農田面源污染情況調查分析

時圣民

(山東省單縣時樓鎮人民政府，山東 單縣 274000)

0 引 言

農業生產中，降雨徑流、農田排水及滲漏流入易攜帶富余營養物質如氮磷，污染物質如殘留農藥，造成水體污染，此種污染稱為農業面源污染[1]。其主要來源包括家畜家禽排泄、生活污水、化肥、農藥、塑料薄膜、作物秸稈等。來源多樣且隨機，時空波動大、觀測滯后性，因此很難觀察監管[2]。目前農業面源污染是造成淡水水體污染的重要原因，已成為當今全世界共同關注的農業生產環境問題[3]。

文章調研以本地淡水湖河流域，覆蓋面積超過100km2。新世紀以來，該淡水湖和主要河流水體污染嚴重，水質惡化，常年維持在劣Ⅴ類水平，并且據觀測近年來總氮、總磷指標呈小范圍波動上升[4]。相關學者指出，主要來源于農業化肥流失。 此外，流域內幾個鄉鎮的食品安全及飲水安全以及總體生態平衡深受農田面源污染影響。

因此文章對21世紀前15年該淡水湖和主要河流流域內相關資料進行收集分析，對影響水質的各因素逐一研究分析，試圖探尋造成流域農田面源污染現狀及其原因，并走訪流域內5個鄉鎮，且對調查農田灌溉用水現狀和污染狀況，旨在為流域治理和水資源分質、分行業性細化配置提供技術支撐。

1 調查材料與研究方法

1.1 調查對象和內容

文章共有兩部分調查內容，具體如下：

1.2 相關性分析

文章首先將參考水質監測資料對水質現狀進行評價，并利用普通分析法和灰色關聯度分析法篩選影響水質變化的因素。首先是普通相關分析法，常用于進行變量的初步篩選，但該方法只考慮了兩個變量之間的相關性，而忽視其他相關變量的影響，因此還要利用其他方法如灰色關聯度方法進行補充分析[5]。灰色關聯度分析法屬于多因素關聯分析，主要進行相關指標的關聯度排序來篩選對系統影響最大的因子，從而進行重要性分析[6]。文章的研究對象流域水質的主要污染物為總磷、總氮和氨氮，其貢獻率分別為70%、17%和4%，氨氮對系統貢獻率較低，因此文章后續將忽視氨氮因素影響[7]。

2 結果及分析

2.1 水質及各經濟指標變化趨勢

2.1.1 水質變化趨勢分析

新世紀以來，該湖和主要河流流域內水體污染嚴重，水質惡化，常年維持在劣Ⅴ類水平。從圖1中可發現3項水質指標在此段時間波動較大且均呈上升趨勢，2006年以來水質富營養化日漸嚴重，2014年已進入重度富營養狀態，總氮8.8 mg/L，總磷含量0.64mg/L，氨氮濃度2.0 mg/L，分別是 2001 年的 2.25 倍、 4.91倍、2.62倍。另外，總氮濃度超出地表水Ⅴ類水質標準的4倍有余，總磷濃度為標準的1.61倍，均為嚴重超標狀態。

圖1 2001-2014湖水總氮、總磷、氨氮濃度變

2.1.2 主要農業經濟指標變化

圖2為流域主要經濟指標變化趨勢.觀察圖(a)發現2001- 2014 年人口增長8%倍，農業生產總值增長290%，說明在人口增速較慢的情況下農業生產能力的快速提高，同時農業耕作活動的需求提升，增加了農田面源污染排放。圖(b)顯示1994-2014 年農田耕作面積增長33%；蔬菜產量明顯增加；糧食作物產量減少，蔬菜種植面積占比提高，側面反映了蔬菜作物經濟效益較高。蔬菜種植需要大量農田水肥藥和薄膜，是導致農田面源污染加劇的關鍵性因素。圖(c)可見農田面積增長速率遠小于施肥總量的增長速率，可以解釋為單位面積農田施肥量。圖(d)中2013-2014年單位面積農膜使用量、農藥使用量均大幅增加。增長原因分析可能為蔬菜種植面積占比不斷上升以及復種過多。

(a)總人口和農業生產總值變化 (b)農田耕作面積和作物產量變化

2.1.3 水質與其影響因素相關分析

基于相關年鑒資料和水質資料，得到如表1所示的相關系數表。綜合兩種分析法可見，糧食作物產量的影響最小，農田面積、蔬菜產量影響較大，其余因素影響稍弱。

表2 水質指標與其影響因素相關系數

2.2 調查資料分析

2.2.1 流域內農作物種植結構統計

流域作物種植結構見圖3，莖葉類蔬菜約占 87%，可見流域內為主要作物，平均復種指數為3.6， 而中國一般灌區復種指數為1.5～1.8 。

2.2.2 灌溉用水情況

農業灌溉用水情況匯總見表2。從年平均用水看用水量差距較大，表中數據顯示，當地灌溉用水可能沒有統一調配，且相關單位管理手段缺失，造成灌溉用水差距較大，易造成浪費水資源的現象。不同取水與灌溉方法對比表明，澆灌用水量最小，噴灌次之，漫灌用水量最多。

表2 灌溉用水情況調查統計

圖3 流域農作物種植結構

2.2.3 肥料及農藥使用情況

樣本施肥總量調查如圖 4(a)，樣本的年均用肥量約6300.00 kg/m2。流域內施肥總量大，單茬作物用肥量也明顯高于全國平均水平，因此必須減少高需肥作物的種植比例并壓減復種指數才能降低流域內總體施肥量。

表3 作物單茬施肥量統計

(a)肥料使用情況 (b)農藥使用情況

2.2.4 農藥使用情況

圖 4(b)可見，調查樣本的施藥差距較大，主要可能原因為不同農戶栽種作物不同，受蟲害的影響程度不一。同時，多茬種植顯然使農戶年用藥量變多，因此為減少農藥用量必須減少復種茬數。

2.2.5 農田廢棄物處理方式分析

薄膜使用量及處理方式見表4、5，可見蔬菜對薄膜需求量較大且，大多農戶直接焚燒；對于作物殘余，大多農戶選擇堆積田間處理，會受雨水沖刷而流失，最終污染流域。

表4 薄膜處理方式統計

表5 薄膜使用量統計

4 結 論

文章綜合采用普通相關分析法和灰色相關度分析法，基于水質變化趨勢，篩選出影響流域水質的各因素。同時對流域內農作物種植、灌溉用水、肥料使用、廢棄物處理情況等進行綜合分析，提出如下流域內農業節水減排措施：

1)糧食作物產量的影響最小，農業生產總值、塑料薄膜使用量、鉀肥折純量等因素影響稍弱，而農田面積、蔬菜產量影響較大。

2)流域農作物中莖葉類蔬菜占絕對優勢且復種指數明顯偏大。不同灌溉方式并存，用水差距較大，年均用水量、 肥料使用量、農藥使用量和薄膜使用量高于平均水平較多，農田廢棄物處理以堆積、焚燒為主。