南水北調中線工程水源地化肥施用時空分布特征及其環境風險評價

房珊琪 ，楊 珺 ，強艷芳 ，王彥東 ，席建超 ，馮永忠 *，楊改河 ，任廣鑫

（1.西北農林科技大學農學院，陜西 楊凌 712100；2.陜西省循環農業工程技術研究中心，陜西 楊凌 712100；3.西北農林科技大學林學院，陜西 楊凌 712100；4.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101）

農業化肥的施用有效促進了農作物增產[1]，但其不合理施用必然引起農業面源污染[2]。農業化肥引起的面源污染已使美國近40%的湖泊和河流水質不達標[3]。在瑞典，流域總氮輸入量的60%～87%來源于農業化肥[4]，過度施用化肥致使德國部分河流中磷的濃度大于0.2 mg·L-1[5]。我國農業面源污染問題更為突出、形勢更加嚴峻，過量施用化肥以及化肥養分比例不合理施用是其主要原因[6-8]。自1978年至今，我國農業化肥施用量年均增速為3%～5%，現年均化肥使用量為 480 kg·hm-2，超過全球平均水平的 3倍多[9-10]。到2015年，我國化肥總施用量達到5 704.2萬t，是世界化肥總用量的1/3，單位面積化肥施用量遠超世界平均水平[11]，且我國的化肥利用效率不到50%[12]。研究表明，未被作物吸收利用的大部分化肥養分通過揮發、地表徑流及淋溶等方式進入大氣和水體，必然對當地環境尤其是水環境造成嚴重的負面影響和污染[2，12]，如農業生產過程中過量施用氮磷元素必然會引起區域水體污染和富營養化[13-14]。張維理等[15]研究也表明，大量施用氮肥的地區會出現嚴重的土壤酸化、水質污染和地下水硝酸鹽污染問題。綜上所述，我國農業化肥使用所導致的環境問題是客觀存在且風險巨大的[9]。因此，明確化肥使用現狀，評價化肥施用的環境風險，制定有效的風險防控策略已成為當務之急。

我國農業面源污染研究起步較晚，起初主要集中于農藥、化肥、地膜等生產資料投入而導致農業面源污染現狀的探討[16]，后逐漸開始關注其成因、特點及防治技術等方面研究[17]。此外，還開展了有機污染物、集約化養殖和重金屬污染等所造成的環境風險評估研究[18-19]，也有學者運用評價模型對部分地區化肥施用的環境風險進行了評價，結果表明，山東、江蘇和淮河流域均存在較為嚴重的環境污染風險，其中山東省的氮、磷肥施用存在重度環境污染風險[12]，江蘇[20]和淮河流域[21]化肥施用的環境污染風險程度地域分異明顯。但對重要水源地化肥施用的環境風險評價研究相關報道仍然較少且仍需深入。

南水北調中線工程是解決京、津、冀地區資源性缺水的重大戰略工程。水源地橫跨湖北、河南和陜西3省，其生態環境狀況直接影響著華北地區的用水安全和漢江中下游地區生態環境健康[22]。研究表明，水源地產業結構仍以農業為主，農業人口達80%，部分地域化肥施用量遠超國際環境安全閾值，肥料結構不合理，氮、磷、鉀肥的利用率分別僅為30%～55%、10%～25%和35%～50%[23]。水源地所涉及的河南省及湖北省都處于化肥面源污染重度風險狀態[24]，潛在地威脅著水源地水質安全。前人對南水北調中線工程水源地的研究主要集中在農田土壤重金屬危害評價[25]、農業面源污染來源與控制[23]以及生態環境變化[26]等方面，而農業化肥施用作為農業面源污染的主要來源，其引起的環境風險評價研究在水源地的報道僅限于南陽市[27]。因此，本文以南水北調中線水源地縣級2002—2014年化肥施用量及耕地面積年鑒數據為依據，結合實地調查，運用化肥污染環境風險評價模型，分析了化肥施用負荷及時空分布特征，計算了水源地化肥施用的風險指數，評價了其所處的風險程度，以期明確該區域化肥污染的環境風險現狀及成因，為該區域化肥資源利用及農業可持續發展提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

南水北調中線水源區范圍包括河南、湖北、陜西3省的43個縣（區、市），規劃面積11.13萬km2，其中核心區2.26萬km2。區域內總人口1 709.1萬人，農村人口1 031.78萬人，耕地面積99.23萬hm2[28]。

水源地范圍界于 31°20′～34°10′N，106°～112°E之間，位置如圖1所示。研究區土地面積約為8.81萬km2，土壤以黃棕壤為主，地貌形態多變，以中、低山和丘陵為主，坡度陡、切割深，海拔500～2000 m之間。水源地氣候為北亞熱帶季風氣候，年平均降雨量800~1200 mm。年平均氣溫為15～16℃，年平均日照時數為2121 h，年無霜期 225～240 d，多年平均徑流量368.7億m3。該區域具有明顯的亞熱帶與暖溫帶過渡性特征，植被垂直分異性顯著。

1.2 環境風險評價模型

環境風險是指對各種社會經濟活動所引發的或面臨的危害（包括自然災害）對人體健康、社會經濟、生態系統等造成的可能損失進行評價，提出降低環境風險的方案及對策，并據此進行管理和決策的過程[21，29]。目前Hakanson環境風險指數評價方法在河流和湖泊環境風險評價方面得到廣泛應用，但其綜合指數大于1，風險越高指數越大，無上限值，不易進行差別比較。本研究通過運用劉欽普[24]基于瑞典科學家Hakanson[18]提出的重金屬污染環境風險評價方法而設計出的化肥施用環境風險評價模型，對水源地化肥施用進行環境風險評價。

該模型得出的指數值介于0～1之間，有上限和下限，便于對風險程度進行比較，其計算公式如下：

式中：Mi表示當年化肥施用量；A表示耕地面積；Fi表示化肥施用負荷；Ti為單項化肥環境安全閾值；Ri是化肥施用指數；Wi為化肥施用風險權重，其值介于0～1；RT為施肥環境風險總指數；n為單項化肥種類數。

公式（2）、（3）中的 Ri與 RT介于 0~1 之間。

當Ri=0.5時，Fi=Ti，即施肥環境安全的臨界點；

當 Ri、RT趨近 1 時，Fi＞Ti，即環境化肥污染存在極嚴重風險；

當 Ri、RT趨近 0 時，Fi趨于 0，Fi＜Ti，即不施用化肥的有機農業狀態。

圖1 南水北調中線水源地區域界定[26]Figure 1 Regional identification of the water source of the middle route of the South-to-North Water Transfer Project[26]

根據環境風險指數偏離0.5的程度，把化肥施用環境風險從高度安全到嚴重危險分為6個不同的等級[24]，如表 1 所示。

1.3 數據來源

研究中涉及的耕地面積和化肥施用量主要來源于《安康市統計年鑒》《漢中市統計年鑒》《南陽市統計年鑒》《商洛市統計年鑒》《十堰市統計年鑒》《湖北省統計年鑒》《陜西省統計年鑒》（2002—2015）及實地調研。課題組于2016年12月—2017年4月對水源地農戶進行抽樣調查，以大于2014年水源地化肥施用負荷各等級區域個數（低級3個、中級12個、較高級13個和高級8個，表4）的55%確定調查地區個數，共調查19個地區（低級2個、中級6個、較高級6個和高級5個），各等級下各地區自西向東隨機分布，此次農戶調查共收回609份問卷，剔除無效信息，共獲得602份有效問卷，各地區調查的問卷數以其2014年耕地面積占調查區域總耕地面積的比例確定，詳見表2。各地區均采用隨機抽樣方式確定調查對象，調查方法為半結構化訪談，調查主要內容包括：家庭基本情況、耕地面積變化、施肥量情況、化肥施用的驅動因素、化肥購買能力及影響因素、施肥技術及限制因素、影響施肥的相關政策等方面。

表1 化肥污染環境風險指數分級Table 1 Classification of fertilization environmental risk indexes

1.4 數據處理

運用Excel 2010對化肥施用量、化肥施用負荷和環境風險總指數進行統計計算，采用SPSS 19.0對統計數據和調查數據進行Pearson相關性分析和線性擬合分析，運用Origin 9.0和ArcGIS V10.2軟件作圖。

2 結果分析

2.1 水源地化肥施用量變化特征

2002—2014年南水北調中線水源地化肥施用量如圖2所示。水源地化肥施用量總體呈現逐年增加的態勢，年化肥施用總量從2002年的51.12萬t上升至2014年的76.40萬t，增幅達49.45%，年平均增長率為3.4%。2004—2006年和2010—2012年化肥施用量增長較快，分別占2002—2014年總增長量的32.63%和30.70%，這是由于國家頒布了土地流轉承包等一系列惠民補貼政策，農民有更多的資金投入到化肥購買中，同時耕地面積分別增加77.36 hm2和68.49 hm2，導致化肥施用量增加。從圖2可看出，2002—2014年年平均化肥施用量排名前五的地區有十堰市、鄧州市、淅川縣、城固縣和漢濱區，它們占水源地平均施肥量的比例分別為18.41%、18.40%、6.63%、4.90%和4.89%，因為這些地區耕地面積較大，水熱條件適宜，適合農作物生長，大量施肥可提高作物產量。年平均化肥施用量較少的地區主要有寧陜縣、佛坪縣、留壩縣、鎮坪縣和神農架林區等地，這些地區經濟落后，用于購買化肥的資金較少，加之交通不便導致化肥成本較高，從而導致這些地區化肥施用量較小。此外，調查發現，自2002年退耕還林實施以來，這些地區耕地面積減少30%~40%，35%~55%的勞動力向城市轉移，從而導致耕地用肥量相對較少。自2002—2014年，施肥量增量較大的地區主要為鄧州市、十堰市、漢濱區、淅川縣和城固縣，其增量分別為 9.78 萬 t、3.48 萬 t、2.77 萬 t、1.50 萬 t和 1.44 萬 t，增幅較大的地區分別為漢濱區、鄧州市、柞水縣、勉縣、漢陰縣、鎮安縣和城固縣，其增幅分別為133.80%、128.08%、95.07%、82.25%、68.00%、65.32%和64.20%，這是由于這些地區經濟發展以農業為主，農民通過增加施肥量來提高作物產量，以增加經濟收入，同時，這些地區在退耕還林實施過后存在復耕現象。

表2 調查地區概況及問卷分布情況Table 2 Profile distribution and number of questionnaires in survey area

對水源地19個地區抽樣調查顯示，不同地區不同作物的化肥施用比例存在差異（表3）。水源地各地區耕地用肥占主導，其用肥比例為92.15%~98.92%，而耕地用肥中糧食作物的用肥量較大，占比53.71%~88.56%，除耕地外其他土地利用方式的用肥量相對較小，用肥比例不足8%。調查發現，用肥量及用肥增量較大的十堰市、漢濱區、淅川縣、勉縣和城固縣，它們的耕地用肥量均大于98%，耕地用肥中蔬菜用肥占比較大，為18.29%~40.56%，此外，城固縣耕地用肥中其他作物用肥占比20.45%，主要為油料作物用肥。略陽縣、佛坪縣和西鄉縣的茶果用肥量大于4.5%，主要是因為這些地區有一定規模的茶葉種植基地。

2.2 水源地化肥施用負荷變化特征

2.2.1 水源地化肥施用負荷的時間變化特征

2002—2014年研究區耕地面積變化情況如圖3所示。研究區耕地面積整體呈遞增趨勢，僅在2002—2004年間減少16 349 hm2，降幅為1.59%。自2004年起研究區耕地面積逐年增加，2004—2014年間其耕地面積年平均增加量為6245 hm2，年平均增長率為0.60%。

由圖3可知，2002—2014年水源地化肥施用負荷值集中在400~700 kg·hm-2之間，水源地年平均化肥施用負荷為617.38 kg·hm-2，是發達國家化肥施用安全標準上限225 kg·hm-2的2.74倍，是2010年全國化肥施用強度平均水平411.30 kg·hm-2的1.50倍，是我國環?？偩忠幎ǖ纳鷳B縣建設化肥施用負荷標準250 kg·hm-2的2.47倍。2002—2014年化肥施用負荷總體呈增長趨勢，凈增長214.44 kg·hm-2，年平均增長率為3.03%。其中2002—2006年呈現明顯增長趨勢，增長了119.32 kg·hm-2，占2002—2014年化肥施用負荷總增量的55.64%，這是在此期間耕地面積下降而化肥施用量增加所導致的（圖3）。此外，研究區化肥施用負荷在2006—2008年期間呈現小幅度下降，減少量為 14.09 kg·hm-2。

圖2 2002—2014年水源地化肥施用量變化情況（萬t）Figure 2 Dynamics of fertilizer use in the water source areas from 2002 to 2014（×104t）

表3 水源地部分地區化肥施用分類統計Table 3 Classification of chemical fertilizer application in some water source areas

2.2.2 水源地化肥施用負荷空間變化特征

以我國環?？偩?007年規定的我國生態縣建設化肥施用負荷標準（250 kg·hm-2）、2010 年全國化肥施用負荷平均值（411.30 kg·hm-2）和我國生態縣建設化肥施用負荷標準的3倍值（750 kg·hm-2）作為分級標準，將研究區化肥施用負荷（F）由低到高分為四個等級，分別為低級（F≤250）、中級（250750），氮磷單質化肥的負荷分級按照我國大田作物適宜的氮磷鉀比例（1∶0.5∶0.5）進行折算[21]。

圖3 2002—2014年水源地耕地面積和化肥施用負荷變化Figure 3 Changes of cultivated land area and fertilizer application level in the water source areas from 2002 to 2014

圖4 2002、2008、2014年水源地各地區化肥施用負荷量Figure 4 Per unit area fertilizer application at country level in the water source areas in 2002，2008 and 2014

2002、2008、2014年水源地化肥施用負荷的區域空間特征如圖4所示。2002年水源地化肥施用負荷量處在中級（250~411 kg·hm-2）與較高級（411~750 kg·hm-2）水平的地區，分別占總區域數的27.78%和47.22%，合計75%，主要集中于水源地西部的漢中市及東南部的十堰市，由于這些地區人口較多且靠近地級市城市，糧食、蔬果需求較大，從而導致化肥施用負荷較大。低負荷量（≤250 kg·hm-2）地區共7個，主要分布在水源地南部的安康市。高負荷量（>750 kg·hm-2）地區共2個，分布在漢中市的城固縣和南陽市的西峽縣。2008年水源地化肥施用負荷量集中在中級和較高級，分別占總區域數的33.33%和41.67%，主要分布在水源地西部的漢中市、東南部的十堰市及北部的商洛市，這些地區主要為周邊地級市城市居民提供農產品，以水果、蔬菜等化肥用量較大的經濟作物為主，從而導致較大的施用負荷。相較于2002年，2008年低負荷量地區數減少了11.11%，高負荷量地區數增加11.11%，高負荷地區主要分布于研究區東部的南陽市和洛陽市以及西部的漢中市，這些地區經濟發達，農民有較多的資金投入到化肥購買中，從而使化肥施用負荷較大。2014年水源地高負荷量地區數較2008年增長2個，但區域面積大幅提升，這是因為湖北省十堰市從較高負荷量697.09 kg·hm-2轉變為高負荷量766.78 kg·hm-2，高負荷量主要分布在東南部的十堰市、西部漢中市的城固縣、洋縣和勉縣以及東部南陽市的淅川縣、西峽縣和鄧州市，這些地區的耕地多位于坡度較大的山地，且施肥方式為傳統的地表施肥，地表徑流會導致化肥流失，當地農民以較大的施肥量來彌補化肥的損失，從而導致施用負荷較高。較高級負荷量地區有所減少，區域個數降低了5.56%。中級負荷量地區與2008年數量及分布變化不大，主要分布在北部商洛市、西部的漢中市和南部的安康市。低負荷量地區數量未變化，但分布從鎮坪縣變為神農架林區。2002—2014年平均化肥施用負荷值較大的地區為西峽縣、城固縣、十堰市、淅川縣和漢濱區，其值均大于700 kg·hm-2，施用負荷較小的區縣為寧陜縣、紫陽縣、鎮坪縣和平利縣，其值小于我國生態縣建設化肥施用負荷標準（250 kg·hm-2）。此外，化肥施用負荷最高的西峽縣是施用負荷最小的寧陜縣的12.95倍。這表明，水源地各地區化肥施用負荷整體較大且區域間存在差異。

對水源地19個地區總化肥、氮肥和磷肥的施用負荷如表4所示。調查數據與統計數據的相對偏差為0.55%~2.04%，兩者線性回歸方程為：y=0.979 7x-1.907（R2=0.99，P<0.01），表明調查數據與統計數據的吻合度較高，數據可信?？偦适┯秘摵商幱诟呒壍?個地區，其氮肥施用負荷均處于高級，2個地區磷肥施用負荷為高級，3個地區磷肥施用負荷為較高級。總化肥施用負荷處于較高級的6個地區中，氮肥施用負荷分級為5個較高級、1個高級，磷肥施用負荷分級為1個較高級、5個中級?？偦适┯秘摵商幱谥屑壍?個地區，氮肥施用負荷分級為4個中級、2個較高級，磷肥施用負荷分級為2個中級、4個低級。總化肥施用負荷處于低級的2個地區中，氮肥施用負荷為1個中級、1個低級，磷肥均處于低級負荷狀態。這表明水源地氮肥施用負荷在化肥施用過程中占主導作用。同時，氮肥施用負荷占比為56%~69%，磷肥施用負荷占比為14%~26%，氮磷肥比例為1∶0.24~1∶0.44，低于發達國家1∶0.5的比例，表明水源地氮肥施用負荷相對較大。此外，相關性分析表明總化肥施用負荷與氮肥和磷肥的施用負荷呈極顯著正相關（P<0.01），相關性系數分別為0.991和0.968，氮肥施用負荷與磷肥施用負荷呈極顯著正相關（P<0.01），相關性系數為0.969。

2.3 化肥施用環境風險評價

參考我國環?？偩?007年關于生態縣建設中化肥施用強度小于250 kg·hm-2的評價標準，定義250kg·hm-2為總化肥施用環境安全閾值。氮磷單質肥料的安全閾值按照我國大田作物適宜的氮磷鉀比例（1∶0.5∶0.5）進行折算，確定氮肥的環境安全閾值為150 kg·hm-2，磷肥的閾值為 62.5 kg·hm-2[21]。根據環境風險評價模型（2）和（3）及相關參數，計算得出 2002—2014年水源地各地區化肥施用風險評價指數及所處的風險程度（表5）。

表4 2014年水源地部分地區總化肥、氮肥和磷肥的施用負荷量及分級Table 4 Fertilization intensity and classifications of total fertilizer，nitrogen fertilizer and phosphate fertilizer in some water source areas in 2014

由表5可知，2002—2014年水源地整體化肥施用風險程度處于中等風險水平，風險指數呈逐年增加趨勢，從2002年的0.67增至2014年的0.74，增幅為10.45%。水源地各地區風險指數隨年份的增加整體表現為波動性增加趨勢，2002—2014年間，略陽縣、佛坪縣和南鄭縣等15個地區風險程度保持不變，且除紫陽縣（尚安全）和西峽縣（嚴重風險）外，其他13個地區均處于低風險或中等風險狀態。2002—2014年間，寧強縣、鎮巴縣和城固縣等16個地區風險程度上升，其中城固縣、漢濱區、鄧州市和商州區出現嚴重風險水平，而其他12個地區均處于低風險或中等風險狀態。此外，留壩縣和漢臺區等5個地區風險程度出現降低態勢，除寧陜縣和神農架林區表現出安全狀態外，其他3個地區仍處于風險狀態。

以2002年、2008年和2014年為例，分析水源地化肥施用環境風險等級的空間特征（圖5）。2002年水源地各地區化肥施用環境風險等級整體處于中等風險和低風險狀態，共計28個地區；嚴重風險程度的地區1個，為西峽縣；尚安全地區7個，主要分布在研究區北部的漢中市的寧陜縣、南部的安康市鎮坪、紫陽等縣及神農架林區。2008年水源地各地區化肥施用環境風險等級較2002年有所變化，研究區北部的寧陜縣由尚安全狀態轉變為中等安全；南部的紫陽縣和鎮平縣仍保持為尚安全狀態；低風險狀態的地區仍為14個，但區域發生了變化，主要分布在研究區北部的商洛市和漢中市以及南部的安康市；中等風險的地區數為17個，與2002年比，部分低風險地區轉變為中等風險狀態，如寧強縣、柞水縣和內鄉縣等，中等風險的地區主要分布于研究區東部的南陽市、南部的十堰市及西部的漢中市；嚴重風險等級的地區增加1個，為漢中市的城固縣。2014年水源地各地區化肥施用環境風險等級較2002年和2008年更為嚴峻，中等安全狀態的地區數為2個，分別為寧陜縣和神農架林區；尚安全的地區僅紫陽縣1個；低風險的地區為15個，主要分布在研究區北部的商洛市和漢中市以及南部的安康市；中等風險程度的地區較2008年有所下降，為14個，主要是由于部分中等風險的地區轉變為

嚴重風險如漢濱區和鄧州市，中等風險的地區主要分布在研究區東部的南陽市、南部的十堰市及西部的漢中市；嚴重風險的地區為4個，分別為西峽縣、城固縣、漢濱區和鄧州市。

表5 2002—2014年水源地各地區化肥施用風險指數及風險等級Table 5 Environmental risk index and degree of fertilization application in the water source areas from 2002 to 2014

圖5 2002、2008、2014年水源地各地區化肥施用風險評價Figure 5 Environmental risk assessment of fertilizer application at country level in the water source areas in 2002，2008 and 2014

在調查的19個地區中，氮肥施用風險處于中等風險狀態的地區共10個，占比52.63%，嚴重風險狀態的地區為漢濱區和城固縣，低風險狀態的地區有6個，中等安全的地區為神農架林區1個（表6）。磷肥施用風險整體處于低風險和尚安全狀態，分別占比42.11%和26.32%，嚴重風險的地區為漢濱區和城固縣，中等風險的地區3個，高度安全的地區為神農架林區（表6）。由表6可知，總化肥施用處于嚴重風險的地區中，其氮磷肥施用風險仍處于嚴重風險狀態；總化肥施用處于中等風險的8個地區，其氮肥施用仍處于中等風險狀態，但其磷肥施用僅3個地區處于中等風險狀態，其他5個地區處于低風險狀態；總化肥施用處于低風險的7個地區中，氮肥施用處于低風險狀態為5個、中等風險狀態的為2個；總化肥施用處于尚安全的紫陽縣，其氮肥施用處于低風險狀態，磷肥施用處于尚安全狀態；總化肥施用處于高度安全的神農架林區，其氮肥施用處于中等安全險狀態，磷肥施用處于高度安全狀態。這表明水源地氮肥施用的風險程度高于總化肥施用風險，而磷肥施用的環境風險與總化肥施用保持一致或相對較低。

表6 2014年水源地部分地區氮磷肥施用環境風險評價Table 6 Environmental risk assessment of nitrogen and phosphorus fertilizer application in the water source areas in 2014

3 討論

3.1 水源地化肥施用量及施用負荷的時空特征分析

2002—2014年水源地年化肥施用總量增加49.45%，年平均增長率為3.4%，水源地單位耕地面積化肥施用負荷呈增長趨勢，年平均增長率為3.03%，這與同期我國化肥投入量的變化趨勢一致[24]。從圖2和圖3可知，施肥量、耕地面積和施用負荷均逐年增加，表明施肥量的增加幅度較大。首先是由水源地獨特的地理環境決定的，水源地以山地農業為主[25]，78%的耕地多位于坡面，徑流較大，保肥性差，化肥流失嚴重，導致化肥施用量增加[30]；其次，受國家及地方政策影響，自2002年開始水源地實行大規模退耕還林，但自2004年開始由于補助的糧食和津貼難以滿足當地農民需求，部分農民逐步開始復耕，導致化肥施用量逐漸增加，同時，2006年開始全國實行免征農業稅，導致農民投入到購買化肥的資金增加20%[26]，進而造成水源地化肥施用量增加；其次，近年來我國化肥生產技術飛速發展，化肥生產成本下降，加之政府出臺的化肥間接補貼及對化肥生產企業的優惠政策[20]，導致化肥產量增加、價格偏低，引起水源地農民過量使用化肥；再次，水源地98%的農業經營模式為個體農戶經營，85%的農戶采用地表撒施方式施肥，缺乏新型專業施肥技術，導致肥料利用率低、損耗大、用肥量增加。另外，水源地僅8%的農戶施用有機肥，進而導致化肥施用量的增加，也導致水源地化肥施用負荷高于山東省[12]和江蘇省[20]等規?；?、專業化種植大省。此外，水源地以糧食、蔬菜、油料等需肥量較大的作物為主，藥材、食用菌等需肥量少而經濟價值較高的作物種植面積不到2%，種植結構的不合理也導致水源地化肥施用量較大。

研究結果還表明，水源地各地區化肥施用負荷區域間存在差異，地區間化肥使用存在不平衡現象。這主要是由于水源地各地區間地形地貌、水熱條件、經濟現狀、作物類型、施肥方式等差異造成的[25，30-31]，如勉縣、城固縣和洋縣等地耕地多位于坡度較大的山地，地表徑流較大，易導致肥料損失，從而導致較大的施用負荷，而商南縣和盧氏縣等地，耕地多處于地勢平坦的地區，肥料利用率相對較高，從而使化肥施用負荷相對較小。城固縣為全國糧油基地，以糧食作物和油料作物為主，必然導致較大的化肥施用負荷，而神農架林區為國家級自然保護區，以旅游業和林業為主，其化肥施用負荷較小。十堰市和安康市的漢濱區等地[3，30]降水充分、氣候適宜且城市人口較多，農產品主要供給附近的地級城市，產業結構以糧食、蔬菜和水果等化肥用量較大的經濟作物為主，農民采用大量施肥的方式提高作物產量，從而導致化肥施用負荷較高。寧陜縣、紫陽縣和鎮坪縣等地處秦巴山區腹地[32]，交通不便，經濟落后，用于購買化肥的資金有限，從而導致這些地區化肥施用負荷較小。此外，調查發現城固縣、洋縣、勉縣、淅川縣和西峽縣等地農業經營模式以傳統粗獷方式為主，化肥施用方式為地表施固體顆粒肥，有機肥施用普及率較低，缺乏新型專業技術，當地農民以增加施肥量來彌補肥料利用率低、損耗大的缺陷。

3.2 水源地化肥施用環境風險評價及防控措施

研究結果顯示，水源地各地區化肥施用環境風險等級整體處于中等風險和低風險狀態，氮肥施用整體處于中等風險狀態，磷肥施用風險整體處于低風險和尚安全狀態，這與龐振凌等[33]關于水源地水質處于污染狀態和中營養狀態的研究結果相符，與劉欽普[27]關于河南省南陽市化肥施用風險處于中等風險水平的研究結果一致，表明該評價模型能真實地反映水源地化肥施用的環境風險。與山東省[12]、江蘇省[20]和河南省[27]比，水源地化肥施用低風險地區相對較多，這主要是由于山東、江蘇和河南為糧食和蔬果生產大省，其依靠大量的化肥投入換取較高的作物產量，而水源地處于山區，經濟相對落后，化肥投入相對較少，但形式仍然不容樂觀。此外，研究結果顯示，水源地氮肥施用處于風險狀態，氮肥施用量大的地區土壤酸化嚴重，其營養元素的流失易導致水體污染[15]，因此，相關部門應采取有效措施加以控制。

通過模型評價可知，風險指數呈逐年增加趨勢，2002—2014年間增幅為10.45%，且環境風險地域差異明顯，部分地區形勢極為嚴峻，這與學者關于山東省[12]、江蘇省[20]和河南省[27]的研究結果一致。這與水源地人民環保意識水平、經濟現狀、施肥技術、自然條件、農業政策和經營體制等多方面原因密切相關[11，24]。為管控和降低化肥施用的環境風險，筆者建議當地政府從體制、政策、技術和觀念等多角度入手，開展有效措施發展環保農業，減少農業面源污染。例如：建立水源地土壤化肥含量檢測、管理信息系統，對水源地化肥施用現狀進行實時監控；鼓勵土地流轉，實行農業集約化經營，有效提高耕地和化肥的利用效率，同時鼓勵農民種植需肥少、經濟價值高的作物，在保證經濟收入的前提下減少化肥施用量；調整種植結構，采取田間輪作套種以增加地表覆蓋、提高化肥利用率，合理安排糧食作物與經濟作物的種植比例，在農田外圍種植林地過濾帶；調整土地利用方式，在坡度較大的地區修建梯田，平緩耕地坡度，減少水土流失較嚴重的耕地面積；普及推廣配方施肥、測土施肥和水肥耦合技術，制定合理的氮、磷、鉀施用比例；鼓勵研發、生產和使用有機肥料；推廣生態農業，建設“田-畜-沼-特”等生態循環農業模式；以講座或傳單等形式加強環保意識和農技知識教育，提升農民的科學施肥技術；制定相關環保類法律法規。從而達到“控量增效”的目的，確?；适┯玫沫h境安全。

4 結論

（1）化肥施用環境風險模型能客觀地反映水源地化肥施用的環境風險。

（2）2002—2014年水源地化肥施用總量和單位耕地面積化肥施用負荷呈逐年增加趨勢，且各地區間存在差異，其平均化肥施用強度遠超發達國家化肥施用安全標準上限、全國化肥施用強度平均水平和我國生態縣建設化肥施用負荷標準。

（3）2002—2014年水源地整體化肥施用風險程度處于中等風險水平，風險指數呈逐年增加趨勢，形勢嚴峻，且各地區間風險程度存在差異，出現嚴重風險的地區有西峽縣、城固縣、漢濱區和鄧州市，出現中等安全狀態的地區僅有寧陜縣和神農架林區。

（4）水源地化肥施用負荷較大是由自然、經濟、政策、技術和傳統觀念等多方面原因造成的，有關部門應采取有效措施加以管控。

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