重慶市江津區李市鎮農業面源TN、TP排放特征分析

杭曉寧，張 健，黃 祥，胡留杰，廖敦秀，朱小坡，吳 平，周 余，張鵬程

（1.重慶市農業科學院，重慶 401329；2.李市鎮農業服務中心，重慶江津 402274；3.重慶市農業生態與資源保護站，重慶 401121）

通過多年的治理，我國的點源污染已經得到有效控制，農業面源污染變成了水環境污染的主要來源[1]。與點源污染不同的是，面源污染具有發生時間不定、發生方式多樣、過程機理復雜、時空變異性大、污染監測難度大等特點[2-4]，因此，需要在不同空間尺度上研究農業面源污染發生機理。在各種農業面源污染發生機理研究中，輸出系數模型在現階段應用最多，其所需參數少，具有一定的精度，是一種有效核算面源污染的方法[5]。運用輸出系數法，近些年來，國內外學者對北京[6]、太湖[7]、洱海[8]、三峽庫區[9-10]、長江[11]等區域或流域做了大量研究；杜鵑等[12]、劉德勤等[13]分別對定遠縣和界首市泉河小流域的農業面源污染做了估算，提出了應對策略。前人的研究多是在大范圍內研究農業面源污染，小流域的研究也多在東部平原地區，對西南丘陵山區小流域農業面源污染的研究鮮有報道。為更好地解析西南丘陵山區小流域農業面源污染及其來源，本研究采用輸出系數法，以重慶市江津區李市鎮為研究對象，研究該地區農業面源TN、TP的排放，估算其總量及來源，為該區域農業面源污染防治提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

李市鎮地處重慶市江津區腹心地帶，境內海拔230～560 m，相對高差330 m，年均降雨量1 033 mm，是江津區農業重鎮。全鎮總面積180 km2，轄三角壩、林家嘴、牌坊、兩岔、雙河、孔目、黃桷、龍吟、沙埂、洞塘、大橋等11 個行政村，2019 年，全鎮有常住人口53 532 人。李市鎮現有農用地8 200 hm2，以種植水稻、玉米、薯類、柑橘和花椒為主，畜禽養殖以生豬和肉牛為主，農業總產值占區域生產總值的90%以上。長江二級支流筍溪河橫貫全鎮，境內長度達30 km。

1.2 數據來源

本研究中采用的農村常住人口、土地利用類型和養殖數量等數據均是2019 年李市鎮農業服務中心統計數據。

1.3 農業面源污染排放量核算方法

采用輸出系數法估算法對不同污染源的污染物輸出量進行估算，然后通過對不同污染源類型的污染負荷求和，得到研究區域的面源污染物輸出量。

1.3.1 土地利用輸出系數

多數土地利用類型的氮磷輸出系數可以通過文獻調研獲得，即通過查找相近地區相同土地利用類型的氮磷輸出系數獲得；少數土地利用類型，如花椒由于缺乏相關研究，基于團隊前期的研究估算獲得。本文借鑒國內外的研究成果[2,14-16]，并綜合考慮李市鎮土壤特性和當地施肥習慣，得到不同土地利用類型主要污染物的輸出系數值（見表1）。

表1 不同土地利用類型氮磷輸出系數

1.3.2 畜禽養殖輸出系數

畜禽的排泄系數是指單個畜禽每天排出的糞尿的數量，它與畜禽的種類、品種、性別及畜禽的生長期、喂養飼料、天氣條件等因素有關。本項目采用周芳等[17]的畜禽排泄系數進行估算。計算公式如下：

畜禽養殖產污量=畜禽排泄系數×飼養量

畜禽養殖排入水體量=畜禽養殖產污量×流失系數

參數詳見表2。

表2 畜禽排泄系數與流失系數

1.3.3 水產養殖輸出系數

按照中國水產科學研究院漁業資源與環境研究中心李緒興等[18]的計算方法計算水產養殖產生的氮磷：養殖1 kg 草食性魚類向環境中輸入氮、磷分別為0.016 kg、0.002 kg，養殖1 kg 雜食性魚類向環境中排放氮、磷分別為0.028 kg、0.004 6 kg。本文將草魚以外的其他魚類均歸為雜食性魚類。

1.3.4 農村生活源輸出系數

農村生活源主要分為生活污水和人糞尿兩部分。生活污水TN、TP 的產污系數分別為0.584 kg/人和0.146 kg/人，排放系數75.6%；人糞尿TN、TP 的產污系數分別為4.40 kg/人和0.44 kg/人，排放系數10.4%[17]。

1.4 數據處理

分別采用Microsoft Excel 2010 和ArgGIS 10.2 對數據進行處理分析和制圖。

2 結果與分析

2.1 不同土地利用類型TN、TP排放量

李市鎮不同土地利用方式的TN、TP 年排放量分別為246.75 t、22.84 t。由圖1可見，TN在蔬菜地中的產生量最大，達到近80 t，占全部土地利用排放TN 的32.25%，其次是水稻田、花椒園，分別為45.71 t、35.54 t，占比分別達18.52%、14.40%，在茶園中的排放量最小，只有0.91 t。TP 在蔬菜地中的排放量同樣最大，達到4.96 t，占比為21.71%，其次是玉米地、建筑用地，占比分別達17.68%、15.55%，這和TN 的排放量不同，導致這一差距的原因是玉米地磷的流失系數較大。值得注意的是，隨著花椒產業的逐步發展，花椒園產生的TN不容忽視。

圖1 李市鎮不同土地利用類型的TN、TP排放量

2.2 畜禽養殖TN、TP排放量

李市鎮畜禽養殖TN、TP年排放量分別為1 515.93 t和601.71 t。由圖2可見，TN、TP排放最大的來源都是生豬養殖，分別占畜禽養殖排放總量的32.56%、30.92%，值得關注的是，蛋雞和肉雞TN、TP的排放總和超過了生豬養殖，占比分別為49.64%、53.59%。

圖2 李市鎮不同畜種的TN、TP排放量

2.3 水產養殖TN、TP排放量

李市鎮水產養殖TN、TP 年排放量分別為26.03 t和3.96 t。由圖3 可見，鰱養殖的排放量分別為8.79 t、1.44 t，占水產養殖排放量的33.78%、36.49%，其次是草魚和鯽，三者合計占全鎮水產種養殖的91.93%和91.28%。

圖3 李市鎮不同水產養殖的TN、TP排放量

2.4 農村生活源TN、TP排放量

李市鎮農村生活源TN、TP 年排放量分別為48.13 t 和8.36 t，其中生活污水的TN、TP 排放占比分別為49.10%、70.69%，人糞尿導致的分別占50.90%、29.31%。

2.5 農業面源TN、TP排放總量

通過對前述四個方面（土地利用、畜禽養殖、水產養殖、農村生活源）氮磷排放量的估算，獲得李市鎮不同來源氮磷排放量（見表3）。李市鎮年TN 排放量 為1 836.84 t，TP 排放量為636.87 t。TN 和TP 的來源排序一致，都為畜禽養殖＞土地利用＞生活源＞水產養殖。其中畜禽養殖排放的TN 占全鎮TN 排放量的80%以上，而TP則占90%以上。

表3 李市鎮不同來源TN、TP排放量匯總表

3 討論與結論

農業生產中化肥和農藥的不合理施用，以及未處理的畜禽養殖廢棄物和生活污水通過淋溶、滲漏進入環境中，超過環境的自凈能力時，即可造成面源污染。本研究區域重慶市江津區李市鎮農業面源TN、TP來源均表現為畜禽養殖＞土地利用＞生活源＞水產養殖，其中畜禽養殖業排放占比遠高于其他排放源，這和前人的研究結果基本一致[10,17]。李市鎮的面源污染風險主要來自于畜禽養殖業，畜禽養殖業糞污治理是重中之重，今后在養殖場建設時同步建設糞污處理設施和有機肥生產設備尤為重要；同時要大力提倡發展種養循環農業，對新建畜禽養殖企業應強制要求配套一定面積的土地來消納糞污。

在土地利用方面，蔬菜地的TN 和TP 排放量均最大，原因一方面是蔬菜種植的集約化程度高、復種指數高、氮肥的施用量多[6]，另一方面是其種植面積較大，在作物中僅次于水稻。前期調研中也發現，李市鎮地理位置優越，交通便利，隨著脫貧攻堅和鄉村振興的推進，近些年引進了多個大型花椒和蔬菜種植企業，也發展了許多小型家庭農場。小農戶對肥料、農藥等化學投入品價格不敏感，因此，超量施肥的現象普遍存在。加之多數花椒企業都在前期促生長階段，肥料使用量大，耕作頻繁，水土流失嚴重。加強小農戶的專業知識培訓和有機肥替代化肥的支持力度，將有助于減少土地利用導致的面源污染。

盡管水產養殖導致的面源污染占比小，但因為都是池塘養殖，存在降雨導致的外溢風險。因此一方面需要加強管理，禁止高密度養殖，另一方面需要提高準入水平，推廣采用先進技術如池塘底排污技術等。農村生活源分布廣，治理難度大，隨著城鎮化的進一步加快，治理將主要集中在城鎮區域。在城鎮加強建設污水處理廠，延長污水管網鋪設線路，提高污水處理廠的處理能力是治理生活源污水的關鍵。