农田面源污染情况调查分析

时圣民

(山东省单县时楼镇人民政府，山东 单县 274000)

0 引 言

农业生产中，降雨径流、农田排水及渗漏流入易携带富余营养物质如氮磷，污染物质如残留农药，造成水体污染，此种污染称为农业面源污染[1]。其主要来源包括家畜家禽排泄、生活污水、化肥、农药、塑料薄膜、作物秸秆等。来源多样且随机，时空波动大、观测滞后性，因此很难观察监管[2]。目前农业面源污染是造成淡水水体污染的重要原因，已成为当今全世界共同关注的农业生产环境问题[3]。

文章调研以本地淡水湖河流域，覆盖面积超过100km2。新世纪以来，该淡水湖和主要河流水体污染严重，水质恶化，常年维持在劣Ⅴ类水平，并且据观测近年来总氮、总磷指标呈小范围波动上升[4]。相关学者指出，主要来源于农业化肥流失。 此外，流域内几个乡镇的食品安全及饮水安全以及总体生态平衡深受农田面源污染影响。

因此文章对21世纪前15年该淡水湖和主要河流流域内相关资料进行收集分析，对影响水质的各因素逐一研究分析，试图探寻造成流域农田面源污染现状及其原因，并走访流域内5个乡镇，且对调查农田灌溉用水现状和污染状况，旨在为流域治理和水资源分质、分行业性细化配置提供技术支撑。

1 调查材料与研究方法

1.1 调查对象和内容

文章共有两部分调查内容，具体如下：

1.2 相关性分析

文章首先将参考水质监测资料对水质现状进行评价，并利用普通分析法和灰色关联度分析法筛选影响水质变化的因素。首先是普通相关分析法，常用于进行变量的初步筛选，但该方法只考虑了两个变量之间的相关性，而忽视其他相关变量的影响，因此还要利用其他方法如灰色关联度方法进行补充分析[5]。灰色关联度分析法属于多因素关联分析，主要进行相关指标的关联度排序来筛选对系统影响最大的因子，从而进行重要性分析[6]。文章的研究对象流域水质的主要污染物为总磷、总氮和氨氮，其贡献率分别为70%、17%和4%，氨氮对系统贡献率较低，因此文章后续将忽视氨氮因素影响[7]。

2 结果及分析

2.1 水质及各经济指标变化趋势

2.1.1 水质变化趋势分析

新世纪以来，该湖和主要河流流域内水体污染严重，水质恶化，常年维持在劣Ⅴ类水平。从图1中可发现3项水质指标在此段时间波动较大且均呈上升趋势，2006年以来水质富营养化日渐严重，2014年已进入重度富营养状态，总氮8.8 mg/L，总磷含量0.64mg/L，氨氮浓度2.0 mg/L，分别是 2001 年的 2.25 倍、 4.91倍、2.62倍。另外，总氮浓度超出地表水Ⅴ类水质标准的4倍有余，总磷浓度为标准的1.61倍，均为严重超标状态。

图1 2001-2014湖水总氮、总磷、氨氮浓度变

2.1.2 主要农业经济指标变化

图2为流域主要经济指标变化趋势.观察图(a)发现2001- 2014 年人口增长8%倍，农业生产总值增长290%，说明在人口增速较慢的情况下农业生产能力的快速提高，同时农业耕作活动的需求提升，增加了农田面源污染排放。图(b)显示1994-2014 年农田耕作面积增长33%；蔬菜产量明显增加；粮食作物产量减少，蔬菜种植面积占比提高，侧面反映了蔬菜作物经济效益较高。蔬菜种植需要大量农田水肥药和薄膜，是导致农田面源污染加剧的关键性因素。图(c)可见农田面积增长速率远小于施肥总量的增长速率，可以解释为单位面积农田施肥量。图(d)中2013-2014年单位面积农膜使用量、农药使用量均大幅增加。增长原因分析可能为蔬菜种植面积占比不断上升以及复种过多。

(a)总人口和农业生产总值变化 (b)农田耕作面积和作物产量变化

2.1.3 水质与其影响因素相关分析

基于相关年鉴资料和水质资料，得到如表1所示的相关系数表。综合两种分析法可见，粮食作物产量的影响最小，农田面积、蔬菜产量影响较大，其余因素影响稍弱。

表2 水质指标与其影响因素相关系数

2.2 调查资料分析

2.2.1 流域内农作物种植结构统计

流域作物种植结构见图3，茎叶类蔬菜约占 87%，可见流域内为主要作物，平均复种指数为3.6， 而中国一般灌区复种指数为1.5～1.8 。

2.2.2 灌溉用水情况

农业灌溉用水情况汇总见表2。从年平均用水看用水量差距较大，表中数据显示，当地灌溉用水可能没有统一调配，且相关单位管理手段缺失，造成灌溉用水差距较大，易造成浪费水资源的现象。不同取水与灌溉方法对比表明，浇灌用水量最小，喷灌次之，漫灌用水量最多。

表2 灌溉用水情况调查统计

图3 流域农作物种植结构

2.2.3 肥料及农药使用情况

样本施肥总量调查如图 4(a)，样本的年均用肥量约6300.00 kg/m2。流域内施肥总量大，单茬作物用肥量也明显高于全国平均水平，因此必须减少高需肥作物的种植比例并压减复种指数才能降低流域内总体施肥量。

表3 作物单茬施肥量统计

(a)肥料使用情况 (b)农药使用情况

2.2.4 农药使用情况

图 4(b)可见，调查样本的施药差距较大，主要可能原因为不同农户栽种作物不同，受虫害的影响程度不一。同时，多茬种植显然使农户年用药量变多，因此为减少农药用量必须减少复种茬数。

2.2.5 农田废弃物处理方式分析

薄膜使用量及处理方式见表4、5，可见蔬菜对薄膜需求量较大且，大多农户直接焚烧；对于作物残余，大多农户选择堆积田间处理，会受雨水冲刷而流失，最终污染流域。

表4 薄膜处理方式统计

表5 薄膜使用量统计

4 结 论

文章综合采用普通相关分析法和灰色相关度分析法，基于水质变化趋势，筛选出影响流域水质的各因素。同时对流域内农作物种植、灌溉用水、肥料使用、废弃物处理情况等进行综合分析，提出如下流域内农业节水减排措施：

1)粮食作物产量的影响最小，农业生产总值、塑料薄膜使用量、钾肥折纯量等因素影响稍弱，而农田面积、蔬菜产量影响较大。

2)流域农作物中茎叶类蔬菜占绝对优势且复种指数明显偏大。不同灌溉方式并存，用水差距较大，年均用水量、 肥料使用量、农药使用量和薄膜使用量高于平均水平较多，农田废弃物处理以堆积、焚烧为主。