全域尺度的農田面源污染對水環境質量的影響分析

楊世琦

全域尺度的農田面源污染對水環境質量的影響分析

楊世琦

（中國農業科學院 農業環境與可持續發展研究所，北京 100081）

【目的】探究全域尺度的農田面源污染對水環境質量的影響。【方法】基于我國多年化肥施用量、農田氮磷面源污染排放系數和農業用水量等數據，采用統計分析方法，分析了農田面源污染及其對地表水質量的影響。【結果】化肥施用量從2015年開始下降，至2019年氮肥和磷肥施用量分別降低了13.7%和9.1%；農業用水占比從2012年開始下降，2019年降低了2.2%；2007—2017年期間，農田氮污染排放系數從5.7%降低至2.4%，農田磷污染排放系數從0.9%降低至0.5%；地表水環境質量顯著改善，2018年較2009年河流Ⅳ+Ⅴ類水質占比降低了40.8%，劣Ⅴ類水質占比降低了71.5%。全域尺度的農田面源污染防治取得了巨大成效，農作物產量不減反增。我國農田尾水屬于劣Ⅴ類水質，對地表水環境質量的潛在影響較大，尤其在局部地區或部分流域段。【結論】從全域尺度看，農田面源污染總磷（TN）和總氮（TP）對地表水環境質量的整體影響較少，2017年開始，呈顯著降低趨勢。農田面源污染的關注重點應轉移到局部地區和部分流域段，以逐步提升地表水環境質量。

全域尺度；農田面源污染；水環境質量

0 引言

【研究意義】中國糧食產量連續6年超過6.5×108t，水稻、小麥自給率保持在100%以上，玉米自給率超過95%，肉蛋奶、果菜茶品種豐富、供應充裕，有效滿足了人民群眾日益增長的消費需求[1]。《中國的糧食安全》指出，我國用9%的耕地和6%的淡水資源養活了全球近20%的人口[2]。在農業生產取得巨大成就的同時，必須重視農業面源污染與耕地質量退化等生態問題，以實現生產、生態和生活的協調與可持續發展。【研究進展】近年來，國家加大了對重點流域水污染的防治力度，開展了針對三河（淮河、遼河、海河）、三湖（太湖、滇池、巢湖）、松花江、三峽庫區、黃河中上游、南水北調水源地及沿線流域的規劃治理，取得了階段性成果，水污染治理成效顯著，地表水環境得到明顯改善。我國七大水系監測斷面中，Ⅰ～Ⅲ類水質斷面比例提升18%，劣Ⅴ類水質斷面比例下降15%，地表水質整體提升顯著。七大水系中，除黃河水系好于Ⅲ類水質斷面比例沒有提高外，其他各水系均有提高，其中海河和遼河水系，分別增加53%和41%。除珠江水系外，各水系劣Ⅴ類水質斷面比例均有所下降。特別是淮河、遼河等水系，在地表水資源量減少的情況下，水質明顯改善，分別由中度和重度污染轉變為輕度污染，主要是由于污染物排放量減少[3]。有關面源污染的認識始于20世紀30年代，許多國家從20世紀70年代起逐漸開始重視面源污染研究。隨著人口增長與農業產業發展，農業面源污染仍然是水體污染的重要原因之一[4]。我國農業面源污染導致湖泊與河流水體富氧化，進而引發赤潮，持續威脅水環境安全[5]。2007年我國農業面源污染產生的化學需氧量（COD）、總氮（TN）和總磷（TP）排放量分別占地表水體污染總負荷量的?43.71%、57.19%?和?67.27%[6]；2017年我國農業面源污染產生的COD、TN和TP排放量分別占地表水體污染總負荷量的49.77%、46.52%和67.22%，仍然是水體污染的主要貢獻源[7]。習近平總書記指出，農業發展不僅要杜絕生態環境欠新賬，而且要逐步還舊賬，打好農業面源污染防治攻堅戰。農業面源污染防治是實現農業高質量發展、保障水環境質量的重要抓手。國家先后出臺了一系列政策措施如《水污染防治行動計劃（2015）》，對農業面源污染防治發揮了有效作用。水環境質量除了農業面源污染因素外，還與工業、生活、城市發展、GDP總量及結構、法律法規、水資源利用效率、降水量和植被覆蓋等有關。城市化擴張和城鎮密度增加，水環境質量降低[8-9]，第一、第二產業占比大會導致水環境質量下降；反之，第三產業占比高會導致水環境質量提升[10]；日本1999年頒布的“農業環境三法”對改善日本水環境質量發揮了重要作用[11]，植被覆蓋度高和水資源利用效率高有利于提高水環境質量[12-13]。【切入點】農田面源污染屬于農業面源污染，其面源特征較養殖面源污染和農村生活面源污染更加典型，對水體水質的影響更加復雜。基于國家尺度，總覽我國農業生產與農業用水，綜合分析農田面源污染與地表水體環境質量的作用關系。【擬解決的關鍵問題】以剖析我國農田面源污染對地表水體水質的潛在影響規律，為區域農田面源污染控制提供思路和依據。

1 農業主要生產要素投入及其變化趨勢

1.1 主要農產品產量變化趨勢

1978—2019年，我國農業發展取得了舉世矚目的成就，主要農產品產量呈快速增長趨勢[14-15]（圖1）。2020年國家糧食總產量實現了17連增，人均糧食占有量連續12年穩定在400 kg安全線以上。2019年，全國糧食產量為6.6×108t、棉花產量為5.9×106t、油料產量為3.5×107t、甘蔗產量為1.1×108t、蔬菜產量為7.2×108t、水果產量為2.7×108t、肉類產量為7.8×107t、奶類產量為3.2×107t和禽蛋產量為3.3×108t。與1978年相比，分別增長了2.2、2.7、6.7、5.2、358.2、41.7、7.3、37.3倍和14.3倍；年平均增長率分別為5.2%、6.5%、15.9%、12.3%、852.8%、99.3%、17.4%、88.7%和34.1%。另外，2019年的甜菜產量為1.2×107t、煙葉產量為2.2×106t、茶葉產量為2.8×106t，分別是1978年的4.5、1.7倍和10.4倍；年平均增長率分別為10.8%、4.1%和24.7%[14]。

1.2 農業生產資料投入及其變化趨勢

2019年，全國化肥投入量為5 403.6×104t，其中氮肥投入量為2 673.8×104t，磷肥投入量為1 425.2×104t，鉀肥投入量為1 304.7×104t（圖2）。與1978年相比，化肥、氮肥、磷肥和鉀肥施用量分別增長了6.1、4.0、7.3倍和49.2倍；年平均增長率分別為14.6%、9.6%、17.4%和117.1%。化肥投入增長率超過了除蔬菜和水果外其他農作物產量的增長率，表明化肥增長是我國農作物增收的重要原因之一[14-15]。2015年，我國化肥施用量為6 022.6×104t、2014年氮肥施用量為3 098.2×104t、2015年磷肥施用量為1 568.3萬t、2016年鉀肥施用量為1 372.6×104t，均為歷史最高，此后逐年降低；至2019年，分別降低了10.3%、13.7%、9.1%和4.9%。可見，2014—2016年是化肥投入的分水嶺，此后農作物增產將從依賴化肥數量增長為主向化肥利用效率增長為主轉型；化肥施用量增長引起的面源污染增長趨勢得到了有效抑制。

圖1 我國主要農產品產量及增長趨勢（1978—2019年）

圖2 我國化肥施用量及變化趨勢（1978—2019年）

1.3 農業用水量和農業用水占比變化趨勢

農業用水指灌溉、農村牲畜和農村生活用水，其中灌溉用水占農業用水的95%左右，其余為農村牲畜和農村生活用水。農業用水占比指農業用水占總供水量的比例。由圖3可看出，1997—2019年，農業用水總體呈先降低（2003年）、再升高（2013年）和再降低的變化過程；農業用水的年平均值為3 740.7×108m3，最大農業用水量為3 920.3 m3，最小農業用水量為3 431.4 m3，極值差距為488.9 m3，農業用水量的標準差為122.5億m3，變異系數為3.3%[16]。可見，農業用水量基本上處于相對穩定狀態。1997—2019年，農業用水占比基本上呈下降趨勢，2012年略有升高，但此后又開始下降。2012年農業用水占比63.4%，2019年降低到61.2%，減少了2.2%。1997—2019年的農業用水占比的年平均值為64.4%，最大值為70.4%，最小值為61.2%；極值差距為9.2%，標準差為3.0%，變異系數為4.7%。農業用水占比基本上處于相對穩定狀態，農業用水占比的變化要略高于農業用水的變化。

圖3 我國農業用水及變化趨勢（1997—2019年）

2 地表水環境質量現狀與趨勢分析

2.1 水資源總量大與人均水資源貧乏矛盾突出

全球水資源總量為14.5×1017m3，其中，97.5%為咸水，2.5%為淡水。淡水中近70%為冰川，其余大部分是土壤水或深層地下水。全球每年降水形成的水資源量約為110×1012m3，江河、湖泊、水庫及淺層地下水總量約為42.7×1012m3，不足淡水總量的1%，約為水資源總量的0.007%。據世界銀行數據庫統計，我國淡水資源總量約為2.8×1012m3，占全球水資源總量的5%，人均占有量2 000 m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球13個人均水資源最貧乏的國家。

2.2 農業用水占比較高的現狀將長期存在

我國是用水大國，1997—2019年平均值為5 822×108m3，用水量僅次于印度（7 610×108m3），高于美國（4 896×108m3）；用水量約為水資源總量的20%，僅低于印度、韓國、烏克蘭等國家，高于加拿大、巴西、英國、澳大利亞和瑞士（圖4）。我國農業用水占比較高，僅低于日本、印度、阿根廷和巴基斯坦，而單位面積化肥用量處于世界較高水平，農業面源污染對地表水環境質量的潛在影響較大。歐美大多數發達國家農業用水比例較低，如美國的35.7%、加拿大的12.6%、英國的9.2%、瑞士的8.0%、荷蘭的0.6%和德國的0.2%，農田面源污染基本對水環境沒有影響；即使是在美國與加拿大農業面源污染對水環境質量的影響也非常有限。受制于農業大國和人口大國等因素制約，我國農業用水比例較高的現狀將長期存在，短期內很難有所改觀。

圖4 幾個主要國家用水總量和農業用水比例

2.3 水資源利用效率不高

我國的農業用水效率遠低于發達國家，灌溉水有效利用系數約為0.5，低于發達國家的0.7～0.8；灌溉水1 m3的糧食產量為1.1 kg，低于發達國家的2.5～3.0 kg。另外，我國農業灌溉模式落后，節水灌溉面積占全部灌溉面積的比例僅為42%[17]。我國灌溉用水有效利用系數若由0.5提高到0.7，可節水600×108～700×108m3；灌溉水生產率由1.1 kg/m3提高到1.5 kg/m3，可減少農業用水1 000×108m3。國際上生活平均用水量為80 L/d，我國則為150～180 L/d，存在較大差距。

2.4 農田面源污染防治成效顯著

農田面源污染排放系數是水污染排放量與其使用量的比值。依據《第一次全國污染源普查公報》，2007年種植業TN排放量為159.78×104t，氮肥施用量為2 798.2×104t，農田氮污染排放系數為5.7%；TP排放量為10.87×104t，磷肥施用量為1 274.0×104t，農田磷面源污染排放系數是0.9%。依據《第二次全國污染源普查公報》，2017年種植業TN排放量為71.95×104t，當年氮肥施用量為2 961.9×104t，農田氮面源污染排放系數是2.4%；TP排放量7.62×104t，當年磷肥施用量1 537.7×104t，農田磷面源污染排放系數是0.5%。2007—2017年，農田氮污染排放系數由5.7%降低至2.4%，減少了57.5%，年均降低5.8%；農田磷污染排放系數由0.9%降低至0.5%，減少了41.9%，年均降低4.2%。由此可見，農田氮磷面源污染控制取得了巨大成效。2018—2020年，在化肥施用量連續降低的情況下，糧食取得了連續增產；可以推斷出，農田面源污染控制水平也持續提高。

2.5 地表水環境質量顯著改善

我國河流Ⅳ+Ⅴ類水質占比在1997—2003年期間呈下降-上升-下降的趨勢，2004—2009年在波動中升高，2010—2018年穩定下降，2019年突然升高[16]。劣Ⅴ類水質占比在1997—2007年呈上升趨勢，2007年以后呈下降趨勢[16]（圖5）。1997年，河流Ⅳ+Ⅴ類水質占比較高的原因是長江以北的華北、東北、西北東部、黃淮及江淮地區夏季干旱嚴重，部分省（區）出現夏秋連旱；黃河年內累計斷流日數達226 d，斷流時間、斷流天數、斷流河長均創歷史記錄，花園口年徑流量比常年偏少約200×108m3；另外，淮河治理初見成效，但好于Ⅲ類水斷面僅占流域的18.3%；全國地表水資源量為26 835×108m3，低于常年。2000年，河流Ⅳ+Ⅴ類水質占比較高的原因是北方大部、長江中下游沿江地區、四川盆地及廣西南部等地區的降水量比常年同期偏少20%～70%，一些地區的降水量為50年來同期最小值，造成許多河流來水明顯偏小，河道斷流，水庫蓄水不足，地下水位下降。2019年，河流Ⅳ+Ⅴ類水質占比突然增高的原因是強降雨過程、超警洪水和超保洪水為1998年以來最多，主要河流的年徑流量偏多9%以上，黃河偏多20%～50%，水土流失較常年多是重要原因之一。2018年較2009年，河流Ⅳ+Ⅴ類水質占比降低40.8%，劣Ⅴ類水質占比降低了71.5%。整體上看，我國河流水質有了較大改善，主要原因是水污染物排放量顯著降低。全國污染普查結果表明，2017年，全國水污染物排放量為：化學需氧量2 143.98×104t，氨氮量96.34×104t，總氮量304.14×104t和總磷量31.54×104t，與2007年相比，分別減少了42.3%、79.5%、55.5%和34.2%。

圖5 我國河流水質及其變化趨勢（1997—2019年）

3 討論

3.1 農田尾水的氮、磷濃度對地表水質量的影響

農業用水減去農業耗水近似可看作農田尾水（忽略蒸發量等）。假定在全國尺度，農田尾水的污染物質量濃度是均勻的，用農田面源污染物排放量除以農業尾水量來估算農田面源TN與TP質量濃度。借助農田尾水的TN和TP質量濃度，分析我國農田面源水污染排放量對地表水環境質量的影響。以2007年和2017年的農田氮、磷污染排放系數為依據，參照化肥施用量，2007年之前農田TN和TP的排放量按2007年的農田氮、磷污染排放系數5.7%和0.9%來估算，2007—2017年期間按年平均降低率估算每年的TN和TP排放量，2017年后的農田TN和TP的排放量按2017年的農田氮、磷污染排放系數的2.4%和0.5%來估算，結果見圖6。

1997—2019年，我國農田尾水平均值為1 347.8億m3，最大值為1 431.5億m3，最小值為1 187.2億m3，極值差距為244.3億m3，標準差為50.7億m3，變異系數為3.8%。由此可見，自1997年依賴的農田尾水的變化不大。1997—2019年，農田尾水TN質量濃度呈先上升（1997—2003年）再下降（2003—2019年）的變化趨勢，其中，2007年和2017年是較為明顯的轉折點，尤其是2017年，表明我國農田氮面源污染控制取得了較大成效。農田尾水TP質量濃度也呈類似TN的變化趨勢，只是變幅相對較小。1997—2019年，農田尾水TN質量濃度平均值為9.57 mg/L，最大值為12.10 mg/L，最小值為4.95 mg/L，標準差為2.09 mg/L，變異系數為21.88%；農田尾水TP質量濃度平均值為0.72 mg/L，最大值為0.83 mg/L，最小值為0.55 mg/L，標準差為0.09 mg/L，變異系數為12.43%。

圖6 我國農田尾水、TN和TP質量濃度變化趨勢（1997—2019年）

3.2 流域與省域尺度的農田面源污染對地表水質量的影響

由于在流域尺度上的農田面源污染相對復雜，其對流域水質的影響也很難說清楚。以《中國水資源公報2017》的水環境質量資料為例，全國河流Ⅰ～Ⅲ水質占78.5%，Ⅳ～劣Ⅴ類水質占21.5%；水庫Ⅰ～Ⅲ水質占86.4%，Ⅳ～劣Ⅴ類水質占13.6%。至少78.5%的河流水質未受面源污染的影響或影響很小；水庫Ⅰ～Ⅲ水質占比高于河流占比。省域尺度上的農田面源污染情況也很復雜。新疆是農業大區，水資源相對短缺，但河流Ⅰ～Ⅲ水質占比很高，為98.6%；北京以蔬菜和水果種植為主，潛在面源污染風險較大，但河流Ⅰ～Ⅲ水質占比81.2%也不算低；黑龍江、山東和河南是農業大省，河流Ⅰ～Ⅲ水質分別占73.5%、45.9%和57.7%則相對較低。農田面源污染產生的基本條件是農田徑流或水土流失。因此，在降水量較大的區域或時段，農田面源污染產生的可能性也就越大。農田控制灌溉極大地降低了農田徑流，也極大地控制了農田面源污染，最典型的是新疆；農田徑流通常發生在農田邊沿地帶，由于沖刷和排水不暢產生農田面源污染，農田面積越大，產生面源污染就越多，如黑龍江、山東與河南等農業大省。與此同時，河流水質受區域水資源影響較大，水資源越多，意味著河流水質就越好，如重慶河流Ⅰ～Ⅲ水質占比100.0%、湖南98.8%、江西96.2%和廣西96.4%；但廣東省77.3%和浙江83.2%相對較低，主要受社會生產活動影響較大所致；河北、山西、寧夏和天津分別為50.2%、39.2%、37.0%和14.2%較低，主要是水資源缺乏所致。

3.3 農田尾水水質提升的可能性

農田尾水量按1 347.8×108m3計，TN和TP質量濃度按照Ⅳ水質標準應該是2.0 mg/L和0.4 mg/L，推算的農田TN和TP水污染排放量分別是26.96×104t和5.39×104t；按照化肥施用量計算，TN排放系數小于1%，TP排放系數小于0.4%；參照2017年農田TN和TP水污染排放量71.95×104t和TP7.62×104t及其排放系數2.4%和0.5%，TN減排難度較大，TP減排難度相對較小。參閱以往的研究，滇池農田徑流排水TN質量濃度4.0～33.5 mg/L和TP質量濃度0.2～3.2 mg/L[18]，淮北平原自然降雨情況下的農田徑流TN和TP質量濃度分別為1.99～4.03 mg/L和0.03～0.22 mg/L[19]，紅壤流域的徑流水TN質量濃度2.7 mg/L[20]，太湖流域麥稻輪作的徑流TN質量濃度1.78～33.18 mg/L[21]，巢湖流域農田徑流的TN和TP質量濃度為2.57～3.14mg/L和0.19～0.21 mg/L[22]。由此可見，農田尾水要達到地表水環境質量標準Ⅴ類水質的困難較大，尤其是TN；TP達到Ⅴ類水質可能性相對較大。與農田尾水治理相比，農業節水減排可能是改善地表水環境質量更有效的措施。

4 結論

1）我國農田面源污染防治取得了巨大成效。2015年，我國化肥施用量開始下降，到2019年氮肥和磷肥施用量分別降低了13.7%和9.1%，農作物產量不減反增；農業用水占比從2012年的63.4%降低到2019年的61.2%；2007—2017年農田氮污染排放系數由5.7%降低至2.4%，農田磷污染排放系數由0.9%降低至0.5%；地表水環境質量顯著改善，2018年較2009年河流Ⅳ+Ⅴ類水質占比降低了40.8%，劣Ⅴ類水質占比降低了71.5%。

2）全域尺度的農田面源污染對地表水環境質量的影響有限。1997—2019年的農田尾水TN與TP平均濃度為9.57 mg/L和0.72 mg/L，屬劣Ⅴ類水質，對局部地區與部分流域段水質的潛在影響較大；農田面源污染TN和TP對全域尺度的地表水環境質量的影響有限，2017年始出現顯著下降趨勢。

[1] 李春艷. “十三五”時期農業農村發展取得歷史性成就[J]. 農村經營管理, 2020(11): 7-8.

LI Chunyan. Historic achievements were made in agriculture and rural development during the 13th Five-year plan period[J]. Management and Administration on Rural Cooperative, 2020(11): 7-8.

[2] http://www.scio.gov.cn/video/gxsp/Document/1666242/1666242.htm.

[3] 王金南. 我國生態環保工作取得積極進展—從兩次污染源普查看環境形勢變化[N]. 中國環境報, 2020-06-15.

WANG Jinnan. Positive progress has been made in the ecological and environmental protection work in China: The change of environmental situation from two surveys of pollution sources[N]. China Environment News, 2020-06-15.

[4] BOUWMAN L, GOLDEWIJK K K, VAN DER HOEK K W, et al. Exploring global changes in nitrogen and phosphorus cycles in agriculture induced by livestock production over the 1900—2050 period[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110(52): 20 882-20 887.

[5] 朱兆良, 孫波, 楊林章, 等. 我國農業面源污染的控制政策和措施[J]. 科技導報, 2005, 23(4): 47-51.

ZHU Zhaoliang, SUN Bo, YANG Linzhang, et al. Policy and countermeasures to control non-point pollution of agriculture in China[J]. Science & Technology Review, 2005, 23(4): 47-51.

[6] 中華人民共和國環境保護部, 中華人民共和國國家統計局, 中華人民共和國農業部. 第一次全國污染源普查公報[R]. 2010.

Ministry of Environmental Protection, National Bureau of Statistics, Ministry of Agriculture and Rural. Bulletin of the first National Survey of pollution sources[R]. 2010.

[7] 中華人民共和國生態環境部, 國家統計局, 中華人民共和國農業農村部. 第二次全國污染源普查公報[R]. 2020.

Ministry of Environmental Protection, National Bureau of Statistics, Ministry of Agriculture and Rural. Bulletin of the second National Survey of pollution sources[R]. 2010.

[8] 陸大道, 陳明星. 關于“國家新型城鎮化規劃（2014—2020）”編制大背景的幾點認識[J]. 地理學報, 2015, 70(2): 179-185.

LU Dadao, CHEN Mingxing. Several viewpoints on the background of compiling the “National New Urbanization Planning (2014—2020)”[J]. Acta Geographica Sinica, 2015, 70(2): 179-185.

[9] 匡文慧, 劉紀遠, 陸燈盛. 京津唐城市群不透水地表增長格局以及水環境效應[J]. 地理學報, 2011, 66(11): 1 486-1 496.

KUANG Wenhui, LIU Jiyuan, LU Dengsheng. Pattern of impervious surface change and its effect on water environment in the Beijing-Tianjin-Tangshan metropolitan area[J]. Acta Geographica Sinica, 2011, 66(11): 1 486-1 496.

[10] 佟新華. 日本水環境質量影響因素及水生態環境保護措施研究[J]. 現代日本經濟, 2014(5): 85-94.

TONG Xinhua. Research on the influential factors of water environment quality and the protection measures of water ecological environment in Japan[J]. Contemporary Economy of Japan, 2014(5): 85-94.

[11] 王晨琿, 李婷玉, 馬林, 等. 日本化肥減量增效實現途徑及啟示[J]. 土壤通報, 2020, 51(3): 725-732.

WANG Chenhui, LI Tingyu, MA Lin, et al. The way and enlightenment of reducing chemical fertilizer input and increasing fertilizer efficiency in Japan[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2020, 51(3): 725-732.

[12] 董偉, 蔣仲安, 蘇德, 等. 長江上游水源涵養區界定及生態安全影響因素分析[J]. 北京科技大學學報, 2010, 32(2): 139-144.

DONG Wei, JIANG Zhongan, SU De, et al. Delimitation of water conservation areas in the Upper Yangtze River and analysis of influencing factors on eco-security[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2010, 32(2): 139-144.

[13] 葉晶. 基于結構方程模型的滇池流域水環境質量影響因素研究[D]. 武漢: 華中農業大學, 2012.

YE Jing. Study on the influencing factors of water environmental quality in Dianchi Lake Basin based on structural equation model[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2012.

[14] 中國統計局. 中國統計年鑒（1980—2020）. 北京: 中國統計出版社, 2020.

National Bureau of Statistics. China Statistical Yearbook（1980—2020）. Beijing: China Statistics Press, 2020.

[15] 國家統計局農村社會經濟調查司. 中國農村統計年鑒（1985—2020）.北京: 中國統計出版社, 2020.

Rural Social and Economic Survey Division, National Bureau of Statistics. China Rural Statistical Yearbook（1985—2020）. Beijing: China Statistics Press, 2020.

[16] 中華人民共和國水利部. 中國水資源公報（1997—2019）. 北京: 中國水利水電出版社, 2019.

Ministry of Water Resources, PRC. China Water Resources Bulletin（1997—2019）. Beijing: China Water Power Press, 2019.

[17] 康紹忠. 水安全與糧食安全[J]. 中國生態農業學報, 2014, 22(8): 880-885.

KANG Shaozhong. Towards water and food security in China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014, 22(8): 880-885.

[18] 白獻宇, 胡小貞, 龐燕. 洱海流域低污染水類型、污染負荷及分布[J]. 湖泊科學, 2015, 27(2): 200-207.

BAI Xianyu, HU Xiaozhen, PANG Yan. Pollution load, distribution and characteristics of low-polluted water in Lake Erhai watershed[J]. Journal of Lake Sciences, 2015, 27(2): 200-207.

[19] 焦平金. 淮北平原農田地表徑流氮磷流失規律及其模擬研究[D]. 北京: 中國水利水電科學研究院, 2013.

JIAO Pingjin. Evaluation of nitrogen and phosphorus losses by surface runoff with experiment and simulation in Huaibei plain[D]. Beijing: China Institute of water Resources and Hydropower Research, 2013.

[20] 汪亞及, 高磊, 彭新華. 紅壤農田小流域徑流組分對氮素流失動態的影響[J]. 中國科學: 地球科學, 2019, 49(12): 1 960-1 973.

WANG Yaji, GAO Lei, PENG Xinhua. Hydrologic separation and their contributions to N loss in an agricultural catchment in hilly red soil region[J]. Scientia Sinica (Terrae), 2019, 49(12): 1 960-1 973.

[21] 王新霞, 左婷, 王肖君, 等. 稻-麥輪作條件下2種施肥模式作物產量和農田氮磷徑流流失比較[J]. 水土保持學報, 2020, 34(3): 20-27.

WANG Xinxia, ZUO Ting, WANG Xiaojun, et al. Comparative of two fertilization modes on crop yields and nitrogen/phosphorus runoff losses under rice-wheat rotation[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2020, 34(3): 20-27.

[22] 王靜, 郭熙盛, 王允青, 等. 巢湖流域不同耕作和施肥方式下農田養分徑流流失特征[J]. 水土保持學報, 2012, 26(1): 6-11.

WANG Jing, GUO Xisheng, WANG Yunqing, et al. Characteristics of nutrient runoff losses from farmland under different tillage and fertilization methods in Chaohu Lake region[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2012, 26(1): 6-11.

Effects of Nonpoint Source Pollution on Water Environmental Quality at National Scale

YANG Shiqi

(Institute of Agricultural Environment and Sustainable Development,Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

【Background and objective】Non-point pollution from farmland (NPF) is the main source of pollutants in surface water in China and has

attention. the progress achievements of water pollution control effects and surface water environment obvious improvements had been carried out in recent years, which involve “Three Rivers” (the Huai River, Liao River and Hai River), “Three Lakes” (the Tai Lake, Dian Lake and Chao Lake), the Songhuajiang River, three Gorges Reservoir Region, the upper and middle Yellow River, the water resource and waterline basin of South to North water diversion project. The monitoring sections of Ⅰ-Ⅲ river quality had been improved by 18%, and that of interior class Ⅴ river quality had been reduced by 15% in the last 10 years, the total surface water quality has improved significantly. As President Xi Jinping pointed out, agricultural development should not only put an end to new accounts owed by the ecological environment, but also gradually repay the old accounts, and fight a tough battle against agricultural non-point source pollution. Prevention and control of agricultural non-point source pollution is an important way to realize high quality agricultural development and water environment quality assurance. 【Objective】The fundamental status of China’s large agricultural country is to maintain a relatively high level of fertilizer application and a higher ratio of agricultural water for a long period of time, so national food and other agricultural products security could be guaranteed. However, the problems from NPF should be paid a close attention.【Method】Based on the data of fertilizer application amount, emission coefficient of nitrogen and phosphorus non-point source pollution, agricultural water consumption, and the quality of farmland tail water and the influence on surface water quality were analyzed. 【Result】The ratio of fertilizer application was decreased after 2015, in which nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer were reduced 13.7% and 9.1% in 2019, respectively. Agricultural water use decreased after 2012, in which the ratio of agricultural water was reduced by 2.2% in 2019. From 2007 to 2017, the emission coefficient of farmland nitrogen pollution was reduced from 5.7% to 2.4%, and the emission coefficient of farmland phosphorus pollution was reduced from 0.9% to 0.4%. The environmental quality of surface water had been improved significantly, in which the ratio of class Ⅳ+Ⅴ of river water quality was reduced by 0.8% and interior class Ⅴ was reduced by 17.4% in 2018, compared to that in 2009. NPF control has achieved a great progress and crop yields continue to increase. Agricultural tail waters all belong to interior class Ⅴ, which have a potential effect on surface water quality, especially in some local areas or parts of basin. 【Conclusion】On a national scale, effects on surface water quality of total nitrogen and total phosphorus pollution from NPF are limited and they showed a significant decreasing trend after 2017. The keys in NPF should pay attention to some local areas and river basins, so surface water environmental quality can gradually improve.

national scale; non-point source pollution from farmland (NPF); water environment quality

1672 - 3317（2022）09 - 0110 - 07

TV11；P343.9

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022037

楊世琦. 全域尺度的農田面源污染對水環境質量的影響分析[J]. 灌溉排水學報, 2022, 41(9): 110-116.

YANG Shiqi. Effects of Nonpoint Source Pollution on Water Environmental Quality at National Scale[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(9): 110-116.

2022-01-17

“十三五”重點研發計劃項目（2019BBF02007，2017YFD0800504）

楊世琦（1970-），男。博士研究生，主要從事農業面源污染研究。E-mail:shiqiyang@126.com

責任編輯：韓 洋