廣西農業面源污染時空演變及其防控對策

熊 娜，崔譯丹，崔海濤*，王雅麗，望飛勇

（1廣西民族大學管理學院，廣西南寧 530006；2廣西民族大學經濟學院，廣西南寧 530006；3廣西農業科學院園藝研究所，廣西南寧 530007）

0 引言

【研究意義】農業是國民經濟發展的重要基石，而良好的自然生態環境是保證農業健康、綠色、高質量發展的基本條件。全國污染源第二次普查數據顯示，2017年來自農業面源污染的化學需氧量（COD）、總氮（TN）和總磷（TP）排放量分別為1067.13萬、141.49萬和21.20萬t，占全國COD、TN和TP排放總量的49.77%、46.52%和67.22%，農業面源污染已成為我國的第一大污染源。廣西是我國農業大省之一，特色農產品和自然資源豐富，具有農業發展的資源稟賦優勢。但由于廣西地理位置特殊，地形地貌復雜，許多地區受惡劣自然條件的發展約束，農戶不得不采用一些農業手段來獲得更高的經濟效益，而在實施這些農業手段時采取的不合理方式（如過量施用化肥、不經處理隨意排放畜禽糞便）導致農業面源污染問題日益嚴峻，嚴重影響了廣西農業的可持續發展。因此，探討廣西農業面源污染的時空演變及防控對策，可為該區域農業面源污染的防控與治理提供理論參考。【前人研究進展】農業面源污染主要指農業生產活動中，污染物質通過化肥流失、農藥濫用、畜禽糞便排放等方式隨著農田排水、地表徑流和滲透進入水環境，引起水體污染（Ichiki and Yamada，1999；Zhang et al.，2018）。畜禽養殖糞便、農田化肥流失產生的氮（N）、磷（P）和COD呈逐年增長趨勢，其中畜禽養殖是農業面源污染的主要源頭（胡靜鋒，2017）。從微觀角度來說，非農兼業會減少存于農業生產的勞動力，兼業農戶選擇增加農藥、化肥資本投入以彌補勞動力的不足，從而造成農業面源污染加重（吳偉偉和劉耀彬，2017；夏秋等，2018）；其次，由于非農兼業的“收入效應”大于“替代效應”，兼業收入提高了農村家庭收入水平，降低了資金約束，通過施肥提高作物產量，導致化肥施用量增加（石華平和易敏利，2020）。宏觀層面上，國家農業補貼政策的實施引導農戶適當增加農業化學物質投入來增產增收，但不當的施用行為會加重農業面源污染（孫博文，2020）；除此之外，人口快速增長、經濟利益驅動、政策不健全也是造成農業面源污染的主要原因（魏瑞，2016）。已有學者針對廣西的農業面源污染進行研究。廖青等（2013）、熊娜等（2019）對廣西畜禽糞便資源量和污染風險進行測算，得出廣西畜禽養殖糞便對土壤環境影響較小，但對水體環境已構成嚴重威脅。蔣冬榮等（2015）從農業生產所需原材料及農業生產廢棄物方面深入調查研究，將漓江流域的農業面源污染原因歸結為農業生產技術落后、農業生產生活廢棄物處理方式不當、環保意識薄弱等。黃晶晶等（2017）通過對南寧市武鳴區農業局的訪問及對村民的調查，了解到武鳴區農業污染主要是由農藥化肥殘留、畜牧養殖動物糞便、農作物秸稈焚燒等引起。楊文慧等（2018）對南寧主要香蕉種植基地的土壤肥力進行調查研究，結果發現土壤肥力利用效果不佳，有機質含量偏低，大多數南寧香蕉基地銨態氮含量高于硝態氮含量，銨硝比不佳。劉巖峰等（2021）利用主成分分析法對廣西武鳴河流域不同種植作物的土壤氮磷形態進行研究，得出土地作物類型是影響流域非點源污染的重要因素。【本研究切入點】前人已從農業面源污染的定義、來源和原因展開了較充分的研究，但并未區分各污染源（如畜禽養殖和農田化肥）的污染貢獻，缺少結構性因素的分析及時空演變規律的探討。【擬解決的關鍵問題】以西江經濟帶、桂西資源富集區和北部灣經濟區為研究單元，將各類污染源分開測算，選取農田化肥施用、畜禽養殖糞便構建排放清單，采用單元調查法對各區域污染物排放量和排放強度進行測算，進而對污染源區域空間分布及演變進行綜合分析和評價，以期為廣西農業面源污染防控、實施鄉村振興提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

廣西位于我國華南地區（東經104°28′~112°04′、北緯20°54′~26°24′），東界廣東，南臨北部灣，西與云南毗鄰，東北接湖南，西北靠貴州，全區總面積23.76萬平方千米，下轄14個地級市，地形以山地、丘陵、石山為主，是典型的喀斯特地貌。從北向南分別屬亞熱帶季風氣候和熱帶季風氣候，氣候溫暖、熱量豐富，降水豐沛、干濕分明，日照適中、冬少夏多，各地年平均氣溫在16.5~23.1 ℃，各地年降水量為1080~2760 mm。為促進該區域經濟發展，《國務院關于進一步促進廣西經濟社會發展的若干意見》中將廣西劃分為西江經濟帶、桂西資源富集區、北部灣經濟區，簡稱“兩區一帶”。本研究借用3個經濟板塊的劃分方式將廣西農業面源污染區域進行范圍界定（圖1），進一步研究廣西各區域農業面源污染的具體差異。

圖1 廣西農業面源污染區域分布圖Fig.1 Guangxi agricultural non-point pollution region distribution map

1.2 研究方法

1.2.1 農業面源污染物排放量 農業面源污染主要包括TN、TP和COD 3種污染物，污染源主要是農田化肥和畜禽糞便。畜禽糞便產生的污染物主要是COD，TN和TP較少，農田化肥施用產生的污染物主要是TN和TP，不包括COD。本研究選擇農田化肥和畜禽養殖糞便構建污染清單，對TN、TP和COD 3類污染物的排放量和排放強度進行核算。將各類污染源分解為產污單元和排放清單（表1），對2008—2019年廣西農業面源污染物的排放情況進行統計和對比分析。各項污染源估算方法見表2，日排泄系數采用中國生態環境部公布的數據，計算周期及污染物平均含量（表3）。

表1 農業面源污染產污單元清單列表Table 1 List of pollution-producing units of agricultural non-point source pollution

表2 農業面源污染物排放量估算方法Table 2 Estimation method of agricultural non-point source pollutant emission

表3 畜禽糞便日排泄系數、計算周期及污染物平均含量Table 3 Excretion coefficient of livestock manure per day，calculation period and average pollutant content

1.2.2 農業面源污染物排放強度 核算農業面源污染排放強度是指單位土地面積上農業面源污染物排放量的富集程度和污染物對環境的影響，計算公式如下（賴斯蕓等，2004）：

式中，EI為農業面源污染物排放強度，E為農業面源污染物的實物排放量，AL為研究區域的農地面積。

1.3 數據來源

計算農業面源污染產污單元數據，包括化肥折純量、生豬出欄量、土地面積和農作物播種面積，數據主要來源于2010—2020年《廣西統計年鑒》、各地級市統計年鑒、環境質量公報及《國民經濟和社會發展統計公報》，同時收集污染物排放量及強度核算所必需的參數。

1.4 統計分析

運用Excel 2019對廣西農業面源污染進行測算，并用ArcGIS繪制空間分布圖。

2 結果與分析

2.1 農田化肥引致的農業面源污染

由表4可知，2008—2019年廣西各區域的糧食作物播種面積減少，經濟作物播種面積增加。其中西江經濟帶的經濟作物增速較快，桂西資源富集區和北部灣經濟區增速較慢。西江經濟帶經濟作物播種面積從2008年的1201.19×10ha增長到2019年的1495.11×10ha，增幅為24.5%；桂西資源富集區經濟作物播種面積從2008年的708.62×10ha增長到2019年的827.17×10ha，增幅為16.7%；北部灣經濟區經濟作物播種面積從2008年的800.51×10ha增長到2019年的919.93×10ha，增幅為15.0%。表明西江經濟帶是經濟作物種植的主要區域。

從表5可知，TN是農田化肥污染的主要污染物，其排放量約是TP的2~3倍。西江經濟帶農田化肥污染物排放量較大，增速較快，從2008年的33.04萬t增長到2019年的68.50萬t，增幅為107.3%；桂西資源富集區農田化肥污染物排放量較小，但增速較快，從2008年的14.05萬t增長到2019年的17.47萬t，增幅為24.3%；北部灣經濟區農田化肥污染物排放量較小，增速較慢，從2008年的23.95萬t增長到2019年的25.56萬t，增幅為6.7%。結合表4可知，經濟作物播種面積與農田化肥污染變化趨勢相同，西江經濟帶是農田化肥污染的主要區域。

表4 2008—2019年廣西各區域農作物播種面積（×103ha）Table 4 Sown area of crops in various regions of Guangxi from 2008 to 2019（×103ha）

表5 2008—2019廣西農田化肥面源污染物排放量（萬t）Table 5 Non-point source pollutant emission from agricultural fertilizer used in farmland in Guangxi from 2008 to 2019（×104t）

2.2 畜禽養殖引致的農業面源污染

從表6可看出，西江經濟帶是廣西生豬飼養的主要區域，北部灣經濟區和桂西資源富集區生豬飼養量較少。西江經濟帶生豬飼養量較大，增速較快，從2008年的1736.43萬頭增加到2019年的2557.27萬頭，增幅為47.3%。北部灣經濟區和桂西資源富集區的增幅較小，北部灣經濟區從2008年的710.1萬頭增加到2019年的860.1萬頭，增幅為21.1%；桂西資源富集區從2008年的481.53萬頭增加到2019年的588.43萬頭，增幅為22.2%。

從表7可看出，廣西畜禽糞便面源污染排放量呈現較快增長趨勢，COD是畜禽養殖糞便污染的主要污染物。西江經濟帶畜禽養殖糞便污染排放量較大，增速較快，從2008年的41.79萬t增長到2019年的50.48萬t，增幅為20.8%。北部灣經濟區污染物COD排放量較小，增速較慢，從2008年的17.09萬t增長到2019年的20.21萬t，增幅為17.1%。桂西資源富集區污染物COD排放量與北部灣經濟區變化趨勢相似，從2008年的11.59萬t增長到2019年的13.44萬t，增幅為16.0%。結合表6和表7可知，2011和2015年出現的“瘦肉精”等畜產品安全事件，導致消費者對豬肉需求減少，廣西3個區域的生豬飼養量均出現下降，同時，畜禽糞便面源污染物也出現下降。因此，從生豬飼養量和畜禽糞便污染物排放量的總體增長趨勢和空間結構變化來看，生豬飼養量與畜禽糞便面源污染排放量的增長特征具有一致性。

表6 2008—2019年廣西農田施肥量及生豬飼養量Table 6 Fertilizer application amount and hog production in farmland of Guangxi from 2008 to 2019

表7 2008—2019年廣西畜禽糞便面源污染物排放量（萬t）Table 7 Non-point source pollutant emission from livestock manure in Guangxi，2008-2019（×104t）

2.3 廣西各區域農業面源污染物排放量變化

結合圖2、圖3和圖4，從農業面源污染物排放量來看，西江經濟帶一直處于最高水平（84.00×10t以上），北部灣經濟區處于較高水平（45.00×10t以上），桂西資源富集區處于較低水平（28.00×10t以上）。從增長速度來看，西江經濟帶增長速度最快，污染排放物貢獻最大的是TN，其次是TP；TN排放量從2008年的32.99萬t增長到2019年的62.34萬t，增長量為29.35萬t，增幅為89.0%；TP排放量從2008年的9.80萬t增長到2019年的18.48萬t，增長量為8.68萬t，增幅為88.6%；COD排放量從2008年的41.79萬t增長到2019年的50.48萬t，增長量為8.69萬t，增幅為20.8%。桂西資源富集區的增長速度次之，COD、TN和TP的增長速度均在16.0%以上；TN排放量從2008年的12.98萬t增長到2019年的15.90萬t，增長量為2.92萬t，增幅為22.5%；TP排放量從2008年的3.77萬t增長到2019年的4.84萬t，增長量為1.07萬t，增幅為28.4%；COD排放量從2008年的11.59萬t增長到2019年的13.44萬t，增長量為1.85萬t，增幅為16.0%。北部灣經濟區的增長速度較慢，TN、TP和COD的增速均在18.0%以下；TN排放量從2008年的21.68萬t增長到2019年的23.17萬t，增長量為1.49萬t，增幅為6.9%；TP排放量從2008年的6.26萬t增長到2019年的7.05萬t，增長量為0.79萬t，增幅為12.6%；COD排放量從2008年的17.09萬t增長到2019年的20.01萬t，增長量為2.92萬t，增幅為17.1%。各地區的主要污染物結構發生較大變化，西江經濟帶由COD向TN擴大，北部灣經濟區由TN向COD擴大，桂西資源富集區尚未發生明顯變化，依然為TN。

圖2 2008—2019年西江經濟帶農業面源污染物排放量總和Fig.2 Total agricultural non-point source pollutant emission in the Xijiang Economic Zone from 2008 to 2019

圖3 2008—2019年桂西資源富集區農業面源污染物排放量總和Fig.3 Total agricultural non-point source pollutant emission in the resource-rich areas of western Guangxi 2008 from to 2019

圖4 2008—2019年北部灣經濟區農業面源污染物排放量總和Fig.4 Total emissions of agricultural non-point source pollutants in the Beibu Gulf Economic Zone from 2008 to 2019

2.4 廣西各區域農業面源污染物排放強度變化

從圖5來看，西江經濟帶污染區排放強度較大，增長幅度較快，從2008年的564.78 kg/ha增長到2019年的876.75 kg/ha，增幅為55.2%。桂西資源富集區和北部灣經濟區的污染物排放強度較小，增長幅度較慢。桂西資源富集區的排放強度從2008年的166.17kg/ha增長到2019年的200.42 kg/ha，增幅為20.6%。北部灣經濟區排放強度從2008年的431.97 kg/ha增長到2009年的481.85 kg/ha，增幅為11.5%。西江經濟帶為農業面源污染物排放強度增長的主要區域。

圖5 2008—2019年廣西農業面源污染物排放強度變化趨勢Fig.5 Change trend of Guangxi agricultural non-point source pollutant emission intensity from 2008 to 2019

從圖6污染物排放結構來看，西江經濟帶污染物COD的排放強度較大，增長較慢，從2008年的279.05 kg/ha增長到2019年的337.08 kg/ha，增幅為20.8%；TN的排放強度較大，增長較快，從2008年的220.29 kg/ha增長到2019年的416.27 kg/ha，增幅為89.0%；TP排放強度較小，增長較快，從2008年65.44 kg/ha增長到2019年的123.40 kg/ha，增幅為88.6%。桂西資源富集區污染物TN的排放強度較大，增長較快，從2008年的76.11 kg/ha增長到2019年的93.23 kg/ha，增幅為22.5%；COD排放強度較大，增長較慢，由2008年的67.96 kg/ha增長到2019年的78.81 kg/ha，增幅為16.0%；TP的排放強度較小，增長較快，從2008年的22.11 kg/ha增長到2019年的28.38 kg/ha，增幅為28.4%。北部灣經濟區污染物TN的排放強度較大，增長較慢，從2008年的207.97 kg/ha增長到2019年的222.27 kg/ha，增幅為6.9%；COD的排放強度較大，增長較快，從2008年的163.94 kg/ha增長到2019年的191.95 kg/ha，增幅為17.1%；TP的排放強度較小，增長較快，從2008年的60.05 kg/ha增長到2019年的67.63 kg/ha，增幅為12.6%。從上述排放強度及變化來看，各區域農業面源污染強度變化存在明顯差異，西江經濟帶從COD向COD和TN轉變，桂西資源富集區從TN向COD和TN轉變，北部灣經濟區從TN向COD轉變。

圖6 2008、2014和2019年廣西各區域COD、TN、TP農業面源污染物排放強度空間分布Fig.6 Spatial distribution of COD，TN，and TP agricultural non-point source pollutant emission intensity in Guangxi in 2008，2014，and 2019

3 討論

本研究運用單元調查法，構建農田化肥和畜禽養殖糞便污染清單，核算廣西北部灣經濟區、西江經濟帶、桂西資源富集區農業面源污染物（COD、TN、TP）排放量和排放強度。結果發現：（1）2008—2019年各區域農業面源污染物排放總量和排放強度均呈增加趨勢，2008—2014年污染物排放總量增長幅度較大，2014—2019年污染物排放強度變化較大。（2）西江經濟帶是污染物排放總量和強度增長的主要區域，北部灣經濟區的污染物排放物總量較大，桂西資源富集區污染物排放強度增長幅度較大。（3）各地區的主要污染物結構發生明顯變化，西江經濟帶由COD向TN擴大，北部灣經濟區由TN向COD擴大，桂西資源富集區尚未發生較大變化，依然為TN。（4）各區域農業面源污染強度變化存在明顯差異，西江經濟帶從COD向COD和TN轉變，桂西資源富集區從TN向COD和TN轉變，北部灣經濟區從TN向COD轉變。經濟作物播種面積的擴大、生豬飼養量的增長與各區域污染物排放結構及其強度變化特征一致。

經濟作物種植規模的擴大導致農田化肥施用量增加，進而引起農業面源污染加重。傳統糧食作物對化肥的需求量不足，但經濟作物和蔬菜種植單位面積施肥量呈不斷增長趨勢（欒江等，2013）。西江經濟帶作為廣西區內主要的農業生產區，自然條件優越，具有明顯的資源稟賦優勢，其糧食作物和經濟作物種植面積均居首位，但傳統的糧食作物種植周期長、市場售賣價格低，農民收入增長較慢。基于農戶對高經濟效益的追求及消費者對膳食結構多樣化的需求，農作物種植結構發生變化，經濟作物和蔬菜播種面積所占比例增加，這些農作物對化肥的需求量遠高于糧食作物，成為引發該區域農業面源污染的主要原因（林蘭穩等，2020）。西江經濟帶作為珠江水系的一部分，農業面源污染物特征與流域周邊農作物種植結構密切相關，施用化肥會導致大量氮、磷元素進入水體，污染水環境（劉巖峰等，2021）。此外，近年來國家為促進三農發展，對化肥企業給予一定經濟補貼，嚴格控制化肥價格，使農戶由于化肥成本降低而大量施用化肥，進而導致農業面源污染排放總量和排放強度增加。已有研究表明，化肥不僅污染水體，而且其中的硝酸鹽會引發胃癌、直腸癌等對人體的危害（陳云增等，2016）。

生豬飼養量的增長導致畜禽糞便排放量增長，進而引起農業面源污染惡化。近年來，由于消費結構升級及生豬市場價格變動，生豬養殖散戶和養殖場數量逐漸增加。但從目前情況來看，我國大部分養殖場的糞便處理能力不足，60%以上的糞便得不到科學處理而被直接排放，通過畜禽糞便進入水體的COD排放量已超過生活和工業污水COD排放量的總和（劉玉瑩和范靜，2018），COD成為畜禽養殖糞便污染的主要污染物（吳義根等，2017；賈陳忠和喬揚源，2021）。江西和安徽的農業畜禽養殖糞便污染研究也得到類似結果（熊昭昭等，2018；杜鵑等，2021）。廣西東南部和南部地區是廣西傳統的生豬養殖地區，但大部分養殖場并未對糞便進行專業化處理，特別是散養戶，環保意識薄弱，習慣于隨意排放和堆放畜禽糞便。有研究表明，畜禽糞便堆放或儲存的過程中，伴隨雨水沖刷，至少10%的糞尿會流失進入水體，對流域水體富營養化的貢獻率分別為10%和20%（張維理等，2004），甚至可能由于降雨或運輸不當等原因造成二次、三次污染（耿維等，2013；臧夢圓，2021），導致農業面源污染加重。按照當前國內外農業面源污染排放情況，畜禽糞便若處置不當將會給當地生態環境帶來巨大風險（閻百興等，2019；朱康文等，2020），如地下水有害物質超標會對人類健康產生威脅，規模化養殖產生的大量糞便若無法被及時消納，會導致土壤結構失衡，影響農作物生長（劉玉瑩和范靜，2018）。

4 建議

農業面源污染伴隨著農業生產發展產生，對農業面源污染的防控與治理歸根到底要從農業生產的初始端發力，從源頭上減少農田化肥的施用和畜禽養殖糞便的不當處理。對于農田化肥污染物排放量大的區域要采取科學農業發展規劃，從農業技術上進行創新，選擇其他方式來提高產量；對于畜禽養殖糞便污染物排放量大的區域要形成規模化養殖，優化調整畜禽養殖布局，加強對畜禽糞便的合理利用。同時，在治理過程中要強化宣傳，提高農戶環保意識與治理參與度，具體建議如下：

4.1 提高農業科技水平，提高肥料利用率

對于農田化肥污染物較嚴重的地區來說，應當踐行農用化學物質投入最小化的思想。隨著廣西城鎮化的推進，非農建設用地占用耕地的趨勢已難以逆轉，如何在有限的耕地資源情況下提高農作物單位產出和產值至關重要。桂西資源富集區的資源、環境優勢不足，應當提高耕地復種指數和大力推廣平衡施肥技術，加快開發生物肥，盡量減少使用化學肥料。按照不同作物類型對養分吸收的差異情況，在不同階段根據作物對養分的需求量進行適量施肥，還可應用農業技術如改良農作物品種增加收成等。

4.2 發展規模化養殖，無害化處理畜禽糞便

隨著消費者收入的增加，城鎮居民對畜禽肉類的消費增長，傳統小規模散戶養殖已難以滿足市場需求，畜禽糞便污染已成為廣西農業面源污染的主要來源，正確處理糞便、提高畜禽糞污的資源化利用效率勢在必行。對于廣西養殖業集中的區域，如北部灣經濟區、西江經濟帶，應當引導散養戶發展規模化養殖，集中處理畜禽養殖糞便，或者引入第三方企業建設無害化糞水處理設施，進行專門化糞便處理，減少糞便污染。同時，指導養殖戶合理利用畜禽糞便，如建設沼氣池來將畜禽糞便廢棄物轉化為清潔能源和有機肥料，不僅能減少糞便對環境的污染，還可作為有機肥料代替傳統化肥。

4.3 加強農業教育培訓，提高農戶環保意識

廣西各級政府部門應利用互聯網、電視、廣播、宣傳冊等多種宣傳方式，針對不同群體開展環境保護知識、綠色生產的教育培訓來提高農民綠色生產知識和農業面源污染防治意識，引導農業生產者創新升級生產方式，將農業可持續發展理念深入農戶內心。通過前期的綜合措施，提高農戶治理農業面源污染的自覺性和主動性，鼓勵農戶參與農村環境治理。

4.4 增加農村污染治理投入，構建長效監測機制

廣西各區域應當增加農村地區污染治理的資金和人力投入，政府要加強對農業面源污染的支持力度，適當增設環境保護機構和監測機構，落實到每一個地級市，特別是那些生態能力脆弱且環境污染嚴重的區域。構建長效監測機制，及時發現污染問題并及時治理，避免污染范圍擴大和加重。