山东省农业污染综合分析与评价

高新昊，张绍迎，江丽华，刘兆辉，徐 钰，郑福丽

(1.山东省农业科学院土壤肥料研究所，山东济南250100;2.山东省章丘市农业局，山东章丘250200)

山东省是我国农业大省，优势农产品的生产与出口在全国占有重要地位。据中国农业年鉴[1]，2005年全省菜果种植面积3.20×106hm2，约占全国菜果总面积的13%，产量1.00×108t以上，占全国菜果总产量的16%，仅蔬菜一项就实现产值914亿元;蔬菜出口达到2.00×106t，创汇10亿美元以上，占全国的1/3;果品出口3.00×105t以上，创汇近 2亿美元，出口产值占全国的1/5以上;山东蔬菜产业在种植面积、产量和效益等方面已连续15 a位居全国第一。同时山东畜牧业在我国具有重要地位，其中禽肉是山东省的优势出口畜产品，出口量占全国总量的30%，年创汇1.5亿美元。

山东优势农产品产业的快速发展对满足日益增长的国内外市场消费需求，带动我国东部沿海地区农业结构战略性调整和优化升级，增加农民收入以及社会主义新农村建设做出了巨大贡献。然而，在创造巨大效益的同时，农业污染问题日趋突出，对农产品质量安全、农业出口创汇与可持续发展及人民群众身体健康构成较大威胁。据山东省环境状况公报(2007)，2007年山东省省控4个湖泊12个监测点中，南四湖4个监测点符合Ⅴ类标准，其它8个监测点均劣于Ⅴ类标准，其中南四湖、大明湖、东平湖属轻度富营养化，马踏湖属重度富营养化，主要污染物为总氮和总磷。同时，受化肥不合理投入等因素的影响，全省较多地市存在地下水硝酸盐污染的问题[2-4]，山东省农业非点源污染形势严峻。然而，目前关于山东省农业污染源系统分析的研究报道甚少，未能区分氮磷流失的主要污染源，对农业污染的源头预防带来困难。

本文从化肥、畜禽粪便、生活排污、秸秆、农药、地膜6个方面分析了目前山东省农业污染的主要影响因素，计算了主要污染源中氮、磷元素的排放量与流失量，确定了重点污染源，以期为山东省农业污染的源头预防提供依据。

1 材料与方法

山东省相关基础数据来自山东统计年鉴[5]。复合肥养分含量按含N，P2O5，K2O(15均为15%)计算;畜禽粪便排放量及其中氮、磷元素含量根据猪、牛、羊、家禽的每年出栏数，参照国家环境保护总局发布的排泄系数[6]计算得到;秸秆中氮、磷含量参照全国农业技术推广服务中心推荐的相关数据[7]计算得到;农村生活排污由生活污水与人粪尿2部分构成，氮、磷排放量依据农村人口数量，参照相关排污系数[8]计算得到。各污染源氮、磷流失量由排放量与流失系数的乘积得到，流失系数参照相关研究结果，设定化肥中氮、磷流失率为当年施肥量的 11%与3%[9]，畜禽粪便流失率为30%[10-12]，生活排污中生活污水流失率为85%，人粪尿为10%[8-9]。

2 结果与分析

2.1 化肥污染

1987年以来山东省化肥使用量整体处于不断增加的变化趋势，仅在1993年出现波动(图1)。2006年，化肥使用量达到4.89×106t(折纯，下同)，较 20 a前增加了1.5倍，占全国化肥用量的9.94%，其中氮肥占9.42%，磷肥9.88%，钾肥11.47%。

图1 1987—2006年山东省化肥使用量变化趋势

从2001年以来的化肥施用构成来看(表1)，5 a间氮、磷、钾肥用量分别增加了 5.45%，21.06%，31.63%，施肥比例从 1∶0.413∶0.348变化为1∶0.474∶0.434，施肥结构趋于合理。按照目前 N 35%，P2O519.5%，K2O 47.5%的全国化肥平均利用效率[13-14]，2006年全省当年化肥投入中有近1.67×106t氮肥，9.8×105t磷肥残留于土壤中或进入大气、水体，对产地环境构成污染。

表1 2001—2006年山东省化肥使用量及构成 104t

2.2 畜禽粪便污染

本文计算了1987—2006年山东省畜禽粪便的排放量，并与工业固体废弃物的产生量进行了比较。由图2可见，20 a间山东省畜禽粪便的排放量持续增加，2006年达到1.95×108t，是同年全省工业固废产生量的1.77倍。同时，畜禽粪便排放量均高于工业固废的产生量，最大差距出现在2000年，是同年工业固废产生量的2.57倍。相关研究表明，畜禽粪便对土地总体负荷警戒安全值为0.4，而山东省负荷警戒值已超过4.9，对生态环境构成巨大威胁[15]。

2001—2006年山东省畜禽粪便中总氮、总磷的排放量见表2。不同年份畜禽粪便中总氮排放量均明显高于总磷，总氮、总磷排放量构成中均以家禽粪便贡献率最大，而羊粪便所占比例较少。2006年畜禽粪便中总氮、总磷的排放量分别接近1.14×106t与3.6×105t，占当年全省氮、磷肥施用量的44.35%与68.05%。

图2 1987年以来山东省畜禽粪便产生量及与工业固废产生量的比较

2.3 生活排污

山东省是农业大省，农业人口占总人口数超过65%。由于农村地区经济发展相对落后，居住分散等原因，农村环境问题的治理难度增加，生活排污成为影响农村污染的重要因素之一。本文计算了2001—2006年山东省农村生活污水与人粪尿中的总氮、总磷排放量(表3)。农村生活排污中污染物的排放以总氮显著高于总磷，而污染源的构成中，人粪尿对TN，TP排放量的贡献均远高于生活污水。2006年，山东省农村生活排污共产生TN 2.207×105t，TP 4.05×104t，占当年氮、磷肥施用量的 8.59%，7.63%，其中人粪尿是主要污染源，分别占 TN，TP排放量的83.96%与78.27%。

表2 2001—2006年以来山东省畜禽粪便中总氮、总磷排放量 104t

表3 2001—2006年山东省生活排污中总氮、总磷含量 104t

2.4 秸秆污染

2001—2006年山东省几种主要农作物秸秆产量见表4，玉米秸、麦秸、花生秸与棉花秸是目前山东省农作物秸秆的主要组成部分，其中玉米秸与麦秸占秸秆总量的72.3%～78.1%。近年来，随着社会的发展与人们生活水平的提高，农村生活用能结构发生了较大改变，生活用秸秆数量大幅度减少，而现代科学的秸秆利用方式尚不成熟，目前全省农作物秸秆的综合利用现状并不理想。据相关调查研究，仍有近50%左右的秸秆被焚烧或废弃[16-17]，造成严重的环境污染与资源浪费，并成为农业污染的一个重要污染源。

表4 2001—2006年山东省几种主要作物秸秆产量 104t

由表5可见，2006年山东省秸秆产量近5.396×107t，其中氮、磷含量 4.711 ×105t，6.17×104t，占同年全省氮、磷肥施用量的18.35%与11.62%。同时，作物秸秆中富含碳水化合物、蛋白质及多种大量与微量元素，因此应加强秸秆的饲料化、肥料化等资源化利用途径，变废为宝，降低其焚烧或废弃对生态环境造成的污染。

表5 2001—2006年山东省秸秆产量及其氮、磷含量 104t

2.5 农药污染

2001—2006年山东省农药使用量整体处于波状增加的趋势(表6)，2006年农药施用量约1.7×105t，占全国总用量的11.19%，单位面积农药施用量近16 kg/hm2，是全国平均的1.58倍。相关研究表明，由于农药制剂的物理、化学性能局限，真正作用于作物上的仅占施用量的10%～30%，其余20%～30%进入大气和水体，50%～60%残留于土壤中[18-19]。按照30%的最高利用率进行估算，2006年山东省有近1.2×105t的农药进入环境，对农产品产地环境质量安全构成巨大威胁。

表6 2001—2006年山东省农药施用状况及与全国的比较

2.6 地膜污染

地膜的大量使用在增加巨大经济效益的同时，使土壤“白色污染”日益严重。目前，地膜使用后的回收率不足30%[16]，残留地膜进入土壤以后，破坏了土壤的整体性和通透性，对土壤容重、土壤含水量以及土壤的孔隙度等物理性状有极显著的影响，最后导致作物产量与品质的下降。2001—2006年，山东省农膜、地膜用量不断增加，地膜使用量占农膜的40.47%～43.80%，同时地膜覆盖面积整体上处于增加的趋势，6 a间地膜使用量增加38.82%，地膜覆盖面积增加62.02%(表7)。2006年山东省地膜施用量占全国总用量14.36%，地膜覆盖面积占全省耕地面积的34.58%。随着农业种植技术的发展，高产栽培越来越普遍，地膜的覆盖面积还将增加，地膜的使用量及残留量也会相应增加，带来的污染也越来越严重。

表7 2001—2006年山东省农膜、地膜使用状况

2.7 几种主要污染源氮磷元素流失量

参照相关研究结果，计算出2001—2006年山东省畜禽粪便、化肥、生活排污3种主要污染源中氮、磷元素的流失量(表8)。整体来看，在氮素的流失中，化肥与畜禽粪便的贡献率明显高于生活排污，2006年3种污染源造成氮素流失约6.70×105t，其中畜禽粪便占50.78%，化肥占41.99%，生活排污占 7.22%;磷素流失中，化肥与生活排污基本持平，并明显低于畜禽粪便，2006年3种污染源共造成1.35×105t磷素的流失，其中畜禽粪便占80.30%，化肥占11.78%，生活排污占7.93%。

表8 2001—2006年山东省几种主要污染源氮磷元素流失量 104t

3 结论

山东省农业的发展在全国占有重要地位，然而农业生产过程中农用化学品的不合理投入、农业废弃物的不合理处置使得农业污染发生严重，地表水与地下水均受到不同程度污染[3，4，20]。本文从化肥、畜禽粪便、生活排污、秸秆、农药、地膜 6个方面分析了目前山东省农业污染的主要影响因素，结果表明农业生产过程中农业化学品的大量投入与农业废弃物的大量产出及其不合理利用，是目前农业污染发生的主要原因。在对氮、磷元素排放量与流失量的贡献上，化肥、畜禽粪便与生活排污是3种主要污染源，2006年3种污染源共造成约6.73×105t与1.35×105t的氮素和磷素损失，其中畜禽粪便贡献率最大，分别占氮素、磷素流失量的50.78%与80.30%。

农业污染的发生是一个复杂而相对漫长的过程[21]，其防治应坚持源头预防、过程阻断、末端治理3个层次并重的原则。然而，农业污染一旦形成，尤其是地下水污染，其治理绝非易事，因此源头预防应该成为农业污染综合防治的重点。目前山东省农业污染的源头预防应重点加强2方面的研究，首先通过施用技术的改进与新型产品的应用，降低化肥、农药等传统农业化学品的投入量，提高其利用效率，降低其对水环境污染的威胁;另一方面，重点研究畜禽粪便、生活排污等农产(村)废弃物的资源化利用技术，变废为宝，减少其流失对生态环境造成的污染。

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