大沽河农业面源污染核算及防控对策

李伟娜，田建茹，李亚男，宁海丽，李昊伦

(青岛市环境保护科学研究院 水环境研究所，山东 青岛 266003)

农业面源污染防治是改善农村人居环境、建设生态宜居乡村的重要任务，是贯彻绿色发展理念、推进乡村振兴战略的关键环节。[1]根据《第二次全国污染源普查公报》，农业面源污染(包括种植业、畜禽养殖业和农村生活污水)的氨氮、总氮和总磷排放量分别占水污染物排放总量的45.6%、57.9%和73.8%，是造成水环境氮磷负荷偏高的主要因素，其贡献率高于点源污染。农业面源污染已然成为农村水环境质量改善提升的突出短板。[2]准确核算农业面源污染负荷量，掌握其主要污染源及污染物，对于防治农业面源污染具有重要意义。[3]

目前，国内外农业面源污染负荷核算方法主要包括排污系数法[4]、野外实测法[5]和输出系数法[6-7]等。其中，排污系数法因其简单方便，不依赖大量观测数据，不需要复杂的模型参数，得到广泛的应用。运用排污系数法，学界探明了沱江流域的首要污染源和关键污染物[8]，估算了汉丰湖流域农业面源污染总氮和总磷污染物总负荷量[9]，得到了天津市化学需氧量、总氮和总磷污染排放量和贡献强度[10]。这些研究大都是通过第一次全国污染源普查资料、参考文献等方式获得排污系数，核算方法的时效性和规范性不足。2021年，生态环境部发布了《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》(以下简称《手册》)[11]，为农业面源污染负荷核算提供了权威的计算方法。本文参照《手册》，以大沽河中游流域为研究对象，通过排污系数法核算种植业、畜禽养殖业和农村生活污水排放的氮、磷污染物含量，确定该地区农业面源污染的主要污染源及污染物，并结合当地实际，提出农业面源污染防控对策建议。

一、材料与方法

(一)研究区域概况

大沽河发源于山东省烟台招远市，在青岛胶州市注入胶州湾，全长179.9公里。本次研究区域为大沽河产芝水库至移风坝段。该河段为大沽河中游，北起莱西市产芝水库坝下，南至即墨区移风坝，全长58.5公里，流域面积约1688平方公里。地理位置为东经120°7′～120°40′，北纬36°31′～37°04′。该地区地势北高南低，北面为构造剥蚀低山丘陵地形，高程在50 m～200 m；南面为构造剥蚀平原，地形起伏平缓，高程在4 m～50 m。该地区多年平均降水量为625.3 mm，主要集中在汛期(6～9月)。河网水系分布密集，包括12条一级支流和21条二级支流，均为间歇性河流，断流时间一般为11月～次年6月。土壤类型主要有棕壤、砂姜黑土和潮土。土地利用类型以旱地和水浇地为主，约占总面积的56%；林地和园地主要分布在北部地区，占比为18%；建设用地面积占比为16%；水域湿地面积占比为8%；其他用地面积占比为3%。研究区域涉及即墨区、平度市、莱西市共3个区(市)17个镇(街)。

(二)数据获取

本研究所使用的数据来源于《2020青岛统计年鉴》《2020即墨统计年鉴》《2020平度统计年鉴》《2020莱西统计年鉴》《青岛市畜牧业存出栏年报》以及青岛市第二次污染源普查数据等。其中，农作物总播种面积、园地面积、化肥使用量和农村常住人口等数据来源于《统计年鉴》；畜禽养殖存出栏量数据来源于《青岛市畜牧业存出栏年报》；对生活污水进行处理的行政村数量和行政村总数量等数据来源于青岛市第二次污染源普查结果。

(三)污染物排放核算方法

农业面源污染物排放量测算方法采用排污系数法，排污系数参照《手册》中的《农业源产排污系数手册》和《生活源产排污系数手册》。

1.种植业污染物核算方法。种植业水污染物(氨氮、总氮、总磷)排放(流失)量等于乘以相关系数后的农作物总播种面积、园地面积之和与当年度种植业含氮化肥或含磷化肥单位面积使用量与2017年度种植业含氮化肥或含磷化肥单位面积使用量的比值(计算总氮和氨氮时用含氮化肥用量，计算总磷时用含磷化肥用量)相乘，某项污染物排放(流失)量的计算公式如下：

式中：j指氨氮、总氮和总磷3项污染物；Qj指种植业污染物排放(流失)量(单位：吨)；Ag指农作物总播种面积(单位：公顷)；egj指农作物种植过程中污染物流失系数(单位：千克/公顷)，见表1；Ay指园地的面积(单位：公顷)；eyj指园地污染物流失系数(单位：千克/公顷)；qj指调查年度用于种植业的含氮化肥(含磷化肥)单位面积使用量(单位：千克/公顷)；q0指2017年度用于种植业的含氮化肥(含磷化肥)单位面积使用量(单位：千克/公顷)。

表1 种植业氮磷排放(流失)系数 单位：千克/公顷

其中，含氮化肥用量指氮肥和含氮复合肥的折纯用量，含磷化肥用量指磷肥和含磷复合肥的折纯用量。

2.畜禽养殖业污染物核算方法。畜禽养殖业水污染物(氨氮、总氮、总磷)排放量采用产排污系数法核算。第i类畜禽养殖的水污染物排放量，等于第i类畜禽养殖量与污染物的排放系数相乘，畜禽养殖业的水污染物排放量等于5类畜禽(生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡，下同)养殖的污染物排放量之和。某项水污染物排放量计算公式如下：

Qij畜排=(qi规模×eij规模+qi养殖户×eij养殖户)×10-3

式中：i指生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡5类畜禽；Qj畜排指畜禽养殖污染物排放量(单位：吨)；Qij畜排指第i类畜禽养殖污染物排放量(单位：吨)；qi规模指畜禽规模化养殖场存/出栏量；eij规模指畜禽规模化养殖污染物排放系数，见表2；qi养殖户指畜禽养殖户存/出栏量；eij养殖户指畜禽养殖户污染物排放系数，见表3。

表2 畜禽规模化养殖排污系数 单位：千克/头(羽)

表3 畜禽养殖户养殖排污系数 单位：千克/头(羽)

3.农村生活污水污染物核算方法。

(1)农村生活污水污染物产生量核算

污染物产生量(吨)=农村常住人口(万人)×污染物产污强度(克/人·天)×365(天)/100

经查询，青岛市氨氮污染物产污强度为2.45克/人·天，总氮污染物产污强度为3.61克/人·天，总磷污染物产污强度为0.20克/人·天。[12]

(2)农村生活污水污染物排放量核算

污染物排放量(吨)=污染物产生量(吨)×(1-对生活污水进行处理的行政村比例×污染物综合去除率)

对生活污水进行处理的行政村比例=对生活污水进行处理的行政村/行政村总数

经查询，青岛市的氨氮污染物综合去除率为51%，总氮污染物综合去除率为45%，总磷污染物综合去除率为45%。[12]

4.大沽河流域污染物核算方法。根据流域范围的农村面积在各区市农村总面积中的比值，对各区市的农业面源污染物排放量进行重新分配。大沽河流域农业面源污染物排放量等于流域内农村面积和各区市农村面积的比值与各区市污染物排放量的乘积。经叠加分析，大沽河流域的农村面积在即墨区、平度市和莱西市农村总面积中的比重分别为13.07%、11.89%和68.28%。

(四)等标污染负荷评价方法

为了在同一尺度上评价各项污染物排放量，采用等标污染负荷法对农业面源污染物排放量核算结果进行评价，等标污染负荷量计算公式如下：

式中，Pij为等标污染负荷量；Lij为污染物负荷量；Co为污染物评价标准值。结合大沽河流域水质情况，采用《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅲ类标准的下限值进行核算，氨氮为1.0 mg/L，总氮为1.0 mg/L，总磷为0.2 mg/L。

二、结果与分析

(一)污染物排放量核算结果

根据上述公式，计算大沽河流域的种植业、畜禽养殖业和农村生活污水三类农业面源污染源的氨氮、总氮和总磷污染物排放量，结果如表4所示。

表4 大沽河流域污染物排放量 单位：吨

可以看出，大沽河流域(产芝水库至移风坝段)的氨氮、总氮和总磷污染物排放量分别为588.2吨、2132.2吨和289.1吨。总氮污染物排放量最高，是氨氮排放量的3.62倍，是总磷排放量的7.38倍。而根据《青岛市第二次全国污染源

普查公报》，青岛市全域种植业、畜禽养殖业和农村生活污水的氨氮、总氮和总磷污染物排放量分别为2435.0吨、6334.7吨和722.2吨。通过计算可知，大沽河流域的氨氮、总氮和总磷排放量约占全市排放量的24.2%、33.7%和40.0%。总磷污染物占比相对较高，说明大沽河流域总磷污染物对全市总磷排放的影响较大。

(二)等标污染负荷评估结果

运用等标污染负荷法，计算种植业、畜禽养殖业和农村生活污水的氨氮、总氮和总磷等标污染负荷及贡献率，结果如表5所示。大沽河流域的等标污染负荷总量为4166.2×103m3。其中，种植业的等标污染负荷总量为138.6×103m3，畜禽养殖业的等标污染负荷总量为2977.8×103m3，农村生活污水的等标污染负荷总量为1049.6×103m3。畜禽养殖业的等标污染负荷总量最大，占污染物总量的71.4%，说明畜禽养殖是大沽河流域农业面源污染的主要污染源。

表5 大沽河流域等标污染负荷量

氨氮的等标污染负荷贡献率由高到低依次为农村生活污水(58.8%)、畜禽养殖业(40.4%)、种植业(0.8%)；总氮的等标污染负荷贡献率由高到低依次为畜禽养殖业(68.6%)、农村生活污水(25.8%)、种植业(5.6%)；总磷的等标污染负荷贡献率由高到低依次为畜禽养殖业(88.4%)、农村生活污水(10.6%)、种植业(1.0%)。由此可知，大沽河流域氨氮污染物排放以农村生活污水和畜禽养殖业为主，总氮和总磷污染物排放以畜禽养殖业为主。

三、对策建议

《青岛市乡村振兴攻势作战方案(2019—2022年)》明确提出打好乡村生态宜居攻坚战，并建立了生活污水处理率达到55%以上、畜禽粪污综合利用率达到86%以上等硬性指标。目前，大沽河流域规模以上畜禽养殖场基本配建粪污处理设施，农村生活污水基本得到有效收集，化肥农药使用实现零增长。同时也要看到，农田肥料投入结构不合理，农药包装废弃物、农作物秸秆和蔬菜残体等随意堆砌在田边，农村生活污水收集处理率不高，规模以下养殖专业户和散户尚未全部配建粪污处理设施，也是需要关注的重点和难点问题。控制农业面源污染应当从源头减量、循环利用、过程拦截和末端治理等四个方面协同入手。

(一)源头减量，减少污染物排放

从源头上减少污染物排放量是农业面源污染防控最根本、最有效的策略。解决畜禽粪污污染严重的问题，需要按养殖规模大小分类施策。对于规模化养殖场，要进一步规范畜禽养殖场清粪工艺、畜禽粪便贮存、污水处理、固体粪肥处理利用等污染防控技术要求，加强对养殖企业技术改造与流程革新的支持力度。对于养殖专业户，要按照“两分三防两配套”的要求，因地制宜采用肥水贮存、厌氧发酵、堆肥发酵等技术，进行粪污处理基础设施改造，并加强后期运维管理，防止粪污溢流现象。对于分散畜禽养殖密集区，要集中建设堆肥设施、污水高效处理设施、粪污转运设施等，加强对畜禽粪污的收集处理。

解决农村生活污水收集率不高的问题，需要持续推进治理设施建设，因地制宜采取建设污水处理站、纳入管网和建设污水收集池等治理模式，同时强化对污水治理设施的管理和运维，对不符合环保要求的污水处理设施进行改造提升，进一步提高农村生活污水治理率。

解决农业种植过量使用化肥农药问题，一方面需要通过有机肥替代化肥、秸秆还田、绿肥种植等技术，持续推广农作物测土配方施肥，提高化肥利用率，减少化肥用量；另一方面需要实施节水灌溉，提高养分利用效率，如旱地采用水肥一体化技术，坡耕地采用保护性耕作技术，减少农田退水排放量。

(二)循环利用，实现污染物资源化

循环利用是农业面源污染防控的关键环节和重要途径。畜禽养殖业是实现污染物资源化利用的重要载体之一。全面推进农业面源污染物资源化利用，需要加强政策扶持力度，创建循环农业示范基地，推进畜禽废弃物能源化和肥料化。对于规模化养殖场，推行种养结合和生态养殖模式。对于养殖专业户和分散畜禽养殖密集区，建设养殖废水贮存池、畜禽粪便暂存池等畜禽养殖废弃物农田消纳工程，循环利用畜禽养殖产生的氮、磷和有机质等营养物质。对于养殖散户，鼓励散养户发展以家庭为单位的庭院小型果菜园，建立种养一体化模式，促进粪肥就近就地还田，就近实现粪污的综合利用和减排。

(三)过程拦截，减少污染物流失

建设生态沟渠、拦水坝、透水坝，在沟渠底部修建挡水坎，建设微型生态池塘湿地，可以大幅度降低氮磷污染物迁移。农田沟渠作为生态沟渠的主要形式，在氮磷污染物拦截方面尤其有效。解决农田沟渠底泥淤积严重、结构不完整等问题，可以实施清淤疏通工程，清挖淤泥，加固边坡，并因地制宜配置格栅、生物拦截带或生态透水坝等拦截设施，延长污染物滞留时间，并予以消纳。解决沟渠分布散乱、结构不合理、水生植物缺失等问题，需要进行系统规划科学布局，因地制宜建设生态沟渠，并种植一定的植物群落，提升沟渠的生态系统功能。处理污染较为严重的沟渠，需要充分利用周边废弃池塘及低涝洼地，建设微型生态池塘湿地，减少污染物随意排放。

(四)末端治理，提高水体自净能力

末端治理采用生态浮床、生态潜水坝、河岸湿地和沉水植物等技术，是防治农业面源污染、提高水体自净能力、改善水环境的直接途径。我乐河、大洪沟、团结河等大沽河支流的汇入口周围可以建立小型天然塘库湿地或多级人工湿地系统，并根据当地的自然条件在湿地中配置一定比例的荷花、芦苇、香蒲、水葱、芦竹、梭鱼草、千屈菜、苦草、金鱼藻、凤眼莲等水生植物，鲢鱼、鳙鱼、蚌和螺等水生动物，完善水体生物链，逐步恢复水体生态系统，增强河流自净能力。

四、结论

本文以大沽河中游流域为研究对象，通过排污系数法核算种植业、畜禽养殖业和农村生活污水的氨氮、总氮和总磷污染物排放量，采用等标污染负荷法进行污染评价，得出以下结论：大沽河流域氨氮、总氮和总磷污染负荷量分别为588.2吨、2132.2吨和289.1吨，总氮污染物排放量最高，是氨氮排放量的3.62倍，是总磷排放量的7.38倍。种植业的等标污染负荷总量为138.6×103m3，畜禽养殖业的等标污染负荷总量为2977.8×103m3，农村生活污水的等标污染负荷总量为1049.6×103m3。畜禽养殖业的等标污染负荷总量最大，占污染物总量的71.4%，是大沽河流域农业面源污染的主要污染源。结合当地实际，本文从源头减量、循环利用、过程拦截和末端治理四个方面提出了农业面源污染防控的对策建议。