湖北省种植业面源污染现状分析

摘要：采用综合调查法对湖北省17个市（州）2007年农业面源污染情况进行调查，并采用等标污染负荷法进行评价与源解析。结果表明，湖北省种植业氮、磷合计用量为2 703 795.7 t（折纯），其中肥料氮施用量为1 932 024.6 t（折纯，N），肥料磷合计771 771.1 t（折纯，P2O5），总氮和总磷的流失总量为76 688.7、 5 472.7 t/年。湖北省9种主要农药成份的流失总量896.6 kg；湖北省地膜使用量为9 508.7 t，土壤中残留量为1 671.5 t，全省平均残留率为使用量的17.6%；湖北省秸秆产生量为4 090.7万t，其中62.3%的秸秆进行了综合利用，有36.1%的秸秆被非资源化处置。全省污染负荷占比前三的市（州）为荆州市、襄阳市、宜昌市。综上所述，湖北省17个市（州）的种植业源防控的主要污染物是总氮和总磷，防控的重点区域为荆州市、襄阳市。

关键词：种植业面源污染；等标污染负荷法；综合调查法；湖北省

中图分类号：X592 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）24-6421-06

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.24.025

在农业的各个面源中，耕、园地受人为扰动更强烈，即便发生利用方式的变化，农田依然是面源污染负荷中氮、磷的主要来源[1]。种植业面源污染是指在种植业生产中，化肥、农药、农膜以及其他有机或无机污染物质的使用对农田生态环境造成的污染[2]。确定种植业面源污染负荷及其空间分布特征，明确种植业面源主要污染物及其对环境的影响力大小，有助于防控和治理因种植业导致的面源污染，更好地了解农业面源污染的结构和控制方向。

农业面源污染负荷的测算方法主要有实测法[3，4]、模型法[5-7]和排污系数法[8-14]，其中排污系数法相对简单，对参数要求低，可操作性强，适合在缺乏试验条件的情况下对污染负荷进行估算[15]。国内外对农业面源污染进行源解析的方法主要是模型法[16]、平均浓度法[17]、水质水量相关法[18]、综合调查法[19]、单元调查法[20]和清单法[21]，其中，污染源等标污染负荷法具有概念明确、逻辑性强、计算简单、评价效果客观等优点[22]。

目前湖北省农业面源污染的研究主要集中于省内流域附近小范围区域的研究，如三峡库区（湖北）的主要污染物为总氮（TN）和总磷（TP），等标污染负荷比之和超过90%，而种植业为N、P污染的主要来源[23]。丹江口库区种植业源为该区域农业面源污染的主要来源，占比为57.8%[24]。而针对全省范围内种植业源的现状缺少全面调查，对于种植业源的解析也相对较少。

根据湖北农村统计年鉴[25，26]，湖北省1991年氮肥（折纯，N）使用量为91.2万t，磷肥（折纯，P2O5）使用量为31.0万t，全省耕地总面积为521.5万hm2，氮肥施用量达174.9 kg/hm2，磷肥施用量达59.5 kg/hm2；而到2012年，全省氮肥（折纯，N）使用量为159.131万t，磷肥（折纯，P2O5）使用量为65.283 6万t，氮肥施用量达473.3 kg/hm2，磷肥施用量达194.2 kg/hm2。1991-2012年的20多年间，氮肥使用量增长率达170.6%，磷肥使用量增长率达226.4%。2012年化肥使用量远远超过国际上为防止水体污染而设置的225 kg/hm2的安全上限。

本研究以2007年全国第一次种植业源污染普查为契机，采用综合调查法对湖北省17个市州的种植业源污染现状展开调查，调查结果运用排污系数法估算其污染负荷，采用等标污染负荷法进行综合评价分析，初步明确了湖北省种植业源污染的主要污染物、主要污染来源和市州对污染的贡献情况，为湖北省农业面源污染防控政策的制定及防控技术的采用提供参考。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

湖北省有12个省辖市、1个自治州、38个市辖区、24个县级市（其中3个省直管市）、37个县、2个自治县、1个林区。对湖北省98个农业县区及127个农场2007年种植业基本情况进行普查，结果表明，全省农业用地面积371.9万hm2，其中耕地面积322.6万hm2，占全省农用地面积的86.7%；耕地中水田面积179.7万hm2，占全省农用地面积的48.3%；旱耕地面积为142.9万hm2，占全省农用地面积的38.4%；园地总面积49.3万hm2，占全省农用地面积的13.3%。

1.2 研究内容

湖北省共计普查了有农业的1 165个乡镇和127个规模化农场，并按山地丘陵区农户数的0.6%、平原地^农户数的0.8%抽取乡镇农户典型地块，规模化农场按133.3～333.3 hm2抽取一个典型地块进行抽样规模化农场典型地块，对抽取的典型地块进行了典型地块基本种植情况、肥料及农药使用情况调查，全省共计调查典型地块73 268块，其中乡镇农户典型地块72 435块，规模化农场典型地块数833块。

1.3 研究方法

1.3.1 污染负荷计算 采用排污系数法计算污染负荷，将普查表及典型地块抽样调查表对接种植业源污染物流失系数、地膜残留系数，通过对典型地块的污染物流失量的计算，再根据各种种植模式抽样典型地块占乡镇或农场该模式面积的权重计算出乡镇或农场该种模式的各污染物情况，将各种模式的量进行汇总，从而计算出乡镇或农场汇总表，进而汇总出各区域的种植业源污染物流失的情况。

1.3.2 评价方法 利用等标污染负荷法对污染源进行分析评价，它可以使同污染源排放的污染物之间、不同污染源之间对环境的潜在影响大小的比较成为可能。其中，等标污染负荷相关公式计算如下：

Pi=Qi/C0i×10-6 （1）

Ki=Pi/∑Pi×100% （2）

式中，Pi为污染物i的等标污染负荷，无量纲；Qi为污染物i的排放量，单位为t/年；C0i为污染物i基于水环境功能分区的水质控制类别标准值（GB3838-2002地表水环境质量标准），单位为mg/L；Ki为污染物i的等标污染负荷比。

2 结果与分析

2.1 化肥施用现状与分析

化肥使用不当，造成土壤肥力退化和养分失衡。化肥使用现状调查结果（表1）表明，2007年湖北省化肥施用总量（折纯量）为2 703 795.7 t，其中肥料氮施用量为1 932 024.6 t（折纯，N），肥料磷合计771 771.1 t（折纯，P2O5）；全省农用地平均施用氮（折纯，N）519.5 kg/hm2，磷（折纯，P2O5）207.5 kg/hm2，而全国农用地平均施用氮（折纯，N）188.7 kg/hm2、磷（折纯，P2O5）63.5 kg/hm2，湖北省化肥施用强度明显高于中国其他区域。

湖北省农田TP流失量为 5 473 t，农田磷的流失主要是以地表径流的形式，肥料磷平均流失系数为0.86%，农业用地流失强度为1.47 kg/hm2。从湖北省各市（州）TP流失量来看，荆州市以804 t排在第一位，宜昌、襄阳、黄冈和恩施州分别排在第二至五位。

湖北省农田TN流失量为7.67万t，其中以地表径流形式流失的TN占农田TN流失量的86.8%；以地下淋溶方式流失的TN占13.2%。全省农业用地平均TN流失量为20.6 kg/hm2。对全省各市（州）TN流失总量进行分析，荆州市以12 309.4 t排第一位，占湖北省种植业流失总量的16.1%，襄阳、黄冈、宜昌和荆门市分别排第二至五位。

湖北省各市（州）农业用地磷肥平均施用量比较来看，天门市345.5 kg/hm2最多，黄石市147.6 kg/hm2最少；氮肥平均施用量比较来看，天门市787.5 kg/hm2最多，咸宁市385.2 kg/hm2最少。

2.2 农药施用现状与分析

农药主要通过作物生长被吸收，自然降解后流失率微乎其微。不合理地使用农药带来的危害一是农产品农残超标，对农产品安全生产造成危胁；二是农药在降解过程中对大气和周边环境造成危害[27]。

农药使用现状调查结果（表4）表明，全省农药施用总量为27 475.5 t（成份纯量，下同），农用地平均用农药7.292 kg/hm2。施用量最大的为其他有机磷类，用量为7 584.7 t，占总用量的27.6%。湖北省9种主要农药施用总量3 892.3 t，占农药施用总量的14.1%，农业用地平均用量为1.012 kg/hm2。

湖北省农药流失情况调查结果（表5）表明，全省9种主要农药的流失量为896.6 kg，其中2007年度施用农药后农药流失量为834.6 kg，占流失总量的93.1%；农田本底的流失量62.0 kg，占到总流失量的6.9%。在9种主要农药成份中，流失的主要是氟虫腈、乙草胺和吡虫啉。

对各市（州）农药流失量总量（表6）分析可知，荆州市以155.7 kg 排在第一位，其次是襄阳市，流失量为143.0 kg，黄冈市101.0 kg排在第三位，武汉、荆门、宜昌分别排在第四至六位，这6个市（州）流失总量达598.2 kg，占到了全省农药流失总量的2/3。

2.3 农作物秸秆处理现状与分析

农作物秸秆处理现状调查结果（表7）表明，全省秸秆年产量为4 090.7万t，农田秸秆处置利用方式有非资源化处置、资源化利用及其他处置方式，其中62.3%的秸秆进行了综合利用，利用量为2 547.7万t；另外有36.1%的秸秆被非资源化处置，总量为1 478.2万t，随意丢弃在田间地头有98.3万t，田间焚烧的秸秆有1 379.9万t；其他处置利用方式处理的秸秆64.8万t，占总处理量的1.6%。

湖北省农作物秸秆年生产量达到4 090.7万t左右，如果进行有效利用，将是一笔巨大的资源。而近年来湖北省也是不断强化秸秆综合利用技术的宣传和推广工作，秸秆利用率有了大幅的提高，而且随着民众越来越关注雾霾等大气污染问题，秸秆田间焚烧得到了全面、有效地控制，田间焚烧几近绝迹。但是，湖北省仍存在1 478.2万t秸秆被非资源化处置，其中，田间丢弃量98.3万t，占秸秆产生总量的2.4%；田间焚烧1 379.9万t，占秸秆产生总量的33.7%。这是资源的极大浪费，而且秸秆焚烧对空气产生显著污染，当下雾霾问题的主要成因之一就是秸秆焚烧，作物秸秆对农田生态环境的污染是种植业面源污染的一个重要方面。

2.4 农用地膜使用现状与分析

地膜使用现状调查结果（表6）表明，2007年全省地膜用量为9 508.7 t，残留量为1 671.5 t，残留率为17.6%。农膜的使用不但能扩大作物适作区，而且还能极大地增加作物产量和提高经济效益，但残膜对环境的污染及对农作物生长的不利影响也很明显。残膜对环境的污染主要表现为残膜聚集在土壤耕层和地表面，直接影响土壤耕作，阻碍土壤毛管水的移动和降水的渗透，阻碍土壤养分、水分和空气运行，破坏土壤结构，使土壤质量下降，妨碍作物扎根和对水肥的吸收，影响作物生长发育和产量。

2.5 各市（州）污染评价

根据普查基础数据计算各市（州）的污染物等标负荷（表8），以各市（州）等标污染负荷率大小进行排序，确定主要污染源。各市（州）污染情况为：荆州市>襄阳市>宜昌市>黄冈市>荆门市>武汉市>恩施市>天门市>十堰市>咸宁市>随州市>仙桃市>潜江市>黄石市>鄂州市>神农架林区，其中荆州市、襄阳市、宜昌市、黄冈市为全省的主要污染区域。

3 小结与讨论

湖北省农用地平均施用氮（折纯，N）519.5 kg/hm2，磷（折纯，P2O5）207.5 kg/hm2，而中国农用地平均施用氮（折纯，N）188.7 kg/hm2，磷（折纯，P2O5）63.5 kg/hm2，湖北省化肥施用强度明显高于全国其他区域。这说明湖北省在化肥施用方面仍存在施肥过量、施肥不当等问题，不合理的使用化肥对于作物的生长效果有限，还会导致化肥的大量流失，引发环境问题，可推广测土配方施肥技术解决这一问题。

湖北省9种主要农药成份的流失总量896.6 kg，施用的农药主要是杀虫剂，其次是除草剂。农药的大量流失意味着农药对种植过程中作物防治虫灾的作用远达不到预想的效果。而事实上，农药不仅会对环境产生影响，通过食物链的富集作用，更会对人体产生不良作用。因此，应加大对于高毒性、高残留农药的控制，推广生物防治等对环境影响更小的控制病虫害的措施。

湖北省地膜使用量为9 508.7 t，土壤中残留量为1 671.5 t，全省平均残留率为使用量的17.6%。全国地膜残留量为12.1万t，全国平均残留率为使用量的19.7%。对比来看，湖北省的地膜回收工作成绩喜人。但是局部地区如天门、孝感、仙桃等地膜回收率不高，应有针对性地开展提高地膜质量标准、促进地膜回收再利用等措施。

湖北省秸秆产生量为4 090.7万t。其中，田间焚烧量占处理利用量的33.7%，是所有处理方式中占比最大的一项。研究认为，田间直接焚烧是雾霾现象的主要成因之一，而且秸秆中蕴含的大量生物质能都被浪费。因此，加大秸秆资源化处理研究，推广秸秆还田、制备肥料、产生沼气等技术措施。

湖北省种植业重点污染区域为荆州市、襄阳市。荆州市和襄阳市地处江汉平原腹地，农业资源得天独厚，作为湖北省重要的粮、棉、油生产基地，农用地面积居湖北省前列，污染也最为严重。在农业生产的不断进步中，要综合考虑农业的经济产出和环境影响的相互联系，而且在各项防治措施的推广过程中，要切实考虑农民的实际情况，减少农民负担。

参考文献：

[1] 龙天渝，梁常德，李继承，等.基于SLURP模型和输出系数法的三峡库区非点源氮磷负荷预测[J].环境科学学报，2008，28（3）：574-581.

[2] 冯武焕，朱永利，赵科刚，等.西安种植业面源污染调查与分析[J].中国农学通报，2014，30（15）：152-156.

[3] 纪丁愈，王庆安，佘红英，等.川中丘陵地区小流域农业面源污染特征及水环境容量研究：以黄腊溪小流域为例[J].水资源与水工程学报，2011，22（4）：81-84.

[4] 王 婧，单保庆，张 钧.杭嘉湖水网地区农村面源污染研究[J].农业环境科学学报，2007，26（增刊）：357-361.

[5] 侯彦林，赵慧明，李红英.中国农田氮肥面源污染估算方法及其实证Ⅲ：估算模型的实证[J].农业环境科学学报，2009，28（7）：1337-1340.

[6] LIU J C，ZHANG L P，ZHANG Y Z，et al. Validation of an agricultural non-point source（AGNPS） pollution model for a catchment in the Jiulong River watershed，China[J].Journal of Environmental Sciences，2008，20（5）：599-606.

[7] MA X，LI Y，ZHANG M，et al.Assessment and analysis of non-point source nitrogen and phosphorus loads in the Three Gorges Reservoir Area of Hubei Province，China[J].Science of the Total Environment，2011，412-413：154-161.

[8] 梨面茫王红华，孙治旭，等.滇池流域农村生活污水产排污系数研究[J].环境科学导刊，2010，29（4）：46-48.

[9] 陈景春，刘诗云，彭绪亚.重庆长寿湖农村生活污水污染及综合防治对策研究[J].农业环境与发展，2008，25（6）：94-98.

[10] 帅方敏，王新生，陈红兵，等.长湖流域非点源污染现状分析[J].云南地理环境研究，2007，19（5）：118-122.

[11] 张 导，张 琰，宋学宏，等.苏州市环太湖农业面源污染调查及控制对策[J].农业环境与发展，2009，26（6）：71-75.

[12] 段 亮，段增强，夏四清.太湖旱地非点源污染定量化研究[J].水土保持通报，2006，26（6）：40-43.

[13] 伊 平，张 磊，包 键.天目湖流域农业面源污染控制研究[J].污染防治技术，2008，21（6）：38-40，43.

[14] 王晓燕，张雅帆，欧 洋.北京密云水库上游太师屯镇非点源污染损失估算[J].生态与农村环境学报，2009，25（4）：37-41.

[15] 董蓓蓓，马淑花，曹宏斌，等.乌梁素海流域污染现状分析及防治对策[J].安徽农业科学，2011，39（17）：10402-10405，10408.

[16] GRUNWALDA S，NORTON L D. Calibration and validation of a non-point source pollution model[J].Agricultural Water Management，2000，45（1）：17-39.

[17] 李怀恩.估算非点源污染负荷的平均浓度法及其应用[J].环境科学学报，2000，20（4）：397-400.

[18] 洪小康，李怀恩.水质水量相关法在非点源污染负荷估算中的应用[J].西安理工大学学报，2000，16（4）：384-386.

[19] 钱秀红.杭嘉湖平原农业非点源污染的调查评价及控制对策研究[D].杭州：浙江大学，2001.

[20] 赖斯芸，杜鹏飞，陈吉宁.基于单元分析的非点源污染调查评估方法[J].清华大学学报（自然科学版），2004，44（9）：1184-1187.

[21] 陈敏鹏，陈吉宁，赖斯芸.中国农业和农村污染的清单分析与空间特征识别[J].中国环境科学，2006，26（6）：751-755.

[22] 刘承志.等标污染负荷法在苏州市污染源普查评价中的应用[J].环境科学与管理，2012，37（6）：141-144.

[23] 蔡金洲，范先鹏，黄 敏，等.湖北省三峡库区农业面源污染解析[J].农业环境科学学报，2012，31（7）：1421-1430.

[24] 张小勇，范先鹏，刘冬碧，等.丹江口库区湖北水源区农业面源污染现状调查及评价[J].湖北农业科学，2012，51（16）：3461-3464.

[25] 《湖北农村统计年鉴》编辑委员会.湖北农村统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，1991.

[26] 《湖北农村统计年鉴》编辑委员会.湖北农村统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2012.

[27] 赵丽莉，钟崇林，李 有.河南省农业面源污染现状与防治对策[J].广东农业科学，2010，37（7）：186-188.

[28] 石 磊，赵由才，柴晓利.我国农作物秸秆的综合利用技术进展[J].中国沼气，2005，23（2）：12-14.

[29] 何文清，严昌荣，赵彩霞，等.我国地膜应用污染现状及其防治途径研究[J].农业环境科学学报，2009，28（3）：533-538.