算，秸稈產(chǎn)量約10億t，但約有2/3的秸稈被無謂焚燒或變成有機污染物［2］，這對大氣和地下水造成巨大危害。特別是西部地區(qū)，秸稈的處理更為粗放。如果為緩解生態(tài)退耕等對耕地數(shù)量減少所導(dǎo)致的農(nóng)作物總產(chǎn)量下降的影響，單純注重增加農(nóng)資投入提高耕地單產(chǎn)，而忽視種植業(yè)面源污染的防治，必將使西部地區(qū)植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險加大，生態(tài)退耕的作用將會被環(huán)境污染所抵消，西部地區(qū)可能會面臨生態(tài)退化和環(huán)境污染的雙重壓力，并對下游和下風(fēng)向的東部地區(qū)造成巨大威脅。該文擬以寧夏鹽池縣為例，利用能值分析探討1998～2008年間種植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險的變化特點，為控制生態(tài)退耕區(qū)的面源污染和可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鹽池縣位于寧夏回族自治區(qū)的東部，東鄰陜西定邊縣，南依甘肅環(huán)縣，北與內(nèi)蒙古鄂托克前旗接壤。地理位置處在北緯37°35'－38°10'，和東經(jīng)106°30'－107°39'之間，全縣南北長110km，東西寬66km，轄區(qū)面積8661km2。該縣處于鄂爾多斯臺地向黃土高原的過渡地帶，地勢南高北低，明顯分為黃土丘陵和鄂爾多斯緩坡丘陵兩大地貌單元，中北部有條帶狀或塊狀的沙地和鹽堿地。黃土丘陵區(qū)位于縣東南部，塬面破碎，溝壑縱橫，侵蝕嚴(yán)重，海拔高度為1 600～1 800m;鄂爾多斯緩坡丘陵區(qū)比例大，平均海拔1 400m，由于風(fēng)蝕嚴(yán)重，約75%的土地已沙漠化［3］。氣候的主要特點是干旱多風(fēng)，降水少，年平均降水量為220mm，多集中在7～9月，雨量的分布由南向北遞減。年蒸發(fā)量2 897mm，年均氣溫8.5℃。屬于半干旱區(qū)向干旱區(qū)過渡的地帶。鹽池縣水土流失、土地沙化與干旱非常嚴(yán)重，這不但制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展和生態(tài)改善，也對東部地區(qū)的生態(tài)與環(huán)境構(gòu)成較嚴(yán)重的威脅。因此，這里的生態(tài)退耕勢在必行。鹽池縣于2001年被列為生態(tài)退耕工程試點縣，2002年工程全面啟動。根據(jù)鹽池縣退耕還林情況匯報，截至2009年底，鹽池縣退耕地造林面積280km2，荒山造林812km2，封山育林33km2。生態(tài)退耕取得了明顯的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。首先，鹽池縣許多退化土地得到不同程度的治理，縣境內(nèi)3條沙帶得到有效治理，基本消除了明沙丘，初步實現(xiàn)了“人進(jìn)沙退”的歷史性逆轉(zhuǎn);其次，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由單一的糧、經(jīng)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整為糧、經(jīng)、飼結(jié)構(gòu)，快速增加了農(nóng)民收入;第三，鹽池縣退耕地280km2，使許多農(nóng)民從第一產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向第二、三產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)了城鎮(zhèn)化建設(shè)，改善了農(nóng)戶的生存環(huán)境。但是農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀的改善和糧食單產(chǎn)的提高，卻是在不斷增加的農(nóng)業(yè)物資投入條件下實現(xiàn)的;同時，秸稈的產(chǎn)量也大幅度提高，也對環(huán)境造成巨大壓力。由于種植業(yè)面源污染的隱蔽性、分散型、不易檢測性，其對當(dāng)?shù)睾椭苓叺貐^(qū)具有潛在的危害。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

該文計算了1998～2008年鹽池縣的種植業(yè)的面源污染潛在風(fēng)險的變化狀況。農(nóng)業(yè)投入數(shù)據(jù)來源于《鹽池縣“九五”國民經(jīng)濟統(tǒng)計資料匯編 (1998～2000)》、《鹽池縣“十五”統(tǒng)計年鑒 (2001～2005)》、《吳忠市2001～2009統(tǒng)計年鑒》、《寧夏2000～2009統(tǒng)計年鑒》。農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量和能量折算系數(shù)主要參考劉剛和沈鐳［4］及駱世明［5］等的研究結(jié)果，種植業(yè)化肥、農(nóng)藥、地膜、農(nóng)用柴油和秸稈能值轉(zhuǎn)換率參照 Odum，Brandt－Williams，藍(lán)盛芳，董孝斌［6～9］等人的研究結(jié)果。

2.2 研究方法

20世紀(jì)80年代，著名生態(tài)學(xué)家H.T.Odum在能量價值學(xué)說的基礎(chǔ)上提出了能值理論［9-10］，H.T Odum將其定義為:一種流動或貯存的能量中所包含的另一種類別能量的數(shù)量，稱為該能量的能值［11］。能值分析是以太陽能值 (Solar energy)為基準(zhǔn)，把生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中不同種類、不可比較的能量轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值，利用一系列能值綜合指標(biāo)，綜合分析系統(tǒng)中各種生態(tài)流的狀況，評價各類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征及其生態(tài)經(jīng)濟效益［12］。能值是一個新的科學(xué)概念和度量標(biāo)準(zhǔn)，盡管有些局限性，但其重視綜合性，提醒人們注意工業(yè)輔助能的潛在危害等，無不顯示能值分析在可持續(xù)發(fā)展研究中的重要地位。由于能值分析方法成功地為復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)研究開拓了一條新的綜合定量研究途徑，因而在生態(tài)系統(tǒng)分析、環(huán)境價值評估、生態(tài)經(jīng)濟效益評價，區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的政策制定等方面得到廣泛的應(yīng)用。本文擬利用能值分析綜合評價鹽池縣1998～2008年氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥、農(nóng)膜、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油、秸稈等的變化情況，以此反映種植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險的變化特點。

3 結(jié)果和討論

3.1 種植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險的總體趨勢

從能值分析可以看出，鹽池縣1998～2008年種植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險的總體狀況呈波動加劇趨勢(圖1)。根據(jù)上述總體趨勢，其變化基本可以分為:退耕前污染潛在風(fēng)險較低期 (1998～2000年)，退耕初期污染潛在風(fēng)險加劇期 (2001～2003年)，和退耕后期污染潛在風(fēng)險較高期 (2004～2008)。顯然退耕初期，人們?yōu)榫徑飧孛娣e的減少對種植業(yè)產(chǎn)出的影響，主要采取加大農(nóng)資投入的方式。從對種植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險的貢獻(xiàn)分析，化肥投入和農(nóng)作物秸稈所占比例占絕對優(yōu)勢。1998年化肥污染占近57%，秸稈污染占近43%;而2008年化肥污染占近45%，秸稈污染增加到近55%。單位面積化肥投入的增加和單位面積農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量的增加，已經(jīng)不單是種植業(yè)集約化程度提高的重要標(biāo)志，而且也是面源污染潛在風(fēng)險增加的顯著標(biāo)志。

圖1反映出農(nóng)作物秸稈污染潛在風(fēng)險的走勢，這種走勢基本左右著總污染潛在風(fēng)險的變化特點。在研究時段內(nèi)，單位面積總能值的最高值出現(xiàn)在2003年，但單位面積秸稈能值的最高值時2008年?？梢?，在人們在想方設(shè)法提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時，秸稈的合理化處已經(jīng)成為西北生態(tài)退耕區(qū)重要的環(huán)境保護問題?？總鹘y(tǒng)方式燃燒秸稈而解決家庭能源和處理秸稈的現(xiàn)象，已經(jīng)是必需被取代的陋俗。

3.2 化肥投入總體趨勢

從化肥投入結(jié)構(gòu)的能值分析來看，氮肥的比例占絕對優(yōu)勢，磷肥和復(fù)合肥的比例較低，鉀肥所占的比例最低。從能值變化趨勢分析，氮肥和復(fù)合肥的變化趨勢基本類似于總能值的變化趨勢，大致可分為退耕前污染潛在風(fēng)險較低期 (1998～2000年)，退耕初期污染潛在風(fēng)險加劇期 (2001～2003年)，和退耕后期污染潛在風(fēng)險較高期 (2004～2008)。磷肥的施用量基本呈平穩(wěn)增加趨勢，2008年有所降低。而鉀肥施用盡管所占比例最小，但增長速度最快，2006年施用量是1998年的115倍，2008年則是1998年的460倍 (圖2)。氮肥和磷肥的作用被大眾所熟悉，過度施用氮肥和磷肥的危害已受到廣泛關(guān)注。鉀肥施用可以提高作物抗逆性，如抗旱、抗寒、抗倒伏、抗病蟲害侵襲的能力，但過量施用鉀肥同樣會造成土壤及水體污染環(huán)境污染。

圖1 鹽池縣秸稈和種植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險總能值變化 (1998～2008)

顯而易見，主要靠增加化肥投入而增加種植業(yè)的產(chǎn)量和收入，已經(jīng)不是西部生態(tài)退耕區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向;而限制化肥投入，提高化肥利用率，不斷增加有機肥的使用量，走生態(tài)農(nóng)業(yè)和有機農(nóng)業(yè)的路子，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的根本出路。

3.3 其它農(nóng)資投入總體趨勢

農(nóng)膜、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油等其它農(nóng)資投入的能值占總能值的比例很小，但其變化趨勢告示人們其危害也不容忽視。如圖3所示，農(nóng)膜投入呈波動上升趨勢，也大致可分為退耕前污染潛在風(fēng)險較低期 (1998～2000年)，退耕初期污染潛在風(fēng)險先增后減期 (2001～2003年)，和退耕后期污染潛在風(fēng)險加劇期 (2004～2008)。農(nóng)膜在改善退耕區(qū)農(nóng)作物的溫度和水分條件、提高農(nóng)作物產(chǎn)量方面的作用顯而易見，但其白色污染的副作用顯然沒有被高度重視。農(nóng)膜雖然給人們帶來短期的經(jīng)濟效益，但其對當(dāng)?shù)睾椭苓叺貐^(qū)的生態(tài)和環(huán)境的危害是長期的。農(nóng)藥投入除退耕初期略有增長外，總體坐走向基本呈波動下降趨勢。由此可見，在本研究時段內(nèi)農(nóng)作物的病蟲害較小或人們已經(jīng)意識到過度使用農(nóng)藥的危害。農(nóng)用柴油投入的比例很小，但其增長速度驚人。農(nóng)用柴油使用的大幅度提高，說明鹽池縣農(nóng)業(yè)機械化程度在大幅度提高，其解放勞動力的作用較大，但其對大氣、水體和土壤環(huán)境的污染也被低估了。

可見，盡管農(nóng)膜、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油的能值投入相對較低，但在經(jīng)濟利益的驅(qū)動下，它們投入的增長空間較大，其危害往往被低估而逐漸增大。限制農(nóng)膜、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油等其它農(nóng)資投入量，提高它們的質(zhì)量，不斷檢測其潛在危害，是當(dāng)務(wù)之急。

4 結(jié)語

西部地區(qū)嚴(yán)重的生態(tài)退化使生態(tài)退耕勢在必行;然而，生態(tài)退耕等使西部地區(qū)的耕地面積逐漸減少。單純靠增加農(nóng)資投入提高耕地單產(chǎn)，維持和提高農(nóng)作物總產(chǎn)量，以緩解生態(tài)退耕等對耕地數(shù)量減少的影響，必然使種植業(yè)面源污染的潛在風(fēng)險加重。其發(fā)展的趨勢是生態(tài)退耕的作用將會被環(huán)境污染所抵消，同時使生態(tài)退耕區(qū)面臨生態(tài)退化和環(huán)境污染的雙重壓力，并對東部地區(qū)造成巨大威脅。從案例區(qū)寧夏鹽池縣1998～2008年期間的種植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險的變化特征的能值分析來看，面源污染潛在風(fēng)險總體趨勢可以分為:退耕前污染潛在風(fēng)險較低期 (1998～2000年)，退耕初期污染潛在風(fēng)險加劇期 (2001～2003年)，和退耕后期污染潛在風(fēng)險較高期(2004～2008年)。從對種植業(yè)面源污染潛在風(fēng)險的貢獻(xiàn)分析，化肥投入和農(nóng)作物秸稈所占比例占絕對優(yōu)勢。從各項農(nóng)資投入的能值所占比例的變化來看，農(nóng)藥的使用量有總體下降的趨勢;農(nóng)膜、鉀肥和農(nóng)用柴油所占比例很小，但增長幅度比較大，這些農(nóng)資投入所引起的環(huán)境污染潛在風(fēng)險應(yīng)引起較大的關(guān)注。西部生態(tài)退耕區(qū)的農(nóng)資投入應(yīng)征收統(tǒng)一稅率的農(nóng)資稅［13］以限制其數(shù)量，并不斷提高其質(zhì)量和利用率，檢測其危害。西部生態(tài)退耕區(qū)應(yīng)當(dāng)在食物安全、生態(tài)安全與環(huán)境安全中尋找平衡點［14］，種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展應(yīng)該注重生態(tài)農(nóng)業(yè)和有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

［1］高懷友，趙玉杰，鄭向群，等．西部地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀與對策研究．中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2003，11(3):184～186

［2］陳火君．我國農(nóng)業(yè)面源污染的成因與對策．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，(9):205～207

［3］姜玲．寧夏鹽池縣生態(tài)環(huán)境的治理與保護對策．寧夏工程技術(shù)，2006，5(2)206～208

［4］劉剛，沈鐳．中國生物質(zhì)能源的定量評價及其地理分布．自然資源學(xué)報，2007，22(1):9～19

［5］駱世明，彭少麟．農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分析．廣州:廣東科技出版社，1996

［6］ODUM H，Environmental accounting:Emergy and environmental decision making:John Wiley＆ Sons Inc，1996

［7］BRANDT －WILLIAMS S．Handbook of emergy evaluation．A compendium of data for emergy computation issued in a series of folios．Folio#4．Emergy of florida agriculture．Center for Environmental Policy．Univeristy of Florida，Gainesville，F(xiàn)lorida，USA，2002

［8］藍(lán)盛芳，陸宏芳，欽佩．生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002

［9］董孝斌，高旺盛，嚴(yán)茂超．黃土高原典型流域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的能值分析——以安塞縣紙坊溝流域為例．地理學(xué)報，2004，59(002):223～229

［10］ODUM H．Self－organization，transformity，and information．Science，1988，242(4882):1132

［11］ODUM H．Enmergy in ecosystems．Ecosystem theory and application，1986:337～369

［12］張新煥，楊德剛，劉云同．基于能值的綠洲種植業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)性及敏感性評價——以新疆渭干河流域為例．生態(tài)學(xué)報，2009，29(011):6068～6076

［13］李海鵬，張俊飚．中國農(nóng)業(yè)面源污染的區(qū)域分異研究．中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30(2):8～12

［14］程磊磊，尹昌斌，魯明中，等．國外農(nóng)業(yè)面源污染控制政策的研究進(jìn)展及啟示．中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2010，31(3):76～80