湖北省種植業(yè)面源污染現(xiàn)狀分析

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)面源污染情況進行調(diào)查，并采用等標污染負荷法進行評價與源解析。結果表明，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%的秸稈進行了綜合利用，有36.1%的秸稈被非資源化處置。全省污染負荷占比前三的市（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。

關鍵詞：種植業(yè)面源污染；等標污染負荷法；綜合調(diào)查法；湖北省

中圖分類號：X592 文獻標識碼：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)導致的面源污染，更好地了解農(nóng)業(yè)面源污染的結構和控制方向。

農(nóng)業(yè)面源污染負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荷進行估算[15]。國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)面源污染進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，污染源等標污染負荷法具有概念明確、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），等標污染負荷比之和超過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174.9 kg/hm2，磷肥施用量達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473.3 kg/hm2，磷肥施用量達194.2 kg/hm2。1991-2012年的20多年間，氮肥使用量增長率達170.6%，磷肥使用量增長率達226.4%。2012年化肥使用量遠遠超過國際上為防止水體污染而設置的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)查結果運用排污系數(shù)法估算其污染負荷，采用等標污染負荷法進行綜合評價分析，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)基本情況進行普查，結果表明，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)模化農(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)模化農(nóng)場按133.3～333.3 hm2抽取一個典型地塊進行抽樣規(guī)?；r(nóng)場典型地塊，對抽取的典型地塊進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 污染負荷計算 采用排污系數(shù)法計算污染負荷，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，將各種模式的量進行匯總，從而計算出鄉(xiāng)鎮(zhèn)或農(nóng)場匯總表，進而匯總出各區(qū)域的種植業(yè)源污染物流失的情況。

1.3.2 評價方法 利用等標污染負荷法對污染源進行分析評價，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，等標污染負荷相關公式計算如下：

Pi=Qi/C0i×10-6 （1）

Ki=Pi/∑Pi×100% （2）

式中，Pi為污染物i的等標污染負荷，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)控制類別標準值（GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準），單位為mg/L；Ki為污染物i的等標污染負荷比。

2 結果與分析

2.1 化肥施用現(xiàn)狀與分析

化肥使用不當，造成土壤肥力退化和養(yǎng)分失衡?；适褂矛F(xiàn)狀調(diào)查結果（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，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)量達到4 090.7萬t左右，如果進行有效利用，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，破壞土壤結構，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)普查基礎數(shù)據(jù)計算各市（州）的污染物等標負荷（表8），以各市（州）等標污染負荷率大小進行排序，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?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的作用遠達不到預想的效果。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，應有針對性地開展提高地膜質(zhì)量標準、促進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，污染也最為嚴重。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷進步中，要綜合考慮農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟產(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)民負擔。

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