浙江省農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險分析及防治對策

姜 茜， 孫煒琳

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京 100081)

近年來，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，糧食產(chǎn)量不斷創(chuàng)歷史新高，肉、蛋、奶、蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)穩(wěn)定增長，在取得成就的背后，農(nóng)業(yè)面源污染問題日益凸顯。農(nóng)業(yè)面源污染因為對水體污染的貢獻率最大而在全球范圍受到廣泛重視[1]，實際上，農(nóng)業(yè)面源污染同樣也破壞大氣和土壤環(huán)境[2]，影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，危害人們的身體健康。我國農(nóng)業(yè)面源污染主要表現(xiàn)為化肥、農(nóng)藥等化學(xué)投入品的過量使用，以及畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈和農(nóng)用殘膜等農(nóng)業(yè)廢棄物不合理處置，嚴重制約著農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)原農(nóng)業(yè)部公布的數(shù)據(jù)，我國氮肥和磷肥的利用率不到33.3%，農(nóng)藥利用率僅為35%，畜禽糞便養(yǎng)分還田率約為50%，農(nóng)作物秸稈還田率約為35%，部分地區(qū)秸稈焚燒現(xiàn)象嚴重，農(nóng)膜回收率不足67%[3-4]。我國地域遼闊，不同的地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣候條件、自然資源方面有著較大的差異，存在的農(nóng)業(yè)面源污染問題也不盡相同，因此對農(nóng)業(yè)面源污染的治理要因地制宜。

浙江省是我國唯一的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點省，其在農(nóng)業(yè)面源污染治理過程中出現(xiàn)的問題和采取的措施，對我國其他地區(qū)有著重要的借鑒意義。浙江省受臺風(fēng)和梅汛期等影響，強降水時有發(fā)生，加之境內(nèi)平原、丘陵、盆地和山區(qū)等多種地形分布，地勢起伏大，極易形成地表徑流產(chǎn)生沖刷作用[5]，農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險較高。本試驗在實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，利用農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析浙江省農(nóng)業(yè)面源污染的現(xiàn)狀，探討防治對策，為制定農(nóng)業(yè)面源污染防治措施提供更有針對性的依據(jù)，促進浙江省農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

浙江省位于我國東南沿海的長江三角洲(118°～123°E、27°12′～31°31′N)，國土面積1 018萬hm2，下轄11個地級市，是我國經(jīng)濟最發(fā)達的省份之一。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣溫適中，光照充足，降水充沛。

筆者赴浙江省開展實地調(diào)研，就當(dāng)前農(nóng)業(yè)面源污染的現(xiàn)狀和存在的問題，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)主管部門負責(zé)人、種植大戶和養(yǎng)殖大戶進行座談，在此基礎(chǔ)上分析浙江省產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染源。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，浙江省當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物復(fù)種指數(shù)較高，化肥使用量較大，柯紫霞等也指出，浙江省整體和部分地區(qū)化肥施用強度處于較高水平[6]。此外，由于氣候溫暖濕潤，病蟲害較易發(fā)生，農(nóng)藥的使用量也較大。浙江省自2013年起全面推進“五水共治”的戰(zhàn)略決策，倒逼養(yǎng)殖業(yè)轉(zhuǎn)型升級，關(guān)停了相當(dāng)數(shù)量的散戶和小規(guī)模養(yǎng)殖場，全省畜禽養(yǎng)殖規(guī)模化程度大幅度提高，這種高度集約化的養(yǎng)殖模式持續(xù)高強度地產(chǎn)生畜禽糞便，對畜禽糞便的合理處置提出了更高的要求[7]。調(diào)研中了解到，浙江省的秸稈綜合利用水平較高，80%的秸稈直接還田，剩余的秸稈基本用于制作食用菌培養(yǎng)基、畜禽舍墊料和沼氣發(fā)酵的原料。此外，浙江省處于亞熱帶中部，積溫高，在農(nóng)作物種植中較少采用地膜覆蓋，不存在嚴重的地膜殘留污染問題。因此，確定浙江省產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染的污染源為化肥、農(nóng)藥及畜禽糞便3個方面。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的農(nóng)作物產(chǎn)量、化肥折純施用量、農(nóng)藥使用量、畜禽存欄量和出欄量來自《浙江統(tǒng)計年鑒》以及浙江省所轄11個地級市各自的統(tǒng)計年鑒。耕地和園地每年的變動較小，因此耕地和園地的面積采用2008年的數(shù)據(jù)來代替，數(shù)據(jù)來自于浙江省國土資源廳以及各地級市國土資源局網(wǎng)站公布的土地利用變化情況。

畜禽存欄量和出欄量用Kellogg等提出的方法[8]換算為畜禽單元，用于計算各類畜禽的年飼養(yǎng)量。1個畜禽單元等于454 kg活體體質(zhì)量，該方法綜合考慮了飼養(yǎng)周期和平均體質(zhì)量。換算后，不同種類畜禽的年飼養(yǎng)量可以進行疊加，便于不同地區(qū)、不同畜禽種類間進行比較[9-10]。

1.3 研究方法

采用環(huán)境風(fēng)險指數(shù)模型評價浙江省的農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險程度。該模型由劉欽普提出，最初用于化肥面源污染環(huán)境風(fēng)險評價[11-12]。本研究采用該模型對單一污染源的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)和綜合環(huán)境風(fēng)險指數(shù)分別進行計算，公式如下：

R=∑ωiRi。

式中：Ri指單一污染源i的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)；R指綜合環(huán)境風(fēng)險指數(shù)；Fi指污染源強度；Fi指環(huán)境安全閾值；ωi指單一污染源i對環(huán)境影響的權(quán)重。環(huán)境風(fēng)險指數(shù)模型本質(zhì)上是采用熵值法對化學(xué)類非突發(fā)性的生態(tài)風(fēng)險進行評價，通過比較污染源強度Fi和環(huán)境安全閾值Ti對風(fēng)險程度作出評價。Ri與R不僅可以反映單一污染源對環(huán)境的影響程度，還能夠反映多種污染源共同存在時對環(huán)境的綜合影響程度，適用于對農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險進行分析。

確定客觀合理的環(huán)境安全閾值Ti是環(huán)境風(fēng)險指數(shù)模型的關(guān)鍵。我國沿海地區(qū)和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)化肥施用中主要是氮肥超量施用[13]。朱兆良院士提出，在保證產(chǎn)量的前提下，大面積施氮(N)量應(yīng)控制在150～180 kg/hm2，可以根據(jù)實際的環(huán)境效益適當(dāng)調(diào)減[14]。考慮到浙江省氣候和地理條件易形成化肥面源污染，因此取下限150 kg/hm2作為化肥施用的環(huán)境安全閾值T1，相應(yīng)地，F(xiàn)1則代表單位農(nóng)地面積(包括耕地和園地)上化肥N的施用量?；实乜偭繛榈?折純)與復(fù)合肥中所含氮素之和，復(fù)合肥中N含量按照N ∶P2O5∶K2O為1.0 ∶1.0 ∶0.8的比例折算[15]。農(nóng)藥品種繁多，成分復(fù)雜，多采用施用強度作為判斷農(nóng)藥污染程度的指標[16-17]。環(huán)保部印發(fā)的《國家生態(tài)文明建設(shè)示范村鎮(zhèn)指標(試行)》中規(guī)定農(nóng)藥施用強度(折純)要低于2.5 kg/hm2[18]，本研究將該標準作為農(nóng)藥的環(huán)境安全閾值T2，F(xiàn)2則代表農(nóng)藥施用強度。畜禽糞便的施用量習(xí)慣上采用單位耕地面積的N負荷量來確定，但實際上畜禽糞便中的氮磷比要低于農(nóng)作物需求，此外，畜禽糞便在收集、運輸、儲存和處理過程中N損失較大，而磷(P)幾乎沒有損失，若以N負荷作標準，極易造成P過量，因此以P負荷作為畜禽糞便施用量的安全閾值。瑞典為控制畜禽糞便對耕地和水體的污染，規(guī)定在環(huán)境敏感區(qū)單位耕地面積的糞便P負荷應(yīng)控制在22 kg/hm2以下[19]，將該值作為畜禽糞便的環(huán)境安全閾值T3，F(xiàn)3則代表單位農(nóng)地面積(包括耕地和園地)上畜禽糞便P負荷量。畜禽糞便中所含的P量，參照《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》中的排污系數(shù)進行計算。

ωi是單一污染源i對環(huán)境影響的權(quán)重，采用專家打分-層次分析法來確定各風(fēng)險源對生態(tài)環(huán)境影響的權(quán)重，以此來確定綜合環(huán)境風(fēng)險指數(shù)。由專家根據(jù)各污染源對生態(tài)環(huán)境影響的相對重要性作出評分，評分等級依次為1(同等重要)、3(略重要)、5(重要)、7(很重要)、9(極其重要)，依據(jù)專家評分結(jié)果構(gòu)建判斷矩陣，進行一致性檢驗，計算得出各污染源的權(quán)重。根據(jù)環(huán)境風(fēng)險指數(shù)R(或Ri)，將風(fēng)險程度分為4個等級(表1)。

表1 環(huán)境風(fēng)險指數(shù)分級

2 結(jié)果與分析

2.1 浙江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況

從圖1可以看出，農(nóng)作物總產(chǎn)量呈先增加后減少的變化特征，但變動幅度較小，2014年農(nóng)作物總產(chǎn)量與2002年相比僅降低2.7%。播種面積由2002年的306.4萬hm2降至2014年的241.4萬hm2，下降幅度為21.2%。浙江省的農(nóng)作物種植以糧食、蔬菜和水果為主，其中蔬菜年產(chǎn)量最高，遠高于糧食、水果等其他農(nóng)作物，且保持穩(wěn)定。糧食和水果年產(chǎn)量變動幅度較大，糧食年產(chǎn)量呈下降趨勢，與2002年相比，2014年糧食產(chǎn)量下降幅度達21.1%，而水果年產(chǎn)量則呈增加趨勢，增長幅度高達43.6%。

從圖2可以看出，浙江省以“五水共治”倒逼畜禽養(yǎng)殖污染治理效果顯著，2014年浙江省畜禽養(yǎng)殖總量與2010年相比大幅度下降，由296.72萬個畜禽單元下降至231.69萬個畜禽單元，下降幅度達21.9%，相當(dāng)于全省調(diào)減了519萬頭的生豬養(yǎng)殖量，養(yǎng)殖總量回落至比2002年258.46萬個畜禽單元還低的水平。由此可判斷，畜禽糞便污染負荷也隨之降低，浙江省畜禽糞便消納的壓力減小。浙江省畜禽養(yǎng)殖以生豬為主，其次為家禽，二者的養(yǎng)殖量在2014年均出現(xiàn)大幅度回落，與2010年相比，下降幅度分別為23.2%、24.8%。

2.2 化肥、農(nóng)藥施用的變化趨勢

圖3為2002—2014年浙江省化肥、農(nóng)藥總使用量以及單位產(chǎn)量農(nóng)作物化肥、農(nóng)藥消耗量的變化情況。整體而言，化肥、農(nóng)藥的總使用量均有所減少，化肥總使用量由2002年的91.91萬t減少至2014年的89.61萬t，減少2.5%，農(nóng)藥總使用量則由6.39萬t減少至5.87萬t，減少8.1%。

與總量變化情況有所不同是，單位產(chǎn)量農(nóng)作物的化肥消耗量在2010年之前呈下降趨勢，到2014年有所上升，與2002年的27.18 kg/t相比增加0.2%，而與2010年的26.24 kg/t相比則增加3.8%。 單位產(chǎn)量農(nóng)作物的農(nóng)藥消耗量呈下降趨勢，由2002年的1.89 kg/t降至2014年的1.79 kg/t，下降幅度為5.3%，小于農(nóng)藥總使用量的下降幅度。由此推測，浙江省化肥、農(nóng)藥總使用量的減少很大程度上是由種植面積減少而引起的。當(dāng)前農(nóng)業(yè)部推行化肥、農(nóng)藥使用量零增長行動，要求通過提高化肥、農(nóng)藥利用率來達到減少化肥、農(nóng)藥使用量的目的，因此浙江省應(yīng)著重提高化肥、農(nóng)藥利用率。

浙江省化肥施用結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著變化，如圖4所示，復(fù)合肥在化肥施用中所占的比例大幅度提高，從2002年的 16.5%上升到2014年的26.9%，施用量增加了近1倍；氮肥所占比例下降幅度較大，由2002年的61.7%下降至2014年的53.2%；磷肥所占的比例也有所下降，由13.6%下降至 11.9%；鉀肥所占比例基本保持穩(wěn)定?；适┯媒Y(jié)構(gòu)的變化反映了農(nóng)戶化肥施用偏好的變化。

2.3 浙江省農(nóng)業(yè)面源污染環(huán)境風(fēng)險分析

由10名專家針對化肥、農(nóng)藥和畜禽糞便對生態(tài)環(huán)境影響的權(quán)重進行打分，評分結(jié)果均通過一致性檢驗，采用層次分析法求得化肥、農(nóng)藥和畜禽糞便的權(quán)重系數(shù)依次為0.49、0.36、0.15。

以2014年為例，分析浙江省農(nóng)業(yè)面源污染環(huán)境風(fēng)險的空間分布，如圖5所示。從圖5-a可以看出，各地級市的農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險為輕度和中度，且呈現(xiàn)集中連片式分布。有2個區(qū)域的農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險為輕度，分別為舟山市和麗水-溫州區(qū)，除此以外8個地級市均為中度，全省6個種植業(yè)大市(杭州、寧波、紹興、金華、嘉興、臺州)[20]均包含在內(nèi)。農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險最高的是嘉興市，其綜合環(huán)境風(fēng)險指數(shù)為 0.75；最低的是麗水市，綜合環(huán)境風(fēng)險指數(shù)為0.60。

單一污染源的環(huán)境風(fēng)險程度差別較大，同一類污染源在不同地級市產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險也存在較大差異。對比圖5-b、圖5-c可以看出，浙江省農(nóng)藥污染最為嚴重，從空間分布上看，所有地級市均為農(nóng)藥重度污染區(qū)。農(nóng)藥污染最高的是湖州，農(nóng)藥污染風(fēng)險指數(shù)為0.925；風(fēng)險最小的麗水市，但農(nóng)藥污染風(fēng)險指數(shù)也高達0.845。畜禽糞便產(chǎn)生的污染風(fēng)險較小，僅有3個地級市為輕度污染區(qū)，其余不存在污染風(fēng)險。由此可見，浙江省的農(nóng)業(yè)面源污染主要是由種植業(yè)引起的。

3 浙江省農(nóng)業(yè)面源污染防治對策建議

浙江省農(nóng)作物種植以蔬菜、糧食和水果為主，蔬菜產(chǎn)量最高且保持穩(wěn)定，糧食產(chǎn)量呈下降趨勢，水果產(chǎn)量的增長幅度較大。畜禽養(yǎng)殖以生豬和家禽為主。化肥、農(nóng)藥總使用量均有所下降，但總使用量的減少主要是由農(nóng)作物種植面積減少而引起的。浙江省大部分地區(qū)為中度農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險區(qū)。11個地級市均存在化肥、農(nóng)藥污染風(fēng)險，而農(nóng)藥的過量施用尤為嚴重。

結(jié)合浙江省種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)以及農(nóng)業(yè)面源污染特點，提出農(nóng)業(yè)面源污染防治對策如下：(1)浙江省化肥使用總量有所降低，但單位產(chǎn)量農(nóng)作物消耗的化肥量有所增加，由此可見，控制化肥污染的關(guān)鍵在于提高化肥的利用率。政府有關(guān)部門應(yīng)該采取措施，從提高化肥利用率入手來減少化肥總使用量，加大測土配方等先進施肥技術(shù)的推廣力度，對農(nóng)戶開展相關(guān)的宣傳和培訓(xùn)。根據(jù)農(nóng)戶化肥施用偏好的變化，結(jié)合測土配方施肥工作的開展，配制適合當(dāng)?shù)赝寥鲤B(yǎng)分特點的復(fù)合肥，合理調(diào)整氮磷比。(2)受氣候條件的影響，浙江省農(nóng)藥使用量大，在3個污染源中產(chǎn)生的污染風(fēng)險最高。當(dāng)前控制農(nóng)藥污染風(fēng)險的關(guān)鍵不僅僅在于提高農(nóng)藥利用率，更要從多方面入手，大幅度降低農(nóng)藥的使用量。為此，浙江省應(yīng)推進農(nóng)作物病蟲專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治，改變當(dāng)前農(nóng)戶各自獨立用藥的局面；采用理化誘控、生物防治、生態(tài)調(diào)控等綠色防控措施，替代化學(xué)藥劑的使用；加強田間管理，減少病蟲害的發(fā)生，以此減少農(nóng)藥使用量。(3)畜禽糞便產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險最小，但這是基于畜禽糞便作為有機肥均勻施用在各地級市的耕地及園地的假設(shè)得出的，而浙江省畜禽養(yǎng)殖的高度規(guī)模化和集約化，使得這一假設(shè)難以實現(xiàn)，畜禽糞便污染的治理仍應(yīng)引起重視。根據(jù)這一情況，應(yīng)該大力發(fā)展以豬糞和雞糞為原料的精制有機肥，使其能夠滿足長距離運輸?shù)囊?，擴大畜禽糞便的消納區(qū)域。另一方面，浙江省的蔬菜、水果產(chǎn)量大，且有增加的趨勢，在調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，果農(nóng)和菜農(nóng)已經(jīng)認識到有機肥能夠提高水果、蔬菜的品質(zhì)，與糧食種植者相比有著更強的有機肥施用意愿，因此可著重發(fā)展果蔬專用有機肥，替代部分化肥。(4)化肥、農(nóng)藥和畜禽糞便3類污染源產(chǎn)生污染風(fēng)險的程度不同，這與實行的農(nóng)業(yè)政策有著重要的關(guān)系?；?、農(nóng)藥補貼政策對農(nóng)業(yè)面源污染的防治起了一定的負面作用。針對浙江省化肥、農(nóng)藥施用過量的情況，可以降低化肥、農(nóng)藥的補貼額度，并實施定額配給的政策，即根據(jù)種植面積和種植結(jié)構(gòu)給農(nóng)戶確定化肥、農(nóng)藥的基本使用量，在基本使用量以內(nèi)的給予相應(yīng)補貼，超出的部分按比例收稅。浙江省推行“五水共治”以來，對畜禽污染的防控力度不斷升級，從本研究結(jié)果來看效果顯著。浙江省對應(yīng)用有機肥予以補貼，但調(diào)研中種植戶普遍反映補貼額度與有機肥價格和施用成本相比明顯不足。為此，可以將化肥、農(nóng)藥中減少的補貼和征收的稅款用于有機肥的補貼，配合農(nóng)技推廣服務(wù)，引導(dǎo)農(nóng)戶主動減少使用化肥、農(nóng)藥，增施有機肥。

致謝：感謝浙江省農(nóng)業(yè)廳計財處在調(diào)研中給予的大力協(xié)助。