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1研究方法

本研究定義的農業和農村污染是指進行農業生產和農村生活的過程中產生的污染物(CODCr,TN,TP),在降水或灌溉過程中,通過農田地表徑流和農田排水等途徑匯入地表水體引起的有機物或者氮、磷污染(不估算農藥和農膜污染).主要包括化肥流失、畜禽養殖污染、農業有機固體廢物(主要為作物秸稈)、農村生活污染4種類型[9,10].在此基礎上,將各類污染分解為單元(EU),并建立單元、污染產生量和污染排放量之間的關系.單元是指產生農業和農村污染可合理計量的最小獨立單元,它由中國農業和農村污染的來源和特征決定,并受數據可獲得性和政策制定需求的影響.利用清單分析,提出了中國農業和農村污染評估的4層結構,包括活動(一級類)、類別(二級類)、單元和指標(表1).活動是指造成農業和農村污染的主要生產和生活活動,類別是對不同活動的細分,指標則是進行計算的數據要求.污染物排放量和排放強度的計算公式如下[10]:E=∑iiiiiiEUρ(1η)C(EU,S)=∑iiiiiiPEρ(1η)C(EU,S)(1)EI=ALE(2)式中:E為農業和農村污染的排放量;EUi為單元i指標統計數;ρi為單元i污染物的產污強度系數;ηi為表征相關資源利用效率的系數;PEi為農業和農村污染的產生量,即不考慮資源綜合利用和管理因素時農業生產和農村生活造成的最大潛在污染量;Ci為單元i污染物j的排放系數,它由單元和空間特征(S)決定,表征區域環境、降雨、水文和各種管理措施對農業和農村污染的綜合影響.

EI為農業和農村污染的排放強度,表征農業和農村污染在土地上的富集程度,和農業和農村污染對環境的影響;AL為研究區域的農地面積,由于耕地和牧草地是農業和農村污染的主要負載,本研究中農地面積為耕地和牧場面積之和.將全國分為337個地區(包括4個直轄市,51個地區、州、盟和282個地級市,不包括香港、臺灣和澳門).在各省市自治區2003年的統計年鑒和農業統計年鑒的基礎上,建立了全國337個地級市農業和農村污染估算的輸入數據庫.同時,對全國農業和農村污染的相關研究進行了大面積的調研,在分析比較了不同機構的各種相關小區實驗,建立了不同單元不同區域農業和農村污染產污強度系數、資源綜合利用系數和流失系數的數據庫,并對文獻中較少涉及的部分系數進行了補充測試.本研究各類系數采用文獻調研的平均值[10],由于涉及系數過多和文章篇幅限制,不一一列出各個系數值,僅給出估算結果.由于農業和農村污染不同單元的ηi值和Ci值受降雨、土壤、農業生產特點等地區性因素的強烈影響,其中ηi的影響在全國尺度上難以識別,本研究參照水資源分區和土壤類型分區,對Ci進行分區賦值.將全國分為9個區,包括長江三角洲(上海、江蘇和浙江)、東南沿海(廣東、廣西、福建和海南)、京津冀(北京、天津和河北)、西南(云南、貴州、重慶和四川)、東北(遼寧、吉林、黑龍江和內蒙古)、西北(陜西、寧夏、甘肅、新疆)、中原(山東、河南和山西)、華中(江西、湖北、湖南和安徽)和青藏(青海和西藏).各區Ci值為文獻調研的典型值,若從文獻不能獲得,則通過專家訪談得到.

2中國農業和農村污染清單

2003年中國農業和農村污染CODCr,TN和TP的產生量分別為66317,5312,1294萬t,其中TN和TP的估算結果與賴斯蕓等[9]的估算結果差別較小,但CODCr的估算結果差異較大,主要由于本研究對各類秸稈的產污強度進行了補充實驗后,對農業有機固體廢物的CODCr產污強度系數進行了重大調整.從排放量看,2003年CODCr,TN和TP分別為404.2,547.7,66.1萬t,其中農村生活污水和生活垃圾的CODCr,TN和TP排放量僅占總排放量的1.31%,0.31%,1.55%,表明農業生產的發展是給地表水體造成環境壓力的主要原因,農村生活的影響相對較小.從排放強度看,2003年全國CODCr,TN和TP平均排放強度分別為10.0,13.6,1.6kg/hm2,不同地區之間差異很大,排放強度最大的地區(海南?？谑?高達434,394,57kg/hm2,而最小的地區(西藏阿里地區)僅為0.074,0.173,0.022kg/hm2,說明農業和農村污染是一個區域性的問題.因此,分析全國農業和農村污染的區域特征,識別農業和農村污染控制的優先區域是進行有效管理和控制的決策基礎.由表2可知,2003年畜禽養殖污染及化肥流失是最重要的污染類型,應成為控制的重點.2003年中國畜禽糞便產生總量約為29億t,而同期中國工業固體廢物產生量為10億t,畜禽糞便產生量是工業固體廢物的2.9倍[12]。研究表明,中國畜禽產品的收入彈性為正,這意味著隨著中國人口收入的增加,畜禽養殖將繼續發展,帶來巨大的環境壓力[13].2003年中國單位耕地面積氮肥(總氮)和磷肥(P2O5)施用量分別為174.2,57.9kg/hm2,遠高于美國、歐洲的平均施肥水平[14],化肥的過量施用和施用方法不當(例如雨前施肥等),加劇了化肥的流失.農業有機固體廢物是CODCr排放的重要來源,由秸稈肥料的直接棄置造成,增加農業秸稈的利用率將大大緩解它對環境產生的影響.農村生活污染與農業生產產生的污染相比,污染排放量非常小,因此不是農業和農村污染控制的主要內容.

3中國農業和農村污染的空間特征

對337個地級市的估算結果進行統計分析,可得到全國各污染物的產生量、排放量和排放強度的均值(μPE、μE和μEI),最大值(maxPE、maxE和maxEI)、最小值(minPE、minE和minEI)以及統計頻率分布.根據均值和頻率分布,進行了4級分區,其中產生量的分區區間為[minPE,1/2μPE],(1/2μPE,μPE],(μPE,2μPE]和(2μPE,maxPE],排放量為[minE,1/2μE],(1/2μE,μE],(μE,2μE]和(2μE,maxE],排放強度為[minEI,1/5μEI],(1/5μEI,μEI],(μEI,2μEI]和(2μEI,maxEI],記為I,II,III,IV級區.由圖1可知,中國農業和農村污染產生量、排放量和排放強度分布均呈現較強的區域性,且不同污染物的空間分布的差異性較小.農業和農村污染產生量是各地農業生產規模的直接反映.產生量的IV級區主要為中國農業,尤其是種植業發達的地區,包括河北、山東、河南的大部分地區,內蒙古的赤峰和通遼,遼寧的沈陽和鐵嶺,吉林的通化、延邊和白山,黑龍江的哈爾濱和綏化地區,江蘇蘇北地區,新疆伊犁和重慶.I級區包括兩類地區,一類是因氣候土壤導致種植業規模較小的西南山區和西北干旱區,包括寧夏、云南、新疆、西藏、青海、甘肅的大部分地區,以及陜西的陜北和關中地區;一類是因城市和工業發展導致農業生產規模較小的沿海地區和發達城市,例如廣東、海南(?？诤腿齺?,安徽的淮南地區,山西太原,四川攀枝花等.四川盆地、陜南、長江中下游平原(包括湖南、江西和湖北)、安徽淮北和上海等傳統的農業發達區,農業污染產生量高于全國平均水平,屬于III類區.農業和農村污染排放量的空間特征與產生量相似.表明目前中國農業粗獷型發展,生產規模是影響污染總量的主要原因,各地氣候、降雨以及農業廢物管理沒有對污染排放造成顯著影響.

另外,與養殖廢物相比,種植廢物綜合利用率相對較高,且在同樣的氣候和降雨條件下,CODCr更不容易流失,因此種植污染產生量高的地區農業污染排放量可能相對較低.個別西部地區因畜禽養殖量大,CODCr污染的產生量雖小,但是排放量很大,西藏的那曲地區就屬此類.2003年該地區的羊和牛的存欄量分別占西藏自治區的33%和30%,在全國337個地級市均列第8位,由于種植業不發達,該區按CODCr的產生量分區劃歸于I類區,而排放量屬于III類區.農業和農村污染的排放強度反映了一個地區農業集約化程度和單位土地面積上的載畜量對環境的影響,其空間特征與產生量和排放量的空間特征差異較大,東西部差異明顯.廣東、福建、海南等東部沿海地區大部分屬于高排放強度區(IV級區),這些地區人口密度高、城市化發展迅速,農民收入水平和農業集約化程度較高,單位農地面積上的污染產生量很大.另外,東南沿海降雨量大,農地面積少,農業和農村污染更容易流失,對環境的影響更大.浙江、山東、河南、湖南、湖北和4個直轄市屬于次強區(III級區).其中,山東、河南、湖南、湖北和重慶是中國重要的糧食產區,種植業復種指數高,規?；B殖相對發展較快,污染排放量大,北京、天津和上海雖然農業比重小,但集約化程度高,且城市化的迅速發展加劇了人地矛盾,排放強度較高.另外,種養分離和生產生活的快速變革大大降低了這些地區農業廢物的綜合利用率,每年至少10%~30%的秸稈直接焚燒或者丟棄[11].甘肅、內蒙古、西藏、青海、新疆、寧夏、四川、陜北等西南和西北地區屬于污染排放的極低區(I級區).這些地區農業集約化程度低、養殖業以放養為主,農地面積廣、降雨量小,農業和農村污染排放強度較小,但是因草地載畜量超載,這些地區面臨十分嚴峻的生態問題.

4結語

2003年CODCr,TN和TP的排放量分別為404.2,547.7,66.1萬t.農村生活污水和生活垃圾的CODCr,TN和TP的貢獻率很小,農業生產發展是造成區域環境壓力的主要原因,其中畜禽養殖污染和化肥流失貢獻較大,是農業和農村污染控制的重點.中國農業和農村污染的高強區主要是長江三角洲地區和東南沿海地區,這些地區農業高度集約化發展﹑人地矛盾度出,應通過提高資源利用效率重點控制.