广州市农业面源污染概况及特征分析

熊 凡，林晓君，曾经文，丘锦荣，林 淮，何文祥

（1.广州市环境监测中心站，广东 广州 510030；2.环境保护部华南环境科学研究所，广东 广州 510655）

农业面源污染是指在农业生产活动中，氮素和磷素等营养物质、农药以及其他有机物污染物或无机污染物质，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏，形成的水环境污染，主要包括化肥污染、农药污染、畜禽养殖污染等［1-2］。农业面源污染及其造成的生态环境问题，包括生态环境恶化、资源退化、农产品质量安全水平降低等，正严重威胁人类日常生活以及社会经济的可持续发展［3-4］。近年来，我国农业面源污染问题日益严峻［5］。开展区域农业面源污染负荷分析与敏感性评价，不仅可以加深对农业面源污染影响及危害的认知，而且对区域农业面源污染的控制及农村生态农业的建设具有重要的意义［6］。

广州市是中国华南地区的主要中心城市之一，城市社会经济发展在珠江三角洲境内处于中心地位。近年来，由于城市的快速扩张和人民生活方式的转变，促使广州农业由城郊型向都市型农业转变［7-8］。 随着新农业经济的飞速发展，不仅给农村经济发展带来了各方面的机遇和挑战，也给广州带来了不容小觑的环境问题。目前，国内学者已对我国福建省、山东省、湖南省、四川省绵阳市、河南省漯河市等地区［9-13］的农业面源污染问题进行研究，但对广州市农业面源污染研究极少［7］，而应用GIS技术基于主要污染源污染物的各区农业面源污染评价等方面研究则更为匮乏。因此，本研究以大量的统计数据资料为基础，以广州市各区为单元，采用排污系数法对各区农田化肥、畜禽养殖业、水产养殖业和农村生活污染源污染物进行定量核算，运用等标污染负荷法和GIS技术对污染源负荷和区域空间分布特征进行综合分析和评价，以期为广州市农业面源污染的防治提供决策依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

广州市（112°57′～114°03′E、22°26′～23°56′N）地处广东省中南部、珠江三角洲北缘，属于南亚热带季风性海洋气候。该市属丘陵地带，地势东北高，西南低，北部和东北部是山区，中部是丘陵、台地，南部是珠江三角洲冲积平原，中国的第三大河珠江从市区穿流而过。据《2015广州统计年鉴》统计，广州市2014年常用耕地面积为96398 hm2，其中水田、旱地分别为82719和13679 hm2；2014年广州市农业、畜牧业和渔业总产值分别为2141475、648663和732958万元。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源 按照广州市行政区划，以11个区为单元，分类收集各区农田化肥、畜禽养殖、水产养殖、农村生活污染源涉及的基础数据。所有数据来源于2015年广州市各类统计年鉴、环境质量公报以及其他相关统计资料及报表，同时收集负荷核算的必需参数。

1.2.2 农业面源污染负荷核算 （1）农业面源污染物排放量核算。本研究定义的农业面源污染是较狭义的面源污染，是指农业生产和农村生活过程产生的污染物（COD、TN、TP），在降水或灌溉过程中，通过地表径流和农田排水等途径汇入地表水体引起的水污染［14］。计算方法见表1。

（2）农业面源污染物等标排放量核算。按照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ类标准系列中该污染物的标准浓度值（COD、TN、TP分别为 20、1、0.2 mg/L）计算各类污染源COD、TN、TP的等标排放量。计算公式为：

某污染物i的等标排放量=污染物i实物排放量/标准浓度值

某污染物i的等标污染负荷比=污染物i的等标排放量/等标污染排放量之和

（3）农业面源污染排放强度核算。计算公式为：

式中，EI为农业面源污染物的排放强度，E为农业面源污染物的实物排放量，AL为区域面积。

数据分析采用Excel 2010和SPSS 19.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 广州市各区农业面源污染物排放量

由表2可知，2014年广州市农村生活、农田化肥、畜禽养殖和水产养殖4种污染源的污染物排放总量为627971.61 t，其排放量和贡献率分别为34510.94、415.17、574140.24、18905.26 t和5.50%、0.07%、91.43%、3.01%，畜禽养殖污染物排放量最高，其次是农村生活，农田化肥最低。从污染物种类来看，畜禽养殖对COD的贡献最大，占总排放量的92.72%；对TN贡献最大的也是畜禽养殖，其次是农村生活，占比分别为57.36%和33.12%；对TP贡献较大的是畜禽养殖、农村生活和水产养殖，占比分别为41.13%、30.01%和25.35%，说明畜禽养殖和农村生活产生的污染物是广州市农业面源污染的主要来源。从区域角度（图1）来看，广州市各区污染物排放量存在明显差异，在污染总量方面，污染物排放总量最大的是花都区，其次为从化区，荔湾区、越秀区、海珠区等老城区和天河区排放总量相对最小，其原因是花都区的畜禽养殖业发展迅猛［15］，规模化畜禽养殖场比较集中，而老城区和天河区的污染物排放量低是由于这些区域农业人口较少，且工业发达；在各个污染物方面，各区污染物均以COD为主，COD、TN、TP排放量最大的分别是花都区、增城区、白云区，排放量最小的均为越秀区。

表1 广州各区农业面源污染物排放量调查方法

表2 广州市农业面源污染物排放量与排放比例（2014）

图1 广州市各区农业面源污染物排放量

2.2 广州市农业面源污染等标排放量与负荷比

由表3可知，2014年广州市农业面源污染物等标排放量为5.74×1010m3，其中，COD、TN、TP的等标污染负荷比分别为52.78%、37.01%、10.21%，农村生活、农田化肥、畜禽养殖、水产养殖的等标污染负荷比分别为17.69%、1.01%、74.36%、6.94%。在污染源方面，从各个污染物在污染源中的等标污染负荷比可以看出，COD的主要污染源为畜禽养殖（92.72%），TN的主要污染源依次为畜禽养殖（57.36%）和农村生活（33.12%），TP的主要污染源依次为畜禽养殖（41.13%）、农村生活（30.01%）和水产养殖（25.35%，表2）。综合分析各污染源的等标污染负荷比可知，畜禽养殖为最主要的污染源（74.37%），其次为农村生活（17.69%），二者的累计贡献率达到92.06%。根据“80%”原则［16］，即累积百分比＞80%的污染源或污染物可确定为主要污染源和主要污染物。因此，畜禽养殖和农村生活是广州市农业面源污染的主要污染源。在污染物方面，广州市农业面源污染物等标污染排放总量为COD＞TN＞TP，其污染负荷比分别为52.78%、37.01%和10.21%，可见，COD和TN为广州市农业面源污染的主要污染物，两者累计贡献率达到89.79%，其中，COD为最主要污染物。

表3 广州市农业面源污染物等标排放量与等标污染负荷比（2014）

2.3 广州市各区农业面源污染物排放强度

由表4可知，2014年广州市污染源总排放强度为844.68 kg/hm2，其中，COD、TN和TP污染物的排放强度分别为814.54、28.56、1.58 kg/hm2，农村生活、农田化肥、畜禽养殖和水产养殖污染源的排放强度分别为46.42、0.56、772.28、25.43 kg/hm2。分析各污染物在各区的排放强度可知，COD排放强度以黄埔区最大，达1463.65kg/hm2，荔湾区排放强度最小，为166.18 kg/hm2；TN和TP排放强度均以天河区最大，分别为86.30、4.55 kg/hm2，以从化区排放强度最小，分别为9.35、0.40 kg/hm2，说明农业面源污染在广州市各区的分布差异明显。同样，分析4类污染源在各区的排放强度可知，农村生活污染以越秀区排放强度最大，为281.02 kg/hm2，从化区最小，为12.15 kg/hm2；农田化肥污染以越秀区最大，为1.67 kg/hm2，越秀区最小，基本为零排放；畜禽养殖污染以黄埔区最大，为1432.75 kg/hm2，荔湾区、越秀区和海珠区最小，基本为零排放；水产养殖污染以番禺区最大，为97.83 kg/hm2，越秀区最小，基本为零排放。需要特别说明的是，尽管荔湾区、越秀区、海珠区和天河区等区域污染物排放量相对较小，污染物分担率较低，但由于土地面积相对较小，因此，该类地区一些污染物的排放强度并不一定是相对较小的。 总之，无论从单个污染物的角度还是从整体污染源考虑，都可以得出农业面源污染存在明显的区域差异，林雪原等［3］研究山东省南四湖流域的农业面源污染也得到相似结论。

表4 广州市各区农业面源污染物排放强度（kg/hm2，2014）

2.4 广州市各区农业面源污染敏感性评价

运用GIS技术，按照污染物的排放强度进行农业面源污染敏感性评价，分析广州市农业面源污染源的空间分布特征，进而识别农业面源污染的优先控制区。敏感性根据各污染源具体情况分为4个级数，即高度敏感区、中度敏感区、轻度敏感区和不敏感区。

由于各区地形、水文条件、产业布局以及土地利用等复杂因素的影响，广州市各区污染源的污染物排放强度差异明显。从农田化肥污染物排放强度的敏感性分析（图2A）可知，高度敏感区主要是南沙区，中度敏感区主要是花都区、白云区、黄埔区和增城区，轻度敏感区主要是番禺区和从化区，不敏感区主要分布在越秀区、荔湾区等老城区和经济发达的天河区；从畜禽养殖业污染物排放强度的敏感性分析（图2B）可知，高度敏感区主要分布在畜禽养殖业比较发达的花都区和黄埔区，中度敏感区主要分布在广州市南部的番禺区和南沙区，轻度敏感区主要是白云区和从化区，不敏感区主要是越秀区、荔湾区、海珠区、天河区和增城区；从水产养殖业污染物排放强度的敏感性分析（图2C）可知，高度敏感区主要分布在广州市南部的番禺区和南沙区，中度敏感区主要是荔湾区、海珠区、花都区、白云区和天河区，轻度敏感区主要分布在广州市东部的黄埔区和增城区，不敏感区主要是越秀区和从化区；从农村生活污染物排放强度的敏感性分析（图2D）可知，敏感性分布呈现较强的空间分布特征，高度敏感区主要分布在广州市中心城区的越秀区、海珠区和天河区，中度敏感区主要是荔湾区，轻度敏感区主要围绕高度、中度敏感区分布在白云区和番禺区，其余地区均为不敏感区。另外，虽然越秀区、海珠区和天河区的农业人口数量相对较低，但由于其面积也相对较小，因此成为农村生活污染物排放强度的敏感区。从广州市农业面源污染物（污染源污染物合计）排放强度的敏感性分析（图2E）可知，高度敏感区主要分布在花都区、白云区、黄埔区和番禺区，这些区域为广州市农业面源污染的优先控制区，中度敏感区分布在南沙区，轻度敏感区分布在从化区和天河区，越秀区、荔湾区、海珠区和增城区为不敏感区。

3 结论与讨论

本研究运用等标污染负荷法和GIS技术，对广州市11个辖区的农业面源污染状况进行了综合分析和评价。本研究结果表明，2014年广州市4种污染源的污染物排放总量为627971.61 t，其中污染源以畜禽养殖排放量最大，污染物以COD排放量最大。通过计算各污染源和污染物的等标排放量和等标污染负荷比，识别出广州市最主要污染源为畜禽养殖，其次是农村生活，最主要污染物为COD，这与国内多数城市的农业面源污染情况较为相似［17-18］，也说明目前我国多数城市畜禽排放物和农村生活垃圾的处理还存在较大的提升空间［19］。从排放强度来看，2014年广州市污染源总排放强度为844.68 kg/hm2，其中COD排放强度最高和最低的地区分别为黄埔区和增城区，TN排放强度最高和最低的地区分别为天河区和从化区，TP排放强度最高和最低的地区与TN一致。张晓丽等［20］的研究表明，一些地区虽然污染物排放量不大，但由于其耕地面积小，导致其排放强度较大，而一些污染物排放量较大的地区，由于区域耕地面积也较大，导致其排放强度低于市老辖区。本研究中天河、增城等地区出现的污染物排放强度结果正是基于此类原因。从污染敏感性方面来评价，农田化肥污染源的高度敏感区是南沙区，这是由于该区种植面积较大，种植结构较单一，因此，需严格控制化肥使用量，推广测土配方施肥，积极引导农民调整种植结构，从源头防控污染［21］；对于畜禽养殖业高度敏感的地区是花都区和黄埔区，近年来这两个区的养殖业迅猛发展，中、小规模养殖场明显增多，但养殖废弃物无害化处理程度依旧较低，污染物不经处理直接排放。因此，建议优化畜禽养殖场的选址、布局，在资源利用上大力推进沼气工程和畜禽粪便制肥项目建设，实施种养结合的生态工程，以促进畜禽粪便的资源化利用［22-23］；水产养殖和农村生活的高度敏感区分别分布在广州市南部地区和中心城区，可以通过污染总量控制，同时加强宣传教育，加大环境管理和执法力度，积极实施乡村清洁工程，促进生活废弃物转化，有效控制该类污染［24-25］。

图2 广州市各区农业面源污染敏感性评价示意图

农业面源污染来源复杂多样，本研究在计算广州市农业面源污染排放时，污染源仅考虑了农田化肥、畜禽养殖、水产养殖和农村生活，污染物只考虑了COD、TN和TP，未能涉及农药、作物秸秆等污染源以及BOD5、NH3-N等污染物。且本研究也没有考虑单位源和受纳水体之间的水力联系程度，有可能导致农业面源污染估算偏大。因此，在今后研究中，需结合农业面源污染多方面重要因素，并适当加入试验法，通过模拟的方法测算污染物与水体之间的联系系数，从而更深入、更精细地分析研究区域农业面源污染情况，进而多措并举，以制订有效、综合的防治策略。

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