廣州市農業面源污染概況及特征分析

熊 凡，林曉君，曾經文，丘錦榮，林 淮，何文祥

（1.廣州市環境監測中心站，廣東 廣州 510030；2.環境保護部華南環境科學研究所，廣東 廣州 510655）

農業面源污染是指在農業生產活動中，氮素和磷素等營養物質、農藥以及其他有機物污染物或無機污染物質，通過農田地表徑流、農田排水和地下滲漏，形成的水環境污染，主要包括化肥污染、農藥污染、畜禽養殖污染等［1-2］。農業面源污染及其造成的生態環境問題，包括生態環境惡化、資源退化、農產品質量安全水平降低等，正嚴重威脅人類日常生活以及社會經濟的可持續發展［3-4］。近年來，我國農業面源污染問題日益嚴峻［5］。開展區域農業面源污染負荷分析與敏感性評價，不僅可以加深對農業面源污染影響及危害的認知，而且對區域農業面源污染的控制及農村生態農業的建設具有重要的意義［6］。

廣州市是中國華南地區的主要中心城市之一，城市社會經濟發展在珠江三角洲境內處于中心地位。近年來，由于城市的快速擴張和人民生活方式的轉變，促使廣州農業由城郊型向都市型農業轉變［7-8］。 隨著新農業經濟的飛速發展，不僅給農村經濟發展帶來了各方面的機遇和挑戰，也給廣州帶來了不容小覷的環境問題。目前，國內學者已對我國福建省、山東省、湖南省、四川省綿陽市、河南省漯河市等地區［9-13］的農業面源污染問題進行研究，但對廣州市農業面源污染研究極少［7］，而應用GIS技術基于主要污染源污染物的各區農業面源污染評價等方面研究則更為匱乏。因此，本研究以大量的統計數據資料為基礎，以廣州市各區為單元，采用排污系數法對各區農田化肥、畜禽養殖業、水產養殖業和農村生活污染源污染物進行定量核算，運用等標污染負荷法和GIS技術對污染源負荷和區域空間分布特征進行綜合分析和評價，以期為廣州市農業面源污染的防治提供決策依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

廣州市（112°57′～114°03′E、22°26′～23°56′N）地處廣東省中南部、珠江三角洲北緣，屬于南亞熱帶季風性海洋氣候。該市屬丘陵地帶，地勢東北高，西南低，北部和東北部是山區，中部是丘陵、臺地，南部是珠江三角洲沖積平原，中國的第三大河珠江從市區穿流而過。據《2015廣州統計年鑒》統計，廣州市2014年常用耕地面積為96398 hm2，其中水田、旱地分別為82719和13679 hm2；2014年廣州市農業、畜牧業和漁業總產值分別為2141475、648663和732958萬元。

1.2 研究方法

1.2.1 數據來源 按照廣州市行政區劃，以11個區為單元，分類收集各區農田化肥、畜禽養殖、水產養殖、農村生活污染源涉及的基礎數據。所有數據來源于2015年廣州市各類統計年鑒、環境質量公報以及其他相關統計資料及報表，同時收集負荷核算的必需參數。

1.2.2 農業面源污染負荷核算 （1）農業面源污染物排放量核算。本研究定義的農業面源污染是較狹義的面源污染，是指農業生產和農村生活過程產生的污染物（COD、TN、TP），在降水或灌溉過程中，通過地表徑流和農田排水等途徑匯入地表水體引起的水污染［14］。計算方法見表1。

（2）農業面源污染物等標排放量核算。按照《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ類標準系列中該污染物的標準濃度值（COD、TN、TP分別為 20、1、0.2 mg/L）計算各類污染源COD、TN、TP的等標排放量。計算公式為：

某污染物i的等標排放量=污染物i實物排放量/標準濃度值

某污染物i的等標污染負荷比=污染物i的等標排放量/等標污染排放量之和

（3）農業面源污染排放強度核算。計算公式為：

式中，EI為農業面源污染物的排放強度，E為農業面源污染物的實物排放量，AL為區域面積。

數據分析采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1 廣州市各區農業面源污染物排放量

由表2可知，2014年廣州市農村生活、農田化肥、畜禽養殖和水產養殖4種污染源的污染物排放總量為627971.61 t，其排放量和貢獻率分別為34510.94、415.17、574140.24、18905.26 t和5.50%、0.07%、91.43%、3.01%，畜禽養殖污染物排放量最高，其次是農村生活，農田化肥最低。從污染物種類來看，畜禽養殖對COD的貢獻最大，占總排放量的92.72%；對TN貢獻最大的也是畜禽養殖，其次是農村生活，占比分別為57.36%和33.12%；對TP貢獻較大的是畜禽養殖、農村生活和水產養殖，占比分別為41.13%、30.01%和25.35%，說明畜禽養殖和農村生活產生的污染物是廣州市農業面源污染的主要來源。從區域角度（圖1）來看，廣州市各區污染物排放量存在明顯差異，在污染總量方面，污染物排放總量最大的是花都區，其次為從化區，荔灣區、越秀區、海珠區等老城區和天河區排放總量相對最小，其原因是花都區的畜禽養殖業發展迅猛［15］，規模化畜禽養殖場比較集中，而老城區和天河區的污染物排放量低是由于這些區域農業人口較少，且工業發達；在各個污染物方面，各區污染物均以COD為主，COD、TN、TP排放量最大的分別是花都區、增城區、白云區，排放量最小的均為越秀區。

表1 廣州各區農業面源污染物排放量調查方法

表2 廣州市農業面源污染物排放量與排放比例（2014）

圖1 廣州市各區農業面源污染物排放量

2.2 廣州市農業面源污染等標排放量與負荷比

由表3可知，2014年廣州市農業面源污染物等標排放量為5.74×1010m3，其中，COD、TN、TP的等標污染負荷比分別為52.78%、37.01%、10.21%，農村生活、農田化肥、畜禽養殖、水產養殖的等標污染負荷比分別為17.69%、1.01%、74.36%、6.94%。在污染源方面，從各個污染物在污染源中的等標污染負荷比可以看出，COD的主要污染源為畜禽養殖（92.72%），TN的主要污染源依次為畜禽養殖（57.36%）和農村生活（33.12%），TP的主要污染源依次為畜禽養殖（41.13%）、農村生活（30.01%）和水產養殖（25.35%，表2）。綜合分析各污染源的等標污染負荷比可知，畜禽養殖為最主要的污染源（74.37%），其次為農村生活（17.69%），二者的累計貢獻率達到92.06%。根據“80%”原則［16］，即累積百分比＞80%的污染源或污染物可確定為主要污染源和主要污染物。因此，畜禽養殖和農村生活是廣州市農業面源污染的主要污染源。在污染物方面，廣州市農業面源污染物等標污染排放總量為COD＞TN＞TP，其污染負荷比分別為52.78%、37.01%和10.21%，可見，COD和TN為廣州市農業面源污染的主要污染物，兩者累計貢獻率達到89.79%，其中，COD為最主要污染物。

表3 廣州市農業面源污染物等標排放量與等標污染負荷比（2014）

2.3 廣州市各區農業面源污染物排放強度

由表4可知，2014年廣州市污染源總排放強度為844.68 kg/hm2，其中，COD、TN和TP污染物的排放強度分別為814.54、28.56、1.58 kg/hm2，農村生活、農田化肥、畜禽養殖和水產養殖污染源的排放強度分別為46.42、0.56、772.28、25.43 kg/hm2。分析各污染物在各區的排放強度可知，COD排放強度以黃埔區最大，達1463.65kg/hm2，荔灣區排放強度最小，為166.18 kg/hm2；TN和TP排放強度均以天河區最大，分別為86.30、4.55 kg/hm2，以從化區排放強度最小，分別為9.35、0.40 kg/hm2，說明農業面源污染在廣州市各區的分布差異明顯。同樣，分析4類污染源在各區的排放強度可知，農村生活污染以越秀區排放強度最大，為281.02 kg/hm2，從化區最小，為12.15 kg/hm2；農田化肥污染以越秀區最大，為1.67 kg/hm2，越秀區最小，基本為零排放；畜禽養殖污染以黃埔區最大，為1432.75 kg/hm2，荔灣區、越秀區和海珠區最小，基本為零排放；水產養殖污染以番禺區最大，為97.83 kg/hm2，越秀區最小，基本為零排放。需要特別說明的是，盡管荔灣區、越秀區、海珠區和天河區等區域污染物排放量相對較小，污染物分擔率較低，但由于土地面積相對較小，因此，該類地區一些污染物的排放強度并不一定是相對較小的。 總之，無論從單個污染物的角度還是從整體污染源考慮，都可以得出農業面源污染存在明顯的區域差異，林雪原等［3］研究山東省南四湖流域的農業面源污染也得到相似結論。

表4 廣州市各區農業面源污染物排放強度（kg/hm2，2014）

2.4 廣州市各區農業面源污染敏感性評價

運用GIS技術，按照污染物的排放強度進行農業面源污染敏感性評價，分析廣州市農業面源污染源的空間分布特征，進而識別農業面源污染的優先控制區。敏感性根據各污染源具體情況分為4個級數，即高度敏感區、中度敏感區、輕度敏感區和不敏感區。

由于各區地形、水文條件、產業布局以及土地利用等復雜因素的影響，廣州市各區污染源的污染物排放強度差異明顯。從農田化肥污染物排放強度的敏感性分析（圖2A）可知，高度敏感區主要是南沙區，中度敏感區主要是花都區、白云區、黃埔區和增城區，輕度敏感區主要是番禺區和從化區，不敏感區主要分布在越秀區、荔灣區等老城區和經濟發達的天河區；從畜禽養殖業污染物排放強度的敏感性分析（圖2B）可知，高度敏感區主要分布在畜禽養殖業比較發達的花都區和黃埔區，中度敏感區主要分布在廣州市南部的番禺區和南沙區，輕度敏感區主要是白云區和從化區，不敏感區主要是越秀區、荔灣區、海珠區、天河區和增城區；從水產養殖業污染物排放強度的敏感性分析（圖2C）可知，高度敏感區主要分布在廣州市南部的番禺區和南沙區，中度敏感區主要是荔灣區、海珠區、花都區、白云區和天河區，輕度敏感區主要分布在廣州市東部的黃埔區和增城區，不敏感區主要是越秀區和從化區；從農村生活污染物排放強度的敏感性分析（圖2D）可知，敏感性分布呈現較強的空間分布特征，高度敏感區主要分布在廣州市中心城區的越秀區、海珠區和天河區，中度敏感區主要是荔灣區，輕度敏感區主要圍繞高度、中度敏感區分布在白云區和番禺區，其余地區均為不敏感區。另外，雖然越秀區、海珠區和天河區的農業人口數量相對較低，但由于其面積也相對較小，因此成為農村生活污染物排放強度的敏感區。從廣州市農業面源污染物（污染源污染物合計）排放強度的敏感性分析（圖2E）可知，高度敏感區主要分布在花都區、白云區、黃埔區和番禺區，這些區域為廣州市農業面源污染的優先控制區，中度敏感區分布在南沙區，輕度敏感區分布在從化區和天河區，越秀區、荔灣區、海珠區和增城區為不敏感區。

3 結論與討論

本研究運用等標污染負荷法和GIS技術，對廣州市11個轄區的農業面源污染狀況進行了綜合分析和評價。本研究結果表明，2014年廣州市4種污染源的污染物排放總量為627971.61 t，其中污染源以畜禽養殖排放量最大，污染物以COD排放量最大。通過計算各污染源和污染物的等標排放量和等標污染負荷比，識別出廣州市最主要污染源為畜禽養殖，其次是農村生活，最主要污染物為COD，這與國內多數城市的農業面源污染情況較為相似［17-18］，也說明目前我國多數城市畜禽排放物和農村生活垃圾的處理還存在較大的提升空間［19］。從排放強度來看，2014年廣州市污染源總排放強度為844.68 kg/hm2，其中COD排放強度最高和最低的地區分別為黃埔區和增城區，TN排放強度最高和最低的地區分別為天河區和從化區，TP排放強度最高和最低的地區與TN一致。張曉麗等［20］的研究表明，一些地區雖然污染物排放量不大，但由于其耕地面積小，導致其排放強度較大，而一些污染物排放量較大的地區，由于區域耕地面積也較大，導致其排放強度低于市老轄區。本研究中天河、增城等地區出現的污染物排放強度結果正是基于此類原因。從污染敏感性方面來評價，農田化肥污染源的高度敏感區是南沙區，這是由于該區種植面積較大，種植結構較單一，因此，需嚴格控制化肥使用量，推廣測土配方施肥，積極引導農民調整種植結構，從源頭防控污染［21］；對于畜禽養殖業高度敏感的地區是花都區和黃埔區，近年來這兩個區的養殖業迅猛發展，中、小規模養殖場明顯增多，但養殖廢棄物無害化處理程度依舊較低，污染物不經處理直接排放。因此，建議優化畜禽養殖場的選址、布局，在資源利用上大力推進沼氣工程和畜禽糞便制肥項目建設，實施種養結合的生態工程，以促進畜禽糞便的資源化利用［22-23］；水產養殖和農村生活的高度敏感區分別分布在廣州市南部地區和中心城區，可以通過污染總量控制，同時加強宣傳教育，加大環境管理和執法力度，積極實施鄉村清潔工程，促進生活廢棄物轉化，有效控制該類污染［24-25］。

圖2 廣州市各區農業面源污染敏感性評價示意圖

農業面源污染來源復雜多樣，本研究在計算廣州市農業面源污染排放時，污染源僅考慮了農田化肥、畜禽養殖、水產養殖和農村生活，污染物只考慮了COD、TN和TP，未能涉及農藥、作物秸稈等污染源以及BOD5、NH3-N等污染物。且本研究也沒有考慮單位源和受納水體之間的水力聯系程度，有可能導致農業面源污染估算偏大。因此，在今后研究中，需結合農業面源污染多方面重要因素，并適當加入試驗法，通過模擬的方法測算污染物與水體之間的聯系系數，從而更深入、更精細地分析研究區域農業面源污染情況，進而多措并舉，以制訂有效、綜合的防治策略。

參考文獻：

［1］ Johnes P J. Evaluation and management of the impact of land use change on the nitrogen and phosphorus load delivered to surface waters：The export coefficient modeling approach［J］. Journal of Hydrology，1996，183：323-349.

［2］ 鄭濤，穆環珍，黃衍初，等. 非點源污染控制研究進展［J］. 環境保護，2005（2）：31-34.

［3］ 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）：3278-3285.

［4］ 肖順勇，唐建初，劉欽云，等. 湖南省農業面源污染分析及其防治對策［J］. 農業質量標準，2006（5）：23-25.

［5］ 饒靜，許翔宇，紀曉婷. 我國農業面源污染現狀、發生機制和對策研究［J］. 農業經濟問題，2011（8）：81-87.

［6］ 段華平，孫勤芳，王梁，等. 常熟市農業和農村污染的優先控制區域識別［J］. 環境科學，2010，31（4）：911-917.

［7］ 張粦，陳紹平，黃小紅，等. 廣州市農業環境污染及其對策［J］. 生態環境學報，2004，13（1）：142-143.

［8］ 高凡. 珠江三角洲地區城市水環境生態安全評價研究—— 以廣州市為例［D］. 廣州：中國科學院研究生院（廣州地球化學研究所），2007.

［9］ 黃東風，王果，陳超. 福建省農業面源污染問題及防治對策的研究［J］. 中國農學通報，2006，22（11）：371-377.

［10］ 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.

［11］ 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.

［12］ 何勇，林承勇，李柏橋，等. 綿陽市農業面源污染現狀及防治對策［J］. 安徽農業科學，2017，45（23）：58-59.

［13］ 李若菲. 漯河市農業面源污染現狀及防治對策［J］. 現代農業科技，2012（1）：273-275.

［14］ 陳敏鵬，陳吉寧，賴斯蕓. 中國農業和農村污染的清單分析與空間特征識別［J］. 中國環境科學，2006，26（6）：751-755.

［15］ 鐘志峰. 廣州市花都區巴江河污染評價與整治對策研究［D］. 廣州：暨南大學，2008.

［16］ 陸尤尤，胡清宇，段華平，等. 基于“壓力-響應”機制的江蘇省農業面源污染源解析及其空間特征［J］. 農業現代化研究，2012，33（6）：731-735.

［17］ 邱小琮，王德全，尹娟，等. 寧夏農業面源污染及其影響因子解析［J］. 水土保持學報，2012，26（5）：190-194.

［18］ 胡靜鋒. 重慶市農業面源污染測算與空間特征解析［J］. 中國農業資源與區劃，2017，38（1）：135-144.

［19］ 許策，李曄，束繼年，等. 漢江流域荊門段面源污染負荷時空分布與污染現狀評價［J］. 水土保持通報，2017，37（4）：63-68.

［20］ 張曉麗，王夏暉，路國彬. 合肥市農業面源污染防控優先區域識別［J］. 環境與可持續發展，2017，42（3）：151-155.

［21］ 謝立，年福華，劉鑫. 泰州市農業面源污染源解析及其空間異質性研究［J］. 湖北農業科學，2018，57（1）：30-32.

［22］ 張忠斌，張睿智. 農業面源污染的主導因素與防治對策［J］. 現代農業科技，2016（12）：227，238.

［23］ 肖杰，蔣雙林，王業鵬，等. 天門市農業面源污染現狀及其防治對策［J］. 長江大學學報（自科版），2017，14（6）：59-62，81.

［24］ 陳梅. 農業面源污染風險評估及分級區劃研究［D］. 南京：南京大學，2014.

［25］ 金書秦，邢曉旭. 農業面源污染的趨勢研判、政策評述和對策建議［J］. 中國農業科學，2018，51（3）：593-600.