静宁县农业面源污染定量分析应用研究
摘要:本文总结了国外农业面源污染定量分析模型发展历程，回顾了近几十年来我国面源污染研究进程及模型使用、开发情况，并利用与工程实际兼容性最高的输出系数模型对静宁县2017年农业面源污染物量进行了分析计算，结果表明畜禽集中养殖粪便流失是农业面源污染物COD的主要来源，种植业化肥流失则是总氮的主要来源，通过提高集中养殖粪便利用率、降低化肥施用量、提高化肥有效利用率等措施，可有效减少研究区农业面源污染。
关键词：农业面源污染；定量分析；输出系数模型；COD；总磷；总氮
1 国内外研究现状
面源污染是指溶解态或颗粒态污染物在非特定的时间，从非特定的地点，在降水（或融雪）冲刷作用下，进入河流、水库、湖泊、海洋等自然受纳水体，引起水体富营养化或其它形式的水质污染的过程[1]。面源污染区别于点源污染的主要特征为时空的非特定性和高度变异性，其随机分散、过程复杂、影响因素众多，导致监测、模拟困难，难以定量与治理[2]。其中农业面源污染是面源污染的主要因素。
近年来，随着我国点源污染控制力度不断增强，农业面源污染对水体的负面影响逐渐凸显。根据2010年我国第一次污染源普查公报，农业面源污染已超过工业，成为水体中化学需氧量（COD）、总磷（TP）、总氮（TN）的主要来源，分别占污染物入河总量的43.7%、67.4%、57.2%，成为导致河流、湖泊及水库水质恶化的主要因素，对生态环境功能、人体健康及经济发展造成了严重影响[3]。 我国的面源污染研究始于20世纪80年代，近一二十年以来，国外面源污染模型尤其是机理模型的引进发展迅速，大批研究者运用各种模型和计算方法在全国不同地区、不同尺度内开展了大量应用研究。中国目前常用的面源污染负荷计算方法大体可归结为①输出系数模型、②实证模型、③机理模型三类[3]。三类模型对研究单元内的基础数据量、精度及数据系列长度的要求各不相同。其中，实证模型需要流域降雨、径流和面源污染负荷的长系列同步观测资料，机理模型需要地形、土壤、土地利用、气象、水文、营养物质等多种类型的流域特征数据，工程实际中上述资料往往难以全部获得，或者精度、长度难以满足要求，使实证模型、机理模型应用受限。输出系数模型则因其结构相对简单、数据较易获得而广泛应用于面源污染物的定量分析，并为面源污染削减措施的制定提供依据[4]。 输出系数模型由美国率先于20世纪70年代提出，核心是测算每个计算单元的污染物产生量，将每个计算单元的平均污染物产生量与产污主体总量相乘，估算研究范围内面源污染的潜在产生量[5]。 经典的输出系数模型为Johnes模型：
其中：为污染物j在流域的总负荷量（kg/hm2/a）； i为流域或行政区域中的土地利用类型，共m种；
为污染物j在第i种土地利用类型中的输出系数（kg/hm2）或第i种牲畜每头排泄系数（kg/a）；
为流域或行政区域中第i种土地利用类型的面积（hm2）或第i种牲畜数量（头）；
P为降雨输入的污染物总量（kg/hm2/a）。 2 农业面源污染定量分析应用
2.1 研究背景
静宁县隶属于甘肃省东部的平凉市，属渭河水系葫芦河流域，葫芦河是甘肃省水污染较为严重的河流。2017年，静宁县全年粮食作物种植面积116.41万亩，油料作物种植面积10.2万亩，年末果园面积54.06万亩。年末大牲畜（牛）存栏15.23万头，规划化养殖比例22.6%；猪存栏9.55万头，规划化养殖比例56.1%。规模化养殖粪便资源化利用率为74.7%。 2.2 静宁县农业面源污染定量分析
本文选用输出系数模型对静宁县农业面源污染进行定量分析。其中输出系数采用第一次全国污染源普查实验得出的集中养殖畜禽粪便、肥料、农药流失系数。第一次全国污染源普查对农业面源污染做的样本试验包括化肥、农药和集中养殖畜禽粪便三部分，并根据国内主要种植区域、气候类型、耕种方式等因素划分了六个区域，静宁县属于西北干旱半干旱平原区，流失系数采用该区域的相应实验值。
（1）公式与参数 ①定量计算公式
种植业污染物排放量和规模化畜禽养殖源污染物排放量的计算公式如下： Pi=Aj ×Lij
Lpi=Bi×Ri×Ei×（1-Ti）×L
式中：Pi为种植业的污染物i排放量，kg； Aj为第j种土地利用类型的面积，hm2；
Lij为污染物i在第j种土地利用类型中的流失系数，kg/hm2； Lpi为养殖业第i种污染物排放量，kg； Bi为第i种畜禽的养殖量，头或只； Ri为第i种畜禽的规模化养殖比例；
Ei为第i种畜禽粪便排泄系数，kg/头（只）.a； Ti为第i种畜禽粪便处理利用率； L为畜禽污染物流失系数。 ②参数采用
i种植业中TN、氨氮和TP的流失系数
采用“第一次全国污染源普查：农业污染源肥料流失系数手册”中西北干旱半干旱区的参数，见表1。
表1 种植业污染物流失系数 单位：kg/hm2
流失系数是指畜禽粪便在堆放、冲洗过程中流失到水体中的比率。根据我国已有的研究成果和典型区调查，北方地区的畜禽粪便流失系数为15%，南方为23%[7]。
iiii农药流失系数
“第一次全国污染源普查：农药流失系数手册[4]”中对丁草胺、毒死蜱等为代表的农药在西北干旱半干旱平原区平地旱地大田两熟、一熟及露地蔬菜、林果等各类型作物种植情景下的地下淋溶过程进行了实验检测，实验中以上农药的流失
量均未检出，流失系数为0。 （2）定量分析
静宁县农业面源污染入河量主要包括种植业化肥流失污染、未利用的集中养殖畜禽粪便流失污染入河量。其中粮食、油料均为一年一熟作物，按旱田大田一熟作物计算污染物入河量，见表3。规模化养殖粪便流失污染物入河量见表4。 表3 研究区种植业化肥流失污染物入河量
3 结论
本次研究以静宁县为背景，对农业面源污染物入河量进行了分析，从结果来看，畜禽集中养殖粪便流失是农业面源污染物COD的主要来源，种植业化肥流失则是总氮的主要来源，通过提高集中养殖粪便利用率、降低化肥施用量、提高化肥有效利用率等措施，可有效减少研究区农业面源污染。
参考文献：
[1]周晓琴，杨乐，杨令飞，新疆农业面源污染物排放量估算及分析[j]，农业环境科学学报，2017,36（7）:1300-1307.
[2]高康宁，兰州段黄河流域农业面源污染分析研究[M]，兰州大学硕士研究生学位论文，2009.
[3]闵继胜，孔祥智，我国农业面源污染问题的研究进展[j]，华中农业大学学报（社会科学版），2016（2）：62-66.
[4]刘亚琼，杨玉林，李法虎，基于输出系数模型的北京地区农业面源污染负荷估算[j]，农业工程学报，2011，27（7）：7-12.
[5]徐丽萍，杨其军，王玲，新疆地区农业面源污染空间分异研究[j]，水土保持通报，2011，31（4）：150-153.
[6]第一次全国污染源普查资料文集4——污染源普查技术报告（上下册）[M]，北京：中国环境科学出版社。
[7]国家环保总局自然生态保护司.全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策[M].北京：中国环境科学出版社，2002：14-103.
静宁县农业面源污染定量分析应用研究
