农业和农村污染的清单探析范文

1研究方法

本研究定义的农业和农村污染是指进行农业生产和农村生活的过程中产生的污染物(CODCr,TN,TP),在降水或灌溉过程中,通过农田地表径流和农田排水等途径汇入地表水体引起的有机物或者氮、磷污染(不估算农药和农膜污染).主要包括化肥流失、畜禽养殖污染、农业有机固体废物(主要为作物秸秆)、农村生活污染4种类型[9,10].在此基础上,将各类污染分解为单元(EU),并建立单元、污染产生量和污染排放量之间的关系.单元是指产生农业和农村污染可合理计量的最小独立单元,它由中国农业和农村污染的来源和特征决定,并受数据可获得性和政策制定需求的影响.利用清单分析,提出了中国农业和农村污染评估的4层结构,包括活动(一级类)、类别(二级类)、单元和指标(表1).活动是指造成农业和农村污染的主要生产和生活活动,类别是对不同活动的细分,指标则是进行计算的数据要求.污染物排放量和排放强度的计算公式如下[10]:E=∑iiiiiiEUρ(1η)C(EU,S)=∑iiiiiiPEρ(1η)C(EU,S)(1)EI=ALE(2)式中:E为农业和农村污染的排放量;EUi为单元i指标统计数;ρi为单元i污染物的产污强度系数;ηi为表征相关资源利用效率的系数;PEi为农业和农村污染的产生量,即不考虑资源综合利用和管理因素时农业生产和农村生活造成的最大潜在污染量;Ci为单元i污染物j的排放系数,它由单元和空间特征(S)决定,表征区域环境、降雨、水文和各种管理措施对农业和农村污染的综合影响.

EI为农业和农村污染的排放强度,表征农业和农村污染在土地上的富集程度,和农业和农村污染对环境的影响;AL为研究区域的农地面积,由于耕地和牧草地是农业和农村污染的主要负载,本研究中农地面积为耕地和牧场面积之和.将全国分为337个地区(包括4个直辖市,51个地区、州、盟和282个地级市,不包括香港、台湾和澳门).在各省市自治区2003年的统计年鉴和农业统计年鉴的基础上,建立了全国337个地级市农业和农村污染估算的输入数据库.同时,对全国农业和农村污染的相关研究进行了大面积的调研,在分析比较了不同机构的各种相关小区实验,建立了不同单元不同区域农业和农村污染产污强度系数、资源综合利用系数和流失系数的数据库,并对文献中较少涉及的部分系数进行了补充测试.本研究各类系数采用文献调研的平均值[10],由于涉及系数过多和文章篇幅限制,不一一列出各个系数值,仅给出估算结果.由于农业和农村污染不同单元的ηi值和Ci值受降雨、土壤、农业生产特点等地区性因素的强烈影响,其中ηi的影响在全国尺度上难以识别,本研究参照水资源分区和土壤类型分区,对Ci进行分区赋值.将全国分为9个区,包括长江三角洲(上海、江苏和浙江)、东南沿海(广东、广西、福建和海南)、京津冀(北京、天津和河北)、西南(云南、贵州、重庆和四川)、东北(辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古)、西北(陕西、宁夏、甘肃、新疆)、中原(山东、河南和山西)、华中(江西、湖北、湖南和安徽)和青藏(青海和西藏).各区Ci值为文献调研的典型值,若从文献不能获得,则通过专家访谈得到.

2中国农业和农村污染清单

2003年中国农业和农村污染CODCr,TN和TP的产生量分别为66317,5312,1294万t,其中TN和TP的估算结果与赖斯芸等[9]的估算结果差别较小,但CODCr的估算结果差异较大,主要由于本研究对各类秸秆的产污强度进行了补充实验后,对农业有机固体废物的CODCr产污强度系数进行了重大调整.从排放量看,2003年CODCr,TN和TP分别为404.2,547.7,66.1万t,其中农村生活污水和生活垃圾的CODCr,TN和TP排放量仅占总排放量的1.31%,0.31%,1.55%,表明农业生产的发展是给地表水体造成环境压力的主要原因,农村生活的影响相对较小.从排放强度看,2003年全国CODCr,TN和TP平均排放强度分别为10.0,13.6,1.6kg/hm2,不同地区之间差异很大,排放强度最大的地区(海南海口市)高达434,394,57kg/hm2,而最小的地区(西藏阿里地区)仅为0.074,0.173,0.022kg/hm2,说明农业和农村污染是一个区域性的问题.因此,分析全国农业和农村污染的区域特征,识别农业和农村污染控制的优先区域是进行有效管理和控制的决策基础.由表2可知,2003年畜禽养殖污染及化肥流失是最重要的污染类型,应成为控制的重点.2003年中国畜禽粪便产生总量约为29亿t,而同期中国工业固体废物产生量为10亿t,畜禽粪便产生量是工业固体废物的2.9倍[12]。研究表明,中国畜禽产品的收入弹性为正,这意味着随着中国人口收入的增加,畜禽养殖将继续发展,带来巨大的环境压力[13].2003年中国单位耕地面积氮肥(总氮)和磷肥(P2O5)施用量分别为174.2,57.9kg/hm2,远高于美国、欧洲的平均施肥水平[14],化肥的过量施用和施用方法不当(例如雨前施肥等),加剧了化肥的流失.农业有机固体废物是CODCr排放的重要来源,由秸秆肥料的直接弃置造成,增加农业秸秆的利用率将大大缓解它对环境产生的影响.农村生活污染与农业生产产生的污染相比,污染排放量非常小,因此不是农业和农村污染控制的主要内容.

3中国农业和农村污染的空间特征

对337个地级市的估算结果进行统计分析,可得到全国各污染物的产生量、排放量和排放强度的均值(μPE、μE和μEI),最大值(maxPE、maxE和maxEI)、最小值(minPE、minE和minEI)以及统计频率分布.根据均值和频率分布,进行了4级分区,其中产生量的分区区间为[minPE,1/2μPE],(1/2μPE,μPE],(μPE,2μPE]和(2μPE,maxPE],排放量为[minE,1/2μE],(1/2μE,μE],(μE,2μE]和(2μE,maxE],排放强度为[minEI,1/5μEI],(1/5μEI,μEI],(μEI,2μEI]和(2μEI,maxEI],记为I,II,III,IV级区.由图1可知,中国农业和农村污染产生量、排放量和排放强度分布均呈现较强的区域性,且不同污染物的空间分布的差异性较小.农业和农村污染产生量是各地农业生产规模的直接反映.产生量的IV级区主要为中国农业,尤其是种植业发达的地区,包括河北、山东、河南的大部分地区,内蒙古的赤峰和通辽,辽宁的沈阳和铁岭,吉林的通化、延边和白山,黑龙江的哈尔滨和绥化地区,江苏苏北地区,新疆伊犁和重庆.I级区包括两类地区,一类是因气候土壤导致种植业规模较小的西南山区和西北干旱区,包括宁夏、云南、新疆、西藏、青海、甘肃的大部分地区,以及陕西的陕北和关中地区;一类是因城市和工业发展导致农业生产规模较小的沿海地区和发达城市,例如广东、海南(海口和三亚),安徽的淮南地区,山西太原,四川攀枝花等.四川盆地、陕南、长江中下游平原(包括湖南、江西和湖北)、安徽淮北和上海等传统的农业发达区,农业污染产生量高于全国平均水平,属于III类区.农业和农村污染排放量的空间特征与产生量相似.表明目前中国农业粗犷型发展,生产规模是影响污染总量的主要原因,各地气候、降雨以及农业废物管理没有对污染排放造成显著影响.

另外,与养殖废物相比,种植废物综合利用率相对较高,且在同样的气候和降雨条件下,CODCr更不容易流失,因此种植污染产生量高的地区农业污染排放量可能相对较低.个别西部地区因畜禽养殖量大,CODCr污染的产生量虽小,但是排放量很大,西藏的那曲地区就属此类.2003年该地区的羊和牛的存栏量分别占西藏自治区的33%和30%,在全国337个地级市均列第8位,由于种植业不发达,该区按CODCr的产生量分区划归于I类区,而排放量属于III类区.农业和农村污染的排放强度反映了一个地区农业集约化程度和单位土地面积上的载畜量对环境的影响,其空间特征与产生量和排放量的空间特征差异较大,东西部差异明显.广东、福建、海南等东部沿海地区大部分属于高排放强度区(IV级区),这些地区人口密度高、城市化发展迅速,农民收入水平和农业集约化程度较高,单位农地面积上的污染产生量很大.另外,东南沿海降雨量大,农地面积少,农业和农村污染更容易流失,对环境的影响更大.浙江、山东、河南、湖南、湖北和4个直辖市属于次强区(III级区).其中,山东、河南、湖南、湖北和重庆是中国重要的粮食产区,种植业复种指数高,规模化养殖相对发展较快,污染排放量大,北京、天津和上海虽然农业比重小,但集约化程度高,且城市化的迅速发展加剧了人地矛盾,排放强度较高.另外,种养分离和生产生活的快速变革大大降低了这些地区农业废物的综合利用率,每年至少10%~30%的秸秆直接焚烧或者丢弃[11].甘肃、内蒙古、西藏、青海、新疆、宁夏、四川、陕北等西南和西北地区属于污染排放的极低区(I级区).这些地区农业集约化程度低、养殖业以放养为主,农地面积广、降雨量小,农业和农村污染排放强度较小,但是因草地载畜量超载,这些地区面临十分严峻的生态问题.

4结语

2003年CODCr,TN和TP的排放量分别为404.2,547.7,66.1万t.农村生活污水和生活垃圾的CODCr,TN和TP的贡献率很小,农业生产发展是造成区域环境压力的主要原因,其中畜禽养殖污染和化肥流失贡献较大,是农业和农村污染控制的重点.中国农业和农村污染的高强区主要是长江三角洲地区和东南沿海地区,这些地区农业高度集约化发展﹑人地矛盾度出,应通过提高资源利用效率重点控制.