楊連心 田若蘅 雷永疆 薛超

[摘要]對(duì)云南省化肥面源污染的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，通過(guò)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)云南省環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，2015年云南省各市（州）普遍存在農(nóng)田化肥施用過(guò)量的情況，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為中等，其中10個(gè)市（州）為中等風(fēng)險(xiǎn)，其余5個(gè)市（州）為低風(fēng)險(xiǎn)，怒江州為低安全。氮肥污染較為嚴(yán)重，其污染風(fēng)險(xiǎn)程度為中等風(fēng)險(xiǎn)。氮肥、磷肥、鉀肥整體施用比例基本合理，但區(qū)域間施用差異較大，分布規(guī)律呈現(xiàn)中部、東部較高，兩省交界處化肥施用強(qiáng)度較低，化肥施用強(qiáng)度最高的是紅河州，為1504.68 kg/hm2，是最低怒江州（223.61 kg/hm2）的6.7倍。

[關(guān)鍵詞]化肥施用;面源污染;環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;云南省

[中圖分類(lèi)號(hào)]X82;X592 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

農(nóng)業(yè)面源污染是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負(fù)面伴隨產(chǎn)物，其對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了一定的阻礙作用。2010 年我國(guó)第—次全國(guó)污染源普查公報(bào)顯示，農(nóng)業(yè)面源污染排放的總氮為2.7×106t，總磷為2.8×105t，分別占同期全國(guó)排放量的57. 19%和 67. 27%。隨著點(diǎn)源污染得到逐步控制，農(nóng)業(yè)面源污染已成為我國(guó)許多湖泊營(yíng)養(yǎng)物的主要來(lái)源，其中化肥過(guò)量施用，利用率低是目前污染的主要因素。我國(guó)化肥利用效率僅為33%，其中，氮肥為30%～50%，磷肥為10%～20%，鉀肥為35%～50%，僅每年在糧食和蔬菜作物上施用的氮肥，就有約17.4萬(wàn)t流失，給農(nóng)田、流域乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都造成了嚴(yán)重的影響。我國(guó)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求一直呈剛性增長(zhǎng)，化肥施用壓力有增無(wú)減。統(tǒng)計(jì)資料顯示，2015年中國(guó)化肥施用量達(dá)到6022.60萬(wàn)t，占世界總量的35%;單位農(nóng)作物播種面積平均施用量達(dá)531.37kg/hm2，是國(guó)際公認(rèn)化肥施用安全上限（225kg/hm2） 的2.4倍。部分農(nóng)作物的化肥施用量已經(jīng)超過(guò)了其經(jīng)濟(jì)意義上的推薦施用量。如何控制化肥投入所產(chǎn)生的面源污染、轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的以透支環(huán)境為代價(jià)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式是目前農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

趙志堅(jiān)運(yùn)用計(jì)量模型對(duì)湖南省糧食產(chǎn)量與化肥投入之間的關(guān)系進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)化肥投入的年均增長(zhǎng)速度是糧食增速的12倍。這說(shuō)明化肥投入對(duì)糧食的邊際增量在下降。對(duì)于經(jīng)濟(jì)效果而言，“過(guò)量”是一種資源浪費(fèi)。從農(nóng)戶(hù)的生產(chǎn)動(dòng)機(jī)出發(fā)，考慮作物生產(chǎn)效益，如果大量的化肥投入不能帶來(lái)農(nóng)產(chǎn)品利潤(rùn)的增長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化的目標(biāo)，“過(guò)量”的化肥投入就是無(wú)效率的。對(duì)于環(huán)境而言，富集在土壤中的養(yǎng)分通過(guò)農(nóng)田排水、徑流和揮發(fā)等途徑損失進(jìn)入環(huán)境，任何進(jìn)入環(huán)境并對(duì)土壤和水域環(huán)境造成污染，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)改變，土壤質(zhì)量下降;水體總磷、總氮等指標(biāo)超標(biāo)的投入都是“過(guò)量”化肥投入的反應(yīng)，這就造成了農(nóng)業(yè)的面源污染。

我國(guó)對(duì)化肥面源污染方面的研究起步較晚，多集中于對(duì)農(nóng)藥、化肥、地膜等生產(chǎn)資料的投入而導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染的現(xiàn)狀、影響因素及技術(shù)控制等方面的研究。有學(xué)者通過(guò)評(píng)價(jià)模型對(duì)部分沿河沿海流域化肥施用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估分析，其中山東省、江蘇省、淮河流域以及南水北調(diào)工程的水源地均存在較為嚴(yán)重的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。其中山東省的氮、磷肥施用存在重度環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，江蘇、淮河流域及南水北調(diào)工程水源地的化肥施用的污染風(fēng)險(xiǎn)呈逐年增加趨勢(shì)，地區(qū)差異較為明顯。而對(duì)于內(nèi)陸地區(qū)諸如西藏、甘肅、云南等的化肥面源污染的研究較少，因此，本文基于對(duì)我國(guó)當(dāng)前化肥面源污染的現(xiàn)狀進(jìn)行描述，結(jié)合云南省數(shù)據(jù)，對(duì)云南省化肥施用強(qiáng)度分布進(jìn)行描述并對(duì)其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出調(diào)整參考建議，以期為云南省化肥面源污染的治理及化肥減量增效工作提供參考。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 研究區(qū)域概況

云南省位于北緯21?8?～29?15?，東經(jīng)97?31?～106?12?之間，總面積3.94×105 km2。云南省位于我國(guó)西南地區(qū)，耕地面積6.24×104 km2，占云南省土地總面積的16%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較其他省份而言相對(duì)落后。種植業(yè)是云南省主要農(nóng)業(yè)污染源類(lèi)型，污染物排放量占到農(nóng)業(yè)源污染物總負(fù)荷的2/3。種植業(yè)排放污染物主要來(lái)源于化肥、農(nóng)藥和作物秸稈流失等。近十五年來(lái)，云南省化肥使用量年均遞增5%，目前仍處于上升趨勢(shì)（見(jiàn)圖1）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，云南省化肥使用量已經(jīng)由2000年的106.72萬(wàn)t增加到2015年的231.33萬(wàn)t，占全國(guó)總量的3.84%，屬于中低水平。云南省化肥施用量（折純）為231.87萬(wàn)t，單位耕地面積平均化肥施用強(qiáng)度為806.18kg/hm2 ，是全國(guó)化肥平均施用水平（485kg/hm2）的1.7倍，大大超出了國(guó)際公認(rèn)的化肥施用生態(tài)安全上限（225kg/hm2）。

1.2? ? 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（耕地面積、化肥施用量、農(nóng)作物播種面積等）主要來(lái)自《云南統(tǒng)計(jì)年鑒2000～2015》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2000～2015》。部分往年數(shù)據(jù)根據(jù)有關(guān)云南統(tǒng)計(jì)年鑒基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算獲得;化肥施用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值參考環(huán)境保護(hù)部印發(fā)的生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)（修訂稿）》和《國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)示范村鎮(zhèn)指標(biāo)（試行）》。復(fù)合肥中的氮、磷、鉀總體含量結(jié)構(gòu)來(lái)源于化肥銷(xiāo)售市場(chǎng)調(diào)研及相關(guān)地區(qū)總結(jié)成果，確定復(fù)合肥中氮磷鉀含量以 1：1：1比例進(jìn)行折算。

1.3? ? 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指對(duì)人類(lèi)的各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所引發(fā)或面臨的危害（包括自然災(zāi)害）對(duì)人體健康、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)等所造成的可能損失進(jìn)行評(píng)價(jià)，并據(jù)此進(jìn)行管理和決策的過(guò)程。而化肥施用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較為從土壤污染來(lái)看，化肥的不合理施用，特別是大量施用氮肥容易使土壤硝酸鹽剩余并迅速積累，加速了土壤鹽積和次生鹽漬化，造成土壤板結(jié)。且使得水土流失現(xiàn)象加重，化肥利用率下降，對(duì)環(huán)境造成破壞。對(duì)水體污染來(lái)看，化肥平均損失率約為 45%，溶入水體中的氮素約有60%來(lái)自化肥。氮磷肥的不合理使用，還會(huì)造成土壤飽和度外溢流失，引起地表水體的富營(yíng)養(yǎng)化，增加地下水硝態(tài)氮含量，引起地下水硝態(tài)氮污染，威脅水體安全。

本研究采用劉欽普等使用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，綜合考慮了環(huán)境安全閾值、環(huán)境影響權(quán)重和農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)等多種影響因素。其模型表達(dá)式為：

（1）

（2）

Rt為總化肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Ri為單質(zhì)肥料（氮、磷、鉀等）污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Wi為單質(zhì)肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重 ，;Ti為單質(zhì)肥料使用環(huán)境安全閾值（單位：kg/hm2），是指為實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物目標(biāo)產(chǎn)量而不危害環(huán)境的某項(xiàng)單質(zhì)肥的最大使用量。這里根據(jù)原環(huán)境保護(hù)總局2007年確定的生態(tài)縣建設(shè)農(nóng)田化肥最大使用量作為化肥使用環(huán)境安全閾值。Fi為化肥使用強(qiáng)度，為單位面積耕地年平均的某項(xiàng)單質(zhì)肥使用量（單位：kg/hm2）。m為作物復(fù)種指數(shù);Ui為各單質(zhì)肥利用率。

式（2）表明，在一定的化肥施用強(qiáng)度下，化肥利用率越大，污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)越小;復(fù)種指數(shù)越大，作物利用的化肥越多，污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)也越小;在一定的復(fù)種指數(shù)和化肥利用率條件下，化肥施用強(qiáng)度越大，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越大。因此，為了便于與相關(guān)區(qū)域研究結(jié)果進(jìn)行比較，將參比基準(zhǔn)復(fù)種指數(shù)設(shè)定為1，化肥利用率設(shè)定為50%（2Ui=1）。

根據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，可將化肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度分為6 個(gè)不同等級(jí)類(lèi)型（見(jiàn)表1） 。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 云南省耕地化肥施用特征分析

由表2可知，2015年云南省化肥施用強(qiáng)度達(dá)806.184 kg/hm2，復(fù)種指數(shù)為2.48。遠(yuǎn)超原國(guó)家環(huán)境保護(hù)局2007年印發(fā)的生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo) （修訂稿） 中化肥施用強(qiáng)度小于 250kg/hm2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但低于全國(guó)平均化肥施用強(qiáng)度。云南省16個(gè)市（州）中，施用強(qiáng)度最高的是紅河州，總量為1504.68kg/hm2，占云南省化肥施用總量的11.67%，是最低值怒江州（223.61kg/hm2）的7倍。紅河州95%以上的絕對(duì)貧困人口在南部，人多地少，種植面積狹窄，土壤養(yǎng)分貧瘠，涵養(yǎng)水分能力差，是集邊境、少數(shù)民族和貧困于一體的特別貧困地區(qū)，農(nóng)民習(xí)慣以增加化肥使用量來(lái)提高農(nóng)田單產(chǎn)能力。其次是曲靖市，曲靖市施肥總量為1381.05kg/hm2，占全省化肥施用總量的10.71%。素有“滇東糧倉(cāng)”之稱(chēng)的曲靖是主要農(nóng)產(chǎn)品糧食、油料、烤煙、蠶桑以及畜牧的生產(chǎn)基地。2015年曲靖市薯類(lèi)播種面積為19.59萬(wàn)hm2，油料播種面積達(dá)8.83 萬(wàn)hm2，烤煙播種面積達(dá)8.47 萬(wàn)hm2，蔬菜播種面積達(dá)15.66 萬(wàn)hm2 ，主要農(nóng)作物播種面積達(dá) 116.13 萬(wàn)hm2。作為農(nóng)業(yè)大市，農(nóng)業(yè)占比較大是造成化肥施用量高的主要原因。 化肥施用量最少的是怒江州，化肥施肥總量為223.61kg/hm2，其氮肥、磷肥、鉀肥及復(fù)合肥施用量均為全省最低。怒江州耕地面積為5.06萬(wàn)hm2，長(zhǎng)期以來(lái)陡坡墾殖的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展不僅沒(méi)有帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且造成了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的破壞，制約了發(fā)展。

按照化肥施用強(qiáng)度大于250kg/hm2的1、2、3、4倍數(shù)，將云南省化肥施用狀況分為低度過(guò)量（250～500kg/hm2）、中度過(guò)量（500～750kg/hm2）、高度過(guò)量（500～750kg/hm2）、嚴(yán)重過(guò)量（1000～1250kg/hm2）和極嚴(yán)重過(guò)量（1250kg/hm2）4個(gè)等級(jí)。由圖2可知，云南省化肥施用強(qiáng)度的分布呈現(xiàn)出沿西南偏東走向有四個(gè)分部帶，其中全省中部以東的施肥強(qiáng)度由高度過(guò)量像極嚴(yán)重過(guò)量演變，而兩省交界的市（州）化肥施用量均為中度或低度過(guò)量。其中極嚴(yán)重過(guò)量的市（州）有昆明市、曲靖市和紅河州。高度過(guò)量的市（州）有楚雄市、玉溪市、麗江市、大理州、臨滄市、保山市。云南省作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大省，除主要糧食作物外，還種植橡膠、茶葉、煙葉等經(jīng)濟(jì)作物，為使作物增產(chǎn)，含氮的化肥大量投入是一個(gè)重要的原因。造成化肥施用區(qū)域差異的原因除了氣候、土壤、地形等自然條件外，還會(huì)受當(dāng)?shù)氐姆N植結(jié)構(gòu)、施肥技術(shù)、經(jīng)濟(jì)水平等因素的影響。

2.2? ? 云南省耕地化肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型公式（1）和（2）及相關(guān)參數(shù)，采用表2中化肥施用強(qiáng)度和作物復(fù)種指數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算出2015年云南省16個(gè)市（州）總化肥及單項(xiàng)化肥污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。參考我國(guó)生態(tài)縣建設(shè)中化肥施用強(qiáng)度小于250kg/hm2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將250kg/hm2作為總化肥施用環(huán)境安全閾值。氮、磷、鉀我國(guó)大田作物適宜比例1：0.5：0.5取值，確定氮肥的環(huán)境安全閾值為120 kg/hm2，磷肥和鉀肥的環(huán)境安全閾值均為60kg/hm2。由于氮、磷、鉀肥的配比不同以及三者的利用率不同，其面源污染的危害程度也不相同。云南省的農(nóng)業(yè)面源污染受氮肥和磷肥的影響較大，受鉀肥影響較小。這里確定氮肥的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重為0.61，磷肥為0.22，鉀肥為0.17。

由圖2可知，云南省16個(gè)市（州）的化肥面源污染平均風(fēng)險(xiǎn)程度為中等，其中10個(gè)市（州）為中等風(fēng)險(xiǎn)，其余5個(gè)市（州）為低風(fēng)險(xiǎn)，怒江州為低安全?？偟膩?lái)說(shuō)，云南省氮肥、磷肥的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)高于鉀肥，在空間上呈現(xiàn)出中部、東部偏高的特點(diǎn)。

2015年云南省環(huán)境狀況公報(bào)，云南省2015年的地表水水質(zhì)為輕度污染，基本符合本研究確定的中等風(fēng)險(xiǎn);省轄六大水系主要河流受污染程度由重到輕排序依次為：長(zhǎng)江水系、珠江水系、瀾滄江水系、怒江水系、伊洛瓦底江水系、紅河水系。云南省主要河流（長(zhǎng)江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江）的主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、總磷、氨氮。污染嚴(yán)重的長(zhǎng)江水系和瀾滄江水系途徑昆明市、西雙版納州正是處于化肥施用強(qiáng)度高、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重的區(qū)域。

3? ? 結(jié)論

本文以云南省為例，借助化肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，從時(shí)間序列探討了15a間化肥施用量的變化，從空間格局角度探討了化肥施用強(qiáng)度的地區(qū)差異和化肥污染風(fēng)險(xiǎn)程度的地區(qū)不平衡性，得出以下結(jié)論：

（1）云南省化肥施用總量呈逐年遞增趨勢(shì)。且化肥平均施用強(qiáng)度高于發(fā)達(dá)國(guó)家化肥施用安全標(biāo)準(zhǔn)上限以及全國(guó)化肥施用強(qiáng)度平均水平和我國(guó)生態(tài)縣建設(shè)化肥施用負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的地級(jí)市（州）占70%。

（2）云南省存在各地施肥結(jié)構(gòu)不均衡且施肥量特征區(qū)域差異較大的問(wèn)題，2015年云南省的化肥施用強(qiáng)度為806.18 kg/hm2，超過(guò)了國(guó)家環(huán)境保護(hù)局2007年印發(fā)的生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo) （修訂稿） 中化肥施用強(qiáng)度小于 250 kg/hm2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。且施肥強(qiáng)度最大的紅河州（1504.68 kg/hm2）是最低值怒江州（223.61 kg/hm2）的7倍，化肥施用強(qiáng)度之間的差異與區(qū)域間氣候、土壤和種植結(jié)構(gòu)等因素有著直接關(guān)聯(lián)。

（3）2015年云南省化肥施用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.65，屬于中等風(fēng)險(xiǎn)，其中昆明市和西雙版納州氮肥的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)污染程度為嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)，氮肥污染風(fēng)險(xiǎn)程度高于磷肥和鉀肥。應(yīng)認(rèn)識(shí)到過(guò)量施用化肥面臨的風(fēng)險(xiǎn)，建立化肥面源污染防治協(xié)調(diào)機(jī)制，加強(qiáng)區(qū)域合作，提高農(nóng)民環(huán)境意識(shí)，從源頭防治化肥過(guò)度施用對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成的危害。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 趙志堅(jiān)，胡小娟，彭翠婷，等.湖南省化肥投入與糧食產(chǎn)出變化對(duì)環(huán)境成本的影響分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（12）：2007-2012.

[2] 劉欽普，林振山，周亮.山東省化肥使用時(shí)空分異及潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（07）：208-214.

[3] 劉欽普.淮河流域化肥施用空間特征及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，24（09）：1512-1518.

[4] 房珊琪，楊珺，強(qiáng)艷芳，等.南水北調(diào)中線(xiàn)工程水源地化肥施用時(shí)空分布特征及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2018，37（01）：124-136.

[5] 李鶴.云南省紅河州精準(zhǔn)扶貧績(jī)效評(píng)價(jià)研究[D]. 昆明：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[6] 張薇，李宏.基于GRA的曲靖市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分析[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)），2018，12（01）：49-53.

[7] 李益敏.生態(tài)脆弱地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究——以云南省怒江州為例[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11）：563-567.