农业面源污染对我国农村地表水的影响与对策研究

周冏，温倩倩，康晶，罗海江，封雪

(中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012)

党的十八大以来，在习近平新时代中国特色社会主义思想的科学指引下，生态环境保护工作已实现由总量控制向环境质量改善为目标的转变。在水环境管理方面，随着点源污染治理的不断推进，农业面源污染的影响日益凸显，已成为制约水环境质量进一步改善的难点和关键点。我国陆续出台《水污染防治行动计划》《农业面源污染治理与监督指导实施方案(试行)》《农业农村污染治理攻坚战行动方案(2021—2025年)》等系列政策文件，均明确提出了加强农业面源污染防治的要求[1]。

现通过对2015—2021年我国农村地表水环境质量监测数据的分析，结合农业农村的社会经济活动水平数据，分析农业面源污染对我国农村地表水质的影响，提出应根据不同的农业面源污染类型采取相应的对策，以期为农业面源污染治理与监督指导工作提供政策建议。

1 研究方法

1.1 数据来源

从2009年起，生态环境部门根据经济发展速度、人口密集程度和环境污染程度等，开始在全国选取代表性村庄开展农村环境质量监测。其中，要求在村庄所在县域开展农村地表水环境质量监测[2]。全国及各省农村地表水环境质量数据来源于农村环境质量监测数据；农业农村主要社会经济活动水平数据主要来源于国家统计局。

1.2 监测点位

农村地表水环境质量监测以村庄所在县域为点位布设单元，在县域最大河流(水系)的出、入境位置各布设1个监测断面，如有湖库，选择相对重要的1个湖库增加1个监测点位，如村庄有地表水，还需增设1个监测点位。国考断面一般布设在大江大河的干流和主要支流上，因此与国考断面相比，农村地表水断面更能反映农村地区的地表水水质状况。

1.3 监测指标及时间

农村地表水环境质量监测指标为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)表1中的24项基本项目。监测时间为2015—2021年，每季度1次，全年4次。

1.4 评价方法

根据《GB 3838—2002》中Ⅲ类水质类别标准，采用单因子评价法进行评价[3]。同时，对粪大肠菌群和总氮进行单独评价。目前河流中总氮没有相应的评价标准，但总氮是农业面源污染的关键指标，因此河流和湖库中总氮分开评价，且均参考湖库标准进行评价。

1.5 数据分析方法

利用SPSS软件进行相关性和聚类分析。为确定农业面源污染对农村地表水影响的主要因素，根据数据的可得性，选取能代表农业农村主要社会经济活动水平的参数，与农村地表水中主要污染物的超标比例，开展相关性分析。为了区分不同地区的农业面源污染类型，选取各地区农村地表水水质状况指标农业农村活动水平和污染压力指标、以及环境容量指标，对各地区农村地表水水质及影响因素开展聚类分析。

2 结果与分析

2.1 我国农村地表水环境质量状况特征分析

2.1.1 农村地表水质总体良好，但改善程度较缓

2021年，全国共监测了4 646个农村地表水断面，其中，Ⅰ—Ⅲ类水质断面3 877个，占83.4%；Ⅳ、Ⅴ类700个，占15.1%；劣Ⅴ类69个，占1.5%，农村地表水质状况总体良好。2015—2021年全国农村地表水监测断面不断增加，从2015年的1 489个增加至4 646个，增加了3 157个。Ⅰ—Ⅲ类水质断面比例稳步提升，从74.3%提高至83.4%，劣Ⅴ类水质断面比例有所下降，从7.8%下降至1.5%，农村地表水整体水质状况改善明显。

2015—2021年全国农村与国考断面地表水环境质量变化趋势见图1。

图1 2015—2021年全国农村与国考断面地表水环境质量变化趋势

由图1可见，2015—2021年农村地表水和国考断面Ⅰ—Ⅲ类水质断面比例分别上升9.1和20.4个百分点， 劣Ⅴ类水质断面比例分别下降6.3和7.6个百分点，因此农村地表水改善幅度明显小于国考断面。近年来随着点源治理的持续推进，国考断面的水质提升明显，但农村地区水体主要受农业面源影响，其治理难度较大、力度较弱，因此农村地表水水质波动较大且改善程度明显较缓。

2.1.2 农村地表水季节性污染特征显著，第3季度达标率明显偏低

2015—2021年全国农村地表水季度达标情况见图2。

图 2 2015—2021年全国农村地表水季度达标情况

我国农村地表水质呈现明显的季节性变化趋势，其中大部分年份第3季度Ⅰ—Ⅲ类断面比例均明显低于其他季度。我国大部分地区雨季均分布在第3季度，降雨会导致种植业氮、磷大量流失，同时许多未处理的养殖场粪污和农村生活污染物进入河流，导致汛期水质超标比例明显升高。

2.1.3 农村地表水主要超标因子集中，且与农业面源污染相关度高

2015—2021年农村地表水水质超标项目比较集中，以化学需氧量、总磷、五日生化需氧量、高锰酸盐指数、氨氮等为主(表1)。由表1可见，主要超标项目的超标比例均呈现明显的下降趋势，但化学需氧量、总磷、五日生化需氧量和高锰酸盐指数的超标比例仍相对较高(>5%)。

表1 2015—2021年全国农村地表水主要超标因子的超标比例 %

对总氮和粪大肠菌群单独进行评价，结果表明，无论是河流还是湖泊，总氮超标比例均较高，河流总氮超标比例基本在60%以上且超标比例持续升高，湖库总氮超标比例在40%以上，粪大肠菌群超标比例基本在10%以上，湖库总氮和粪大肠菌群超标比例均表现出先升高再下降的趋势。农村地表水中的主要超标因子均是与农业面源污染高度相关的指标。

2015—2021年我国农村地表水质的变化趋势、季节特征、主要超标指标等分析结果显示，我国农村地表水环境质量受种植业流失、养殖业废水、农村生活垃圾和污水等农业面源污染影响的特征明显，农村地表水质与农业面源污染有较强的响应关系。

2.2 农业面源污染与农村地表水的相关性分析

2.2.1 农业农村社会经济参数变化情况

2015—2021年全国农业农村社会经济活动相关参数变化情况见表2。随着城镇化率的不断提高，全国乡村人口每年以>2%的速率在逐年递减，乡村人口流向城市的趋势明显。

表2 2015—2021年全国农业农村社会经济活动相关参数变化情况①

畜禽养殖业由于受市场供求关系影响较大，因此肉类产量和猪年底头数在年度间的波动较大，无明显规律性变化趋势。

我国农作物面积基本保持稳定，但果菜茶等经济作物播种面积所占比例出现一定的上升趋势。近年来，农业部门执行严格的“一控两减三基本”政策，因此化肥施用量、农药使用量和塑料薄膜使用量等均呈明显的下降趋势[4]。

2.2.2 相关性分析结果

利用SPSS软件，对各农业农村社会经济参数与农村地表水中主要超标污染物的超标比例，开展相关性分析，结果见表3。由表3可见，肉类产量、猪年底头数、农作物总播种面积等参数与超标因子的相关性均较弱。

表3 农业农村社会经济参数与监测指标超标比例相关性分析①

乡村人口与五日生化需氧量、化学需氧量、总磷、氨氮和高锰酸盐指数等超标因子均呈现较强的正相关关系，除高锰酸盐指数外，大部分指标间的相关系数(R)均达到0.9以上。2015—2020年，全国农村生活污水治理率由11.4%提高至25.5%[5]，说明农村人口减少以及农村生活污水治理率的不断提高，是近年来农村地表水水质改善的重要原因[6]。同时，乡村人口与河流总氮表现出负相关关系，这可能与农村生活源并不是总氮的主要排放源，且农村生活污水处理设施除氮效果普遍不佳有关[7]。

养殖业指标与农村地表水各项指标均无明显相关性，这是由于养殖业对市场供求关系敏感，年度间规律性不明显致导的。但根据第二次全国污染源普查数据，在农业源中畜禽养殖对化学需氧量(63.9%)、总氮(32.0%)和总磷(48.1%)的贡献均较大[8]，养殖业依然是影响农村地表水水质的重要因素。

种植业指标与农村地表水各项指标的相关性均较强。农用化肥/氮肥/磷肥施用量与化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总磷和高锰酸盐指数，农药使用量与化学需氧量、五日生化需氧量和高锰酸盐指数，塑料薄膜使用量与化学需氧量、五日生化需氧量、高锰酸盐指数、氨氮和总磷等均呈现较强的正相关关系，大部分指标间的R>0.9。说明化肥、农药和农膜等农业投入品使用量的不断减少和利用率的不断提高，对农村地表水的水质改善起到了积极作用。

此外，经济作物种植面积比例与化学需氧量、氨氮、五日生化需氧量、总磷和高锰酸盐指数等均呈现较强的负相关性，同时与河流总氮呈现明显的正相关性。我国的农作物种植面积相对稳定，但是果菜茶等经济作物种植面积不断增加，由于经济作物施肥频率高，氮肥用量为大田作物的数倍，但平均氮肥利用率(10%)远低于大田作物(35%)，更易造成降雨与施肥期的偶合，从而引发大量农田氮、磷的流失[9-10]。因此，经济作物种植面积的不断增加对农村地表水水质造成了潜在的不利影响。在主要超标因子中，只有总氮超标比例呈上升趋势，这与近年来经济作物种植面积大幅增加是息息相关的。

2.3 各地区农业面源污染特征聚类分析

2.3.1 农村地表水影响因素分析

地表水水质由水体接纳的污染物排放量和水体的自净能力两方面共同决定。各地区农业源排放量大小决定了农村地表水承受的压力，因此农业生产强度较大和农村人口较多的地区水质状况相对较差。同时，各地区水资源量大小决定了水体的环境容量和自净能力，因此水资源量较大的地区水质状况相对较好[11]。

根据相关性分析结果，农村地表水水质与种植业、畜禽养殖业和农村生活源等均有较强的相关性。选取农村地表水水质状况指标(以农村地表水超标比例、总氮平均浓度代表),农业农村活动水平及污染压力指标(农村生活源：以乡村人口、流动人口占乡村人口的比例代表；畜禽养殖业：以肉类产量、猪年底头数代表；种植业：以农用化肥施用量、经济作物种植比例代表)，以及环境容量指标(以地表水资源量代表)，共9个指标开展聚类分析。因各省大部分统计数据只更新到2020年，因此以2020年为基准年开展聚类分析，各地区农村地表水水质状况及影响因素指标见表4。

表4 2020年各地区农村地表水水质状况及影响因素指标①

2.3.2 聚类分析结果

利用SPSS软件对9个指标进行标准化，再利用系统聚类中的ward法开展聚类分析，将全国31个地区划分为7类，见图3。从聚类分析结果可见，7类地区的农业生产活动水平、农村地表水污染现状和污染治理水平等特点各不相同，应根据不同的污染类型因地制宜地采取相应的农业面源污染防治策略和治理措施。

图3 各地区农村地表水聚类分析结果

第1类为以农村生活源污染为主的超大城市。包括以北京和上海为代表的流动人口占比较大的地区。近年来我国农村，尤其是中西部地区乡村人口不断下降，同时东部发达地区的外来务工和流动人口不断增加。北京、上海的本地乡村人口较少、农业生产活动水平也极低，但接纳流动人口的比例却非常高，容易超出当地水体的环境容量。上海无论是总体超标比例还是多项污染物的浓度均明显偏高。该类地区经济实力较强，应加强对乡村人口聚集区域的农村生活污染治理。

第2类为本底农村地表水水质较差且污染问题突出地区。包括以天津、山西和宁夏为代表的因本底生态环境质量制约而导致农村地表水水质问题突出的地区。山西位于黄河流域中下游，宁夏引黄灌区种植面积广，天津地处海河流域入海口，均接纳了来自上游和中游的大量污染物，且水资源量匮乏，因此虽然整体农业农村生产活动水平不大，但农村地表水水质问题却十分突出。天津不管是超标比例还是各项污染物的平均浓度均位于全国前列。该类地区农村地表水的问题不仅依赖于本地农业面源污染的治理，还必须充分发挥上下游的协同控制作用。

第3类为农业面源污染强度大、农村地表水水质问题突出地区。包括以河北、山东和河南为代表的农业面源污染负荷高、强度大且农村地表水质不容乐观的地区。这3个地区不论是乡村人口、畜禽养殖量还是各类农作物种植面积均居于全国前列，农业面源污染负荷高、强度大，但水资源量占比却均不足全国总量的1%，因此农村地表水水质达标比例均较低，总氮平均浓度也是全国最高的。该类地区应作为农业面源污染控制和治理的重点和关键区域。

第4类为农业面源污染强度居中、农村地表水水质一般的地区。包括内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、江苏和安徽。这些地区农业农村生产活动水平居中，北方的黑龙江、内蒙古和吉林是主要的粮食种植基地，江苏和安徽的种植业和养殖业规模仍然较高，北方地区农业农村生产活动水平相对南方地区偏低，但因为水资源量也相对较少，因此农村地表水水质状况基本处于同一水平。该类地区应加强源头控制，坚持种养结合，实现农村地表水水质稳中有进。

第5类为农业面源污染强度较低、农村地表水水质相对较好的地区。涉及地区较多，包括浙江、福建、海南、重庆、贵州、陕西、甘肃、青海和新疆。前5个南方省份相比同区域的其他地区，农业农村生产活动水平较低，且水资源量较丰富，后4个西北省份虽然水资源匮乏，但活动水平也较低，新疆虽然种植业发达但主要采用地下水,对地表水影响较小，因此这些地区农村地表水水质状况均较好。该类地区应平衡好发展和保护的关系，避免因农业生产规模扩大引发的环境问题，确保农村地表水水质保持稳定。

第6类为农业面源污染增加较快、农村地表水压力不断加重的地区。包括江西、湖北、湖南、广东、广西、四川和云南。这些地区也是传统的农业生产大省，近年来虽然种植规模有所下降，但农村人口和畜禽养殖规模仍居高不下，且呈现一定的增长趋势。这些地区的水资源量都相对丰富、农村地表水状况整体良好，但农村地表水压力在不断加大，部分地区的水质已出现了一定的恶化趋势。该类地区农业面源污染负荷在不断增加，应谨防农村地表水水质的不断下降。

第7类仅包含西藏，该地区农业农村生产活动几乎为0、水资源非常丰富，因此农村地表水处于常年稳定达标状态。

3 建议

(1)畜禽养殖业仍是农村地表水污染的主要来源，对地表水水质的改善至关重要。应大力推进标准化规模养殖，推广节水节料饲喂、节水清粪等实用技术装备，实现源头减量。支持开展畜禽粪污资源化利用整县推进，制定粪污运输装备、施肥设备技术改造和农田施用技术，提高有机肥利用率，优化养分资源的综合管理，打造绿色种养循环农业模式，推动畜禽粪污由“治”向“用”转变。

(2)农业投入品的过量使用以及农作物种植结构的变化是地表水中氮磷超标的主要原因。应继续深入实施化肥减量行动，推进测土配方施肥，示范推广缓释肥、水溶肥等新型肥料，推进有机肥替代化肥。大力推进病虫害统防统治，推广高效低风险农药，集成应用绿色防控技术。在水质超标风险高、农业生产强度大的地区，尤其是经济作物种植比例高的地区，制定化肥施用限量标准和减量方案。同时对农田的轮作类型、耕作方式、施肥方式、施肥时期、肥料品种、肥料用量等农业生产技术措施制定具体可行的技术规范。

(3)农村生活污染对水质的影响显著。因此流动人口输入较大的东部发达地区，以及农村人口相对集中的村镇，应成为农村生活源监管的重点区域，加大农村生活污水处理设施及农村生活垃圾治理系统的建设，保障两类设施的正常运行，是改善农村地表水水质的首选措施。

(4)完善农村环境质量监测网络，加强农业面源污染监测和评估。基于全国地表水和农村环境质量监测网络，采用更新改造、共建共享和新建相结合的方式，优先在农业面源高风险区域，加强对暴雨、汛期等重点时段，以及农田退水、农村生活和养殖集聚区等重点区域的监测。同时，根据地理位置、农业生产和农村生活方式、地形地貌及土地利用方式等的差异，选择典型小流域布设农业面源污染定位观测站。利用野外较长时间的地面实际观测和定量分析，掌握农业面源污染时空演变规律，开展农业面源污染负荷估算[12]，为流域水质达标提供决策依据。