海河流域農業非點源污染評價系統的構建
改革開放以來，伴隨著我國經濟的快速增長，人類活動和資源環境的矛盾加劇，水資源短缺和水環境污染的形勢嚴峻。《2009中國環境狀況公報》指出，中國地表水污染狀況比較嚴重，七大水系總體為輕度污染，除珠江、長江水質較好外，松花江、淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染。
海河流域是中國的政治、經濟和文化中心，其中包括首都北京和直轄市天津，在國民經濟中具有重要的戰略地位，卻是中國水污染最嚴重的流域，“有河皆干、有水皆污”是海河流域的真實寫照。根據《2009年海河流域水資源公報》數據，Ⅰ～Ⅲ類河流占評價河長的35.3%，Ⅳ～Ⅴ類占13.2%，劣Ⅴ類占51.5%，大約65%的河流受到污染;Ⅰ～Ⅲ類湖泊面積占評價面積的1.2%，Ⅳ～Ⅴ類占85.8%，劣Ⅴ類占13.0%，湖泊基本上都受到了不同程度的污染。
海河流域的水體污染由點源和非點源污染共同引起。長期以來，人們把關注的重點都放到了點源污染上，對農業非點源污染問題的研究少之又少，因此也無法科學確定水污染防治的重點。海河流域第二次水資源評價首次涉及非點源污染調查，但不是專門研究農業非點源污染，還包括城鎮地表徑流等其他非點源污染，研究時也沒有加以區分。該項研究在海河流域非點源污染負荷估算方面做出了積極有益的探索，但是沒有細分各類非點污染源，也沒有研究非點源污染的空間差異，選用的各種系數比較單一，缺乏科學依據。本文致力于研究海河流域的農業非點源污染問題，估算農業非點源污染負荷量，評價農業非點源污染對水體污染的影響，提出相應的管理和控制措施，力求對海河流域的農業非點源污染問題做一個全面系統的分析，為海河流域管理機構和各級政府確定水污染防治重點產業和重點區域，科學分配點源污染和非點源污染消減指標提供依據。
一、農業非點源污染負荷估算方法
(一)研究區概況
海河流域位于我國華北地區，地跨八省、自治區和直轄市，包括北京、天津全部，河北省絕大部分，山西省東部，河南、山東兩省北部，以及內蒙古自治區和遼寧省一小部分。流域總面積32×，占全國面積的3.3%。
海河流域包括灤河、海河和徒駭馬頰河3大水系，分為灤河及冀東沿海、北三河、永定河、大清河、子牙河、黑龍港運東、漳衛南運河、徒馬河等八大河系。
海河流域的主體是京、津、冀，有首都北京、直轄市天津，地級以上城市26個，是我國的政治文化中心和經濟發達地區，扮演著與長三角、珠三角鼎足而立的角色。海河流域面積占全國國土面積3.3%，人口占全國的10%;國內生產占全國的14%。海河流域是國家三大糧食生產基地之一，糧食總產量占全國的10%，同時也是京津等大中城市重要的“菜籃子”生產基地。
海河流域是我國水資源開發利用程度最高的流域，也是水污染最嚴重的流域。從70年代初起，先后發生了三起聞名全國的水污染事件，即1971年官廳水庫、1974年薊運河、1975年白洋淀水污染事件。進入80年代以后，隨著社會經濟的迅速發展，水污染形勢愈發嚴重。水污染已由局部發展到全流域，由下游蔓延到上游，由城市擴散到農村，由地表延伸到地下。
(二)農業非點源污染估算方法
本文通過分析評價現有大尺度流域非點源污染負荷估算方法，特別是在總結輸出系數法優缺點的基礎上，建立了適合現有數據條件并有一定精確性的大尺度流域農業非點源污染負荷估算方法——“三維”系數估算法，在空間上細分估算單元，在內容上區分污染來源，在過程中劃分污染階段，具體而言有如下特點。
(1)分區域——細化估算單元。把整個流域逐級分成小的估算單元，第一級是海河流域;第二級是水資源二級區;第三級是水資源三級區和省級行政區;第四級是地級市;第五級是縣(區，縣級市)。(2)分類型——劃分不同的污染源。把農業非點源污染分成種植業、畜禽養殖和農村生活三部分分別估算污染負荷。(3)分階段——劃分從源頭到入河的過程。把農業非點源污染的形成過程分成產生、流失和入河三個階段，分別估算每一個階段的非點源污染負荷。
本文沒有使用單一的流失系數，而是根據不同的自然條件、不同的農作物種類、不同的畜禽種類、不同的飼養規模、不同的農村生活條件采用不同的流失系數;也沒有使用單一的入河系數，而是根據各種環境條件(如降水量、地形、與河道的距離等)，對入河系數進行了多方面的修正。
(三)農業非點源污染估算模型
1.種植業非點源污染負荷估算模型
這里的種植業是指人類為了收獲果實的耕種活動，包括耕地(糧食、棉花、油料、蔬菜瓜類等)和園地(桑園、果園、茶園等)兩種土地類型，但不包括草地、林地等天然植被。
種植業非點源污染負荷估算分為三個步驟，首先是統計和估算施入到農田的氮素和磷素，稱為產生量;然后估算流失到農田周圍溝渠中以及淋失到土壤深層的污染物，稱為流失量;最后是估算進入水體的污染物，稱為入河量。估算模型分別如下：
(1)種植業氮磷產生量估算模型
(4)種植業污染物入河量估算模型
入河量=流失量×入河系數
2.畜禽養殖污染負荷估算模型
畜禽養殖污染負荷估算分為三個步驟，首先是估算畜禽養殖產生的糞便及糞便中污染物的含量，稱為產生量;然后估算流失到周圍環境中的污染物，稱為流失量;最后是估算進入水體的污染物，稱為入河量。估算模型分別如下：
(1)畜禽糞便污染物產生量估算模型
(3)畜禽污染物入河量估算模型
入河量=流失量×入河系數
3.農村生活非點源污染負荷估算模型
農村生活非點源污染來源于生活污水、生活垃圾和人體糞尿三部分。生活污水指生活在農村的居民在日常生活中產生的污水，包括廚房、廁所、洗澡、洗衣等產生的污水，但不包括沖廁污水。
農村生活非點源污染負荷估算分為三個步驟，首先是估算產生的污染物，稱為產生量;然后估算流失到周圍環境中的污染物，稱為流失量;最后是估算進入水體的污染物，稱為入河量。估算模型分別如下：
(1)農村生活污染物產生量估算模型
(3)農村生活污染物入河量估算模型
入河量=流失量×入河系數
(四)數據來源和相關系數的確定
本文使用的數據有如下幾個主要來源：
1.期刊文獻
提供了農田徑流入河系數;畜禽排泄系數、畜禽糞便污染物含量、畜禽糞便入河系數;農村人均污水產生系數、農村
人均垃圾產生系數、人體糞尿產生系數等系數和數據。
2.專著
主要包括《海河流域水資源評價》(中國水利水電出版社，2007)、《海河流域水利手冊》(中國水利水電出版社，2008)、《海河流域“十一五”水污染防治規劃研究報告》(中國環境科學出版社，2008)、《區域水環境綜合解析與管理策略—GEF在天津》(中國環境科學出版社，2009)、《全國規模化畜禽養殖業污染情況調查及防治對策》(中國環境科學出版社，2002)、《九龍江流域農業非點源污染機理與控制研究》(科學出版社，2008)等。這些專著提供了海河流域自然地理、經濟社會、河流水系、降雨徑流、水資源量、水質狀況等數據。
3.公報
主要包括《海河流域水資源公報》、《海河流域水資源質量公報》、《中國環境狀況公報》、《第一次全國污染源普查公報》、《全國第二次農業普查公報》等。
4.統計年鑒
包括各省市統計年鑒、經濟年鑒、農村統計年鑒和調查年鑒等，提供了農作物播種面積、園地面積、化肥施用量;畜禽飼養數量;農村常住人口等數據。
5.相關部門調查和實驗數據
包括農業部門提供的徑流小區實驗數據、畜禽養殖污染物流失監測數據;水利部海河水利委員會提供的入河排污口調查數據、水質水量監測數據等，提供了肥料流失系數、畜禽糞便流失系數等系數。
6.調查數據
筆者對研究區進行走訪調查獲得的數據，包括問卷調查數據，提供了農村生活污染物流失系數、農村生活污染物入河系數等系數。
二、海河流域農業非點源污染負荷量
(一)農業非點源污染物產生量
運用上述估算模型，將種植業非點源污染物產生量、畜禽養殖污染物產生量以及農村生活非點源污染物產生量的估算結果加總，就得到海河流域農業非點源污染物產生量(見表1)。
(二)農業非點源污染物流失量
運用上述估算模型，將種植業非點源污染物流失量、畜禽養殖污染物流失量以及農村生活非點源污染物流失量的估算結果加總，就得到海河流域農業非點源污染物的流失量(見表2)。流失量和產生量的比率就是流失系數。
(三)農業非點源污染物入河量
運用上述估算模型，將種植業非點源污染物入河量、畜禽養殖污染物入河量以及農村生活非點源污染物入河量的估算結果加總，就得到海河流域農業非點源污染物的入河量(見表3)。入河量和流失量的比率就是入河系數。
三、海河流域農業非點源污染評價
(一)農業非點源污染對水體污染的影響
參照地表水環境質量標準(GB3838-2002)三類水質標準，除氨氮外，農業非點源各項污染指標均超過水質標準，其中，化學需氧量是三類水質標準的1.6倍，總磷為2.0倍，總氮為4.0倍。農業非點源污染對水質的影響不容輕視。
(二)農業非點源污染對水體污染的貢獻率
為了掌握海河流域內入河排污口分布、廢污水及污染物入河量以及排污規律，2007年，海河水利委員會組織開展了海河流域水功能區入河排污口調查工作。此外，2003年，海河水利委員會也組織開展了入河排污口調查工作。通過對兩次入河排污口監測結果的分析匯總，可以得出各種污染物的入河量。
入河排污口調查包括了工業污水、生活污水和混合污水，因此可以用入河排污量來代替流域內的點源污染負荷;農業非點源污染是最主要的非點污染源，我們用農業非點源污染負荷來近似代替流域內的非點源污染負荷。將點源污染負荷與非點源污染負荷對比分析，可以計算得出各種污染物點源非點源貢獻率(見圖1)。
圖1 海河流域2007年點源污染和非點源污染入河量貢獻率
從全流域來看，化學需氧量和氨氮主要來自點源污染，特別是氨氮，點源污染貢獻了91.5%;總磷和總氮主要來自非點源污染，非點源污染大約貢獻了60%。根據2007年海河流域水資源質量公報，在主要超標項目中，包括了化學需氧量和氨氮，沒有包括總磷和總氮，而化學需氧量和氨氮主要來源于點源污染，因此，點源污染是目前海河流域水體污染的主要原因。
(三)農業非點源等標污染負荷評價
本文研究了四種污染物指標——化學需氧量、總磷、總氮、氨氮，每一個區域(各個縣、水資源三級區和行政省)都有這四種污染物，每一項來源(種植業、畜禽養殖和農村生活)也有這四種污染物，它們的性質不同，因而不能簡單相加。為了確定農業非點源污染主要污染物和主要污染源，需要把這四種污染物指標建立在統一的基礎上，然后進行比較，這個共同的基礎就是等標污染負荷。
1.農業非點源主要污染物
根據上述等標污染負荷計算公式以及各種污染物的入河量，可以計算出海河流域各種農業非點源污染物入河等標負荷量和等標負荷比(見表5)。
全流域入河等標負荷量中(見圖2)，化學需氧量占19.1%，總磷占25.7%，總氮占48.6%，氨氮占6.5%。總氮(TN)是農業非點源污染最主要的污染物，約占一半;其次是總磷(TP)，約占1/4。總氮(TN)、總磷(TP)合計占74.3%。
圖2 海河流域2007年農業非點源污染各種污染物分布
2.農業非點源主要污染源
根據上述等標污染負荷計算公式以及種植業、畜禽養殖和農村生活非點源污染物的入河量，可以計算出海河流域種植業、畜禽養殖和農村生活非點源污染物入河等標負荷量和等標負荷比。從全流域來看(見圖3)，非點源污染物入河等標負荷量中，種植業源占3.3%，農村生活源占15.7%，畜禽養殖源占81%，可見，農業非點源污染主要來自于畜禽養殖污染。
圖3 海河流域2007年農業非點源污染各項來源分布
3.農業非點源主要污染區
從水資源三級區來看，非點源污染物入河等標負荷比中，徒駭馬頰河平原所占比例最大，為20.4%，其次是灤河山區12.4%，排在第三位的是黑龍港及運東平原8.8%(見圖4)。
圖4 各水資源三級區農業非點源污染物入河等標負荷比
從各省來看，非點源污染物入河等標負荷比中，河北所占比例最大，為50.8%，其次是山東18.6%，排在第三位的是河南9.6%(見圖5)。
圖5 各省農業非點源污染物入河等標負荷比
在地級市層面，農業非點源污染物入河等標負荷量差距較大。根據農業非點源污染物入河等標負荷量，對各市進行分類，可以分成6類，污染較重(Ⅰ～Ⅲ類)的有8個城市，除德州市和天津以外，其余都在河北，主要分布在河北東北部和中南部(見圖6)。
圖6 海河流域農業非點源污染空間分布
四、結論和政策建議
(一)主要結論
1.關于農業非點源污染負荷總量
(1)產生量。海河流域2007年農
業非點源產生化學需氧量774.1×，總磷192.0×，總氮459.1×，氨氮67.8×。
從非點源污染物產生來源來看，化學需氧量主要來自于畜禽糞便(76.0%);總磷主要來自于施用化肥(75.2%);總氮主要來自于施用化肥(60.0%)和畜禽糞便(29.7%);氨氮主要來自于畜禽糞便(84.9%)。從各項污染物指標來看，化肥施用和畜禽糞便是污染物產生的主要來源。
從各種污染物產生比例平均情況來看，徒駭馬頰河平原所占比例最大，為19%～21%，平均為20.3%;其次是黑龍港及運東平原9%～14%，平均為11.0%;排在第三位的是子牙河平原8%～10%，平均為8.5%。各省中，河北所占比例最大，為49%～55%，平均為51.6%;其次是山東17%～21%，平均為18.8%;排在第三位的是河南9%～12%，平均為10.9%。
(2)流失量。海河流域2007年農業非點源流失化學需氧量239.4×，總磷4.5×，總氮56.8×，氨氮6.2×。流失系數分別為化學需氧量0.31，總磷0.02，總氮0.12，氨氮0.09。
從非點源污染物流失來源來看，化學需氧量主要來自于畜禽養殖(87.1%);總磷主要來自于畜禽養殖(53.5%)和農村生活(28.4%);總氮主要來自于畜禽養殖(43.3%)和地下淋溶(34.3%);氨氮主要來自于畜禽養殖(41.0%)。從各項污染物指標來看，畜禽養殖是污染物流失的最主要來源，此外，農村生活也是總磷流失的主要來源之一，地下淋溶也是總氮流失的主要來源之一。
從各種污染物流失比例平均情況來看，徒駭馬頰河平原所占比例最大，為18%～20%，平均為19.6%;其次是黑龍港及運東平原9%～12%，平均為11.0%;排在第三位的是灤河山區7%～10%，平均為8.2%。各省中，河北所占比例最大，占50%～54%，平均為52.5%;其次是山東17%～19%，平均為17.8%;排在第三位的是河南9%～12%，平均為10.5%。
(3)入河量。海河流域2007年農業非點源入河化學需氧量68.0×，總磷0.9×，總氮8.6×，氨氮1.1×。入河系數分別為化學需氧量0.28，總磷0.20，總氮0.15，氨氮0.18。
從非點源污染物入河來源來看，化學需氧量主要來自于畜禽養殖(88.6%);總磷主要來自于畜禽養殖(76.2%);總氮主要來自于畜禽養殖(82.9%);氨氮主要來自于畜禽養殖(64.4%)。從各項污染物指標來看，畜禽養殖都是污染物入河的最主要來源，占64%～89%，其次是農村生活，農田徑流不是非點源污染物入河的主要來源。
從各種污染物入河比例平均情況來看，徒駭馬頰河平原所占比例最大，為20%～21%，平均為20.3%;其次是灤河山區11%～13%，平均為12.2%;排在第三位的是黑龍港及運東平原8%～9%，平均為8.8%。各省中，河北所占比例最大，占50%～52%，平均為50.7%;其次是山東18%～19%，平均為18.5%;排在第三位的是河南9%～10%，平均為9.6%。
2.關于非點源污染對水體污染的貢獻
每升地表水資源量(天然河川徑流量)中所含農業非點源污染負荷量可以反映農業非點源污染對水體污染的易影響。從全流域來看，農業非點源污染給水體帶來了化學需氧量31.5，總磷0.4，總氮4.0，氨氮0.5。參照地表水環境質量標準(GB3838-2002)三類水質標準，除氨氮外，農業非點源各項污染指標均超過水質標準，其中，化學需氧量是三類水質標準的1.6倍，總磷為2.0倍，總氮為4.0倍。農業非點源污染對水質的影響不容輕視。
從全流域來看，化學需氧量和氨氮主要來自點源污染，點源污染分別貢獻了62%和91.5%，非點源污染貢獻了38%和8.5%;總磷和總氮主要來自非點源污染，非點源污染分別貢獻了60.2%和58.7%，點源污染貢獻了39.8%和41.3%。根據2007年海河流域水資源質量公報，水質主要超標項目中，包括了化學需氧量和氨氮，沒有包括總磷和總氮，而化學需氧量和氨氮主要來源于點源污染，因此，點源污染是目前海河流域水體污染的主要原因。
3.關于農業非點源污染等標負荷評價
(1)主要污染物。海河流域2007年農業非點源污染物入河等標負荷量為1 765×，其中，化學需氧量為338×，占19.1%;總磷為454×，占25.7%;總氮為859×，占48.6%;氨氮為114×，占6.5%。總氮是農業非點源污染最主要的污染物，約占一半;其次是總磷，約占1/4。總氮、總磷合計占74.3%。
(2)主要污染源。從全流域來看，非點源污染物入河等標負荷量中，種植業源占3.3%，農村生活源占15.7%，畜禽養殖源占81%，農業非點源污染主要來自于畜禽養殖污染。
(3)主要污染區。從水資源三級區來看，農業非點源污染物入河等標負荷比中，徒駭馬頰河平原所占比例最大，為20.4%，其次是灤河山區12.4%，排在第三位的是黑龍港及運東平原8.8%。
從各省來看，農業非點源污染物入河等標負荷比中，河北所占比例最大，為50.8%，其次是山東18.6%，排在第三位的是河南9.6%。
從各市來看，農業非點源污染物入河等標負荷量中，德州市最大，為152×，其次是唐山市129×，排在第三位的是承德市117×，陽泉市最小，為5×(陽泉市)，平均為50.4×。
(二)政策建議
(1)從中國目前的情況來看，非點源污染得不到有效控制，除了資金和技術的制約外，更重要的是缺乏健全的法律制度和完善的管理體系。中國還沒有專門針對非點源污染的立法，需要修改和完善現有的《環境保護法》(1989)、《水污染防治法》(2008)、《水法》(2002修訂)等相關法律，提高可操作性，建立限定性農業生產技術標準。在流域綜合管理理念的指導下，建立一體化的水行政管理體系，強化流域管理機構的職能，加強部門間的溝通協調。
(2)環境問題的公共物品屬性和治理環境的外部性決定了控制農業非點源污染必須由政府主導，公眾廣泛參與。政府依北京代寫論文靠法律手段、行政手段和經濟手段來干預和調節農戶的生產和生活行為，以達到管理和控制非點源污染的目的。基于農戶的環境支付意愿非常低，各級政府要加大對環境治理的資金投入力度，加強農村公共物品建設，完善農業生態補償機制。
(3)在農業非點源污染控制措施方面，要樹立源頭控制理念，重點抓好畜禽養殖污染的控制，大力推廣生態畜牧業。
(4)改善農村生活條件是新農村建設的核心，也有利于農業非點源污染的控制。要積極推進“農村清潔工程”，有計劃地擴大試點范圍，
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