农业小流域面源污染经济损失研究

鲁文艳，于兴修，袁天天，刘前进

(1.湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉 430062；2.临沂大学 水土保持与环境保育研究所，山东 临沂 276005)

农业小流域面源污染经济损失研究

鲁文艳1，于兴修1，袁天天1，刘前进2

(1.湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉 430062；2.临沂大学 水土保持与环境保育研究所，山东 临沂 276005)

农业面源污染；经济损失评估；孟良崮小流域

以孟良崮小流域为研究区，在利用输出系数模型计算2013年流域内农业面源污染负荷的基础上，运用环境经济学中的恢复防护费用法，定量估算小流域农业面源污染经济损失。结果表明：2013年孟良崮小流域农业面源污染产生的总氮、总磷污染负荷分别为934.30 kg和136.19 kg，流域内农业面源污染造成的环境经济损失为26 842元。其中，畜禽排泄污染造成的经济损失最大，为18 270元，占流域内污染总损失的68.06%；土地利用污染造成的经济损失次之，为6 635元，占24.72%；农村生活污染造成的经济损失最小，为1 937元，占7.22%。

水污染价值损失研究是制定水环境对策与政策的基础，也是开展绿色国民经济核算的主要内容[1]。从世界范围来说，农业面源污染是水资源污染的重要原因，在我国氮、磷等面源污染物造成太湖、巢湖、滇池等重要湖泊富营养化趋势加剧[2]。从环境经济学角度对农业面源污染的经济损失进行分析可为有针对性地制定面源污染控制对策提供依据。目前，环境污染经济损失的估算方法主要包括直接市场评价法、显示偏好价值评估法和意愿调查评估法3类[3]，同时研究人员对不同流域或区域水土流失的环境价值损失估算[4]进行了大量研究，但对小流域农业面源污染经济损失的实证研究仍较少。地处沂蒙山区重要水源地的孟良崮小流域拥有比较丰富的面源污染研究资料[5-6]，而对流域内面源污染的环境经济损失研究还未见报道。运用环境经济学的方法对小流域农业面源污染造成的经济损失进行估算评价，可为小流域农业面源污染的治理和控制提供科学依据。

1 研究区概况

孟良崮小流域位于鲁中南沂河上游的蒙阴县垛庄镇，地势东北高西南低，以丘陵为主，属温带大陆性季风气候区，降水主要集中在7—9月，多年平均降水量733.4 mm，土壤类型以棕壤为主。流域总面积为102.86 hm2，其中林地57.34 hm2、耕地21.11 hm2、果园10.96 hm2、未利用土地9.49 hm2、居民用地3.45 hm2、草地0.21 hm2、其他用地0.30 hm2。小流域内人口为120人，生产活动以农业为主，无工业生产活动，面源污染是水环境污染的主要来源。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

以2013年为研究节点，小流域内不同土地利用类型的各形态氮磷元素的流失浓度、径流量等水文水质数据由定期实测获得，流域内的人口和畜禽数量通过实地调查获得，土地利用等相关资料由山东省水土保持与环境保育重点实验室提供。

2.2 研究方法

(1)面源污染负荷估算方法。本研究采用输出系数法模型[7]，根据土地利用类型、畜禽排泄、农村生活污染物的排放现状，对流域内不同污染物的负荷量进行估算。由于小流域内降雨输入的污染物量很小，在本研究中忽略不计，因此修正后的输出系数估算模型为

(1)

式中：L为污染物流失总量(污染负荷)，kg/a；Ei为第i类污染物的输出系数，即单位面积或每头(只)禽畜、人均生活污染物年输出量，kg/(km2·a)、kg/(只·a)或kg/(人·a)；Ai为第i类土地利用类型的面积(km2)或第i种禽畜数量(头或只)、人口数量(人)。

(2)面源污染经济损失估算方法。目前，农业面源污染经济损失估算比较常用的环境经济学方法有恢复防护费用法[8]、影子工程法[9]等。从数据可得性考虑，选取恢复防护费用法对经济损失进行估算，即假设为了避免环境危害应用货币尺度衡量治理所需的费用，把这种费用作为对环境资源破坏所造成经济损失的最低估计[10]。具体的计算公式为

(2)

式中：S为养分(污染物)所造成的经济损失，元；L为养分负荷量，即污染物负荷量，kg；P为养分(污染物)的处理成本，元/kg。

由于各种污染物的单位处理成本不同，因此公式(2)可以演化为

(3)

式中：Si为第i种养分(氮、磷)所造成的经济损失，元；Tij为第j种面源污染类型第i种养分流失总量，kg；m为面源污染类型总数；Ki为第i种养分折算为磷酸二铵的系数；C为磷酸二铵肥料的市场价格，元/kg。

目前磷酸二铵的市场价格为2.86元/kg，氮、磷折算成磷酸二铵的系数分别为132/14、132/31。

3 结果与分析

3.1 农业面源污染负荷分析

(1)不同土地利用类型污染物负荷。孟良崮小流域以农业生产为主，土地利用类型可划分为耕地、林地、果园、草地和未利用地。由于流域内草地所占面积少，未利用地以裸岩为主，二者仅占流域总面积的9.4%，对氮、磷流失的影响较小，因此本研究主要估算耕地、林地和果园的总氮(TN)、总磷(TP)输出负荷。利用小流域实地监测所获取的不同土地利用类型的污染物输出系数，由公式(1)计算得出耕地、林地和园地TN的年输出负荷分别为106.78、110.29、20.45 kg，TP的年输出负荷分别为9.28、8.81、1.43 kg。在各土地利用类型中，林地的污染物输出负荷最大，其次是耕地和园地。许多研究表明，各土地利用类型中耕地对TN、TP的贡献率最大[11]，而在本研究中林地的TN输出负荷最大，主要原因是孟良崮小流域林地面积远大于耕地。

(2)畜禽排泄污染物负荷。畜禽污染物负荷量的估算主要选取TN和TP作为估算指标。调查显示，该流域农户养殖的畜禽主要有牛、羊、猪、鸡等。本研究运用的畜禽污染物中氮磷排放量计算公式为[8]：畜禽年污染物(TN、TP)产生量=个体日产粪(尿)量(排泄系数)×饲养期×畜禽数量×畜禽粪(尿)中污染物平均含量(氮磷输出系数)，其中个体日产粪(尿)量(排泄系数)和畜禽粪(尿)中污染物平均含量参照参考文献[12-13]研究成果。牛羊的饲养期一般按365 d计，猪的饲养期按150 d计，鸡的饲养期按60 d计。由于畜禽粪(尿)并不会完全进入水体，存在一定的流失率，本研究取畜禽粪(尿)流失率12%[13]。据此计算出孟良崮小流域牛、羊、猪、鸡的TN年输出负荷分别为252.86、91.48、282.00、1.27 kg，TP的年输出负荷分别为16.93、42.00、51.00、0.69 kg。

(3)农村生活污染物负荷。农村地区的生活污染主要来自生活污水和人粪尿的无序排放。孟良崮小流域居住人口少、分布比较稀疏，且没有污染物处理设施，当地居民生活污水的随意排放会造成一定程度的面源污染。借鉴已有农村地区的人口污染物输出系数[13]，按污染物流失量为排放量的30%[13]对该流域农村生活污染负荷进行核算，则TN、TP的年排放量分别为69.17、6.05 kg。

(4)农业面源污染负荷。根据上述计算结果，2013年孟良崮小流域农业面源污染负荷见表1。由表1可以看出，流域内农业面源污染产生的TN、TP年污染负荷分别为934.30和136.19 kg。畜禽排泄物的污染负荷最高，其中TN污染负荷占整个小流域的67.17%，TP污染负荷占整个小流域的81.22%；其次是土地利用产生的污染负荷，其中TN污染负荷占整个小流域的25.42%，TP污染负荷占整个小流域的14.34%；由于流域内居住人口少，农村生活污染产生的污染负荷最小，TN、TP污染负荷分别占流域的7.41%和4.44%。农业面源污染负荷估算结果表明，畜禽养殖是孟良崮小流域农业面源污染的主要来源，其次是土地利用养分流失。

表1 2013年孟良崮小流域农业面源污染负荷估算 kg/a

3.2 农业面源污染经济损失分析

利用公式(3)计算得出2013年孟良崮小流域农业面源污染经济损失见表2。

表2 2013年孟良崮小流域农业面源污染经济损失估算 元

由表 2可以看出，2013年小流域内面源污染所造成的经济损失为26 842元。畜禽排泄污染造成的经济损失最大，经济损失为18 270元，占流域内污染总损失的68.06%。土地利用污染造成的经济损失为6 635元，占流域内污染总损失的24.72%。其中，林地造成的价值损失最大，为3 078元，占土地利用污染总损失的46.39%；耕地次之，占45.05%；园地最小，只占8.56%。农村生活污染造成的价值损失最小为1 937元，占流域内污染总损失的7.22%。因此，应加强对流域内畜禽养殖的合理控制，同时土地利用导致的面源污染也应得到控制。

4 结 论

(1)2013年孟良崮小流域农业面源污染中所产生总氮(TN)、总磷(TP)的污染负荷分别为934.30 kg和136.19 kg。畜禽排泄产生的污染物氮磷污染负荷总量最高，土地利用产生的污染负荷次之，农村生活污染产生的污染负荷最小。

(2)2013年孟良崮小流域农业面源污染造成的环境经济损失为26 842元。畜禽排泄污染造成的经济损失最大，为18 270元，占流域内污染总损失的68.06%；土地利用污染造成的损失次之，为6 635元，占24.72%；农村生活污染造成的价值损失最小，为1 937元，仅占7.22%。

(3)加强畜禽养殖管理，合理利用土地，采取有效措施控制畜禽排泄污染和土地利用面源污染是孟良崮小流域面源污染的防治重点。

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(责任编辑 李杨杨)

国家自然科学基金项目(41471227，41101263，41101206)；山东省高等学校青年骨干教师国内访问学者项目(2013249)

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1000-0941(2015)06-0053-03

鲁文艳(1989—)，女，山东费县人，硕士研究生，主要从事环境经济方面的研究；通信作者于兴修(1967—)，男，山东莒县人，教授，博士，博士生导师，主要从事资源利用与环境效应研究。

2015-01-16