2005～2014年蘇州市農業面源污染源強變化特征

姜瀅 尤悅文 徐楊 嚴校靜 沈舒鑫 陳重軍

摘 要 利用清單分析的方法，對2005～2014年蘇州市農業面源污染排放量進行了計算，分析該地區農業面源污染源強的時間變化特征。研究結果表明，2014年蘇州市農業面源污染化學需氧量（COD）、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）和總磷（TP）的排放總量分別為131 843.8 t、6 150.2 t、20 848.5 t和2 922.8 t，屬于畜禽養殖型和農村生活雙重污染區。而近十年蘇州市農業面源污染總體呈現逐年下降趨勢，較2005年分別降低38.40%、21.80%、17.13%和25.26%。同時，選用等標污染負荷法分析了蘇州市的農業面源污染風險，按照污染物等標排放量TN>TP>COD，而按照行業等標排放量畜禽養殖>農村生活>種植業>水產養殖。近十年蘇州市農業面源污染等標污染排放量從554.1億m3降至420.6億m3，降低24.09%，污染風險降低。隨著工業經濟的逐年提升，蘇州市農業面源污染排放量逐漸下降，但農業面源污染風險依舊存在，TN污染風險最高，且污染來源復雜，應加強各行業的協同減控。

關鍵詞 蘇州市；清單分析；農業面源污染源強；時間變化特征

中圖分類號 X506 文獻標識碼 A

農業面源污染對水體的影響日益凸顯，已成為水環境污染的一個重要來源，成為各國水體富營養化的重要成因[1-3]，引起國內外研究者的關注[4-6]。農業面源污染主要來源于農業生產與農村生活過程中排放的污染物，具有分散性、隨機性、隱蔽性、難以監測和量化等特點[7]，導致其處理難度加大。中國對農業面源污染的控制還在起步階段，對于農業面源污染源強的問題開展了部分研究，主要集中在研究方法和污染影響評價等方面[8-9]。常采用水環境功能區劃、清單分析、GIS、綜合調查等方法解析農業面源污染及其動態變化[10-12]，而清單分析是基于研究區域農業各產業的數量和污染物排放因子計算出面源污染物排放量的方法，該方法對參數要求低，數據可靠，可在缺乏實驗條件的情況下較為準確的反應區域農業面源污染[13]。

現有研究大多專注于全國或省域的農業面源污染，而針對某一地區，特別是經濟發展迅猛的地區，在區域尺度上，研究經濟高度發展和經濟結構快速調整的時期內，農業面源污染的變化特征和發展趨勢還比較少。本文以長三角地區經濟高度發展的重點區域蘇州市為例，采用清單分析法研究近十年來蘇州市農業面源污染源強的變化特征，以期為我國經濟結構調整過程中農業面源污染發展趨勢提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究區概況 蘇州市位于江蘇省東南部，長江三角洲中部，東臨上海，南接嘉興。2014年耕地面積約25.30萬hm2，占國土總面積的29.81%；農村人口為288.83萬人，占總人口的26.05%；農業總產值392.49億元，占國民生產總值的2.85%，是長三角著名的“魚米之鄉”。近年來，農業發展基本形成規?；N植、畜禽水產養殖等為主導的產業，造成較為嚴重的農業面源污染，給蘇州市農村生態建設帶來了巨大挑戰[14]。

1.1.2 原始數據來源 （1）本文所指的蘇州市包括市區（含姑蘇區、吳中區、相城區、高新區、工業園區和吳江區）及下屬的常熟市、張家港市、昆山市和太倉市。 （2）污染物主要來源于種植業（含水田、旱地或茶園、果園或林地、菜地等）、畜禽養殖業（含生豬、牛、羊、家禽等）、水產養殖業和農村生活等4部分，其中農業用地面積、畜禽養殖量、水產養殖面積、農村戶籍人口等基礎數據選自2006～2015年蘇州市統計年鑒[14]。

1.2 方法

1.2.1 排污系數選擇 本文種植業、畜禽和水產行業的排污系數選自第一次全國污染源普查農業污染源肥料流失系數手冊、畜禽養殖業源產排污系數手冊以及水產養殖業污染源產排污系數手冊，而農村生活排污系數來自“村鎮生活污染防治最佳可行技術指南（試行）”，具體見表1。

1.2.2 等標污染負荷的計算方法 為了確定農業面源污染主要污染物和污染來源，將各種污染物指標建立在統一的基礎上進行比較，常采用等標污染排放量法[9]。等標污染排放量是指某種污染物負荷與地表水水質標準中該種污染物指標的比率，表示要達到相應的水質標準，需要用來稀釋該污染物的水量，計算公式[17]為：

Pi=10-2Qi/Ci

式中，Pi為某種污染物i的等標污染排放量，單位為億m3；Qi為污染物i的農業面源污染排放量，單位為t；Ci為地表水水質標準中污染物i的指標，單位為mg/L。本文采用地表水環境質量標準（GB3838-2002）三類水質標準來計算農業面源污染等標排放量，COD為20 mg/L，NH4+-N為1.0 mg/L，TN為1.0 mg/L，TP為0.2 mg/L。

某種污染物的等標排放量占所有污染物等標污染排放總量的比率就是等標負荷比，計算公式為：

Pi%=Pi/∑Pi×100%

2 結果與分析

2.1 蘇州市農業面源污染排放量及時間變化情況

經過清單分析，得出蘇州市農業面源污染源強隨時間變化情況，見圖1。2014年蘇州市農業面源污染物COD、NH4+-N、TN和TP排放量分別為131 843.8 t、6 150.2 t、20 848.5 t和2 922.8 t，平均排放強度分別為520、24.3、82.4、11.6 kg/hm2·a。其中COD的排放量最大，成為蘇州市農業面源的最主要污染物，而TN和NH4+-N次之，TP最末。從2005～2014年，蘇州市農業面源的排放量整體呈現降低趨勢，2014年較2005年，COD、NH4+-N、TN和TP分別降低了38.40%、21.80%、17.13%和25.26%。

然而，蘇州市農業面源污染各項污染物的降低幅度和趨勢存在一定的差異，見圖1。從COD來看，2005年排放總量為214 023.1 t，而2014年減少到131 843.8 t，降低38.40%，年均降低率為4.27%。除在2010年出現小幅上升之外，COD排放量整體呈現緩慢降低趨勢，僅在2009～2010年間，出現了小幅的增長，增長率為9.50%。與后5年相比，在2006～2009年COD排放量降低幅度較為遲緩，平均降低率為2.37%，而2010年后降低幅度加快，平均降低率為8.40%。TP的變化趨勢與COD的變化趨勢基本一致，在十年間的總降低率為25.26%，平均年降低率為2.81%，同樣在2010年出現小幅增加，在此前降低趨勢較為遲緩，此后降低速度加快。然而，從NH4+-N和TN近十年的變化趨勢看，與COD和TP的變化趨勢存在不同，NH4+-N和TN在2005～2014年之間持續降低，并未出現較大波動，年均降低率分別為2.42%和1.90%，降低趨勢平穩。

2.2 蘇州市農業面源污染源行業分布變化情況

從蘇州市農業面源污染排放量來看，總體呈現下降趨勢，但近十年來不同行業對蘇州市農業面源污染各污染物的排放量貢獻率卻存在較大差異，見圖2。從行業來看，COD排放主要來源于畜禽養殖，占67.33%～77.60%，而水產養殖與農村生活排放比例相當，占9.02%～13.46%，種植業排放量最低，僅占3.60%～6.10%。按照時間來看，COD排放量在水產養殖、農村生活和種植業等行業的變化并不大，雖然來源于水產養殖和農村生活的COD排放量有所降低，但造成2005～2014年COD排放量持續降低的是畜禽養殖。在此，2010年COD排放量出現高峰，主要原因是家禽養殖量的增加。從統計數據來看，與2009年相比，2010年蘇州市家禽養殖量增加了17.04%，達到3 643萬羽。而在2010年之后，畜禽養殖量的持續降低，其中家禽養殖量由3 643萬羽降至1 827萬羽，對蘇州市農業面源COD的排放具有顯著影響，年平均降低率達到12.46%。同樣受畜禽養殖影響較為顯著的是TP，來自畜禽養殖的TP占34.20%～46.88%，而種植業和農村生活排放比例相當，占21.10%～31.16%，水產業排放比例最低，僅占8.47%～10.48%。因此，按照COD和TP排放量及其變化趨勢來看，蘇州市農業面源污染屬于畜禽養殖型重污染區，應嚴格控制畜禽養殖業污染物的排放。

從NH4+-N和TN來看，農村生活是NH4+-N和TN的首要來源，分別占65.22%～68.93%和39.00%～44.09%。畜禽養殖是NH4+-N的第二排放源，占14.35%～19.57%，而種植業和水產養殖排放NH4+-N所占比例僅為6.34%～9.49%。在TN排放量中，種植業和畜禽業占到24.50%～32.44%和19.64%～26.16%，而水產養殖排放的TN最少，占6.70%～7.52%。按照NH4+-N和TN排放量來看，蘇州市農業面源污染屬于農村生活型重污染區。近十年來，蘇州市人口城鎮化率提高，農村人口數量快速降低，2005～2014年，由35.70萬逐漸降至28.88萬，年均減少2.12%。農村人口的快速降低，為NH4+-N和TN排放量的下降提供了條件。再加上畜禽養殖規模和養殖量的控制，兩者共同作用造成NH4+-N與TN持續下降。

2.3 蘇州市農業面源污染源評價變化情況

參照Ⅲ類水標準（GB3838-2002），2014年蘇州市農業面源污染物的等標排放總量為420.6億m3，其中TN等標排放量（208.5億m3）>TP的等標排放量（146.1億m3）>COD的等標排放量（66.0億m3），見表2，三者分別占49.57%、34.75%和15.68%。按照等標負荷結果，可以得到若不考慮水環境的自凈作用，每年需208.5億m3純凈水進行稀釋，才能保證蘇州市的地表水達到Ⅲ標準，蘇州市農業面源污染風險依舊較高，且首要風險污染物為TN。

2014年蘇州市農業面源污染不同來源所有污染物的等標污染排放量，畜禽養殖、農村生活、種植業和水產養殖所占比例分別為32.17%、30.51%、27.87%和9.45%，見表2。因此，畜禽養殖污染物排放所帶來的等標污染排放量最大，農村生活第二，種植業次之，而水產養殖最小。按照行業各污染物等標排放量來看，COD應主要控制畜禽行業，占67.33%；而TN應控制農村生活和種植業，分別占40.45%和32.44%；TP應控制畜禽養殖業和種植業，分別占34.20%和31.16%。

從時間軸上來看，蘇州市農業面源污染的等標排放量總體呈下降趨勢，從2005年554.1億m3減少到2014年的420.6億m3，下降24.09%（圖3）。從產業等標排放量來看，畜禽養殖的等標排放量比重位居首位，占比32.17%～43.31%，而農村生活位居第二，占比27.21%～31.11%，種植業次之，占比19.51%～27.87%，而水產養殖最少，占比7.84%～9.45%。按照行業變化趨勢，近十年畜禽養殖與農村生活等標污染排放量總體上逐年減少，平均年降低率分別為4.85%和2.12%，而水產養殖業等標排放量基本維持不變，種植業略有增加，平均年增加率為5.19%。

從污染物的等標排放量變化趨勢來看，近十年蘇州市農業面源污染COD和TP等標污染排放量均有所下降，分別從19.31%和35.29%降低至15.68%和34.75%，而TN的等標污染排放量由45.40%增加到49.57%（圖4）。由此說明，蘇州市農業面源污染面臨著COD、TN和TP的三重污染，特別是TN污染風險增加趨勢日益明顯，應成為農業面源污染物首要控制目標。

3 討論與結論

蘇州市農業面源污染形勢嚴峻，2014年COD、NH4+-N、TN 和TP的排放總量分別為131 843.8 t、6 150.2 t、20 848.5 t和2 922.8 t，是有機物與氮磷的多方面污染，與全國農業面源污染物排放規律一致[1]。而從污染物排放強度看，蘇州市農業面源污染COD排放強度較高，遠高于海河流域COD的平均排放強度111.0 kg/（hm2·a）[18]。但從NH4+-N、TN和TP來看，蘇州市農業面源污染排放強度位居中等水平，低于海河流域NH4+-N、TN、TP的平均排放強度，分別為82.8、139.7、29.8 kg/（hm2·a），以及涪江流域總氮平均負荷強度3 100 kg/（hm2·a）[19]；但高于湖北省宜昌市香溪河流域的TN、TP的平均排放強度，分別為44.5、2.14 kg/（hm2·a）[20]，以及松花江流域TN、TP的平均排放強度，分別為17.7～29.6、0.6～1.1 kg/（hm2·a）[21]。

但是，近十年來蘇州市農業面源污染總體呈現逐年下降趨勢，2014年較2005年分別降低38.40%、21.80%、17.13%和25.26%。同時，蘇州市農業面源污染等標排放量從554.1億m3降至420.6億m3，降低24.09%。對比之下，崔超等[20]研究了三峽地區興山縣香溪河流域農業源氮磷排放趨勢，發現2007～2013年間，香溪河流域農業面源污染總氮和總磷排放量均表現不斷升高趨勢，增幅分別為38.0%和85.1%。而耿潤哲等[22]研究認為北京密云流域面源污染2010年比2000年TN、TP負荷量分別增加了33.5%和7.8%，TN增加明顯，推測是降雨量的多少對TN負荷量產生影響，但對于TP負荷量影響較小。因此，從農業面源污染物削減趨勢看，蘇州市近年來針對農業面源污染控制開展的工作對污染物排放起到了有效的遏制作用。

從行業分布情況來看，蘇州市農業面源污染屬于畜禽養殖型和農村生活雙重污染區。其中，蘇州市畜禽養殖業引起的面源污染十分嚴重，是農業面源污染的重要來源之一，造成COD排放總量趨高[23]。同時，由于畜禽養殖量的影響，造成時間上TP與COD變化趨勢基本一致[24]。農村生活是NH4+-N和TN的首要來源，農村人口的快速降低，為NH4+-N和TN排放量的下降提供了條件。再加上畜禽養殖規模和養殖量的控制，兩者共同作用造成NH4+-N與TN持續下降。而對于種植業來說，通過氮肥合理配施保證產量的前提下，適量削減氮肥施用量，提高作物對水肥的利用，可以減輕農業面源污染壓力[25]。與其他地域一致，蘇州市水產業的污染并不是農業面源污染的主要來源[26]，應作為輔助工程進行設置，可以不作為面源污染控制工作的重點。

蘇州市農業面源污染首要風險污染物為TN，表明農業生產對水體的氮素污染較重[27]。而TN、TP和COD三種污染物的等標污染風險次序與蔡金洲[13]研究的三峽庫區農業面源污染風險相一致，等標污染負荷比分別為57.6%、34.2%和8.2%。然而，結果與福建水口庫區流域農業面源結果存在差別，該流域COD、TN和TP的污染負荷比分別為2.17%、22.99%和74. 85%，TP最高[28]。因此，產業結構的差異造成各地面源污染風險狀況存在差異。蘇州市農業面源各行業等標污染負荷的大小順序為：畜禽養殖業>農村生活>種植業>水產養殖業，與其他地區農業面源污染存在差異，三峽庫區等標污染負荷的大小順序為：種植業>畜禽養殖業>農村生活[13]；而水口庫區流域農業面源的大小順序為：農田種植業>水產養殖>畜禽養殖[28]，農田種植業居首。因此，按照等標污染排放量，畜禽養殖為蘇州市農業面源污染的首要污染物控制來源，應著力控制畜禽養殖源的農業污染排放，而后控制農村生活污染的排放。

蘇州市農業面源污染形勢嚴峻，2014年COD、NH4+-N、TN和TP的排放總量分別為131 843.8 t、6 150.2 t、20 848.5 t和2 922.8 t，屬于畜禽養殖型和農村生活雙重污染區。但是，近十年來蘇州市農業面源污染總體呈現逐年下降趨勢，2014年較2005年分別降低38.40%、21.80%、17.13%和25.26%。同時，蘇州市農業面源污染等標排放量從554.1億m3降至420.6億m3，降低24.09%。隨著工業經濟的逐年提升，蘇州市農業面源污染排放量逐漸下降，但農業面源污染風險依舊存在，TN污染風險最高，且污染來源復雜，應加強各行業的協同減控。

參考文獻

[1] 馬國霞， 於 方， 曹 東， 等.中國農業面源污染物排放量計算及中長期預測[J]. 環境科學學報， 2012， 32（2）： 489-497.

[2] Guo W X， Fu Y C， Ruan BQ， et al. Agricultural nonpointsource pollution in the Yongding River Basin[J]. Ecological Indicators， 2014， 36： 254-261.

[3] 葛成軍， 唐文浩， 陳 淼， 等. 海南島典型農業土壤產流與面源污染特征分析[J]. 熱帶作物學報， 2015， 36（8）： 1 469-1 474.

[4] Ding X W. The Simulation Research on Agricultural Non-point Source Pollution in Yongding River in Hebei Province[J]. Procedia Environmental Sciences， 2010（2）： 1 770-1 774.

[5] 林雪原. 山東省農業面源污染負荷分析及控制研究[D]， 曲阜：曲阜師范大學， 2015.

[6] 閔繼勝； 孔祥智. 我國農業面源污染問題的研究進展[J]. 華中農業大學學報（社會科學版）， 2016（2）： 59-66.

[7] 王曉燕. 非點源污染及其管理[M]， 北京： 海洋出版社， 2003.

[8] 楊林章， 馮彥房， 施衛明，等. 我國農業面源污染治理技術研究進展[J]. 中國生態農業學報， 2013， 21（1）： 96-101.

[9] 張吉香， 萬大娟，蘇 青. 湖南省農業農村面源污染負荷分布特征[J]. 云南農業大學學報， 2015， 30（1）： 125-132.

[10] 錢曉雍， 沈根祥， 郭春霞，等. 基于水環境功能區劃的農業面源污染源解析及其空間異質性[J]. 農業工程學報， 2011（2）： 103-108.

[11] 姜 峰，崔春紅. 基于清單分析的江蘇省農業面源污染時空特征及源解析[J]. 安徽農業大學學報， 2012， 39（6）： 961-967.

[12] 葉延瓊， 章家恩， 李逸勉， 等. 基于GIS的廣東省農業面源污染的時空分異研究[J]. 農業環境科學學報， 2013， 32（2）： 369-377.

[13] 蔡金洲， 范先鵬， 黃 敏，等. 湖北省三峽庫區農業面源污染解析[J]. 農業環境科學學報， 2012， 31（7）： 1421-143.

[14]蘇州市統計局. 2005至2014年蘇州市統計年鑒[M]. 北京： 中國統計出版社， 2015.

[15] 李 靜， 閔慶文， 李文華，等. 基于污染足跡的太湖流域稻作農業污染評估——以常州市和宜興市為例[J]. 農業資源與環境學報， 2014， 31（4）： 372-380.

[16] 張桂英， 汪祖強. 蘇南太湖地區農田水中COD的調查研究[J]. 農村生態環境， 1994， 10（2）： 41-44.

[17]朱 梅. 海河流域農業非點源污染負荷估算與評價研究[D]. 北京： 中國農業科學院， 2011.

[18] 邱 斌， 李萍萍， 鐘 晨， 等.海河流域農村非點源污染現狀及空間特征分析[J]. 中國環境科學， 2012， 32（3）： 564-570.

[19] 丁曉雯， 沈珍瑤.涪江流域農業非點源污染空間分布及污染源識別[J]. 環境科學， 2012， 33（11）： 4 025-4 040.

[20] 崔 超， 劉 申， 翟麗梅，等. 興山縣香溪河流域農業源氮磷排放估算及時空特征分析[J]. 農業環境科學學報， 2015， 34（5）： 937-946.

[21] 馬廣文， 王業耀， 香 寶，等. 松花江流域非點源氮磷負荷及其差異特征[J]. 農業工程學報， 2011， 27（增刊2）： 163-169.

[22] 耿潤哲， 王曉燕， 焦 帥， 等. 密云水庫流域非點源污染負荷估算及特征分析[J]. 環境科學學報， 2013， 33（5）： 1 484-1 492.

[23] 吳羅發. 鄱陽湖區農業面源污染時空分布研究[J]. 江西農業學報， 2012， 24（9）： 159-163.

[24] 林雪原，荊延德. 山東省南四湖流域農業面源污染評價及分類控制[J]. 生態學雜志， 2014， 33（12）： 3 278-3 285.

[25] 劉德平， 楊樹青， 史海濱，等. 氮磷配施條件下作物產量及水肥利用效率[J]. 生態學雜志， 2014， 33（4）： 902-909.

[26] 胡蕓蕓， 王 永東， 李廷軒， 等. 沱江流域農業面源污染排放特征解析[J]. 中國農業科學， 2015， 48（18）： 3 654-3 665.

[27] 李榮剛， 夏源陵， 吳安之，等. 江蘇太湖地區水污染物及其向水體的排放量[J]. 湖泊科學， 2000， 12（2）： 147-153.

[28] 黃東風， 李衛華， 邱孝煊，等. 水口庫區流域農業面源污染評價及其防治對策[J]. 中國生態農業學報， 2008， 16（4）： 1 031-1 036.