仙女湖流域农业面源总氮和总磷入河污染负荷分析

岳俊涛

（江西省水利科学院，江西 南昌，330029）

0 引言

江西省位于长江流域中下游，水系发达，近年来由于社会经济的发展，在河流保护上的疏忽，河流污染严重，很多河流无法实现供水功能，水库成为江西省主要供水水源，仙女湖是湖库型供水水源地典型代表之一。仙女湖位于江西省新余市，坝址以上流域涉及萍乡市、宜春市及新余市，流域多年平均入库径流量34.7亿m3，是新余市主城区及袁惠渠灌区的供水水源地，年供水量超3亿m3。

面源污染已成为江河湖泊水质恶化的主要原因[1]，而农业面源污染是面源污染的最主要来源，仙女湖水质目标为III类水，近年来，仙女湖水质基本为IV～劣V类，根据新余市环境监测中心提供的监测数据，仙女湖2018-2020年达到III类水比例仅为16.7%，主要超标污染物为总磷及总氮。近年来，流域内市县全力协同推进河湖污染整治，不断推进工业集聚区污水集中处理设施及配套管网建设，随着工业及城镇生活点源污染防治取得初步成效，分布面广、治理难度大的面源污染更应该是仙女湖流域环境防治的工作重心。因此开展流域内农业面源污染入河现状及特征研究非常迫切。

本文以仙女湖流域为例，基于相关统计资料，选取总磷、总氮污染物指标，分别计算流域农业面源污染物入河量，辨识主要污染来源，提出主要防治对策，为流域生态保护和污染防控治理提供技术支撑。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究方法

Johnes于1996提出了较为完善的输出系数法[2]，其具有所需数据获取来源简便、结果简单并且具有一定的可靠性等优点，目前在国内应用广泛。本文采用输出系数法作为基础模型，估算仙女湖农业面源污染负荷量。具体估算公式如下：

式中：Aj为污染物j的入河量，t/a；Eij为农村居民生活的排放系数（g/人·d）或化肥的流失系数（t/a）或第i种畜禽的排泄系数（kg/d）或第i种水产养殖的排泄系数（kg/t）；Fj为人口数量或化肥中污染物j的含量（kg/t）或第j种畜禽的饲养量（头）或第j中水产养殖的产量（t/a）；β为污水处理率或粪便利用率；α为入河系数。

1.2 数据来源

本文中分析所使用的有关农业面源污染的农村人口、化肥施用折纯量、畜禽养殖量和水产养殖产量等，均来自于2020年仙女湖流域相关地市统计年鉴，部分具体数据根据流域内各县区面积等情况进行分割估算。流域内各县区面积见表1。

表1 仙女湖流域内各县区面积km2

计算得出各县区农村人口、化肥施用折纯量、水产养殖产品产量、畜牧业养殖数量等数据见表2。流域内农村人口约55.31万人，氮磷及复合肥的施用折纯量为18 282t，水产养殖产量约7.65万t，畜禽养殖量超700万只（头）。

图1 仙女湖流域分布图

表2 仙女湖流域内各县区农业面源计算基础数据

本文中污染物入河系数根据文献调查[3-6]以及研究区域的实际情况，确定氮磷的入河系数详见表3。农村生活、畜禽养殖及水产养殖的入河系数分别取0.2、0.8、0.9，农田化肥的氮磷入河系数取0.11、0.06。

表3 仙女湖各类污染源的污染物入河系数

2 分析结果

2.1 农村生活污染特征

农村生活面源污染主要有生活污水及生活垃圾。为进一步改善农村人居环境，近年来，流域内各县区农村生活垃圾治理效果显著，治理率均达100%，因此本文不对流域内农村生活垃圾面源进行分析，仅分析农村生活污水面源污染。

生活污水中污染物排放系数参考表《第二次全国污染源普查生活污染源产排污系数手册》中数据（见表4）进行估算，其中萍乡市及新余市属于四区二类，宜春市属于四区三类。入河系数根据表3取为0.2，根据相关资料，流域内农村生活污水处理率取12.2%。

表4 农村生活人均排污系数g/人·d

根据流域内人口数，计算得出农村生活污水中的各污染物入河量，结果如表5中所示。流域内农村生活总氮、总磷入河量分别为93.86t/a、65.70t/a。各地主要因人口不同而占比有所差异，芦溪县、袁州区、分宜县及渝水区农村生活污水污染物入河量占比约为17%、62%、19%、2%。

表5 流域内各县区农村生活污染源排放量t/a

2.2 农田污染特征

农田污染主要来自农作物秸秆、农药以及化肥的施用等，研究区内秸秆利用率较高，而一般农药中氮磷含量较低，因此本文仅对农田化肥中氮磷的流失进行分析计算。

化肥施用污染物入河量等于化肥施用折纯量乘以化肥氮、磷入河系数，其中磷肥折纯量为五氧化二磷的量，总磷含量等于五氧化二磷乘以43.66%。复合肥中氮、磷的含量取 40%、32%[7]。

根据计算，研究区域的农田化肥总氮、总磷入河量分别为987.67t/a、184.71t/a。其中芦溪县、袁州区、分宜县、渝水区的总氮入河量占比分别是23.0%、53.5%、21.7%、1.8%；总磷入河量占比分别是22.3%、52.3%、23.8%、1.6%。

表6 流域内各县区农田化肥污染源排放量t/a

2.3 畜禽养殖污染特征

江西省是畜禽养殖大省，畜禽养殖污染物排放量大，已成为最主要的农业污染源。近年来，针对畜禽养殖污染问题，江西省坚持多措并举，注重源头治理，目前已初见成效。据统计，芦溪县、袁州区、新余市的畜禽粪污资源化利用率分别为88.74%、85%、90.35%。

对于畜禽的饲养周期，查阅相关文献资料，按猪的饲养周期取199天，家禽为210天，牛羊饲养周期大于365天按照365天进行计算，牛、羊的饲养量按存栏量计算，猪、家禽的饲养量按出栏量计算。各种类型畜禽养殖污染物排放系数参照《农业技术经济手册》中的排泄系数，相关系数见表7。

计算得出仙女湖流域内畜禽养殖总氮、总磷入河量分别为1 073.48t/a、312.49t/a。其中芦溪县、袁州区、分宜县和渝水区畜禽养殖总氮入河量占比分别为23.6%、66.6%、8.2%、1.6%；总磷入河量占比分别为25.1%、63.6%、9.5%、1.8%。

表8 流域内各县区畜禽养殖污染源排放量t/a

2.4 水产养殖污染特征

根据《第一次全国污染源普查水产养殖业污染源产排污系数手册》查找计算水产养殖污染的排污系数，其中江西省属于淡水养殖中部区。本文采用的水产养殖污染的排污系数见表9。

表9 水产养殖污染的排污系数kg/t

根据流域内各县区水产养殖产量，计算得出各县区污染物排放量见表10，流域内水产养殖总氮、总磷入河量分别为223.45t/a、33.61t/a。其中芦溪县、袁州区、分宜县和渝水区总氮入河量占比分别为10.6%、45.3%、42.7%、1.4%；总磷入河量占比分别为13.1%、44.1%、41.5%、1.3%。

3 结论

仙女湖流域内主要农业面源污染有农村生活污水、农田化肥流失、畜禽养殖排污以及水产养殖污染，总氮及总磷入河量分别为2 378.46t/a、594.51t/a。畜禽养殖排污及农田化肥流失是总氮的主要污染来源，占比分别为45%、42%，其次为水产养殖污染，占比为9%，农村生活污水占比为4%；总磷的主要污染来源也是畜禽养殖排污及农田化肥流失，占比分别为53%、31%，其次是农村生活污水，占比为11%，水产养殖污染占比为5%。

从各县区氮磷入河量来看，袁州区是流域内主要氮磷污染来源，总氮及总磷入河量占比均为59%；其次为芦溪县，总氮及总磷入河量占比分别为22%、23%；分宜县总氮及总磷入河量占比相对较小，均为17%；最后为渝水区，总氮及总磷入河量占比最小分别为2%、1%。

在习近平总书记关于长江经济带共抓大保护、不搞大开发重大战略部署下，修复长江生态环境已成压倒性任务，控制和减少污染物入河量是流域内各县区政府理所当然的职责。流域内各县区政府应致力于改善农村生态环境，构建完整的仙女湖流域农业面源污染治理体系。畜禽养殖污染和农田化肥流失是仙女湖流域农业面源污染的主要贡献源，应作为农业面源污染控制的重点。