熊 凡，林曉君，曾經文，丘錦榮，林 淮，何文祥

（1.廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 廣州 510030；2.環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所，廣東 廣州 510655）

農業(yè)面源污染是指在農業(yè)生產活動中，氮素和磷素等營養(yǎng)物質、農藥以及其他有機物污染物或無機污染物質，通過農田地表徑流、農田排水和地下滲漏，形成的水環(huán)境污染，主要包括化肥污染、農藥污染、畜禽養(yǎng)殖污染等［1-2］。農業(yè)面源污染及其造成的生態(tài)環(huán)境問題，包括生態(tài)環(huán)境惡化、資源退化、農產品質量安全水平降低等，正嚴重威脅人類日常生活以及社會經濟的可持續(xù)發(fā)展［3-4］。近年來，我國農業(yè)面源污染問題日益嚴峻［5］。開展區(qū)域農業(yè)面源污染負荷分析與敏感性評價，不僅可以加深對農業(yè)面源污染影響及危害的認知，而且對區(qū)域農業(yè)面源污染的控制及農村生態(tài)農業(yè)的建設具有重要的意義［6］。

廣州市是中國華南地區(qū)的主要中心城市之一，城市社會經濟發(fā)展在珠江三角洲境內處于中心地位。近年來，由于城市的快速擴張和人民生活方式的轉變，促使廣州農業(yè)由城郊型向都市型農業(yè)轉變［7-8］。 隨著新農業(yè)經濟的飛速發(fā)展，不僅給農村經濟發(fā)展帶來了各方面的機遇和挑戰(zhàn)，也給廣州帶來了不容小覷的環(huán)境問題。目前，國內學者已對我國福建省、山東省、湖南省、四川省綿陽市、河南省漯河市等地區(qū)［9-13］的農業(yè)面源污染問題進行研究，但對廣州市農業(yè)面源污染研究極少［7］，而應用GIS技術基于主要污染源污染物的各區(qū)農業(yè)面源污染評價等方面研究則更為匱乏。因此，本研究以大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料為基礎，以廣州市各區(qū)為單元，采用排污系數(shù)法對各區(qū)農田化肥、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產養(yǎng)殖業(yè)和農村生活污染源污染物進行定量核算，運用等標污染負荷法和GIS技術對污染源負荷和區(qū)域空間分布特征進行綜合分析和評價，以期為廣州市農業(yè)面源污染的防治提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣州市（112°57′～114°03′E、22°26′～23°56′N）地處廣東省中南部、珠江三角洲北緣，屬于南亞熱帶季風性海洋氣候。該市屬丘陵地帶，地勢東北高，西南低，北部和東北部是山區(qū)，中部是丘陵、臺地，南部是珠江三角洲沖積平原，中國的第三大河珠江從市區(qū)穿流而過。據(jù)《2015廣州統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，廣州市2014年常用耕地面積為96398 hm2，其中水田、旱地分別為82719和13679 hm2；2014年廣州市農業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)總產值分別為2141475、648663和732958萬元。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 按照廣州市行政區(qū)劃，以11個區(qū)為單元，分類收集各區(qū)農田化肥、畜禽養(yǎng)殖、水產養(yǎng)殖、農村生活污染源涉及的基礎數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)來源于2015年廣州市各類統(tǒng)計年鑒、環(huán)境質量公報以及其他相關統(tǒng)計資料及報表，同時收集負荷核算的必需參數(shù)。

1.2.2 農業(yè)面源污染負荷核算 （1）農業(yè)面源污染物排放量核算。本研究定義的農業(yè)面源污染是較狹義的面源污染，是指農業(yè)生產和農村生活過程產生的污染物（COD、TN、TP），在降水或灌溉過程中，通過地表徑流和農田排水等途徑匯入地表水體引起的水污染［14］。計算方法見表1。

（2）農業(yè)面源污染物等標排放量核算。按照《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ類標準系列中該污染物的標準濃度值（COD、TN、TP分別為 20、1、0.2 mg/L）計算各類污染源COD、TN、TP的等標排放量。計算公式為：

某污染物i的等標排放量=污染物i實物排放量/標準濃度值

某污染物i的等標污染負荷比=污染物i的等標排放量/等標污染排放量之和

（3）農業(yè)面源污染排放強度核算。計算公式為：

式中，EI為農業(yè)面源污染物的排放強度，E為農業(yè)面源污染物的實物排放量，AL為區(qū)域面積。

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1 廣州市各區(qū)農業(yè)面源污染物排放量

由表2可知，2014年廣州市農村生活、農田化肥、畜禽養(yǎng)殖和水產養(yǎng)殖4種污染源的污染物排放總量為627971.61 t，其排放量和貢獻率分別為34510.94、415.17、574140.24、18905.26 t和5.50%、0.07%、91.43%、3.01%，畜禽養(yǎng)殖污染物排放量最高，其次是農村生活，農田化肥最低。從污染物種類來看，畜禽養(yǎng)殖對COD的貢獻最大，占總排放量的92.72%；對TN貢獻最大的也是畜禽養(yǎng)殖，其次是農村生活，占比分別為57.36%和33.12%；對TP貢獻較大的是畜禽養(yǎng)殖、農村生活和水產養(yǎng)殖，占比分別為41.13%、30.01%和25.35%，說明畜禽養(yǎng)殖和農村生活產生的污染物是廣州市農業(yè)面源污染的主要來源。從區(qū)域角度（圖1）來看，廣州市各區(qū)污染物排放量存在明顯差異，在污染總量方面，污染物排放總量最大的是花都區(qū)，其次為從化區(qū)，荔灣區(qū)、越秀區(qū)、海珠區(qū)等老城區(qū)和天河區(qū)排放總量相對最小，其原因是花都區(qū)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛［15］，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場比較集中，而老城區(qū)和天河區(qū)的污染物排放量低是由于這些區(qū)域農業(yè)人口較少，且工業(yè)發(fā)達；在各個污染物方面，各區(qū)污染物均以COD為主，COD、TN、TP排放量最大的分別是花都區(qū)、增城區(qū)、白云區(qū)，排放量最小的均為越秀區(qū)。

表1 廣州各區(qū)農業(yè)面源污染物排放量調查方法

表2 廣州市農業(yè)面源污染物排放量與排放比例（2014）

圖1 廣州市各區(qū)農業(yè)面源污染物排放量

2.2 廣州市農業(yè)面源污染等標排放量與負荷比

由表3可知，2014年廣州市農業(yè)面源污染物等標排放量為5.74×1010m3，其中，COD、TN、TP的等標污染負荷比分別為52.78%、37.01%、10.21%，農村生活、農田化肥、畜禽養(yǎng)殖、水產養(yǎng)殖的等標污染負荷比分別為17.69%、1.01%、74.36%、6.94%。在污染源方面，從各個污染物在污染源中的等標污染負荷比可以看出，COD的主要污染源為畜禽養(yǎng)殖（92.72%），TN的主要污染源依次為畜禽養(yǎng)殖（57.36%）和農村生活（33.12%），TP的主要污染源依次為畜禽養(yǎng)殖（41.13%）、農村生活（30.01%）和水產養(yǎng)殖（25.35%，表2）。綜合分析各污染源的等標污染負荷比可知，畜禽養(yǎng)殖為最主要的污染源（74.37%），其次為農村生活（17.69%），二者的累計貢獻率達到92.06%。根據(jù)“80%”原則［16］，即累積百分比＞80%的污染源或污染物可確定為主要污染源和主要污染物。因此，畜禽養(yǎng)殖和農村生活是廣州市農業(yè)面源污染的主要污染源。在污染物方面，廣州市農業(yè)面源污染物等標污染排放總量為COD＞TN＞TP，其污染負荷比分別為52.78%、37.01%和10.21%，可見，COD和TN為廣州市農業(yè)面源污染的主要污染物，兩者累計貢獻率達到89.79%，其中，COD為最主要污染物。

表3 廣州市農業(yè)面源污染物等標排放量與等標污染負荷比（2014）

2.3 廣州市各區(qū)農業(yè)面源污染物排放強度

由表4可知，2014年廣州市污染源總排放強度為844.68 kg/hm2，其中，COD、TN和TP污染物的排放強度分別為814.54、28.56、1.58 kg/hm2，農村生活、農田化肥、畜禽養(yǎng)殖和水產養(yǎng)殖污染源的排放強度分別為46.42、0.56、772.28、25.43 kg/hm2。分析各污染物在各區(qū)的排放強度可知，COD排放強度以黃埔區(qū)最大，達1463.65kg/hm2，荔灣區(qū)排放強度最小，為166.18 kg/hm2；TN和TP排放強度均以天河區(qū)最大，分別為86.30、4.55 kg/hm2，以從化區(qū)排放強度最小，分別為9.35、0.40 kg/hm2，說明農業(yè)面源污染在廣州市各區(qū)的分布差異明顯。同樣，分析4類污染源在各區(qū)的排放強度可知，農村生活污染以越秀區(qū)排放強度最大，為281.02 kg/hm2，從化區(qū)最小，為12.15 kg/hm2；農田化肥污染以越秀區(qū)最大，為1.67 kg/hm2，越秀區(qū)最小，基本為零排放；畜禽養(yǎng)殖污染以黃埔區(qū)最大，為1432.75 kg/hm2，荔灣區(qū)、越秀區(qū)和海珠區(qū)最小，基本為零排放；水產養(yǎng)殖污染以番禺區(qū)最大，為97.83 kg/hm2，越秀區(qū)最小，基本為零排放。需要特別說明的是，盡管荔灣區(qū)、越秀區(qū)、海珠區(qū)和天河區(qū)等區(qū)域污染物排放量相對較小，污染物分擔率較低，但由于土地面積相對較小，因此，該類地區(qū)一些污染物的排放強度并不一定是相對較小的。 總之，無論從單個污染物的角度還是從整體污染源考慮，都可以得出農業(yè)面源污染存在明顯的區(qū)域差異，林雪原等［3］研究山東省南四湖流域的農業(yè)面源污染也得到相似結論。

表4 廣州市各區(qū)農業(yè)面源污染物排放強度（kg/hm2，2014）

2.4 廣州市各區(qū)農業(yè)面源污染敏感性評價

運用GIS技術，按照污染物的排放強度進行農業(yè)面源污染敏感性評價，分析廣州市農業(yè)面源污染源的空間分布特征，進而識別農業(yè)面源污染的優(yōu)先控制區(qū)。敏感性根據(jù)各污染源具體情況分為4個級數(shù)，即高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)和不敏感區(qū)。

由于各區(qū)地形、水文條件、產業(yè)布局以及土地利用等復雜因素的影響，廣州市各區(qū)污染源的污染物排放強度差異明顯。從農田化肥污染物排放強度的敏感性分析（圖2A）可知，高度敏感區(qū)主要是南沙區(qū)，中度敏感區(qū)主要是花都區(qū)、白云區(qū)、黃埔區(qū)和增城區(qū)，輕度敏感區(qū)主要是番禺區(qū)和從化區(qū)，不敏感區(qū)主要分布在越秀區(qū)、荔灣區(qū)等老城區(qū)和經濟發(fā)達的天河區(qū)；從畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放強度的敏感性分析（圖2B）可知，高度敏感區(qū)主要分布在畜禽養(yǎng)殖業(yè)比較發(fā)達的花都區(qū)和黃埔區(qū)，中度敏感區(qū)主要分布在廣州市南部的番禺區(qū)和南沙區(qū)，輕度敏感區(qū)主要是白云區(qū)和從化區(qū)，不敏感區(qū)主要是越秀區(qū)、荔灣區(qū)、海珠區(qū)、天河區(qū)和增城區(qū)；從水產養(yǎng)殖業(yè)污染物排放強度的敏感性分析（圖2C）可知，高度敏感區(qū)主要分布在廣州市南部的番禺區(qū)和南沙區(qū)，中度敏感區(qū)主要是荔灣區(qū)、海珠區(qū)、花都區(qū)、白云區(qū)和天河區(qū)，輕度敏感區(qū)主要分布在廣州市東部的黃埔區(qū)和增城區(qū)，不敏感區(qū)主要是越秀區(qū)和從化區(qū)；從農村生活污染物排放強度的敏感性分析（圖2D）可知，敏感性分布呈現(xiàn)較強的空間分布特征，高度敏感區(qū)主要分布在廣州市中心城區(qū)的越秀區(qū)、海珠區(qū)和天河區(qū)，中度敏感區(qū)主要是荔灣區(qū)，輕度敏感區(qū)主要圍繞高度、中度敏感區(qū)分布在白云區(qū)和番禺區(qū)，其余地區(qū)均為不敏感區(qū)。另外，雖然越秀區(qū)、海珠區(qū)和天河區(qū)的農業(yè)人口數(shù)量相對較低，但由于其面積也相對較小，因此成為農村生活污染物排放強度的敏感區(qū)。從廣州市農業(yè)面源污染物（污染源污染物合計）排放強度的敏感性分析（圖2E）可知，高度敏感區(qū)主要分布在花都區(qū)、白云區(qū)、黃埔區(qū)和番禺區(qū)，這些區(qū)域為廣州市農業(yè)面源污染的優(yōu)先控制區(qū)，中度敏感區(qū)分布在南沙區(qū)，輕度敏感區(qū)分布在從化區(qū)和天河區(qū)，越秀區(qū)、荔灣區(qū)、海珠區(qū)和增城區(qū)為不敏感區(qū)。

3 結論與討論

本研究運用等標污染負荷法和GIS技術，對廣州市11個轄區(qū)的農業(yè)面源污染狀況進行了綜合分析和評價。本研究結果表明，2014年廣州市4種污染源的污染物排放總量為627971.61 t，其中污染源以畜禽養(yǎng)殖排放量最大，污染物以COD排放量最大。通過計算各污染源和污染物的等標排放量和等標污染負荷比，識別出廣州市最主要污染源為畜禽養(yǎng)殖，其次是農村生活，最主要污染物為COD，這與國內多數(shù)城市的農業(yè)面源污染情況較為相似［17-18］，也說明目前我國多數(shù)城市畜禽排放物和農村生活垃圾的處理還存在較大的提升空間［19］。從排放強度來看，2014年廣州市污染源總排放強度為844.68 kg/hm2，其中COD排放強度最高和最低的地區(qū)分別為黃埔區(qū)和增城區(qū)，TN排放強度最高和最低的地區(qū)分別為天河區(qū)和從化區(qū)，TP排放強度最高和最低的地區(qū)與TN一致。張曉麗等［20］的研究表明，一些地區(qū)雖然污染物排放量不大，但由于其耕地面積小，導致其排放強度較大，而一些污染物排放量較大的地區(qū)，由于區(qū)域耕地面積也較大，導致其排放強度低于市老轄區(qū)。本研究中天河、增城等地區(qū)出現(xiàn)的污染物排放強度結果正是基于此類原因。從污染敏感性方面來評價，農田化肥污染源的高度敏感區(qū)是南沙區(qū)，這是由于該區(qū)種植面積較大，種植結構較單一，因此，需嚴格控制化肥使用量，推廣測土配方施肥，積極引導農民調整種植結構，從源頭防控污染［21］；對于畜禽養(yǎng)殖業(yè)高度敏感的地區(qū)是花都區(qū)和黃埔區(qū)，近年來這兩個區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，中、小規(guī)模養(yǎng)殖場明顯增多，但養(yǎng)殖廢棄物無害化處理程度依舊較低，污染物不經處理直接排放。因此，建議優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖場的選址、布局，在資源利用上大力推進沼氣工程和畜禽糞便制肥項目建設，實施種養(yǎng)結合的生態(tài)工程，以促進畜禽糞便的資源化利用［22-23］；水產養(yǎng)殖和農村生活的高度敏感區(qū)分別分布在廣州市南部地區(qū)和中心城區(qū)，可以通過污染總量控制，同時加強宣傳教育，加大環(huán)境管理和執(zhí)法力度，積極實施鄉(xiāng)村清潔工程，促進生活廢棄物轉化，有效控制該類污染［24-25］。

圖2 廣州市各區(qū)農業(yè)面源污染敏感性評價示意圖

農業(yè)面源污染來源復雜多樣，本研究在計算廣州市農業(yè)面源污染排放時，污染源僅考慮了農田化肥、畜禽養(yǎng)殖、水產養(yǎng)殖和農村生活，污染物只考慮了COD、TN和TP，未能涉及農藥、作物秸稈等污染源以及BOD5、NH3-N等污染物。且本研究也沒有考慮單位源和受納水體之間的水力聯(lián)系程度，有可能導致農業(yè)面源污染估算偏大。因此，在今后研究中，需結合農業(yè)面源污染多方面重要因素，并適當加入試驗法，通過模擬的方法測算污染物與水體之間的聯(lián)系系數(shù)，從而更深入、更精細地分析研究區(qū)域農業(yè)面源污染情況，進而多措并舉，以制訂有效、綜合的防治策略。

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