中國(guó)化肥面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化

劉欽普

(南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院,南京 211171）

中國(guó)化肥面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化

劉欽普

(南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院,南京 211171）

為了合理施肥,防治化肥面源污染,對(duì)中國(guó)化肥施用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。通過(guò)建立化肥施用環(huán)境安全閾值模型和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,計(jì)算中國(guó)各省區(qū)時(shí)空維度化肥施用環(huán)境安全閾值,評(píng)價(jià)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度及變化。研究結(jié)果表明.中國(guó)化肥施用環(huán)境安全閾值近25年來(lái)在200～300 kg·hm-2之間變化,平均值為243 kg·hm-2,近15年來(lái)的平均值為251 kg·hm-2,與國(guó)家環(huán)保部生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)定的化肥施用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)基本吻合；總化肥施用在1994年由環(huán)境安全轉(zhuǎn)為低度風(fēng)險(xiǎn),氮、磷、鉀單質(zhì)化肥施用分別在1988、1999、2008年由環(huán)境安全轉(zhuǎn)為低度風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；2014年中國(guó)總化肥施用環(huán)境安全閾值平均為285 kg·hm-2,化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均為0.54,氮、磷、鉀化肥風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均分別為0.54、0.53、0.49,化肥施用總體處于低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；2014年西藏等11個(gè)省區(qū)化肥施用處于環(huán)境安全狀態(tài),遼寧等16個(gè)省區(qū)處于低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),河南、海南和天津三省區(qū)處于中度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),陜西處于嚴(yán)重環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)?？傊?中國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)自1994年進(jìn)入低度風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),并呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),自2006年以后有所降低。2014年全國(guó)各省區(qū)的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度總體為低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),但省區(qū)之間差異較大,各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)出聚集分布的特點(diǎn)。

化肥施用強(qiáng)度；環(huán)境安全閾值；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；時(shí)空變化；中國(guó)

隨著點(diǎn)源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的不斷控制,面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)已成為世界范圍內(nèi)地表水與地下水污染的主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源［1］。為了避免農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)耗時(shí)費(fèi)力的困難,人們?cè)噲D用模型方法對(duì)面源污染進(jìn)行模擬和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。當(dāng)前研究的熱點(diǎn)主要集中在1980年代后國(guó)外出現(xiàn)的SWAT、AnnAGNPS、APEX等大型的面源污染機(jī)理模型的改進(jìn)和應(yīng)用［2-3］。汪朝輝等［4］基于GIS和SWAT模型對(duì)清江流域面源污染進(jìn)行模擬,揭示了面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的主要影響因素是降水、土地利用方式和耕作制度等。田耀武等［5］基于AnnAGNPS模型對(duì)三峽庫(kù)區(qū)秭歸縣面源污染輸出進(jìn)行評(píng)價(jià),認(rèn)為該模型對(duì)秭歸縣域泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等模擬方式有待進(jìn)一步改進(jìn),才能更好地成為面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防治管理和調(diào)控工具。尹黎明等［6］認(rèn)為APEX模型在淮河中上游坡面尺度進(jìn)行不同土地管理措施下的水土流失評(píng)價(jià)較為適宜。國(guó)內(nèi)學(xué)者也構(gòu)建了相關(guān)面源污染模型。劉曼蓉等、李懷恩等、李定強(qiáng)等［7］分別建立了暴雨徑流污染的概化模型與統(tǒng)計(jì)相關(guān)模型、降雨量-徑流量-污染負(fù)荷之間的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型和面源污染物遷移機(jī)理模型等。陳會(huì)等［8］基于排水過(guò)程分析,利用模擬方法,對(duì)水稻灌區(qū)中地表排水和稻田滲漏排水的面源污染過(guò)程進(jìn)行研究。以上的面源污染模擬和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型體現(xiàn)了對(duì)面源污染的綜合研究,模擬過(guò)程也較為復(fù)雜,但對(duì)化肥施用的單項(xiàng)污染建立的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型還不多。劉欽普［9］提出了化肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?對(duì)中國(guó)的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了初步研究。但是,該模型的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要是采用國(guó)家環(huán)保部門(mén)制定的生態(tài)縣和生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)化肥施用強(qiáng)度不低于250 kg·hm-2的常量標(biāo)準(zhǔn)［10-11］,沒(méi)有考慮評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)空變化。本文利用筆者建立的化肥施用環(huán)境安全閾值計(jì)算模型,對(duì)中國(guó)化肥施用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化做深入研究,期望完善化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,并對(duì)我國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)的化肥面源污染控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 化肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

化肥施用面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中施用化肥對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染的可能性,是一種非突發(fā)性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。這種風(fēng)險(xiǎn)是客觀存在的,具有很大的不確定性。筆者設(shè)計(jì)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型得出的數(shù)值是介于0和1之間的小數(shù),有風(fēng)險(xiǎn)程度的上限和下限,便于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)程度的認(rèn)識(shí)和比較［9］。其計(jì)算公式為.

式中：Rt為化肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)；Ri為單質(zhì)肥料(氮、磷或鉀等）污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Wi為單質(zhì)肥料氮、磷、鉀環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重,這里依據(jù)前期研究,分別取0.648、0.230、0. 122；Ti為單質(zhì)肥料環(huán)境安全閾值,是指在為獲得某一季作物目標(biāo)產(chǎn)量而不危害環(huán)境的某種化肥的最大施用量(即單位播種面積化肥施用量上限）,計(jì)算方法見(jiàn)下列公式(3）、(4）、(5）；Fi為某化肥施用強(qiáng)度,是指本年內(nèi)實(shí)際用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的單位播種面積化肥施用量,kg·hm-2。

由公式(1）、(2）可見(jiàn),Ri(或Rt）介于0和1之間,當(dāng)Ri等于0.5時(shí),則Fi和Ti兩者相等,是施肥環(huán)境安全的臨界點(diǎn)。通過(guò)比較化肥施用強(qiáng)度與環(huán)境安全閾值的大小,即可表征化肥施用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大小。

1.2 化肥施用環(huán)境安全閾值測(cè)度方法

化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型公式(2）中的環(huán)境安全閾值是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。假設(shè)化肥施用環(huán)境安全閾值與作物目標(biāo)產(chǎn)量有關(guān),作物目標(biāo)產(chǎn)量綜合反映自然生態(tài)條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和農(nóng)田管理水平等因素的綜合作用。作物目標(biāo)產(chǎn)量可以根據(jù)某地區(qū)近幾年的產(chǎn)量的平均值向上浮動(dòng)10%得到。由于糧食作物是各地主要的農(nóng)作物,其產(chǎn)量高低可以代表該地區(qū)自然經(jīng)濟(jì)狀況。一般來(lái)講,化肥施用環(huán)境安全閾值應(yīng)小于當(dāng)?shù)刈魑镒罡弋a(chǎn)量時(shí)的化肥施用量。例如,崔玉亭等的研究表明,在某一產(chǎn)量要求下,考慮生態(tài)為主的化肥施用生態(tài)適宜量是考慮經(jīng)濟(jì)為主的化肥施用經(jīng)濟(jì)適宜量的85%左右［12］。參考巨曉棠提出的理論施氮量的計(jì)算方法［13］,依據(jù)糧食作物目標(biāo)產(chǎn)量確定施氮量,在此施氮量的基礎(chǔ)上,向下浮動(dòng)10%～20%,得出氮肥施用環(huán)境安全閾值。根據(jù)大田作物氮磷鉀施肥比例一般為1∶0.5∶0.5的施肥要求,筆者提出了氮、磷、鉀總肥及單質(zhì)化肥施用的環(huán)境安全閾值測(cè)度模型.

式中：Tt為總化肥施用環(huán)境安全閾值；ρ為化肥施用環(huán)境安全閾值調(diào)節(jié)系數(shù),一般取0.8或0. 9；A為單位產(chǎn)量的作物需氮量；Yi為某地區(qū)近期n年中某一年的作物產(chǎn)量；TN為氮肥環(huán)境安全閾值；TP為磷肥環(huán)境安全閾值；TK為鉀肥環(huán)境安全閾值。

1.3 化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法

根據(jù)化肥施用強(qiáng)度(Fi）超過(guò)環(huán)境安全閾值(Ti）的倍數(shù),把化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度從環(huán)境安全到極嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)分為5個(gè)不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)類(lèi)型,如表1所示。將表1分類(lèi)依據(jù)中的有關(guān)數(shù)據(jù),代入方程(2）進(jìn)行計(jì)算,得出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)。

表1 化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Rior Rt）分級(jí)及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)Table 1 Classification of fertilization environmental risk index(Rior Rt）

本研究使用的基礎(chǔ)資料主要來(lái)自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)資料和有關(guān)年份中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒［14］,對(duì)無(wú)法直接通過(guò)年鑒或調(diào)查獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)用相關(guān)數(shù)據(jù)替代或估算。由于各統(tǒng)計(jì)年鑒中都沒(méi)有給出復(fù)合肥中氮磷鉀的含量,根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查情況,參考有關(guān)文獻(xiàn),復(fù)合肥中的氮磷鉀含量統(tǒng)一按1∶1∶1處理［15］。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間變化特征

根據(jù)作物播種面積(含果園種植面積）和化肥施用總量計(jì)算1980—2014年中國(guó)各年份單位播種面積化肥施用總強(qiáng)度。按照三年滑動(dòng)平均的方法,計(jì)算各年份糧食作物的目標(biāo)產(chǎn)量,用公式(1）～(5）計(jì)算出各年份的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。35年來(lái),我國(guó)化肥施用總強(qiáng)度及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)總體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)(表2）。

計(jì)算結(jié)果表明,中國(guó)化肥施用總強(qiáng)度及氮、磷、鉀單質(zhì)化肥施用強(qiáng)度分別從1980年的86.4、64.2、19.2、3.0 kg·hm-2增加到2014年的333.7、174.2、87.2、75.8 kg·hm-2,35年來(lái)分別增長(zhǎng)到3.9、2.7、4.5、25.5倍。從2005年我國(guó)普遍實(shí)行配方施肥以來(lái),氮、磷化肥施用強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢,鉀肥施用強(qiáng)度增加較快(圖1）。N∶P2O5∶K2O(簡(jiǎn)寫(xiě)為N∶P∶K）的比例1980年為1∶0.3∶0.05,2005年為1∶0.44∶0.35,2014年為1∶0.50∶0.43,逐漸趨于1∶0.5∶0.5的發(fā)達(dá)國(guó)家水平［16］。同時(shí),我國(guó)化肥施用環(huán)境安全閾值近25年來(lái)在200～300 kg·hm-2之間變化,平均值是243 kg·hm-2,近15年來(lái)的平均值是251 kg· hm-2,特別是在2000—2010年間,化肥施用環(huán)境安全閾值平均值為250 kg·hm-2,正好與我國(guó)環(huán)境保護(hù)部門(mén)在2010年制定的生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)化肥施用強(qiáng)度小于250 kg·hm-2的評(píng)價(jià)指標(biāo)相吻合?？偦适┯铆h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及氮磷鉀單質(zhì)肥料的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別從1980年的0.39、0.47、0.35、0.08增加到2014年的0.54、0.55、0.55、0.51,總體處于低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(圖2）。由圖2不難發(fā)現(xiàn).①氮、磷、鉀化肥施用風(fēng)險(xiǎn)分別在1988、1999、2008年由環(huán)境安全轉(zhuǎn)為低度風(fēng)險(xiǎn),由于三個(gè)單質(zhì)化肥的平衡作用,總化肥風(fēng)險(xiǎn)自1994年由環(huán)境安全轉(zhuǎn)為低度風(fēng)險(xiǎn)。②自2006年以來(lái),氮肥的風(fēng)險(xiǎn)有所下降,磷肥的風(fēng)險(xiǎn)保持穩(wěn)定,鉀肥風(fēng)險(xiǎn)卻由安全增加為低度風(fēng)險(xiǎn)。

總的來(lái)說(shuō),我國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)自2006年以后呈降低趨勢(shì)。其主要原因是,2005年以后,我國(guó)大部分地區(qū)實(shí)行測(cè)土配方施肥,注重了氮、磷、鉀養(yǎng)分的合理搭配,雖然總的化肥施用量有所增加,但糧食產(chǎn)量增加,提高了化肥施用環(huán)境安全閾值,加上氮肥的施用風(fēng)險(xiǎn)有所下降、磷肥的施用風(fēng)險(xiǎn)保持穩(wěn)定、鉀肥風(fēng)險(xiǎn)稍微上升,使得總的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)有所降低。

表2 1980—2014年中國(guó)化肥施用總強(qiáng)度(Ft/kg·hm-2）及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Rt）的變化Table 2 Total fertilization intensity(Ft/kg·hm-2）and fertilization risk(Rt）from 1980 to 2014 in China

圖1 1980—2014年中國(guó)化肥施用強(qiáng)度的變化Figure 1 Changes of fertilization intensity in China from 1980 to 2014

圖2 1980—2014年中國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)變化Figure 2 Environmental risk changes of fertilization in China from 1980 to 2014

2.2 中國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間變化特征

利用國(guó)家統(tǒng)計(jì)局編制的《2015中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》［17］數(shù)據(jù),根據(jù)公式(3）、(4）、(5）,分別計(jì)算出2014年中國(guó)各省區(qū)的氮磷鉀單質(zhì)肥料和總化肥施用環(huán)境安全閾值,然后根據(jù)公式(1）、(2）分別計(jì)算出各省的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。結(jié)果表明,2014年中國(guó)總化肥施用環(huán)境安全閾值平均為285 kg·hm-2,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.54,為低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；氮磷鉀化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.54、0.53、0.49。各省區(qū)的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)差異較大,呈現(xiàn)出聚集分布的特點(diǎn),如表3和圖3所示。

圖3a表明,2014年西藏等11個(gè)省區(qū)處于化肥施用環(huán)境安全狀態(tài),除黑龍江、吉林和上海外,多分布在西部和西南部地區(qū)；遼寧等16個(gè)省區(qū)處于低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),除新疆外,多分布在華北地區(qū)和華南沿海地區(qū)；河南、海南和天津三省市處于中度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),陜西處于嚴(yán)重環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于單質(zhì)化肥氮肥來(lái)說(shuō),其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分布除個(gè)別省外基本與總肥分布一致,說(shuō)明當(dāng)前中國(guó)的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要還是氮肥施用風(fēng)險(xiǎn)(圖3b）。磷肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較平衡,除東北三省和滬、浙、閩、湘、貴、渝、川、藏這11個(gè)省區(qū)為環(huán)境安全區(qū)域和晉陜?cè)ソ颦?個(gè)省區(qū)為中度風(fēng)險(xiǎn)外,其余15個(gè)省區(qū)屬于低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(圖3c）。鉀肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)總體最低,但差別較大,從環(huán)境安全到極嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)都有,海南省為極嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)區(qū),廣西為嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)區(qū),廣東、福建和陜西為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū),云南、安徽、河南、山西、山東、吉林、北京、天津?yàn)榈投蕊L(fēng)險(xiǎn)區(qū),其余18個(gè)省區(qū)為環(huán)境安全區(qū)域(圖3d）。

表3 2014年中國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型Table 3 Environmental risk indexes and types of fertilization environmental risk in China in 2014

圖3 2014年中國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分布Figure 3 Distribution of environmental risk of fertilization in China in 2014

總之,氮肥施用是目前我國(guó)化肥面源污染的主要風(fēng)險(xiǎn),其次為磷肥,相比來(lái)說(shuō),鉀肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)還不突出。盡管人們還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到施鉀對(duì)環(huán)境有什么危害,但是區(qū)域差別大,有上升的潛勢(shì),應(yīng)引起警惕?？偟膩?lái)說(shuō),各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)集中連片分布,地域聯(lián)系比較明顯,對(duì)其內(nèi)在規(guī)律性尚需進(jìn)一步探討。

3 討論

3.1 化肥施用環(huán)境安全閾值動(dòng)態(tài)模型比單一標(biāo)準(zhǔn)更適合不同區(qū)域情況

化肥施用環(huán)境安全閾值是農(nóng)田化肥面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理的關(guān)鍵參數(shù),關(guān)系到化肥面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制的成敗。目前普遍認(rèn)為,發(fā)達(dá)國(guó)家為防止化肥污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),設(shè)置的化肥施用環(huán)境安全上限值為225 kg·hm-2［18］,然而亦有文章認(rèn)為這是氮肥施用的環(huán)境安全上限值［19-20］。我國(guó)環(huán)境保護(hù)部制定的生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)指標(biāo)中給出了單位播種面積化肥施用強(qiáng)度不超過(guò)250 kg·hm-2的指標(biāo)。但這些上限值或指標(biāo)都是一個(gè)單一的常數(shù),沒(méi)有考慮指標(biāo)使用的具體環(huán)境條件。其實(shí),化肥施用的環(huán)境安全閾值與具體的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件有著密切的關(guān)系,采取一刀切的方式,對(duì)不同環(huán)境條件用同一數(shù)值作為化肥施用安全標(biāo)準(zhǔn)顯然是粗糙的,甚至是不合理的。本文提出的化肥施用環(huán)境安全閾值模型是基于當(dāng)?shù)丶Z食作物目標(biāo)產(chǎn)量和相應(yīng)需肥量設(shè)計(jì)的。依據(jù)糧食作物目標(biāo)產(chǎn)量確定施肥安全閾值,既不會(huì)因?yàn)殚撝颠^(guò)低,限制肥料的施用,影響糧食生產(chǎn),也不會(huì)因?yàn)殚撝颠^(guò)高,誤導(dǎo)過(guò)量施肥而污染環(huán)境。建立符合區(qū)域特點(diǎn)的不同自然經(jīng)濟(jì)條件下化肥施用環(huán)境安全閾值測(cè)度模型和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,不僅是目前化肥施用面源污染風(fēng)險(xiǎn)控制迫切需要解決的一個(gè)理論問(wèn)題,也將對(duì)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)田間管理起到重要的指導(dǎo)作用。

3.2 2014年中國(guó)各省區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)趨于平衡

本研究與筆者前期對(duì)2012年中國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究結(jié)果相比［9］,全國(guó)化肥施用風(fēng)險(xiǎn)總體平均都是在低度風(fēng)險(xiǎn)范圍,但是各省區(qū)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度趨于平均,環(huán)境安全的省區(qū)由5個(gè)增加到11個(gè),低度風(fēng)險(xiǎn)省區(qū)由9個(gè)增加到16個(gè),中度風(fēng)險(xiǎn)由13個(gè)減少到3個(gè),僅有一個(gè)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)省區(qū)。其中最主要的原因是,前期研究采用的環(huán)境安全閾值是國(guó)家關(guān)于生態(tài)縣建設(shè)化肥施用強(qiáng)度不小于250 kg·hm-2常數(shù)值,本研究應(yīng)用環(huán)境安全閾值模型計(jì)算各省區(qū)的環(huán)境安全閾值,把環(huán)境安全閾值與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件相結(jié)合,更接近各省的實(shí)際情況,且2014年中國(guó)總體平均環(huán)境安全閾值為285 kg·hm-2,提高了閾值標(biāo)準(zhǔn),風(fēng)險(xiǎn)程度有所降低。

3.3 化肥施用強(qiáng)度計(jì)算方法急需統(tǒng)一

化肥施用強(qiáng)度是我國(guó)生態(tài)縣和生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)及評(píng)價(jià)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)重要指標(biāo),但其計(jì)算方法經(jīng)常出現(xiàn)混亂。國(guó)家環(huán)?？偩?007年發(fā)布的“關(guān)于印發(fā)《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(修訂稿）》的通知”(環(huán)發(fā)［2007］195號(hào)）中關(guān)于化肥施用強(qiáng)度的指標(biāo)計(jì)算是按照耕地面積［10］,而后來(lái)的國(guó)家環(huán)保部“關(guān)于印發(fā)《國(guó)家級(jí)生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)申報(bào)及管理規(guī)定(試行）》的通知(環(huán)發(fā)［2010］75號(hào)）關(guān)于化肥施用強(qiáng)度指標(biāo)的解釋是“指鄉(xiāng)鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)實(shí)際用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的化肥施用量(包括氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥）與播種面積之比”［11］。按照播種面積計(jì)算與按耕地面積計(jì)算的結(jié)果有很大不同。因?yàn)槲覈?guó)各地的復(fù)種指數(shù)差別很大,在復(fù)種指數(shù)高的地區(qū)播種面積與耕地面積會(huì)相差2到3倍［21］,所以,在一些地區(qū)用耕地面積計(jì)算出的化肥施用強(qiáng)度與用播種面積計(jì)算的結(jié)果相比,差別會(huì)很大。這表明,化肥施用強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算問(wèn)題應(yīng)引起研究者和引用者的注意,避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)論。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1）我國(guó)化肥施用環(huán)境安全閾值近25年來(lái)在200～300 kg·hm-2之間變化,平均值為243 kg·hm-2,近15年來(lái)的平均值為251 kg·hm-2,與國(guó)家環(huán)保部生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)定的化肥施用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)基本吻合。在1994年我國(guó)化肥施用由環(huán)境安全轉(zhuǎn)為低度風(fēng)險(xiǎn),氮磷鉀單質(zhì)化肥施用分別在1988、1999、2008年由環(huán)境安全轉(zhuǎn)為低度風(fēng)險(xiǎn)?？傮w來(lái)說(shuō),自2006年以來(lái),我國(guó)化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)有所降低。

(2）2014年我國(guó)化肥施用環(huán)境安全閾值平均為285 kg·hm-2,化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.54,為低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；氮磷鉀化肥風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.54、0.53、0.49,氮磷施用處于低度風(fēng)險(xiǎn),鉀肥處于環(huán)境安全臨界狀態(tài)。

(3）2014年各省區(qū)的化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)差異較大,呈現(xiàn)出聚集分布的特點(diǎn)。西藏等11個(gè)省區(qū)處于化肥施用環(huán)境安全狀態(tài),遼寧等16個(gè)省區(qū)處于低度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),河南、海南和天津三省區(qū)處于中度環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),陜西處于嚴(yán)重環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；氮肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分布基本與總肥分布一致,磷肥相對(duì)較平衡,鉀肥差別較大,從環(huán)境安全到極嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)都有出現(xiàn)。

4.2 建議

(1）加快化肥面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系建設(shè),建立農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境預(yù)警機(jī)制?；拭嬖次廴驹谝恍┑貐^(qū)相當(dāng)嚴(yán)重的原因之一就是對(duì)面源污染的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力不足,不能及時(shí)掌握化肥生產(chǎn)、銷(xiāo)售、施用、流失和污染等各方面的信息,及時(shí)地采取防治措施。因此,政府要加大科技、資金、設(shè)備、人員等的投入,建立省、市、縣等各級(jí)面源污染風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)信息專(zhuān)網(wǎng),特別是化肥面源污染風(fēng)險(xiǎn)大的省區(qū),實(shí)現(xiàn)覆蓋全區(qū)域的農(nóng)業(yè)面源污染數(shù)據(jù)的快速采集、審核、傳輸、反饋,以及對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),有效掌握農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀、來(lái)源和發(fā)展趨勢(shì),為全面防治農(nóng)業(yè)面源污染提供科學(xué)依據(jù)。

(2）增加科技和教育的投入,提高農(nóng)民的科學(xué)素養(yǎng)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)。農(nóng)民是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體,也是控制農(nóng)業(yè)化肥過(guò)量施用的重要力量。特別是化肥施用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大的地區(qū),應(yīng)高度重視研究農(nóng)戶(hù)行為與化肥面源污染的關(guān)系。對(duì)農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識(shí)和環(huán)境保護(hù)知識(shí)的教育和培訓(xùn),使農(nóng)民認(rèn)識(shí)到合理施肥和控制化肥污染的好處。通過(guò)一定的法規(guī)、政策、教育、管理和技術(shù)等措施指導(dǎo)和優(yōu)化農(nóng)戶(hù)施肥行為。農(nóng)業(yè)和土壤科學(xué)的研究要與生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合,研究不同土壤在不同耕作制度下的合理施肥技術(shù)并及時(shí)推廣。只有使面源污染風(fēng)險(xiǎn)控制成為農(nóng)戶(hù)的自覺(jué)行為,才能真正從源頭控制農(nóng)田化肥面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

(3）加快制定土壤污染防治法、土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和化肥施用技術(shù)規(guī)范及相關(guān)政策等,加強(qiáng)農(nóng)田管理。目前我國(guó)保護(hù)土壤環(huán)境的專(zhuān)項(xiàng)法律基本上還是空白,土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系也很不健全。國(guó)家應(yīng)該盡快出臺(tái)有關(guān)法律制度和政策,對(duì)土壤環(huán)境保護(hù)做出總體規(guī)劃與部署,對(duì)化肥農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)的使用也應(yīng)有相應(yīng)的規(guī)定和要求。規(guī)定關(guān)于防治農(nóng)業(yè)化肥污染的基本原則、管理體制、主要權(quán)利和義務(wù)、法律責(zé)任等。探索有機(jī)種植方式補(bǔ)貼機(jī)制及濫用化肥懲處機(jī)制,以制度保障面源污染控制和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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Spatio-temoral changes of fertilization environmental risk of China

LIU Qin-pu
(School of Environmental Science,Nanjing Xiaozhuang University,Nanjing 211171,China）

It is very important for non-point source pollution control to evaluate the risk of non-point source pollution from fertilization. Studies on the spatio-temporal changes of environmental risk of fertilization in China were carried out in order to fully recognize the differences in environmental risk of fertilization at national and provincial levels to accelerate eco-agriculture construction of China.Models of fertilization environmental threshold and risk assessment were established to calculate the fertilization thresholds and assess the fertilization environmental risk of China.Results showed that,the thresholds of fertilization safety were between 200～300 kg·hm-2over past 25 years with an average of 243 kg·hm-2.The fertilization risk changed from safety to low risk degree in 1994;the risks of nitrogen,phosphorus and potash changed to low risk from safety in 1988,1999,2008,respectively;the environmental risk of fertilization has been decreasing since 2006.The environmental risk was at low degree in 2014 with averages of fertilization environmental safety thresholds and risk index of 285 kg·hm-2and 0.54,respectively.The risk indexes of nitrogen,phosphorus and potash were 0.54,0.53,0.49,respectively.The environmental risks at provincial level showed great differences,and the types of risks were aggregately distributed in 2014.There were 11 provincial areas at environmental safety degree,16 areas at low risk degree,three areas of Henan,Hainan and Tianjin at medium risk degree,and the area of Shaanxi at serious risk degree.

intensity of fertilization;environmental safety threshold;environmental risk index;spatio-temporal change;China

X820.4

A

1672-2043(2017）07-1247-07

10.11654/jaes.2016-1378

劉欽普.中國(guó)化肥面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36(7）.1247-1253.

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2016-10-29

劉欽普(1957—）,男,河南許昌人,教授,博士,從事土地資源評(píng)價(jià)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)方面的研究。E-mail:liuqinpu@163.com

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31470519）；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20131399）

Project supported：The National Natural Science Foundation of China(31470519）.The Natural Science Foundation of the Jiangsu of China(BK20131399）