農業(yè)營養(yǎng)鹽流失損失評估
時間:2022-05-11 02:46:00
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全世界有30%~50%的地表已經受到非點源污染的影響,而非點源污染主要來源于農業(yè)活動[1-2]。我國是農業(yè)大國,在社會經濟的快速發(fā)展中,農業(yè)是主要支柱。由于農業(yè)集約化生產水平低,大量未利用的化肥和畜牧業(yè)等產生的糞肥經降水沖刷后形成的農業(yè)非點源勢必對地表水環(huán)境安全構成重大威脅。在此環(huán)境下,已有大量的學者對我國農業(yè)非點源的相關問題進行了研究。例如陳媛媛等[3]分析了近年來黃河下游灌區(qū)河南段農業(yè)非點源污染相關數(shù)據(jù),概述了該地區(qū)農業(yè)非點源污染形成的主要原因。趙倩等[4]運用AnnAGNPS模型對柴河上游小流域農業(yè)非點源污染負荷進行了模擬估算。范麗麗等[5]以三峽庫區(qū)大寧河流域為研究區(qū)域,應用SWAT模型進行了流域農業(yè)非點源污染負荷的模擬計算。代才江等[6]介紹了最佳管理措施(BMPs)的概念和基本原理,從工程和管理措施方面概述了其在流域農業(yè)非點源污染控制中的應用,提出了BMPs在流域水質管理中應注意的問題。這些研究雖然明確了農業(yè)非點源的來源、貢獻、污染狀況和治理方案,但從農業(yè)非點源管理方面來看,還缺乏經濟損失評估方面的研究。針對我國農業(yè)非點源現(xiàn)狀,有效評估農業(yè)非點源導致的經濟損失是水環(huán)境規(guī)劃、制定水環(huán)境對策與政策的基礎,也是綠色國民經濟核算中的主要內容。此外開展農業(yè)非點源經濟損失評估的相關研究有助于提高公眾對農業(yè)非點源問題的認識,從而積極參與水環(huán)境保護,實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用[7]。研究以浙江省為例,以輸出系數(shù)模型估算2009年浙江省的農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽負荷總量(TN、TP)后,運用環(huán)境經濟學方法進行農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽流失損失評估,為農業(yè)非點源污染的治理和控制提供科學依據(jù)。
1研究區(qū)域概況
浙江省位于我國東南沿海、長江三角洲南翼,轄11個地級市,2009年常駐人口4716.18萬人,其中農業(yè)人口3282.23萬人,第一產業(yè)從業(yè)人口657.95萬人,總面積10.54萬km2,農用地8.67萬km2(耕地占22.2%,園地占7.6%,林地占64.9%)。多年平均降水量1640mm,且主要集中于4~9月。降水不均衡導致水土流失嚴重,隨水土流失的土壤養(yǎng)分和泥沙進入水體,造成對水體的污染。已有的一些研究成果表明目前浙江省部分區(qū)域農業(yè)非點源污染嚴重,農業(yè)非點源主要來自于畜禽養(yǎng)殖、農村生活和農業(yè)種植[8-11]。
2研究方法
2.1農業(yè)非點源污染負荷估算方法
農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽流失經濟損失應以農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽污染負荷數(shù)據(jù)為基礎進行評估。因而應首先估算農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽負荷。估算農業(yè)非點源負荷的方法眾多,其中的輸出系數(shù)模型結構簡單,方便實用,模型所需資料相對較少,易于獲取,此外模型以年為時段,直接評估和預測污染物負荷量,而較少涉及污染物的具體存在形式,因而減少了很多繁瑣的研究過程并使模型結果的可靠度大大提高[12]。因此研究選擇目前應用最為廣泛的JOHNES輸出系數(shù)模型[13]作為農業(yè)非點源負荷的估算方法。JOHNES模型將耕地按照種植方式進行劃分,不同耕地種植方式對應不同的輸出系數(shù);對不同類別的牲畜采用了不同的輸出系數(shù);對人口產污的輸出系數(shù)根據(jù)生活方式及污染物處理方式來選定。此外,JOHNES模型還綜合考慮了空氣沉降等因素產生的污染物負荷,進一步完善了輸出系數(shù)模型的內容。JOHNES具體模型為:L=ni=1ΣEi〔Ai(Ii)〕+P(1)式中,L為污染負荷,kg;Ei為第i類污染物輸出系數(shù),即單位面積(kg/hm2•年)或每頭(只)禽畜(kg/頭•年)、生活污染污染物(kg/人•年)年輸出量;Ai為第i類土地利用類型的面積(hm2)或第i種禽畜數(shù)量頭(只)、人口數(shù)量(人);Ii為單位面積或每頭(只)禽畜糞便、生活污染的第i種污染源污染物量(kg)。P為空氣沉降輸入的污染物的量。在研究中忽略空氣沉降輸入的污染物的量。從農業(yè)種植、禽畜養(yǎng)殖、農村生活污染排放3個方面,對浙江省2009年的農業(yè)非點源污染的TN、TP負荷進行估算。
2.2輸出系數(shù)
2.2.1農業(yè)種植地輸出系數(shù)參考2009年浙江省統(tǒng)計年鑒,計算過程中,將農業(yè)種植地劃分為水田、旱地、果園、林地進行估算。不同農業(yè)種植地的污染物輸出系數(shù)如表1所示[14]。
2.2.2畜禽養(yǎng)殖輸出系數(shù)禽畜養(yǎng)殖輸出的TN、TP污染主要由禽畜糞尿的排泄產生。禽畜糞尿的排泄與禽畜種類、生長期、飼料等諸多因素相關,因而具有一定的區(qū)域性。研究參考相關資料確定不同畜禽養(yǎng)殖類型的TN、Tp輸出系數(shù)(表2)[8]。浙江省畜禽養(yǎng)殖主要為豬、家禽、牛、羊。由于畜禽糞尿污染物不可能全部進入環(huán)境,在不同地區(qū)、不同管理水平下的流失程度差異很大。有文獻表明畜禽糞便進入水體的流失率為:糞便保持在2%~8%的水平上,而液體排泄物則可能達到50%[15]。由于缺乏相關資料,在計算過程中,取糞便流失系數(shù)為8%、尿流失系數(shù)為50%。
2.2.3農村生活輸出系數(shù)農村人口分布較城市疏散,且污染物處理設施也不完善,因而污染物的隨處排放形成了一定意義上的面源污染??偟膩碚f,農村生活污染的污染物主要是由排泄物以及生活污水的排放產生。雖然農村生活污染的污染物產生途徑一致,但由于區(qū)域生活習慣不同,排泄物及生活污水的氮、磷含量會呈現(xiàn)差異。因而研究按文獻[8]確定農村生活輸出系數(shù),即生活污水及排泄物的TN、TP的輸出系數(shù)分別為:0.584kg/人•年、0.146kg/人•年和0.306kg/人•年、0.0524kg/人•年。由于排泄物不可能全部進入水體,因而在輸出系數(shù)確定時,排泄物按10%流失率估算[8]。
2.2.4基礎數(shù)據(jù)農業(yè)種植、禽畜養(yǎng)殖、農村生活污染排放3方面的基礎數(shù)據(jù),參考浙江省統(tǒng)計年鑒2010獲得。具體數(shù)據(jù)見表3。
2.3損失評估
對于不同類型的非點源污染損失的評估方法差別較大。針對TN、TP營養(yǎng)鹽的流失可采用防護費用法進行評估[16]。在環(huán)境經濟損失評估中,防護費用法是對環(huán)境退化的經濟評價采用的較普遍的間接算法,它根據(jù)人們?yōu)榉乐弓h(huán)境退化所準備支出的費用多少推斷人們對環(huán)境價值的估價。具體的評估公式為:Si=ΣTi×Ki×C(2)式中,Si為第i種養(yǎng)分流(i為TN或TP)失所損失的價值(元);Ti為非點源污染第i種養(yǎng)分流失總量(t);Ki為第i種養(yǎng)分折算為磷酸二銨的系數(shù),N、P折算成為磷酸二銨的系數(shù)分別為9.43和4.26;C為磷酸二銨的市場價格(元),根據(jù)調查,浙江省磷酸二銨的市場價格近年大致為2400元/t。使用防護費用法評估TN、TP流失經濟損失,存在一定的不利因素。因為方法假設人們了解環(huán)境風險的程度,并能作出相應反應,而且所采取的對應行動不大會受因素(如貧窮或市場不完善等)的制約,但人們往往會過高或過低地估計所想要得到的補償,因而影響評價結果的準確性。
3結果與分析
3.1農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽負荷估算結果
浙江省2009年農業(yè)非點源TN、TP污染物負荷結果如表4所示。從表4可以看出,農業(yè)非點源TN、TP總負荷分別為96562.10t和14087.57t。TN非點源負荷中,種植地產生量最大,占總負荷的57.48%,其中水田貢獻率最大為60.17%;農村生活產生量次之,占30.22%;畜禽養(yǎng)殖產生量最小,占12.30%,其中生豬養(yǎng)殖貢獻率最大為75.36%。TP非點源負荷中,農村生活產生量最大,占總負荷的46.18%;畜禽養(yǎng)殖產生量次之,占29.00%,其中生豬養(yǎng)殖貢獻83.23%;種植地產生量最小,占24.82%,其中水田和旱地分別貢獻49.03%和33.96%。結果表明對于TN的農業(yè)非點源控制應注重種植地方面,且水田耕種應作為重點;TP的農業(yè)非點源控制應注重農村生活方面。
3.2農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽流失經濟損失
從表5可以看出,2009年浙江省農業(yè)非點源TN、TP流失經濟總損失中,種植地最大,折合人民幣129193.92萬元,占經濟總損失的55.46%;農村生活次之,折合人幣72699.78萬元,占經濟總損失的31.21%;畜禽養(yǎng)殖最小,折合人民幣31048.77萬元,占經濟總損失的13.33%。在種植地引起的經濟損失中,水田和旱地分別占59.86%和25.60%;在畜禽養(yǎng)殖引起的經濟損失中,生豬養(yǎng)殖占76.42%。發(fā)達國家規(guī)定平均每公頃耕地施肥量安全上限為225kg/hm2[17],據(jù)浙江省2010統(tǒng)計年鑒,近3年浙江省平均每公頃耕地施肥量均大于370kg/hm2。雖然安全施肥量與作物、土壤土質密切相關,但浙江省目前施肥量遠遠超過發(fā)達國家的安全限值。過量施肥導致肥效降低,TN、TP營養(yǎng)鹽的流失嚴重,這是浙江省農業(yè)非點源經濟損失中,種植地經濟損失最大的主要原因。因而減少氮磷化肥的使用量以及合理開發(fā)和利用有機肥,種植中采用零廢水排放管理是有效降低種植地非點源經濟損失的重要途徑[18-19]。據(jù)浙江省2010年統(tǒng)計年鑒估算浙江省人口密度大約為509人/hm2,約是全國平均人口密度的4倍。浙江省雖然經濟發(fā)達,但鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設施不完善,因而農村生活導致的農業(yè)非點源經濟損失巨大。降低農村生活非點源經濟損失需完善城鎮(zhèn)污水收集管網,加快農村分散生活污水處理技術的研究。研究過程中,由于沒有考慮水土流失(泥沙流失、土壤侵蝕造成的土地荒廢)、水產養(yǎng)殖以及大氣沉降等因素造成的生態(tài)經濟損失,土地利用僅考慮農業(yè)種植地(水田、旱地、果園、林地),未考慮草地因素,因而研究所估算的農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽流失損失值比實際損失值偏低。
4結語
2009年浙江省農業(yè)非點源TN負荷中種植地產生量最大、占總負荷的57.48%,TP負荷中農村生活產生量最大、占總負荷的46.18%。因而控制農業(yè)非點源的TN和TP污染應分別注重種植地及農村生活控制。通過環(huán)境經濟學中的防護費用法估算,浙江省一年農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽流失所帶來的經濟損失折合人民幣為232942.47萬元,其中種植地產生的營養(yǎng)鹽流失經濟損失最大,占總損失的55.46%,農村生活經濟損失次之,折合人民幣72699.78萬元,占經濟總損失的31.21%。由此看出,浙江省農業(yè)土地利用和農村生活的營養(yǎng)鹽流失經濟損失巨大。合理調配土地利用模式,開發(fā)和利用有機肥,推廣農業(yè)種植新型技術,完善鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理系統(tǒng)是降低農業(yè)非點源營養(yǎng)鹽流失帶來的經濟損失的有效途徑。
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