王蘭蕙+夏穎+范先鵬+黃敏+張富林+劉冬碧+熊桂云+楊利
摘要:采用綜合調(diào)查法對湖北省17個市(州)2007年農(nóng)業(yè)面源污染情況進(jìn)行調(diào)查,并采用等標(biāo)污染負(fù)荷法進(jìn)行評價與源解析。結(jié)果表明,湖北省種植業(yè)氮、磷合計用量為2 703 795.7 t(折純),其中肥料氮施用量為1 932 024.6 t(折純,N),肥料磷合計771 771.1 t(折純,P2O5),總氮和總磷的流失總量為76 688.7、 5 472.7 t/年。湖北省9種主要農(nóng)藥成份的流失總量896.6 kg;湖北省地膜使用量為9 508.7 t,土壤中殘留量為1 671.5 t,全省平均殘留率為使用量的17.6%;湖北省秸稈產(chǎn)生量為4 090.7萬t,其中62.3%的秸稈進(jìn)行了綜合利用,有36.1%的秸稈被非資源化處置。全省污染負(fù)荷占比前三的市(州)為荊州市、襄陽市、宜昌市。綜上所述,湖北省17個市(州)的種植業(yè)源防控的主要污染物是總氮和總磷,防控的重點區(qū)域為荊州市、襄陽市。
關(guān)鍵詞:種植業(yè)面源污染;等標(biāo)污染負(fù)荷法;綜合調(diào)查法;湖北省
中圖分類號:X592 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0439-8114(2016)24-6421-06
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.025
在農(nóng)業(yè)的各個面源中,耕、園地受人為擾動更強烈,即便發(fā)生利用方式的變化,農(nóng)田依然是面源污染負(fù)荷中氮、磷的主要來源[1]。種植業(yè)面源污染是指在種植業(yè)生產(chǎn)中,化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜以及其他有機或無機污染物質(zhì)的使用對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境造成的污染[2]。確定種植業(yè)面源污染負(fù)荷及其空間分布特征,明確種植業(yè)面源主要污染物及其對環(huán)境的影響力大小,有助于防控和治理因種植業(yè)導(dǎo)致的面源污染,更好地了解農(nóng)業(yè)面源污染的結(jié)構(gòu)和控制方向。
農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的測算方法主要有實測法[3,4]、模型法[5-7]和排污系數(shù)法[8-14],其中排污系數(shù)法相對簡單,對參數(shù)要求低,可操作性強,適合在缺乏試驗條件的情況下對污染負(fù)荷進(jìn)行估算[15]。國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行源解析的方法主要是模型法[16]、平均濃度法[17]、水質(zhì)水量相關(guān)法[18]、綜合調(diào)查法[19]、單元調(diào)查法[20]和清單法[21],其中,污染源等標(biāo)污染負(fù)荷法具有概念明確、邏輯性強、計算簡單、評價效果客觀等優(yōu)點[22]。
目前湖北省農(nóng)業(yè)面源污染的研究主要集中于省內(nèi)流域附近小范圍區(qū)域的研究,如三峽庫區(qū)(湖北)的主要污染物為總氮(TN)和總磷(TP),等標(biāo)污染負(fù)荷比之和超過90%,而種植業(yè)為N、P污染的主要來源[23]。丹江口庫區(qū)種植業(yè)源為該區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源,占比為57.8%[24]。而針對全省范圍內(nèi)種植業(yè)源的現(xiàn)狀缺少全面調(diào)查,對于種植業(yè)源的解析也相對較少。
根據(jù)湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒[25,26],湖北省1991年氮肥(折純,N)使用量為91.2萬t,磷肥(折純,P2O5)使用量為31.0萬t,全省耕地總面積為521.5萬hm2,氮肥施用量達(dá)174.9 kg/hm2,磷肥施用量達(dá)59.5 kg/hm2;而到2012年,全省氮肥(折純,N)使用量為159.131萬t,磷肥(折純,P2O5)使用量為65.283 6萬t,氮肥施用量達(dá)473.3 kg/hm2,磷肥施用量達(dá)194.2 kg/hm2。1991-2012年的20多年間,氮肥使用量增長率達(dá)170.6%,磷肥使用量增長率達(dá)226.4%。2012年化肥使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國際上為防止水體污染而設(shè)置的225 kg/hm2的安全上限。
本研究以2007年全國第一次種植業(yè)源污染普查為契機,采用綜合調(diào)查法對湖北省17個市州的種植業(yè)源污染現(xiàn)狀展開調(diào)查,調(diào)查結(jié)果運用排污系數(shù)法估算其污染負(fù)荷,采用等標(biāo)污染負(fù)荷法進(jìn)行綜合評價分析,初步明確了湖北省種植業(yè)源污染的主要污染物、主要污染來源和市州對污染的貢獻(xiàn)情況,為湖北省農(nóng)業(yè)面源污染防控政策的制定及防控技術(shù)的采用提供參考。
1 研究方法
1.1 研究區(qū)域概況
湖北省有12個省轄市、1個自治州、38個市轄區(qū)、24個縣級市(其中3個省直管市)、37個縣、2個自治縣、1個林區(qū)。對湖北省98個農(nóng)業(yè)縣區(qū)及127個農(nóng)場2007年種植業(yè)基本情況進(jìn)行普查,結(jié)果表明,全省農(nóng)業(yè)用地面積371.9萬hm2,其中耕地面積322.6萬hm2,占全省農(nóng)用地面積的86.7%;耕地中水田面積179.7萬hm2,占全省農(nóng)用地面積的48.3%;旱耕地面積為142.9萬hm2,占全省農(nóng)用地面積的38.4%;園地總面積49.3萬hm2,占全省農(nóng)用地面積的13.3%。
1.2 研究內(nèi)容
湖北省共計普查了有農(nóng)業(yè)的1 165個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和127個規(guī)?;r(nóng)場,并按山地丘陵區(qū)農(nóng)戶數(shù)的0.6%、平原地區(qū)農(nóng)戶數(shù)的0.8%抽取鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)戶典型地塊,規(guī)?;r(nóng)場按133.3~333.3 hm2抽取一個典型地塊進(jìn)行抽樣規(guī)?;r(nóng)場典型地塊,對抽取的典型地塊進(jìn)行了典型地塊基本種植情況、肥料及農(nóng)藥使用情況調(diào)查,全省共計調(diào)查典型地塊73 268塊,其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)戶典型地塊72 435塊,規(guī)?;r(nóng)場典型地塊數(shù)833塊。
1.3 研究方法
1.3.1 污染負(fù)荷計算 采用排污系數(shù)法計算污染負(fù)荷,將普查表及典型地塊抽樣調(diào)查表對接種植業(yè)源污染物流失系數(shù)、地膜殘留系數(shù),通過對典型地塊的污染物流失量的計算,再根據(jù)各種種植模式抽樣典型地塊占鄉(xiāng)鎮(zhèn)或農(nóng)場該模式面積的權(quán)重計算出鄉(xiāng)鎮(zhèn)或農(nóng)場該種模式的各污染物情況,將各種模式的量進(jìn)行匯總,從而計算出鄉(xiāng)鎮(zhèn)或農(nóng)場匯總表,進(jìn)而匯總出各區(qū)域的種植業(yè)源污染物流失的情況。
1.3.2 評價方法 利用等標(biāo)污染負(fù)荷法對污染源進(jìn)行分析評價,它可以使同污染源排放的污染物之間、不同污染源之間對環(huán)境的潛在影響大小的比較成為可能。其中,等標(biāo)污染負(fù)荷相關(guān)公式計算如下:
Pi=Qi/C0i×10-6 (1)
Ki=Pi/∑Pi×100% (2)
式中,Pi為污染物i的等標(biāo)污染負(fù)荷,無量綱;Qi為污染物i的排放量,單位為t/年;C0i為污染物i基于水環(huán)境功能分區(qū)的水質(zhì)控制類別標(biāo)準(zhǔn)值(GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)),單位為mg/L;Ki為污染物i的等標(biāo)污染負(fù)荷比。
2 結(jié)果與分析
2.1 化肥施用現(xiàn)狀與分析
化肥使用不當(dāng),造成土壤肥力退化和養(yǎng)分失衡。化肥使用現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果(表1)表明,2007年湖北省化肥施用總量(折純量)為2 703 795.7 t,其中肥料氮施用量為1 932 024.6 t(折純,N),肥料磷合計771 771.1 t(折純,P2O5);全省農(nóng)用地平均施用氮(折純,N)519.5 kg/hm2,磷(折純,P2O5)207.5 kg/hm2,而全國農(nóng)用地平均施用氮(折純,N)188.7 kg/hm2、磷(折純,P2O5)63.5 kg/hm2,湖北省化肥施用強度明顯高于中國其他區(qū)域。
湖北省農(nóng)田TP流失量為 5 473 t,農(nóng)田磷的流失主要是以地表徑流的形式,肥料磷平均流失系數(shù)為0.86%,農(nóng)業(yè)用地流失強度為1.47 kg/hm2。從湖北省各市(州)TP流失量來看,荊州市以804 t排在第一位,宜昌、襄陽、黃岡和恩施州分別排在第二至五位。
湖北省農(nóng)田TN流失量為7.67萬t,其中以地表徑流形式流失的TN占農(nóng)田TN流失量的86.8%;以地下淋溶方式流失的TN占13.2%。全省農(nóng)業(yè)用地平均TN流失量為20.6 kg/hm2。對全省各市(州)TN流失總量進(jìn)行分析,荊州市以12 309.4 t排第一位,占湖北省種植業(yè)流失總量的16.1%,襄陽、黃岡、宜昌和荊門市分別排第二至五位。
湖北省各市(州)農(nóng)業(yè)用地磷肥平均施用量比較來看,天門市345.5 kg/hm2最多,黃石市147.6 kg/hm2最少;氮肥平均施用量比較來看,天門市787.5 kg/hm2最多,咸寧市385.2 kg/hm2最少。
2.2 農(nóng)藥施用現(xiàn)狀與分析
農(nóng)藥主要通過作物生長被吸收,自然降解后流失率微乎其微。不合理地使用農(nóng)藥帶來的危害一是農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)殘超標(biāo),對農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)造成危脅;二是農(nóng)藥在降解過程中對大氣和周邊環(huán)境造成危害[27]。
農(nóng)藥使用現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果(表4)表明,全省農(nóng)藥施用總量為27 475.5 t(成份純量,下同),農(nóng)用地平均用農(nóng)藥7.292 kg/hm2。施用量最大的為其他有機磷類,用量為7 584.7 t,占總用量的27.6%。湖北省9種主要農(nóng)藥施用總量3 892.3 t,占農(nóng)藥施用總量的14.1%,農(nóng)業(yè)用地平均用量為1.012 kg/hm2。
湖北省農(nóng)藥流失情況調(diào)查結(jié)果(表5)表明,全省9種主要農(nóng)藥的流失總量為896.6 kg,其中2007年度施用農(nóng)藥后農(nóng)藥流失量為834.6 kg,占流失總量的93.1%;農(nóng)田本底的流失量62.0 kg,占到總流失量的6.9%。在9種主要農(nóng)藥成份中,流失的主要是氟蟲腈、乙草胺和吡蟲啉。
對各市(州)農(nóng)藥流失量總量(表6)分析可知,荊州市以155.7 kg 排在第一位,其次是襄陽市,流失量為143.0 kg,黃岡市101.0 kg排在第三位,武漢、荊門、宜昌分別排在第四至六位,這6個市(州)流失總量達(dá)598.2 kg,占到了全省農(nóng)藥流失總量的2/3。
2.3 農(nóng)作物秸稈處理現(xiàn)狀與分析
農(nóng)作物秸稈處理現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果(表7)表明,全省秸稈年產(chǎn)量為4 090.7萬t,農(nóng)田秸稈處置利用方式有非資源化處置、資源化利用及其他處置方式,其中62.3%的秸稈進(jìn)行了綜合利用,利用量為2 547.7萬t;另外有36.1%的秸稈被非資源化處置,總量為1 478.2萬t,隨意丟棄在田間地頭有98.3萬t,田間焚燒的秸稈有1 379.9萬t;其他處置利用方式處理的秸稈64.8萬t,占總處理量的1.6%。
湖北省農(nóng)作物秸稈年生產(chǎn)量達(dá)到4 090.7萬t左右,如果進(jìn)行有效利用,將是一筆巨大的資源。而近年來湖北省也是不斷強化秸稈綜合利用技術(shù)的宣傳和推廣工作,秸稈利用率有了大幅的提高,而且隨著民眾越來越關(guān)注霧霾等大氣污染問題,秸稈田間焚燒得到了全面、有效地控制,田間焚燒幾近絕跡。但是,湖北省仍存在1 478.2萬t秸稈被非資源化處置,其中,田間丟棄量98.3萬t,占秸稈產(chǎn)生總量的2.4%;田間焚燒1 379.9萬t,占秸稈產(chǎn)生總量的33.7%。這是資源的極大浪費,而且秸稈焚燒對空氣產(chǎn)生顯著污染,當(dāng)下霧霾問題的主要成因之一就是秸稈焚燒,作物秸稈對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的污染是種植業(yè)面源污染的一個重要方面。
2.4 農(nóng)用地膜使用現(xiàn)狀與分析
地膜使用現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果(表6)表明,2007年全省地膜用量為9 508.7 t,殘留量為1 671.5 t,殘留率為17.6%。農(nóng)膜的使用不但能擴大作物適作區(qū),而且還能極大地增加作物產(chǎn)量和提高經(jīng)濟(jì)效益,但殘膜對環(huán)境的污染及對農(nóng)作物生長的不利影響也很明顯。殘膜對環(huán)境的污染主要表現(xiàn)為殘膜聚集在土壤耕層和地表面,直接影響土壤耕作,阻礙土壤毛管水的移動和降水的滲透,阻礙土壤養(yǎng)分、水分和空氣運行,破壞土壤結(jié)構(gòu),使土壤質(zhì)量下降,妨礙作物扎根和對水肥的吸收,影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量。
2.5 各市(州)污染評價
根據(jù)普查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算各市(州)的污染物等標(biāo)負(fù)荷(表8),以各市(州)等標(biāo)污染負(fù)荷率大小進(jìn)行排序,確定主要污染源。各市(州)污染情況為:荊州市>襄陽市>宜昌市>黃岡市>荊門市>武漢市>恩施市>天門市>十堰市>咸寧市>隨州市>仙桃市>潛江市>黃石市>鄂州市>神農(nóng)架林區(qū),其中荊州市、襄陽市、宜昌市、黃岡市為全省的主要污染區(qū)域。
3 小結(jié)與討論
湖北省農(nóng)用地平均施用氮(折純,N)519.5 kg/hm2,磷(折純,P2O5)207.5 kg/hm2,而中國農(nóng)用地平均施用氮(折純,N)188.7 kg/hm2,磷(折純,P2O5)63.5 kg/hm2,湖北省化肥施用強度明顯高于全國其他區(qū)域。這說明湖北省在化肥施用方面仍存在施肥過量、施肥不當(dāng)?shù)葐栴},不合理的使用化肥對于作物的生長效果有限,還會導(dǎo)致化肥的大量流失,引發(fā)環(huán)境問題,可推廣測土配方施肥技術(shù)解決這一問題。
湖北省9種主要農(nóng)藥成份的流失總量896.6 kg,施用的農(nóng)藥主要是殺蟲劑,其次是除草劑。農(nóng)藥的大量流失意味著農(nóng)藥對種植過程中作物防治蟲災(zāi)的作用遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)想的效果。而事實上,農(nóng)藥不僅會對環(huán)境產(chǎn)生影響,通過食物鏈的富集作用,更會對人體產(chǎn)生不良作用。因此,應(yīng)加大對于高毒性、高殘留農(nóng)藥的控制,推廣生物防治等對環(huán)境影響更小的控制病蟲害的措施。
湖北省地膜使用量為9 508.7 t,土壤中殘留量為1 671.5 t,全省平均殘留率為使用量的17.6%。全國地膜殘留量為12.1萬t,全國平均殘留率為使用量的19.7%。對比來看,湖北省的地膜回收工作成績喜人。但是局部地區(qū)如天門、孝感、仙桃等地膜回收率不高,應(yīng)有針對性地開展提高地膜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、促進(jìn)地膜回收再利用等措施。
湖北省秸稈產(chǎn)生量為4 090.7萬t。其中,田間焚燒量占處理利用量的33.7%,是所有處理方式中占比最大的一項。研究認(rèn)為,田間直接焚燒是霧霾現(xiàn)象的主要成因之一,而且秸稈中蘊含的大量生物質(zhì)能都被浪費。因此,加大秸稈資源化處理研究,推廣秸稈還田、制備肥料、產(chǎn)生沼氣等技術(shù)措施。
湖北省種植業(yè)重點污染區(qū)域為荊州市、襄陽市。荊州市和襄陽市地處江漢平原腹地,農(nóng)業(yè)資源得天獨厚,作為湖北省重要的糧、棉、油生產(chǎn)基地,農(nóng)用地面積居湖北省前列,污染也最為嚴(yán)重。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步中,要綜合考慮農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和環(huán)境影響的相互聯(lián)系,而且在各項防治措施的推廣過程中,要切實考慮農(nóng)民的實際情況,減少農(nóng)民負(fù)擔(dān)。
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