農(nóng)業(yè)營(yíng)養(yǎng)鹽流失損失評(píng)估
時(shí)間:2022-05-11 02:46:00
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全世界有30%~50%的地表已經(jīng)受到非點(diǎn)源污染的影響,而非點(diǎn)源污染主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)[1-2]。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展中,農(nóng)業(yè)是主要支柱。由于農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)水平低,大量未利用的化肥和畜牧業(yè)等產(chǎn)生的糞肥經(jīng)降水沖刷后形成的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源勢(shì)必對(duì)地表水環(huán)境安全構(gòu)成重大威脅。在此環(huán)境下,已有大量的學(xué)者對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究。例如陳媛媛等[3]分析了近年來(lái)黃河下游灌區(qū)河南段農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染相關(guān)數(shù)據(jù),概述了該地區(qū)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染形成的主要原因。趙倩等[4]運(yùn)用AnnAGNPS模型對(duì)柴河上游小流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染負(fù)荷進(jìn)行了模擬估算。范麗麗等[5]以三峽庫(kù)區(qū)大寧河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,應(yīng)用SWAT模型進(jìn)行了流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染負(fù)荷的模擬計(jì)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(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染控制中的應(yīng)用,提出了BMPs在流域水質(zhì)管理中應(yīng)注意的問(wèn)題。這些研究雖然明確了農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源的來(lái)源、貢獻(xiàn)、污染狀況和治理方案,但從農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源管理方面來(lái)看,還缺乏經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估方面的研究。針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源現(xiàn)狀,有效評(píng)估農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是水環(huán)境規(guī)劃、制定水環(huán)境對(duì)策與政策的基礎(chǔ),也是綠色國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算中的主要內(nèi)容。此外開展農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估的相關(guān)研究有助于提高公眾對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源問(wèn)題的認(rèn)識(shí),從而積極參與水環(huán)境保護(hù),實(shí)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(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷總量(TN、TP)后,運(yùn)用環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)方法進(jìn)行農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽流失損失評(píng)估,為農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的治理和控制提供科學(xué)依據(jù)。
1研究區(qū)域概況
浙江省位于我國(guó)東南沿海、長(zhǎng)江三角洲南翼,轄11個(gè)地級(jí)市,2009年常駐人口4716.18萬(wàn)人,其中農(nóng)業(yè)人口3282.23萬(wàn)人,第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口657.95萬(wàn)人,總面積10.54萬(wàn)km2,農(nóng)用地8.67萬(wàn)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(dǎo)致水土流失嚴(yán)重,隨水土流失的土壤養(yǎng)分和泥沙進(jìn)入水體,造成對(duì)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(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染嚴(yán)重,農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源主要來(lái)自于畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)種植[8-11]。
2研究方法
2.1農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算方法
農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽流失經(jīng)濟(jì)損失應(yīng)以農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽污染負(fù)荷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)估。因而應(yīng)首先估算農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷。估算農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源負(fù)荷的方法眾多,其中的輸出系數(shù)模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,方便實(shí)用,模型所需資料相對(duì)較少,易于獲取,此外模型以年為時(shí)段,直接評(píng)估和預(yù)測(cè)污染物負(fù)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(guò)程并使模型結(jié)果的可靠度大大提高[12]。因此研究選擇目前應(yīng)用最為廣泛的JOHNES輸出系數(shù)模型[13]作為農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源負(fù)荷的估算方法。JOHNES模型將耕地按照種植方式進(jìn)行劃分,不同耕地種植方式對(duì)應(yīng)不同的輸出系數(shù);對(duì)不同類別的牲畜采用了不同的輸出系數(shù);對(duì)人口產(chǎn)污的輸出系數(shù)根據(jù)生活方式及污染物處理方式來(lái)選定。此外,JOHNES模型還綜合考慮了空氣沉降等因素產(chǎn)生的污染物負(fù)荷,進(jìn)一步完善了輸出系數(shù)模型的內(nèi)容。JOHNES具體模型為:L=ni=1ΣEi〔Ai(Ii)〕+P(1)式中,L為污染負(fù)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(nóng)業(yè)種植、禽畜養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污染排放3個(gè)方面,對(duì)浙江省2009年的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的TN、TP負(fù)荷進(jìn)行估算。
2.2輸出系數(shù)
2.2.1農(nóng)業(yè)種植地輸出系數(shù)參考2009年浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒,計(jì)算過(guò)程中,將農(nóng)業(yè)種植地劃分為水田、旱地、果園、林地進(jìn)行估算。不同農(nóng)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(chǎn)生。禽畜糞尿的排泄與禽畜種類、生長(zhǎng)期、飼料等諸多因素相關(guān),因而具有一定的區(qū)域性。研究參考相關(guān)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(jìn)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(xiàn)表明畜禽糞便進(jìn)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(dá)到50%[15]。由于缺乏相關(guān)資料,在計(jì)算過(guò)程中,取糞便流失系數(shù)為8%、尿流失系數(shù)為50%。
2.2.3農(nóng)村生活輸出系數(shù)農(nóng)村人口分布較城市疏散,且污染物處理設(shè)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?lái)說(shuō),農(nóng)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(chǎn)生。雖然農(nóng)村生活污染的污染物產(chǎn)生途徑一致,但由于區(qū)域生活習(xí)慣不同,排泄物及生活污水的氮、磷含量會(huì)呈現(xiàn)差異。因而研究按文獻(xiàn)[8]確定農(nóng)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(jìn)入水體,因而在輸出系數(shù)確定時(shí),排泄物按10%流失率估算[8]。
2.2.4基礎(chǔ)數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)種植、禽畜養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污染排放3方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),參考浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒2010獲得。具體數(shù)據(jù)見表3。
2.3損失評(píng)估
對(duì)于不同類型的非點(diǎn)源污染損失的評(píng)估方法差別較大。針對(duì)TN、TP營(yíng)養(yǎng)鹽的流失可采用防護(hù)費(fèi)用法進(jìn)行評(píng)估[16]。在環(huán)境經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估中,防護(hù)費(fèi)用法是對(duì)環(huán)境退化的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)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(zhǔn)備支出的費(fèi)用多少推斷人們對(duì)環(huán)境價(jià)值的估價(jià)。具體的評(píng)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(jià)值(元);Ti為非點(diǎn)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(chǎng)價(jià)格(元),根據(jù)調(diào)查,浙江省磷酸二銨的市場(chǎng)價(jià)格近年大致為2400元/t。使用防護(hù)費(fèi)用法評(píng)估TN、TP流失經(jīng)濟(jì)損失,存在一定的不利因素。因?yàn)榉椒僭O(shè)人們了解環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的程度,并能作出相應(yīng)反應(yīng),而且所采取的對(duì)應(yīng)行動(dòng)不大會(huì)受因素(如貧窮或市場(chǎng)不完善等)的制約,但人們往往會(huì)過(guò)高或過(guò)低地估計(jì)所想要得到的補(bǔ)償,因而影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
3結(jié)果與分析
3.1農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷估算結(jié)果
浙江省2009年農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源TN、TP污染物負(fù)荷結(jié)果如表4所示。從表4可以看出,農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源TN、TP總負(fù)荷分別為96562.10t和14087.57t。TN非點(diǎn)源負(fù)荷中,種植地產(chǎn)生量最大,占總負(fù)荷的57.48%,其中水田貢獻(xiàn)率最大為60.17%;農(nóng)村生活產(chǎn)生量次之,占30.22%;畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生量最小,占12.30%,其中生豬養(yǎng)殖貢獻(xiàn)率最大為75.36%。TP非點(diǎn)源負(fù)荷中,農(nóng)村生活產(chǎn)生量最大,占總負(fù)荷的46.18%;畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生量次之,占29.00%,其中生豬養(yǎng)殖貢獻(xiàn)83.23%;種植地產(chǎn)生量最小,占24.82%,其中水田和旱地分別貢獻(xiàn)49.03%和33.96%。結(jié)果表明對(duì)于TN的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源控制應(yīng)注重種植地方面,且水田耕種應(yīng)作為重點(diǎn);TP的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源控制應(yīng)注重農(nóng)村生活方面。
3.2農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽流失經(jīng)濟(jì)損失
從表5可以看出,2009年浙江省農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源TN、TP流失經(jīng)濟(jì)總損失中,種植地最大,折合人民幣129193.92萬(wàn)元,占經(jīng)濟(jì)總損失的55.46%;農(nóng)村生活次之,折合人幣72699.78萬(wàn)元,占經(jīng)濟(jì)總損失的31.21%;畜禽養(yǎng)殖最小,折合人民幣31048.77萬(wàn)元,占經(jīng)濟(jì)總損失的13.33%。在種植地引起的經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)損失中,生豬養(yǎng)殖占76.42%。發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)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(zhì)密切相關(guān),但浙江省目前施肥量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家的安全限值。過(guò)量施肥導(dǎo)致肥效降低,TN、TP營(yíng)養(yǎng)鹽的流失嚴(yán)重,這是浙江省農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源經(jīng)濟(jì)損失中,種植地經(jīng)濟(jì)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(jī)肥,種植中采用零廢水排放管理是有效降低種植地非點(diǎn)源經(jīng)濟(jì)損失的重要途徑[18-19]。據(jù)浙江省2010年統(tǒng)計(jì)年鑒估算浙江省人口密度大約為509人/hm2,約是全國(guó)平均人口密度的4倍。浙江省雖然經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),但鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施不完善,因而農(nóng)村生活導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源經(jīng)濟(jì)損失巨大。降低農(nóng)村生活非點(diǎn)源經(jīng)濟(jì)損失需完善城鎮(zhèn)污水收集管網(wǎng),加快農(nóng)村分散生活污水處理技術(shù)的研究。研究過(guò)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(chǎn)養(yǎng)殖以及大氣沉降等因素造成的生態(tài)經(jīng)濟(jì)損失,土地利用僅考慮農(nóng)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(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽流失損失值比實(shí)際損失值偏低。
4結(jié)語(yǔ)
2009年浙江省農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源TN負(fù)荷中種植地產(chǎn)生量最大、占總負(fù)荷的57.48%,TP負(fù)荷中農(nóng)村生活產(chǎn)生量最大、占總負(fù)荷的46.18%。因而控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源的TN和TP污染應(yīng)分別注重種植地及農(nóng)村生活控制。通過(guò)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)中的防護(hù)費(fèi)用法估算,浙江省一年農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽流失所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失折合人民幣為232942.47萬(wàn)元,其中種植地產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)鹽流失經(jīng)濟(jì)損失最大,占總損失的55.46%,農(nóng)村生活經(jīng)濟(jì)損失次之,折合人民幣72699.78萬(wàn)元,占經(jīng)濟(jì)總損失的31.21%。由此看出,浙江省農(nóng)業(yè)土地利用和農(nóng)村生活的營(yíng)養(yǎng)鹽流失經(jīng)濟(jì)損失巨大。合理調(diào)配土地利用模式,開發(fā)和利用有機(jī)肥,推廣農(nóng)業(yè)種植新型技術(shù),完善鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理系統(tǒng)是降低農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源營(yíng)養(yǎng)鹽流失帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失的有效途徑。
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