农业营养盐流失损失评估

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全世界有30%~50%的地表已经受到非点源污染的影响，而非点源污染主要来源于农业活动[1-2]。我国是农业大国，在社会经济的快速发展中，农业是主要支柱。由于农业集约化生产水平低，大量未利用的化肥和畜牧业等产生的粪肥经降水冲刷后形成的农业非点源势必对地表水环境安全构成重大威胁。在此环境下，已有大量的学者对我国农业非点源的相关问题进行了研究。例如陈媛媛等[3]分析了近年来黄河下游灌区河南段农业非点源污染相关数据，概述了该地区农业非点源污染形成的主要原因。赵倩等[4]运用AnnAGNPS模型对柴河上游小流域农业非点源污染负荷进行了模拟估算。范丽丽等[5]以三峡库区大宁河流域为研究区域，应用SWAT模型进行了流域农业非点源污染负荷的模拟计算。代才江等[6]介绍了最佳管理措施（BMPs）的概念和基本原理，从工程和管理措施方面概述了其在流域农业非点源污染控制中的应用，提出了BMPs在流域水质管理中应注意的问题。这些研究虽然明确了农业非点源的来源、贡献、污染状况和治理方案，但从农业非点源管理方面来看，还缺乏经济损失评估方面的研究。针对我国农业非点源现状，有效评估农业非点源导致的经济损失是水环境规划、制定水环境对策与政策的基础，也是绿色国民经济核算中的主要内容。此外开展农业非点源经济损失评估的相关研究有助于提高公众对农业非点源问题的认识，从而积极参与水环境保护，实现水资源的可持续利用[7]。研究以浙江省为例，以输出系数模型估算2009年浙江省的农业非点源营养盐负荷总量（TN、TP）后，运用环境经济学方法进行农业非点源营养盐流失损失评估，为农业非点源污染的治理和控制提供科学依据。

1研究区域概况

浙江省位于我国东南沿海、长江三角洲南翼，辖11个地级市，2009年常驻人口4716.18万人，其中农业人口3282.23万人，第一产业从业人口657.95万人，总面积10.54万km2，农用地8.67万km2（耕地占22.2%，园地占7.6%，林地占64.9%）。多年平均降水量1640mm，且主要集中于4~9月。降水不均衡导致水土流失严重，随水土流失的土壤养分和泥沙进入水体，造成对水体的污染。已有的一些研究成果表明目前浙江省部分区域农业非点源污染严重，农业非点源主要来自于畜禽养殖、农村生活和农业种植[8-11]。

2研究方法

2.1农业非点源污染负荷估算方法

农业非点源营养盐流失经济损失应以农业非点源营养盐污染负荷数据为基础进行评估。因而应首先估算农业非点源营养盐负荷。估算农业非点源负荷的方法众多，其中的输出系数模型结构简单，方便实用，模型所需资料相对较少，易于获取，此外模型以年为时段，直接评估和预测污染物负荷量，而较少涉及污染物的具体存在形式，因而减少了很多繁琐的研究过程并使模型结果的可靠度大大提高[12]。因此研究选择目前应用最为广泛的JOHNES输出系数模型[13]作为农业非点源负荷的估算方法。JOHNES模型将耕地按照种植方式进行划分，不同耕地种植方式对应不同的输出系数；对不同类别的牲畜采用了不同的输出系数；对人口产污的输出系数根据生活方式及污染物处理方式来选定。此外，JOHNES模型还综合考虑了空气沉降等因素产生的污染物负荷，进一步完善了输出系数模型的内容。JOHNES具体模型为：L=ni=1ΣEi〔Ai（Ii）〕+P（1）式中，L为污染负荷，kg；Ei为第i类污染物输出系数，即单位面积（kg/hm2•年）或每头（只）禽畜（kg/头•年）、生活污染污染物（kg/人•年）年输出量；Ai为第i类土地利用类型的面积（hm2）或第i种禽畜数量头（只）、人口数量（人）；Ii为单位面积或每头（只）禽畜粪便、生活污染的第i种污染源污染物量（kg）。P为空气沉降输入的污染物的量。在研究中忽略空气沉降输入的污染物的量。从农业种植、禽畜养殖、农村生活污染排放3个方面，对浙江省2009年的农业非点源污染的TN、TP负荷进行估算。

2.2输出系数

2.2.1农业种植地输出系数参考2009年浙江省统计年鉴，计算过程中，将农业种植地划分为水田、旱地、果园、林地进行估算。不同农业种植地的污染物输出系数如表1所示[14]。

2.2.2畜禽养殖输出系数禽畜养殖输出的TN、TP污染主要由禽畜粪尿的排泄产生。禽畜粪尿的排泄与禽畜种类、生长期、饲料等诸多因素相关，因而具有一定的区域性。研究参考相关资料确定不同畜禽养殖类型的TN、Tp输出系数（表2）[8]。浙江省畜禽养殖主要为猪、家禽、牛、羊。由于畜禽粪尿污染物不可能全部进入环境，在不同地区、不同管理水平下的流失程度差异很大。有文献表明畜禽粪便进入水体的流失率为：粪便保持在2%~8%的水平上，而液体排泄物则可能达到50%[15]。由于缺乏相关资料，在计算过程中，取粪便流失系数为8%、尿流失系数为50%。

2.2.3农村生活输出系数农村人口分布较城市疏散，且污染物处理设施也不完善，因而污染物的随处排放形成了一定意义上的面源污染。总的来说，农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产生。虽然农村生活污染的污染物产生途径一致，但由于区域生活习惯不同，排泄物及生活污水的氮、磷含量会呈现差异。因而研究按文献[8]确定农村生活输出系数，即生活污水及排泄物的TN、TP的输出系数分别为：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进入水体，因而在输出系数确定时，排泄物按10%流失率估算[8]。

2.2.4基础数据农业种植、禽畜养殖、农村生活污染排放3方面的基础数据，参考浙江省统计年鉴2010获得。具体数据见表3。

2.3损失评估

对于不同类型的非点源污染损失的评估方法差别较大。针对TN、TP营养盐的流失可采用防护费用法进行评估[16]。在环境经济损失评估中，防护费用法是对环境退化的经济评价采用的较普遍的间接算法，它根据人们为防止环境退化所准备支出的费用多少推断人们对环境价值的估价。具体的评估公式为：Si=ΣTi×Ki×C（2）式中，Si为第i种养分流（i为TN或TP）失所损失的价值（元）；Ti为非点源污染第i种养分流失总量（t）；Ki为第i种养分折算为磷酸二铵的系数，N、P折算成为磷酸二铵的系数分别为9.43和4.26；C为磷酸二铵的市场价格（元），根据调查，浙江省磷酸二铵的市场价格近年大致为2400元/t。使用防护费用法评估TN、TP流失经济损失，存在一定的不利因素。因为方法假设人们了解环境风险的程度，并能作出相应反应，而且所采取的对应行动不大会受因素（如贫穷或市场不完善等）的制约，但人们往往会过高或过低地估计所想要得到的补偿，因而影响评价结果的准确性。

3结果与分析

3.1农业非点源营养盐负荷估算结果

浙江省2009年农业非点源TN、TP污染物负荷结果如表4所示。从表4可以看出，农业非点源TN、TP总负荷分别为96562.10t和14087.57t。TN非点源负荷中，种植地产生量最大，占总负荷的57.48%，其中水田贡献率最大为60.17%；农村生活产生量次之，占30.22%；畜禽养殖产生量最小，占12.30%，其中生猪养殖贡献率最大为75.36%。TP非点源负荷中，农村生活产生量最大，占总负荷的46.18%；畜禽养殖产生量次之，占29.00%，其中生猪养殖贡献83.23%；种植地产生量最小，占24.82%，其中水田和旱地分别贡献49.03%和33.96%。结果表明对于TN的农业非点源控制应注重种植地方面，且水田耕种应作为重点；TP的农业非点源控制应注重农村生活方面。

3.2农业非点源营养盐流失经济损失

从表5可以看出，2009年浙江省农业非点源TN、TP流失经济总损失中，种植地最大，折合人民币129193.92万元，占经济总损失的55.46%；农村生活次之，折合人币72699.78万元，占经济总损失的31.21%；畜禽养殖最小，折合人民币31048.77万元，占经济总损失的13.33%。在种植地引起的经济损失中，水田和旱地分别占59.86%和25.60%；在畜禽养殖引起的经济损失中，生猪养殖占76.42%。发达国家规定平均每公顷耕地施肥量安全上限为225kg/hm2[17]，据浙江省2010统计年鉴，近3年浙江省平均每公顷耕地施肥量均大于370kg/hm2。虽然安全施肥量与作物、土壤土质密切相关，但浙江省目前施肥量远远超过发达国家的安全限值。过量施肥导致肥效降低，TN、TP营养盐的流失严重，这是浙江省农业非点源经济损失中，种植地经济损失最大的主要原因。因而减少氮磷化肥的使用量以及合理开发和利用有机肥，种植中采用零废水排放管理是有效降低种植地非点源经济损失的重要途径[18-19]。据浙江省2010年统计年鉴估算浙江省人口密度大约为509人/hm2，约是全国平均人口密度的4倍。浙江省虽然经济发达，但乡镇污水处理设施不完善，因而农村生活导致的农业非点源经济损失巨大。降低农村生活非点源经济损失需完善城镇污水收集管网，加快农村分散生活污水处理技术的研究。研究过程中,由于没有考虑水土流失（泥沙流失、土壤侵蚀造成的土地荒废）、水产养殖以及大气沉降等因素造成的生态经济损失，土地利用仅考虑农业种植地（水田、旱地、果园、林地），未考虑草地因素，因而研究所估算的农业非点源营养盐流失损失值比实际损失值偏低。

4结语

2009年浙江省农业非点源TN负荷中种植地产生量最大、占总负荷的57.48%，TP负荷中农村生活产生量最大、占总负荷的46.18%。因而控制农业非点源的TN和TP污染应分别注重种植地及农村生活控制。通过环境经济学中的防护费用法估算，浙江省一年农业非点源营养盐流失所带来的经济损失折合人民币为232942.47万元，其中种植地产生的营养盐流失经济损失最大，占总损失的55.46%，农村生活经济损失次之，折合人民币72699.78万元，占经济总损失的31.21%。由此看出，浙江省农业土地利用和农村生活的营养盐流失经济损失巨大。合理调配土地利用模式，开发和利用有机肥，推广农业种植新型技术，完善乡镇生活污水处理系统是降低农业非点源营养盐流失带来的经济损失的有效途径。