陸尤尤，胡清宇，段華平，卞新民,

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，a.資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，b.農(nóng)學(xué)院，江蘇南京210095）

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水環(huán)境污染問題已成為全球性環(huán)境問題之一。在城市和工業(yè)點(diǎn)源污染得到有效控制的同時(shí)，農(nóng)業(yè)面源污染的嚴(yán)重性逐漸顯現(xiàn)[1]。農(nóng)業(yè)面源污染不僅直接導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)失衡，而且影響人類日常生產(chǎn)和生活，具有多源性、隨機(jī)性、排放不確定性、時(shí)空差異性等特點(diǎn)。農(nóng)業(yè)面源污染源解析、影響因子確定、空間分布特征已成為國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。

“壓力-響應(yīng)”模型是由聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作開發(fā)組織和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署共同提出的環(huán)境概念模型?！皦毫Α敝笜?biāo)反映人類活動(dòng)給環(huán)境造成的負(fù)荷；“響應(yīng)”指標(biāo)表征環(huán)境質(zhì)量、自然資源與生態(tài)系統(tǒng)的狀況。農(nóng)業(yè)面源污染的排放量與排放系數(shù)可視為“壓力”，由面源污染排放引起的水質(zhì)變化可視為“響應(yīng)”[2]。國(guó)內(nèi)外已開始采用數(shù)學(xué)模型法[3-9]、平均濃度法[10]、水質(zhì)水量相關(guān)法[11]、綜合調(diào)查法[12]、單元調(diào)查法[13]和清單法[14]等對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行源解析的研究，但研究角度多著眼于農(nóng)業(yè)面源污染的源解析，而在農(nóng)業(yè)面源污染造成的水質(zhì)的危害后果及程度研究方面較少[15]，且沒有從省域范圍對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的嚴(yán)重程度進(jìn)行歸類和評(píng)價(jià)，難以制定有針對(duì)性的農(nóng)業(yè)面源污染防治對(duì)策與措施。

本文基于農(nóng)業(yè)面源污染的“壓力-響應(yīng)”機(jī)制，采用清單分析方法，在市級(jí)尺度上核算了江蘇省13個(gè)地級(jí)市種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)村生活三方面對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染化學(xué)需氧量（COD）、全氮（TN）、全磷（TP）的排放負(fù)荷及其貢獻(xiàn)，確定了農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物、主要污染源、主要影響因子、主要污染區(qū)域及農(nóng)業(yè)面源污染空間特征。從而為江蘇省制定農(nóng)業(yè)面源污染防治措施、環(huán)境保護(hù)政策和管理策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 信息采集

按照江蘇省2010年行政區(qū)劃，以13個(gè)地級(jí)市為單元，逐類收集各項(xiàng)農(nóng)事及人居活動(dòng)涉及的原始數(shù)據(jù)及計(jì)算過程中涉及的各類參數(shù)。

1.1.1 原始信息采集 各項(xiàng)農(nóng)事及人居活動(dòng)涉及的原始數(shù)據(jù)（表1）來源于《江蘇省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒（2011）》。各市地表水資源總量數(shù)據(jù)來源于《江蘇省水資源公報(bào)》。

表1 研究區(qū)域分區(qū)及概況(2010)

1.1.2 計(jì)算參數(shù)采集 各類參數(shù)結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)分析和江蘇省典型區(qū)域調(diào)研確定。氮肥、磷肥的流失系數(shù)取平均水平，分別為0.11和0.06[16]；秸稈產(chǎn)出系數(shù)參考農(nóng)業(yè)污染源普查技術(shù)資料，秸稈綜合利用率和流失系數(shù)由江蘇省作物秸稈綜合利用情況專項(xiàng)調(diào)查分別取70%和0.04，秸稈養(yǎng)分含量參考相關(guān)文獻(xiàn)[17-19]；畜禽排泄系數(shù)和流失系數(shù)來源于江蘇省畜禽養(yǎng)殖與排污現(xiàn)狀專項(xiàng)調(diào)查[16]；水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物流失系數(shù)結(jié)合江蘇省內(nèi)陸水產(chǎn)養(yǎng)殖調(diào)查和相關(guān)文獻(xiàn)資料[20-23]；農(nóng)村生活污染相關(guān)系數(shù)來源于《生活源產(chǎn)排污系數(shù)及使用說明（2010）》。

1.2 壓力指標(biāo)核算

1.2.1 農(nóng)業(yè)面源污染絕對(duì)實(shí)物排放量 根據(jù)江蘇省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的特點(diǎn)，將農(nóng)業(yè)面源污染主要來源分為種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活三方面。

種植業(yè)污染物排放主要來自化肥施用和秸稈遺棄污染。以氮肥、磷肥的折純量計(jì)算TN、TP的排放量，不考慮化肥的COD排放量。

化肥施用污染物排放量=化肥施用量（折純量）×化肥流失系數(shù)；

秸稈遺棄污染物排放量=作物產(chǎn)量×秸稈產(chǎn)出系數(shù)×（1-秸稈綜合利用率）×秸稈養(yǎng)分含量×流失系數(shù)。

養(yǎng)殖業(yè)污染物排放主要來自畜禽養(yǎng)殖污染和水產(chǎn)養(yǎng)殖污染。

畜禽養(yǎng)殖污染物排放量=畜禽養(yǎng)殖量×畜禽排泄系數(shù)×流失系數(shù)；

水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物排放量=水產(chǎn)品產(chǎn)量×流失系數(shù)；

農(nóng)村生活污染物排放主要來自生活垃圾、生活污水和人糞尿污染物排放。

生活垃圾污染物排放量=農(nóng)業(yè)人口×人均垃圾產(chǎn)生系數(shù)×產(chǎn)污系數(shù)×流失系數(shù)；

生活污水和人糞尿污染排放量=農(nóng)業(yè)人口×產(chǎn)污系數(shù)×流失系數(shù)。

1.2.2 農(nóng)業(yè)面源污染絕對(duì)等標(biāo)排放量 統(tǒng)一按照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)濃度值（COD:20mg/L、TN:1.0mg/L、TP:0.2mg/L），計(jì)算各項(xiàng)活動(dòng)中 TN、TP、COD 的絕對(duì)等標(biāo)排放量。

某污染物絕對(duì)等標(biāo)排放量=該污染物絕對(duì)實(shí)物排放量/標(biāo)準(zhǔn)濃度。

1.2.3 農(nóng)業(yè)面源污染國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù) 基于各市國(guó)土面積計(jì)算相應(yīng)的國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù)。國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù)=絕對(duì)等標(biāo)排放量/國(guó)土面積。

1.3 響應(yīng)指標(biāo)核算

1.3.1 農(nóng)業(yè)面源污染造成的水質(zhì)濃度 某污染物水質(zhì)濃度=該污染物絕對(duì)實(shí)物排放量/該市地表水資源總量。

1.3.2 農(nóng)業(yè)面源污染造成的水質(zhì)指數(shù) 單項(xiàng)水質(zhì)指數(shù)=污染物排放濃度/環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn))；

綜合水質(zhì)指數(shù)采用內(nèi)梅羅（Nemerow）法計(jì)算：

P={[（Ci/Si）2max+（Ci/Si）2ave]/2}1/2

式中，P為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)，（Ci/Si）max為單項(xiàng)水質(zhì)指數(shù)的最大值，（Ci/Si）ave為水質(zhì)指數(shù)的平均值。具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 內(nèi)梅羅綜合水質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染壓力分析

2.1.1 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染絕對(duì)實(shí)物排放量 通過計(jì)算江蘇省各市不同農(nóng)業(yè)面源污染來源的污染物排放量，匯總得到2010年江蘇省化肥施用、秸稈遺棄、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、生活垃圾、生活污水、人糞尿7個(gè)污染源累積排放的絕對(duì)實(shí)物排放量，其中 COD為 155.23×104t，TN為 62.34×104t，TP 為9.05×104t(表3)。從各市的排放貢獻(xiàn)來看，地處蘇北的鹽城、連云港、徐州、淮安等市的排放量明顯高于地處蘇南的無錫、常州、南京、蘇州等市，其中鹽城的農(nóng)業(yè)面源污染絕對(duì)實(shí)物排放量最高。與工業(yè)污染和城市生活污染相比，農(nóng)業(yè)面源污染已成為江蘇省農(nóng)村水環(huán)境污染不容忽視的重要來源。

2.1.2 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染絕對(duì)等標(biāo)排放量 由于各污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境危害不同，為此分別計(jì)算各污染物和污染源的絕對(duì)等標(biāo)排放量，以便在同一尺度上進(jìn)行分析比較 (表4)。2010年江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染的絕對(duì)等標(biāo)排放總量為115.33×104t/a，其中COD為7.76×104t/a，TN為62.34×104t/a，TP 為 45.23×104t/a，TN排放最多，其次為 TP，COD最低。7個(gè)污染源的絕對(duì)等標(biāo)排放量分別為化肥施用33.57×104t/a、秸稈遺棄 9.16×104t/a、畜禽養(yǎng)殖 33.17×104t/a、水產(chǎn)養(yǎng)殖16.68×104t/a、生活垃圾0.0045×104t/a、生活污水4.35×104t/a、人糞尿18.40×104t/a，化肥施用排放最多，其次為畜禽養(yǎng)殖、人糞尿和水產(chǎn)養(yǎng)殖。

表3 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染絕對(duì)實(shí)物排放量

2.2 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染響應(yīng)分析

作為對(duì)壓力指標(biāo)的響應(yīng)，污染物賦存濃度和水質(zhì)指數(shù)實(shí)際上表征的是農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)顯露出來的污染態(tài)勢(shì)[2]。2010年江蘇省各市農(nóng)業(yè)面源污染造成的COD、TN和TP的平均濃度分別為6.25 mg/L、2.53 mg/L和0.36 mg/L（表5），TN、TP的平均濃度均超過地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，所有污染物濃度地區(qū)差異均顯示蘇北＞蘇中＞蘇南，COD、TN的排放濃度最小值出現(xiàn)在無錫,TP的排放濃度最小值出現(xiàn)在鎮(zhèn)江；COD、TN、TP的排放濃度最大值均出現(xiàn)在宿遷（表5）。這表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)面源污染越嚴(yán)重。

表4 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染物和污染源的等標(biāo)排放量

表5 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染水質(zhì)濃度與水質(zhì)指數(shù)

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合水質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2），2010年江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染造成的綜合水質(zhì)指數(shù)均值為2.10，達(dá)到中度污染水平。全省13個(gè)市中，處于安全狀態(tài)的有無錫、常州、蘇州、鎮(zhèn)江，水質(zhì)綜合指數(shù)分別為 0.53、0.63、0.60、0.55；處于警戒狀態(tài)的有南京，水質(zhì)綜合指數(shù)為0.72；處于輕度污染狀態(tài)的有南通、揚(yáng)州，水質(zhì)綜合指數(shù)分別為1.31、1.73；處于中度污染狀態(tài)的有淮安、鹽城、泰州，水質(zhì)綜合指數(shù)分別為2.61、2.49、2.24；處于嚴(yán)重污染狀態(tài)的徐州、連云港、宿遷，水質(zhì)綜合指數(shù)分別為 4.87、3.07、5.98（表 5）。

2.3 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染主要污染物和污染源的確定

采用等標(biāo)污染負(fù)荷與等標(biāo)污染負(fù)荷比的方法，即按照區(qū)域內(nèi)污染物或污染源的等標(biāo)污染負(fù)荷比來確定主要污染物和主要污染源。按照各污染物或污染源的等標(biāo)污染負(fù)荷從大到小順序排序，分別計(jì)算累計(jì)百分比，累計(jì)百分比大于80%左右的污染物或污染源列為主要污染物或污染源[24]。2010年江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物依次是TN、TP，其等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為54.71%、38.86%；主要污染源依次是化肥施用、畜禽養(yǎng)殖、人糞尿、水產(chǎn)養(yǎng)殖，其等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為30.75%、24.94%、16.85%、15.28%（表 6）。

2.4 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染主要影響因子的確定

采用相關(guān)分析方法，分析了江蘇省13個(gè)市的絕對(duì)實(shí)物排放量與國(guó)土面積、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)人口的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果顯示它們之間均達(dá)到了極顯著水平(p＜0.01)，說明各市的農(nóng)業(yè)面源污染絕對(duì)實(shí)物排放量與其國(guó)土面積、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值及農(nóng)村人口的分布相吻合。各污染物與國(guó)土面積、農(nóng)村人口、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的相關(guān)性表現(xiàn)為，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值＞農(nóng)村人口＞國(guó)土面積（表7）。

表6 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)負(fù)荷比

表7 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染與國(guó)土面積、農(nóng)村人口和農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的相關(guān)性

對(duì)絕對(duì)實(shí)物排放量(y)與國(guó)土面積(x1)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值(x2)、農(nóng)業(yè)人口(x3)進(jìn)行線性回歸擬合，方程如下：

YCOD=-3.32813+0.00039X1+0.03768X2+0.01518X3

r2=0.9632**

YTN=-1.79083+0.00006X1+0.02676X2+0.00410X3

r2=0.9726**

YTP=-0.26582+0.00001X1+0.00346X2+0.00072X3

r2=0.9773**

標(biāo)準(zhǔn)回歸分析發(fā)現(xiàn)，各種污染物排放量均受到農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的強(qiáng)烈影響，而國(guó)土面積、農(nóng)村人口的影響則可忽略不計(jì)。說明COD、TN、TP排放主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，污染源與污染物的關(guān)系分析也顯示在COD、TN、TP的排放構(gòu)成中，位于首位的是生產(chǎn)性污染(表8)。

表8 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染源與污染物的關(guān)系

2.5 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染空間特征分析

等標(biāo)排放量可在同一尺度上比較，但仍受國(guó)土面積、農(nóng)村人口、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值制約的“總量”，為此進(jìn)一步計(jì)算國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù)，便于進(jìn)行地區(qū)間環(huán)境質(zhì)量比較。結(jié)果顯示江蘇省國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù)的最大值和最小值分別出現(xiàn)在徐州和蘇州，分別為17.55t/km2和6.32 t/km2（表9）。

為進(jìn)一步分析江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染的空間分布特征,用國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù)表征農(nóng)業(yè)面源污染的壓力態(tài)勢(shì),用綜合水質(zhì)指數(shù)表征農(nóng)業(yè)面源污染的響應(yīng)態(tài)勢(shì),分別對(duì)表9和表5采用離差平方和的聚類分析，劃分主要污染壓力區(qū)域和主要污染響應(yīng)區(qū)域（圖1、表10）,得出“壓力-響應(yīng)”嚴(yán)重污染型區(qū)域：徐州、連云港、宿遷,分布在蘇北的農(nóng)業(yè)高產(chǎn)區(qū)；“壓力-響應(yīng)”重度污染型區(qū)域：淮安、鹽城、泰州；“壓力-響應(yīng)”中度污染型區(qū)域：南通、揚(yáng)州；“壓力-響應(yīng)”輕度污染型區(qū)域：蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江，分布在城市化率較高且農(nóng)業(yè)比重較低的蘇南地區(qū)。

表9 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù)（單位：t/km2）

圖1 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染的空間聚類分析

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染主要污染物為TN、TP,主要污染源為化肥施用、畜禽養(yǎng)殖、人糞尿和水產(chǎn)養(yǎng)殖,說明江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染屬于生產(chǎn)生活復(fù)合型污染，因此農(nóng)業(yè)面源污染的防治重點(diǎn)在于普及測(cè)土配方施肥技術(shù)、發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)、推廣糞污綜合處理工藝，同時(shí)推進(jìn)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施建設(shè)，加快清潔工程示范村創(chuàng)建。

表10 江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染的聚類分析

為比較江蘇省不同地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的嚴(yán)重程度,本文分別對(duì)國(guó)土等標(biāo)排放系數(shù)表征的“壓力”和綜合水質(zhì)指數(shù)表征的“響應(yīng)”進(jìn)行聚類分析，綜合“壓力”和“響應(yīng)”兩方面的聚類結(jié)果得出農(nóng)業(yè)面源污染的空間分布特征，從而為江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染的分級(jí)、分類和分區(qū)治理提供科學(xué)依據(jù)。

本文在核算江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染排放時(shí)，污染源只考慮化肥施用、秸稈遺棄、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、生活垃圾和生活污水，其中作物秸稈只考慮江蘇省種植比重較大的作物；污染物只考慮COD、TN、TP；相關(guān)參數(shù)多結(jié)合參考文獻(xiàn)和抽樣調(diào)查得到，而缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；由于缺少江蘇省農(nóng)村水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，未能將農(nóng)業(yè)面源污染排放與農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行量化分析，而僅停留在定性比較上。在今后的研究中，應(yīng)從全面污染源和污染物、驗(yàn)證計(jì)算參數(shù)、聯(lián)系農(nóng)業(yè)面源排污與農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀等角度，更加深入的研究江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染與農(nóng)村水環(huán)境之間的關(guān)系。

3.2 結(jié)論

從排放總量看，江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染COD、TN、TP的排放量達(dá)較高水平，相比于工業(yè)污染和生活污染，農(nóng)業(yè)面源污染成為江蘇省農(nóng)村水環(huán)境污染的重要來源。

從排放濃度看，所有污染物濃度地區(qū)差異均顯示蘇北＞蘇中＞蘇南；綜合水質(zhì)指數(shù)顯示江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染達(dá)中度污染水平，其中徐州、連云港、宿遷水質(zhì)處于嚴(yán)重污染狀態(tài)，表明區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)面源污染越嚴(yán)重

農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物依次是TN、TP，主要污染源依次是化肥施用、畜禽養(yǎng)殖、人糞尿、水產(chǎn)養(yǎng)殖，主要影響因子是農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值，表明減輕農(nóng)業(yè)面源污染的關(guān)鍵在于建立高效與生態(tài)并重的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系。

聚類分析顯示壓力-響應(yīng)嚴(yán)重污染型區(qū)域：徐州、連云港、宿遷；壓力-響應(yīng)重度污染型區(qū)域：淮安、鹽城、泰州；壓力-響應(yīng)中度污染型區(qū)域：南通、揚(yáng)州；均分布在農(nóng)業(yè)比重較高的蘇北和蘇中地區(qū)。因此，防治農(nóng)業(yè)面源污染的工作需要分區(qū)有序進(jìn)行，既要預(yù)防污染“壓力”，又要治理污染“響應(yīng)”。只有堅(jiān)持標(biāo)本兼治，才能改變農(nóng)業(yè)面源污染日益惡化的現(xiàn)狀。

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