陶 園，王少麗※，管孝艷，李潤杰，劉 靜，吉夢喆

青海省農(nóng)業(yè)面源污染源特征分析

陶 園1,2，王少麗1,2※，管孝艷1,2，李潤杰3，劉 靜1，吉夢喆1

(1. 中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048；2. 國家節(jié)水灌溉北京工程技術(shù)研究中心，北京 100048；3. 青海省水利水電科學(xué)研究院有限公司，西寧 810001)

基于歷史數(shù)據(jù)分析，闡明青海省農(nóng)業(yè)面源污染來源的主要特征及發(fā)展趨勢，提出基于不同畜禽養(yǎng)殖方式的畜禽養(yǎng)殖面源污染排放量的計算方法，揭示不同類型農(nóng)業(yè)面源污染源的污染物產(chǎn)生量和潛在威脅，并提出主要污染來源的防治對策。青海省近30 a來的農(nóng)藥化肥、地膜、秸稈以及畜禽糞便量總體上呈現(xiàn)增大的趨勢，近5 a來秸稈量出現(xiàn)小幅下降；在不同的畜禽養(yǎng)殖方式下，散戶產(chǎn)生的面源污染負荷量最大，規(guī)模化養(yǎng)殖廠（小區(qū)）和養(yǎng)殖專業(yè)戶的NH3-N污染負荷較大，放養(yǎng)畜禽的NH3-N和總磷面源污染負荷量不容忽視。2015年青海省畜禽糞便產(chǎn)生的進入水體形成農(nóng)業(yè)面源污染的化學(xué)需氧量占98.8%，NH3-N、總氮和總磷分別占90.2%、93.8%和93.9%。在主要農(nóng)業(yè)面源污染防控措施方面，應(yīng)大力加強畜牧業(yè)的污染治理，形成種植業(yè)與畜牧業(yè)的結(jié)合，建立良性生態(tài)循環(huán)模式。

化肥；農(nóng)藥；秸稈；青海??；面源污染；畜禽養(yǎng)殖

0 引 言

中國農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染源包括農(nóng)藥、化肥、畜禽糞便、秸稈和地膜等。在種植業(yè)方面，過量和不合理施用化肥和農(nóng)藥會導(dǎo)致面源污染已被廣泛認知，高化肥用量會導(dǎo)致地下水硝態(tài)氮含量升高甚至超標[1]。2017年中國水稻、玉米、小麥三大糧食作物化肥和農(nóng)藥利用率雖已分別提升至37.8%和38.8%[2]，與歐美國家氮肥及農(nóng)藥利用率（分別為50%～65%和50%～60%）相比仍有不小的差距，依然有大部分殘留農(nóng)藥和未利用的化肥進入土壤、地表水和地下水中造成污染；隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，地膜成為確保農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段，廢舊殘留地膜給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成很大危害；加之，隨著農(nóng)作物產(chǎn)量的不斷提升，秸稈資源量相應(yīng)增大，不合理的處置方式勢必加劇面源污染[3]。在畜牧業(yè)方面，第一次全國污染源普查數(shù)據(jù)顯示中國畜牧養(yǎng)殖業(yè)排放的總氮、總磷約占農(nóng)業(yè)源排放的38%和65%，成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源，威脅著農(nóng)村環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)[4]。

青海省地處青藏高原東北部，具有氣溫低、晝夜溫差大、降雨少而集中、日照長、太陽輻射強等地域特點，其農(nóng)牧業(yè)發(fā)展具有自身特點，例如大量使用地膜、在牧區(qū)和半牧區(qū)存在大量的放養(yǎng)畜禽等。青海省農(nóng)牧業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，帶來的農(nóng)業(yè)面源污染問題日益凸顯。在“一帶一路”背景下，從解析污染源發(fā)展特性出發(fā)，在滿足農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上，探究緩解農(nóng)業(yè)面源污染的方法也是保障青海省生態(tài)地位和國家戰(zhàn)略地位的重要任務(wù)。張亞麗[3]研究了青海污染現(xiàn)狀，但其針對的污染源主要為農(nóng)藥化肥、農(nóng)膜污染、畜禽廢棄物污染等，針對這些污染源，其主要分析了用量，且歷史系列較短，對于這些污染源產(chǎn)生的氮磷并未進行深入量化分析，也并未給出相應(yīng)的面源污染負荷計算方法。本文針對青海省農(nóng)業(yè)面源污染源歷史發(fā)展特征進行分析，給出不同畜禽養(yǎng)殖方式下畜禽養(yǎng)殖面源污染排放量的計算方法，揭示不同類型污染源負荷產(chǎn)生量和潛在威脅，針對性提出主要農(nóng)業(yè)面源污染防控策略，為青海省農(nóng)業(yè)面源污染的防控和治理提供理論依據(jù)和參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 化肥和農(nóng)藥

青海省化肥和農(nóng)藥使用量數(shù)據(jù)來源于中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒[5]，化肥用量為折純量?；饰廴疚锂a(chǎn)生量（化肥產(chǎn)污量）=化肥用量×（1-化肥利用率）×化肥產(chǎn)污系數(shù)，考慮到化肥產(chǎn)污量中僅有一部分會在降雨或灌溉過程中通過地表徑流和農(nóng)田排水等途徑匯入地表水體或地下水體而產(chǎn)生面源污染，因此以化肥面源污染排放系數(shù)表征進入水體產(chǎn)生面源污染的部分，化肥的面源污染物負荷量=化肥污染物產(chǎn)生量×化肥面源污染排放系數(shù)。假定青海省目前的氮肥、磷肥及復(fù)合肥的利用率相同且均等于全國平均值，即2013、2015、2017年分別33.0%、35.2%和37.8%[2,6]，到2020年化肥利用率則取目標值40%[7]。由于年鑒中均采用折純量，根據(jù)化學(xué)成分組成分析，氮肥、磷肥及復(fù)合肥（氮磷鉀含量相同）的總氮（total N，TN）產(chǎn)污系數(shù)分別為1、0和0.33，相應(yīng)的總磷（total P，TP）產(chǎn)污系數(shù)分別為0、0.44和0.15[8]?；拭嬖次廴九欧畔禂?shù)參考賴斯云[8]給出的青海省氮肥和磷肥流失率，氮肥、磷肥排放系數(shù)分別取10%和4%。根據(jù)馬國霞等[9]給出的全國種植業(yè)排放的NH3-N量約占TN排放量的8.3%來估算化肥產(chǎn)生的NH3-N量。

1.2 秸稈

根據(jù)中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒[5]可知，青海省主要農(nóng)作物包括小麥、玉米、豆類、薯類（馬鈴薯）、油料作物（油菜籽為主）5種，秸稈的產(chǎn)量可根據(jù)農(nóng)作物的產(chǎn)量計算得到。秸稈污染物產(chǎn)生量（秸稈產(chǎn)污量）=作物產(chǎn)量×秸稈與作物產(chǎn)量比×秸稈產(chǎn)污系數(shù)，小麥、豆類、玉米、薯類和油料作物對應(yīng)的秸稈與作物產(chǎn)量比值分別為0.97、1.03、1.71、0.61和3[8,10]。各類作物秸稈的化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）、TN、TP產(chǎn)污系數(shù)如表1[8]。

表1 不同作物秸稈的產(chǎn)污系數(shù) Table 1 Pollutant producing coefficients of different crop straw

注：COD，化學(xué)需氧量。TN和TP為總氮和總磷。下同。

Note: COD, Chemical oxygen demand. TN and TP are total N and total P. Same as below.

青海省秸稈資源利用主要以秸稈能源化、飼料化、秸稈還田、食用菌基料等為主，未被利用的秸稈則主要包括未收集的秸稈以及棄置亂堆的秸稈2部分，其中未收集的秸稈可假定為還田處理。秸稈的面源污染物負荷量=秸稈污染物產(chǎn)生量×秸稈面源污染排放系數(shù)，忽略秸稈能源化、飼料化、食用菌基料等利用方式的排污，即排放系數(shù)為0，秸稈作為肥料還田時的COD、TN、TP排放系數(shù)分別為20%、10%和5%，棄置亂堆時對應(yīng)的排放系數(shù)分別為50%、50%和50%[8]。

1.3 畜禽養(yǎng)殖

畜禽養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生量（畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污量）可用畜禽飼養(yǎng)量×產(chǎn)污系數(shù)計算，也可采用畜禽糞便量×各污染物含量計算得到，其中畜禽糞便量=畜禽飼養(yǎng)量×飼養(yǎng)周期×糞尿排泄系數(shù)，二者之間也可互相轉(zhuǎn)換。畜禽飼養(yǎng)量由中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒[5]獲得，其中豬、肉牛、家禽的飼養(yǎng)量為當年的出欄量，奶牛、羊、馬、驢、騾的飼養(yǎng)量為年末存欄量[11]。此外，青海省的家禽主要以雞為主，根據(jù)中國畜牧業(yè)年鑒[12]中給定的2010和2009年青海省肉雞和蛋雞規(guī)?；瘓觯☉簦┏鰴跀?shù)量，初步假定蛋雞和肉雞的數(shù)量比為1:0.7。豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞的糞尿排泄系數(shù)分別為3.54、31.39、20.42、0.1、0.18 kg/d，羊、馬、驢、騾的糞尿排泄系數(shù)分別為0.87、5.9、5、5 kg/d[13]。

表2給出了不同畜禽種類的產(chǎn)污系數(shù)，其中TN和TP的產(chǎn)污系數(shù)參考已有文獻[11,13-14]并按照飼養(yǎng)周期進行單位換算后得到，其中肉雞的生長期取55 d，豬的平均飼養(yǎng)周期取157 d[15]，蛋雞、牛、羊、馬、驢、騾的飼養(yǎng)周期均以年計[11]。生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞的COD和NH3-N產(chǎn)污系數(shù)源自原環(huán)保部的“十二五”主要污染物總量減排核算細則[16]，羊的NH3-N產(chǎn)污系數(shù)根據(jù)羊糞尿中NH3-N約為TN的0.015倍[17]測算得到，馬、驢、騾的NH3-N產(chǎn)污系數(shù)則參照羊糞尿中的NH3-N和TN比例計算。

表2 青海省畜禽產(chǎn)污系數(shù)

與其他省份不同，青海省作為中國五大牧區(qū)之一，畜禽養(yǎng)殖中放養(yǎng)占很大規(guī)模，尤其對于26個牧區(qū)縣和4個半牧區(qū)縣來說放養(yǎng)的比例更大。根據(jù)中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒[5]中給定的總飼養(yǎng)量以及中國畜牧業(yè)統(tǒng)計[12]給定的不同養(yǎng)殖規(guī)模場（戶）的數(shù)量，估算畜禽放養(yǎng)所占有的比例，馬、驢、騾均假定為放養(yǎng)，其他畜禽養(yǎng)殖方式構(gòu)成如表3，其中散戶定義為養(yǎng)殖規(guī)模尚未達到養(yǎng)殖戶標準的圈養(yǎng)養(yǎng)殖方式。

表3 青海省畜禽養(yǎng)殖方式構(gòu)成 Table 3 Composition of livestock and poultry breeding mode in Qinghai province

注：數(shù)據(jù)為2012—2015年的平均值，規(guī)模養(yǎng)殖場及養(yǎng)殖專業(yè)戶劃分參見文獻[13]，羊的養(yǎng)殖數(shù)量劃分按照3頭羊相當于1頭豬來計算。

Note: Data are average from 2012 to 2015, and division of scale farms and specialized household is shown in literature[13]. The sheep quantity is calculated based on the quantity of pigs (3 sheep equal to 1 pig).

畜禽養(yǎng)殖面源污染負荷量=畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污量×畜禽面源污染排放系數(shù)。由于不同養(yǎng)殖方式處理糞便的方式、配套措施、飼養(yǎng)環(huán)境等有所不同，因此排放系數(shù)的主要影響因素也有所區(qū)別。規(guī)?；B(yǎng)殖場和養(yǎng)殖專業(yè)戶的排放系數(shù)可根據(jù)第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊[12]給定的排污系數(shù)按照排放系數(shù)=排污系數(shù)/產(chǎn)污系數(shù)計算，或根據(jù)“十二五”主要污染物總量減排核算細則[15]中給定的去除率按照排放系數(shù)=1-去除率計算，二者的主要影響因素為糞尿利用率、污水處理率、糞便處置方式、污水重復(fù)利用率。散戶排放系數(shù)主要受到糞尿利用率、糞尿處理率、糞尿還田率等人為影響，可采用排放系數(shù)=（1-糞尿利用率）×（1-糞尿處理率）+糞尿還田率×還田流失系數(shù)計算。對于放養(yǎng)來說，主要受到糞便撿拾率影響，排放系數(shù)可按照（1-糞便撿拾率）×糞便釋放率×徑流系數(shù)計算，當計算氨氮時應(yīng)減去揮發(fā)導(dǎo)致的損失率。

規(guī)?；B(yǎng)殖場和養(yǎng)殖專業(yè)戶的排放系數(shù)詳見表4。對于散戶來說，根據(jù)調(diào)研結(jié)果初步假定糞尿的利用主要為還田，糞尿利用率等于糞尿還田率，根據(jù)劉曉永等[15]給出西北地區(qū)2010年代各畜禽的糞尿還田率為68.47%～80.7%，本文假定不同畜禽的糞尿還田率相同，均取平均值74.56%，目前青海省養(yǎng)殖一般未設(shè)置糞污處理設(shè)施，初步假定糞尿處理率為0，COD、TN和TP的還田流失系數(shù)均取20%、15%和5%[8]，NH3-N的還田流失系數(shù)假定與TN一致，取15%，計算得到COD、TN、TP以及NH3-N的排放系數(shù)分別為40.4%、37.3%、29.4%和37.3%。

表4 規(guī)模養(yǎng)殖場和養(yǎng)殖專業(yè)戶的畜禽面源污染排放系數(shù)

注：COD和NH3-N數(shù)據(jù)源自文獻[16]和TN和TP數(shù)據(jù)源自文獻[13]，羊排放系數(shù)假定為其他畜禽的平均值。

Note: Data source of COD and NH3-N are from literature[16], TN and TP date are from literature[13], pollution discharge coefficient of sheep is average of other livestock and poultry species .

對于放養(yǎng)畜禽來說，該地區(qū)撿拾糞便主要以牛糞為主，糞便撿拾率參考藏北牧區(qū)畜糞撿拾燃燒比例，取70%[18]，參考阿仁高娃[19]給出的草原牛馬羊糞便中TN和NH3-N的損失率以及趙路[20]給出的不同畜禽糞便氨揮發(fā)占比，假定雞的TN和NH3-N的釋放率為牛馬羊平均值且COD和TP的釋放率與TN相同，見表5。徑流系數(shù)參考龍銀平等[21]給定的布哈河流域的徑流系數(shù)，取為0.2。計算得到放養(yǎng)條件下畜禽面源污染排放系數(shù)見表5。

表5 放養(yǎng)條件下畜禽糞便釋放率和排放系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 污染來源歷史發(fā)展特征

2.1.1 化肥和農(nóng)藥

1989—2015年間，除鉀肥施用量基本維持穩(wěn)定外，青海省氮肥、磷肥、復(fù)合肥以及農(nóng)藥的施用量均顯著提升[5]（見圖1），2015年氮肥、磷肥、復(fù)合肥以及農(nóng)藥施用量分別為1989年施用量的1.7倍、2倍、2.7倍和1.9倍，若按現(xiàn)有全國化肥和農(nóng)藥平均利用率計算，2015年青海省未利用化肥量約6.3萬t、農(nóng)藥殘留量約0.12萬t，會對農(nóng)田、流域乃至整個生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重影響。以農(nóng)作物總播種面積為基數(shù)，按照2015年中國化肥施用總量6 022.6萬t計算，單位面積平均化肥用量約為362 kg/hm2，而青海省相應(yīng)的化肥用量約為181 kg/hm2，可以看出目前青海省單位面積化肥施用量僅為全國平均值的50%，但卻仍顯著高于世界平均水平120 kg/hm2。

圖1 青海省化肥農(nóng)藥施用量歷史變化

2.1.2 秸稈

圖2給出了青海省作物產(chǎn)量和秸稈資源量的歷史變化，從圖2a可以看出，隨著時間的發(fā)展，由于種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，青海省小麥和豆類的產(chǎn)量顯著減少，玉米、薯類和油料作物的產(chǎn)量顯著增加，2015年小麥、豆類、玉米、薯類和油料作物總產(chǎn)量約為1998年的0.43、0.41、4.6、2.3和1.4倍。2009年以前，青海省的秸稈資源量呈現(xiàn)不斷增大的趨勢，而2009年以后則在基本穩(wěn)定的前提下呈現(xiàn)小幅度下降趨勢。2015年的秸稈資源量達到174萬t，該數(shù)值與馬仁萍[22]給出的170萬t相近，約比1985年翻了1倍，分析主要原因一方面在于作物總產(chǎn)量的增加，另一方面是玉米和油料作物產(chǎn)量增加較多且二者秸稈與糧食產(chǎn)量比較大。

圖2 青海省作物產(chǎn)量和秸稈資源量變化

2.1.3 地膜

青海省地處高寒冷涼地區(qū)，由于地膜覆蓋技術(shù)具有增溫、保水、對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的效用，因此地膜在該地區(qū)得到大力推廣[23]。隨著地膜使用年限的增加，殘留在土壤中的地膜會形成“白色污染”，影響根系對養(yǎng)分的吸收，并威脅農(nóng)田環(huán)境。

2015年青海省地膜總用量為6 006 t，約為1991年的39倍[5]，尤其是2008年以后地膜用量急劇上升，主要原因在于大面積推廣使用地膜，2015年地膜使用面積為7.086萬hm2，約為2008年的10倍，覆蓋作物種類不斷增加，包括馬鈴薯、大蒜、辣椒、白菜等，覆蓋范圍也不斷加大至高寒地區(qū)，同時地膜覆蓋技術(shù)由全膜雙壟技術(shù)發(fā)展到全膜覆蓋和雙膜栽培技術(shù)，單位面積地膜使用量也呈不斷增加趨勢，如圖3，然而在2011年后單位面積地膜使用量有所減少，主要原因在于近年來一些生產(chǎn)廠家為降低成本，生產(chǎn)的地膜產(chǎn)品越來越薄，實際生產(chǎn)銷售的地膜厚度大多在0.005～0.006 mm[24]，這些地膜強度低、易老化破碎且不利于回收，一定程度上增大了殘留地膜對環(huán)境的污染[25]。減少地膜用量、增加地膜回收率對于解決地膜污染問題具有重要作用。

2.1.4 畜禽養(yǎng)殖

圖4a給出了1988—2015年間青海省畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的歷史變化情況，可以看到，豬、肉牛、奶牛養(yǎng)殖數(shù)量不斷增加，分別為20 a前養(yǎng)殖數(shù)量的1.6倍和3.1倍，馬、驢、騾的數(shù)量有明顯下降，羊的數(shù)量在2006年以前呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，2006年受到經(jīng)濟波動影響，出現(xiàn)了較大回落[26]，而近10 a來基本維持穩(wěn)定態(tài)勢。

圖3 青海省地膜用量的變化

圖4 青海省畜禽養(yǎng)殖數(shù)量及排泄量變化

計算得到青海省畜禽糞便排泄量如圖4b。隨著時間的發(fā)展，青海省的畜禽糞便量除2006年存在明顯下降外總體呈現(xiàn)不斷增多的趨勢。1996年，畜禽糞便排泄量為1372萬t，豬、肉牛、奶牛、羊、馬、驢、騾的糞便貢獻分別占4.4%、44.1%、6.8%、36.3%、5.0%、1.6%和1.8%，而2015年對應(yīng)的數(shù)值分別為5.5%、48.9%、16.6%、25.9%、2.0%、0.5%和0.5%。1996年和2015年肉雞和蛋雞產(chǎn)生的糞便量均很小，可以近似忽略。畜禽糞便貢獻值由大到小依次為肉牛>羊>奶牛>豬和馬。同時，經(jīng)過20a的發(fā)展，馬、驢、騾的糞便貢獻明顯減少，羊的貢獻率也減少10.4%，而牛的糞便貢獻不斷增大，豬糞便量占比也略有增加，主要由于牛的養(yǎng)殖數(shù)量迅猛增加導(dǎo)致的。

2.2 主要污染來源產(chǎn)生的污染物負荷量

2.2.1 化肥

2013—2020年化肥的氮磷產(chǎn)污量見表6，由于2017和2020年尚未有統(tǒng)計的化肥施用量，因此仍以2015年的化肥施用量為基數(shù)，2020年的化肥利用系數(shù)則以目標值40%為標準?？梢钥吹剑c2013年相比，2015年雖然化肥利用率有所增大，但是由于化肥施用量較大，其產(chǎn)生的氮磷污染均有所增大。根據(jù)化肥氮磷產(chǎn)污量計算得到青海省化肥氮磷面源污染負荷量，2013和2015年化肥導(dǎo)致的進入水體中的TN量分別為2 679和2 721 t、TP量分別為189和217 t，NH3-N量分別為222和226 t。與2013年相比，2015年的TN、TP、NH3-N面源污染負荷量分別增加了2%、15%、2%。若按現(xiàn)有的化肥施用量計算，即便到2020年化肥利用率達到了40%，化肥產(chǎn)生的總磷負荷仍將超過2013年，說明在提升化肥利用率的前提下，減少化肥施用量同樣不容忽視。

表6 青海省化肥氮磷污染負荷量Table 6 Nitrogen and phosphorus pollution discharge of chemical fertilizers in Qinghai province

2.2.2 秸稈

根據(jù)計算得到青海省秸稈產(chǎn)污量的歷史變化情況，如圖5?？傮w上，秸稈能夠產(chǎn)生的COD、TN、TP量與秸稈資源量的變化趨勢一致，即2009年以前呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，而2009年以后呈現(xiàn)小幅度下降的態(tài)勢，2015年秸稈可產(chǎn)生的COD、TN、TP量分別為1.2、1.9和0.2萬t，其中油料作物的貢獻最大，主要由于其對應(yīng)的COD、TN、TP產(chǎn)污系數(shù)均為各作物種類中最高值，產(chǎn)生量分別占總量的51%、71%和46%；其次為玉米，對應(yīng)百分比分別為17%、10%和22%；小麥秸稈的COD、TN、TP貢獻量分別為18%、9%和15%，略低于玉米，而豆類和薯類秸稈的產(chǎn)生量相對較?。ㄒ妶D6）。

圖5 青海省秸稈產(chǎn)污量的變化

馬仁萍[22]給出2015年青海省秸稈可收集量約127萬t，其中秸稈能源化、過腹還田、秸稈還田、食用菌基料分別消耗21萬t、66萬t、4萬t和3萬t。假定未收集的秸稈均作為秸稈還田處理，即秸稈還田的數(shù)量為51萬t，未被利用的秸稈則認為棄置亂堆，為33萬t。按照相同比例，可以計算得到2015年相應(yīng)進入水體中的污染物含量，見表7?？梢钥吹剑瑢τ诂F(xiàn)有秸稈處置方式來說，進入水體中的COD、TN、TP量分別為1 889、2 418、224 t，TN和TP總量與化肥導(dǎo)致進入水體的TN和TP量大致相同，說明秸稈導(dǎo)致的面源污染問題也不容忽視。棄置亂堆所產(chǎn)生的COD、TN、TP流失量分別占總流失量的62%、76%和87%，減少棄置亂堆秸稈的比例對于減少秸稈面源污染具有重要現(xiàn)實作用。

圖6 2015年各類型作物秸稈產(chǎn)污貢獻

表7 青海省秸稈產(chǎn)生的面源污染負荷量

2.2.3 畜禽養(yǎng)殖

根據(jù)產(chǎn)污系數(shù)可得到青海省畜禽糞便的產(chǎn)污量變化如圖7，可以看到畜禽COD、NH3-N、TN的污染量均隨時間的發(fā)展呈現(xiàn)增大趨勢，其中COD的增幅最大，而TP量在2007年出現(xiàn)明顯減小，隨后又有小幅上升，其變化趨勢與羊數(shù)量變化趨勢相似。

2015年，青海省畜禽糞便產(chǎn)生的COD、NH3-N、TN、TP總量分別為128.91、0.85、35.04和5.18萬t（表8），其中TN和TP量分別為化肥TN和TP產(chǎn)污量的13倍和10倍。對于COD產(chǎn)污量來說，由大到小依次為肉牛、奶牛、羊、豬，牛糞尿的COD產(chǎn)污量達到總量的84.9%。

對于NH3-N產(chǎn)污量來說，前3名依次為肉牛、豬和羊，三者的占比分別為34.2%、29.1%和23.6%，合計約占總量的86.9%；對于TN產(chǎn)污量來說，排名前3的畜禽種類依次為肉牛、羊和奶牛，三者共占總量的84%；而對于TP產(chǎn)污量來說，羊的貢獻則最大，占了總量的52.1%，其次為肉牛22.7%，各畜禽種類的TP貢獻百分比也可以間接說明TP量的變化趨勢與羊數(shù)量的變化趨勢一致的原因。

圖7 青海省畜禽產(chǎn)污量的變化

表8 2015年青海省畜禽產(chǎn)污量

根據(jù)計算得到畜禽糞便導(dǎo)致的面源污染負荷量。表9給出了2012—2015年青海省畜禽產(chǎn)生的面源污染負荷總量以及規(guī)?；B(yǎng)殖場和養(yǎng)殖專業(yè)戶產(chǎn)生的負荷量，可以看到，2012—2015年，COD負荷總量在15.9萬t～16.7萬t之間變化，其中規(guī)模養(yǎng)殖場及養(yǎng)殖專業(yè)戶的負荷量為2.47萬t～2.5萬t，貢獻率平均為15.4%；NH3-N負荷總量為0.203萬t～0.209萬t, 其中規(guī)模養(yǎng)殖場及養(yǎng)殖專業(yè)戶的負荷量為0.077萬t～0.079萬t，貢獻率平均為37.8%；TN負荷總量為6.94萬t～7.14萬t, 其中規(guī)模養(yǎng)殖場及養(yǎng)殖專業(yè)戶的負荷量為2.95萬t～3.02萬t，貢獻率平均為42.4%；TP負荷總量為0.683萬t～0.697萬t, 其中規(guī)模養(yǎng)殖場及養(yǎng)殖專業(yè)戶負荷量為0.208萬t～0.212 萬t，貢獻率平均為30.5%。

圖8給出了2015年青海省不同養(yǎng)殖方式下的畜禽面源污染貢獻率，可以看到散戶產(chǎn)生的面源污染負荷量最大，COD、NH3-N、TN、TP排放量分別占畜禽排放總量的78.7%、50%、52%和58.9%，主要原因一方面在于散戶的畜禽數(shù)量多，一方面在于糞便的利用率有限且處理率較低，污染排放系數(shù)較高。規(guī)?；B(yǎng)殖場（小區(qū)）對應(yīng)的COD、NH3-N、TN、TP排放占比分別為5%、21.1%、0和4.9%，可以看到，規(guī)?；B(yǎng)殖場（小區(qū)）的COD、TN、TP的排放占比較小，但NH3-N的排放量卻比較大，也間接說明了規(guī)?；B(yǎng)殖場NH3-N處理能力有待進一步提升。對于養(yǎng)殖專業(yè)戶來說，COD、NH3-N、TN、TP排放占比分別為10.3%、16.7%、42.4%和25.7%，養(yǎng)殖專業(yè)戶的TN和TP排放量較大，應(yīng)當引起重視。放養(yǎng)對應(yīng)的COD、NH3-N、TN、TP排放占比分別為5.9%、12.2%、5.6%和10.5%，放養(yǎng)條件下的畜禽NH3-N和TP污染負荷量較大，不容忽視。

表9 青海省畜禽產(chǎn)生的面源污染負荷量

根據(jù)上述分析，可以看到化肥、秸稈和畜禽糞便產(chǎn)生的污染物進入水體將對環(huán)境產(chǎn)生巨大的威脅。2015年青海省種植業(yè)（化肥+秸稈）和畜禽糞便進入水體導(dǎo)致面源污染的COD百分比約為1.2%和98.8%（約99%），NH3-N百分比約為9.8%和90.2%，TN百分比約為6.2%和93.8%，TP百分比約為6.1%和93.9%。

3 討 論

3.1 驗證及污染負荷占比分析

根據(jù)“十二五”主要污染物總量減排核算細則中給出農(nóng)業(yè)污染源COD、NH3-N排放量主要包括畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)的排放量之和，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的排放主要指規(guī)模化養(yǎng)殖場（小區(qū)）和養(yǎng)殖專業(yè)戶，牲畜包括豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞5種。由于青海省水產(chǎn)養(yǎng)殖較少，本文暫且忽略水產(chǎn)養(yǎng)殖的面源污染排放量。在畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場及養(yǎng)殖專業(yè)戶面源污染負荷量中減去羊的排放，可得到2012—2015年農(nóng)業(yè)污染源畜禽養(yǎng)殖業(yè)的COD和NH3-N平均排放量分別為2.23萬t和0.060萬t。種植業(yè)方面，COD排放量主要來自于秸稈，根據(jù)前文可計算得到2012—2015年的平均排放量約為0.21萬t，NH3-N排放量主要來自化肥，其平均排放量約為0.022萬t，可以得到農(nóng)業(yè)污染源COD、氨氮排放量分別為2.44萬t和0.082萬t。根據(jù)青海省環(huán)境狀況公報提供的數(shù) 據(jù)[27]，2012—2015年農(nóng)業(yè)污染源COD、NH3-N平均排放量分別為2.19萬t和0.089萬t, 可以看到計算值與公報給定的COD和NH3-N排放量分別相差11%和8%，誤差在可接受范圍內(nèi)，產(chǎn)生誤差的主要原因在于養(yǎng)殖數(shù)量和比例以及污染排放系數(shù)均存在年際變化。

以2015年為例，根據(jù)青海省環(huán)境狀況公報可知，工業(yè)、生活和集中式治理設(shè)施廢水中COD排放量分別為4萬t、4.14萬t和0.16萬t，NH3-N排放量分別為1 932 t、7 074 t、135 t，通過上文計算得到的農(nóng)業(yè)面源污染中COD和NH3-N排放量分別為16.17萬t和2 306 t，占水體污染總負荷的66%和20%，工業(yè)污染中COD和NH3-N排放量分別占水體污染總負荷的17%和62%?？梢钥闯?，農(nóng)業(yè)面源污染是地表水體污染的COD污染主要來源，而工業(yè)則是氨氮污染的主要來源。

3.2 農(nóng)業(yè)面源污染主要防控措施

青海省畜禽糞便對農(nóng)業(yè)面源污染的貢獻極大，有針對性地提出相應(yīng)防控措施是十分必要的。由于散養(yǎng)畜禽的污染負荷量很大，因此應(yīng)加快分散經(jīng)營向規(guī)?；B(yǎng)殖模式的轉(zhuǎn)變，加強非規(guī)模化養(yǎng)殖場和養(yǎng)殖戶的監(jiān)督管理，強化散戶經(jīng)營的畜禽糞便排放管理，推進畜禽養(yǎng)殖制度化和規(guī)范化，對區(qū)域畜禽養(yǎng)殖散戶廢物的排放和治理進行統(tǒng)一規(guī)劃，強制監(jiān)管，統(tǒng)一收集、集中處理，源頭上應(yīng)提高畜禽糞便利用率及還田率，加強散戶糞污廢水中COD的去除，可采用絮凝沉淀法、Fenton氧化法、生物處理等方法。針對規(guī)?；B(yǎng)殖場NH3-N排放量以及養(yǎng)殖專業(yè)戶TN和TP污染排放量大的特點，可采用介質(zhì)吸附法、電化學(xué)法、生物處理等方法去除。過程上可采用自然生態(tài)處理方法對面源污染進行攔截和吸附，如構(gòu)建人工濕地[28]。此外，嚴格控制化肥施用強度[29]，加強種植業(yè)與畜牧業(yè)的結(jié)合，建立良性生態(tài)循環(huán)模式，將畜禽養(yǎng)殖的廢物以及種植業(yè)自身產(chǎn)生的秸稈等資源轉(zhuǎn)化為種植業(yè)可利用的化肥等資源以及能源，如將畜禽糞便加工為有機肥或通過漚肥的方式將其轉(zhuǎn)化為沼氣等，減少畜禽面源污染的同時實現(xiàn)化肥的減量，最終形成種養(yǎng)結(jié)合、綜合利用的循環(huán)鏈[30-32]。

4 結(jié) 論

青海省近30 a來的農(nóng)藥化肥、地膜、秸稈以及畜禽糞便量總體上呈現(xiàn)增大的趨勢。化肥與秸稈產(chǎn)生的進入水體中的總氮（total N，TN）、總磷（total P，TP）大致相同，雖然目前中國化肥利用率有所提高，但其污染負荷量仍不斷增加，化肥減量化不容忽視，棄置亂堆秸稈所產(chǎn)生的化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）、TN、TP流失量分別占秸稈面源污染總量的62%、76%和87%，減少棄置亂堆秸稈的比例對于減少秸稈面源污染具有重要現(xiàn)實作用，此外眾多作物秸稈中油料秸稈的潛在污染最大，可深入開展針對性的利用方式研究。

青海省畜禽糞便對農(nóng)業(yè)面源污染的貢獻極大，COD負荷量接近總量的99%，NH3-N、TN、TP排放的負荷量分別為總量的90.2%、93.8%、93.9%、，在不同的畜禽養(yǎng)殖方式中，散戶產(chǎn)生的面源污染負荷量最大，規(guī)?；B(yǎng)殖廠（小區(qū)）和養(yǎng)殖專業(yè)戶的NH3-N污染負荷較大，放養(yǎng)畜禽的NH3-N和TP面源污染負荷量不容忽視，此外還應(yīng)當加強規(guī)?；B(yǎng)殖場糞便的循環(huán)利用，減少相應(yīng)糞污處理設(shè)施的負荷。

加大對畜禽養(yǎng)殖面源污染防控，將畜禽養(yǎng)殖的廢物以及種植業(yè)自身產(chǎn)生的秸稈等資源轉(zhuǎn)化為種植業(yè)可利用的化肥等資源以及能源，形成種養(yǎng)結(jié)合、綜合利用的循環(huán)鏈，是解決青海省農(nóng)業(yè)面源污染問題的最基本原則。

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Characteristic analysis of non-point source pollution in Qinghai province

Tao Yuan1,2, Wang Shaoli1,2※, Guan Xiaoyan1,2, Li Runjie3, Liu Jing1, Ji Mengzhe1

(1.100048,; 2.100048,; 3.810001,)

In China, the agricultural non-point source pollution threatening water environment is a serious problem. The main agricultural non-point source pollution sources include fertilizers, pesticides, straws, mulching films and livestock and poultry mature. The characteristics of the agricultural non-point source pollution in different provinces are different. The paper was to study the characteristic and development tendency of the agricultural non-point source pollution in Qinghai province based on the history data and export coefficient method. Qinghai province is located in the northeast of Qinghai-Tibet Plateau. It has the characteristics of low temperature, large gap in temperature between day and night, less and concentrated rainfall, long sunshine and strong solar radiation. In Qinghai province, many mulching films are used and large numbers of livestock and poultry are dispersedly raised in pastoral and semi-pastoral areas. With the development of agriculture and animal husbandry, the problem of agricultural non-point source pollution has become more obvious. The pollution loads including 4 parameters of chemical oxygen demand (COD), ammonia nitrogen (NH3-N), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) produced by fertilizers, straws, livestock and poultry had been calculated. Considering the special situation that there were many livestock and poultry by dispersion raising in pastoral and semi-pastoral areas, the calculate methods of the agricultural non-point source pollution of livestock and poultry under different breeding modes were proposed. The pollution contributions and threats of the different pollution sources were revealed and the main prevention measures were given. The results showed that fertilizers and pesticides consumption, crop and straw yield, plastic mulch, livestock and poultry manure had presented an increased tendency in the past 30 years and the crop and straw yield had slowly declined in the past 5 years in Qinghai province. In 2015, the total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) pollution loads and ammonia nitrogen (NH3-N) produced by fertilizers were 2 721, 217 and 226 t, which were 2%,15% and 2% higher than that in 2013. When the fertilizer efficiency increased to 40%, the TP load was still larger than that in 2013. The TN and TP loads produced by crop straws are 2 418 and 224 t respectively which were close to the fertilizers in 2015. The COD load was 1889 t. Oil crops produced the largest pollution, beans and tuber crops produced less pollution in Qinghai province. The COD, NH3-N, TN and TP loads produced by livestock and poultry were 1289.1, 8.5, 350.4 and 51.8 thousand ton. Under different breeding modes, the agricultural non-point source pollution load produced by small-scale rear livestock in pens was the maximum, and the NH3-N pollution loads from the large-scale breeding sites and specialized households were large，the NH3-N and TP pollution loads from the free-ranging livestock and poultry were also noticeable. In 2015, 98.8% of COD, 90.2% of NH3-N, 93.8% of TN and 93.9% of TP of agricultural non-point source pollution loads were produced by livestock and poultry manure. Additionally, based on the Environmental State Bulletin of Qinghai province, we obtained that the agriculture non-point pollution was the main source of COD which contributes 66 percentages of the total COD loads in 2015. In view of the main prevention measures, the pollution control of the animal husbandry should be strengthened, an ecosystem circulation mode considering the combination of crop farming and animal husbandry combination should be built. This paper can provide valuable information for the agricultural non-point source pollution control in Qinghai province.

fertilizers; pesticides; straw; Qinghai province; non-point source pollution; livestock and poultry breeding

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.021

S143.4+1

A

1002-6819(2019)-10-0164-09

2018-09-17

2019-03-10

國家重點研發(fā)計劃（2018YFC0406502）；青海省科技計劃項目（2017-NK-155）；中國水利水電科學(xué)研究院青年科學(xué)研究專項（ID0145B092019）

陶 園，工程師，博士，主要從事農(nóng)田灌排及農(nóng)業(yè)水土資源與環(huán)境方面的研究。Email：taoyuanss.good@163.com

王少麗，教授級高級工程師，博士，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源與環(huán)境、農(nóng)田灌排理論與技術(shù)方面的研究。Email：shaoliw@iwhr.com

陶 園，王少麗，管孝艷，李潤杰，劉 靜,吉夢喆.青海省農(nóng)業(yè)面源污染源特征分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(10)：164－172. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.021 http://www.tcsae.org

Tao Yuan, Wang Shaoli, Guan Xiaoyan, Li Runjie, Liu Jing,Ji Mengzhe.Characteristic analysis of non-point source pollution in Qinghai province [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(10): 164－172. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.021 http://www.tcsae.org