龔世飛，丁武漢，居學(xué)海，肖能武?，葉青松，黃進(jìn)，李虎?

1丹江口庫區(qū)十堰生態(tài)農(nóng)業(yè)研究院，湖北十堰 442000；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；3農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站，北京 100125

0 引言

【研究意義】農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)化投入品、畜禽養(yǎng)殖糞便及其他污染物質(zhì)，以溶解態(tài)或固態(tài)形式，在降雨和地表徑流及地下滲漏作用下，從非特定區(qū)域進(jìn)入受納水體，引起水功能弱化的過程[1-2]。與點(diǎn)源污染相比，面源污染因其具有來源廣泛、難以監(jiān)測(cè)、隨機(jī)性強(qiáng)等特點(diǎn)，難以精準(zhǔn)有效控制。據(jù) 2019年中國水資源公報(bào)顯示，參與評(píng)價(jià)的107個(gè)湖泊（水庫）中，有28%的水庫處于富營養(yǎng)化狀態(tài)[3]，其中，農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為水環(huán)境質(zhì)量惡化和湖泊富營養(yǎng)化的重要原因。研究指出，我國農(nóng)業(yè)整體面源污染程度還會(huì)進(jìn)一步加劇[4]，如果不加大治理力度，農(nóng)業(yè)面源污染排放的分散化趨勢(shì)將給我國帶來更為嚴(yán)峻的減排壓力[5]，且隨著監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)口徑的不斷完善，未來農(nóng)業(yè)面源污染排放的絕對(duì)數(shù)和占比均可能上升，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響也將更加明顯[6]。開展面源污染源解析是面源污染治理的重要基礎(chǔ)，通過對(duì)特定環(huán)境中的污染物進(jìn)行解析，可以確定水體污染物的來源并定量分析其污染負(fù)荷的相對(duì)貢獻(xiàn)量，從而有針對(duì)性地提出對(duì)策措施。丹江口庫區(qū)是南水北調(diào)中線工程的核心水源區(qū)，也是國家級(jí)生態(tài)示范區(qū)和鄂西北國家重點(diǎn)生態(tài)功能保障區(qū)，保持庫區(qū)水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定對(duì)支撐受水區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。國務(wù)院2017年批準(zhǔn)的《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持“十三五”規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）目標(biāo)是庫區(qū)水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)到國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。但已有的研究結(jié)果表明[7]，庫區(qū)總氮（TN）平均質(zhì)量濃度已超過Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，而總磷（TP）平均質(zhì)量濃度同樣接近Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，因此，降低庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)保障水源區(qū)水質(zhì)安全意義重大[8]。【前人研究進(jìn)展】前人關(guān)于丹江口庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的研究主要集中在氮磷污染物污染負(fù)荷估算[9-10]、時(shí)空分布特征研究及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[11-12]等方面，這些工作從較大尺度上對(duì)庫區(qū)面源污染特征進(jìn)行了解析。目前，國內(nèi)外較為成熟的面源污染源解析方法主要包括輸出系數(shù)法[11,13]、監(jiān)測(cè)法[14]、排污系數(shù)法[15-16]以及模型法[17]等。輸出系數(shù)法由于所需參數(shù)較少，計(jì)算方法簡(jiǎn)便，且能較好反映地區(qū)面源污染原始特征，比較適合在水文數(shù)據(jù)長(zhǎng)期缺乏的情況下使用，因此被國內(nèi)學(xué)者廣泛采用。盧少勇等[18]利用輸出系數(shù)法對(duì)洞庭湖農(nóng)業(yè)面源污染源和特征進(jìn)行了解析；王國重等[9]在丹江口水庫的研究證實(shí)，利用分形理論和輸出系數(shù)法均能反映出農(nóng)業(yè)面源污染物源的基本特征；彭兆弟等[19]在利用輸出系數(shù)法的基礎(chǔ)上，結(jié)合極值標(biāo)準(zhǔn)化法和均方差賦權(quán)法，對(duì)太湖流域跨界區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。這些研究說明了輸出系數(shù)法在農(nóng)業(yè)面源污染核算中的廣適性和可靠性。在污染負(fù)荷評(píng)價(jià)中，等標(biāo)污染負(fù)荷法可以根據(jù)不同研究區(qū)的水質(zhì)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同污染源中多個(gè)污染物在同一尺度上的比較分析，是當(dāng)前學(xué)界應(yīng)用較為普遍的污染負(fù)荷評(píng)價(jià)方法[20]。【本研究切入點(diǎn)】小流域作為農(nóng)業(yè)面源污染的基本輸出單元，是特定流域農(nóng)業(yè)面源污染評(píng)價(jià)和綜合治理的基礎(chǔ)[21-23]。關(guān)于丹江口庫區(qū)小流域農(nóng)業(yè)面源污染的研究則多是從污染物流失的時(shí)空分異性[7]、農(nóng)田養(yǎng)分徑流特征[24-25]角度進(jìn)行描述，對(duì)典型農(nóng)業(yè)小流域面源污染源調(diào)查和解析仍不足，以致影響了庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染防控措施的制定和實(shí)施效果?！緮M解決的關(guān)鍵問題】基于此，本文對(duì)丹江口庫區(qū)典型農(nóng)業(yè)小流域——譚家灣小流域農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查與分析，應(yīng)用輸出系數(shù)法和等標(biāo)污染負(fù)荷法核算了不同農(nóng)業(yè)源的污染負(fù)荷，進(jìn)一步解析了面源污染源的結(jié)構(gòu)并提出了針對(duì)性的減排策略，以期為丹江口庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理及促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 調(diào)查與分析方法

1.1 調(diào)查方法

為明確丹江口庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染來源構(gòu)成，以譚家灣流域五道嶺村和圩坪寺村為研究對(duì)象，結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際，設(shè)計(jì)農(nóng)戶調(diào)查表，分別調(diào)查2015年和2020年流域內(nèi)種植、養(yǎng)殖及生活源廢棄物產(chǎn)生情況。主要調(diào)查內(nèi)容包括：人員結(jié)構(gòu)、土地耕種面積及利用方式、采取的種植制度、施肥措施及水平、畜禽養(yǎng)殖種類及規(guī)模、生活垃圾構(gòu)成及處理方式等。通過整理逐戶調(diào)查所得數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)流域農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

1.2 分析方法

1.2.1 污染負(fù)荷估算方法 本研究根據(jù)譚家灣流域農(nóng)業(yè)資源利用和分布特征，采用Johns輸出系數(shù)法計(jì)算農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷總量。輸出系數(shù)模型[26]計(jì)算公式如下：

式中，Ti為污染物 i的負(fù)荷總量（kg）；Eij為第j種土地利用方式下第i種污染物的輸出系數(shù)（kg·hm-2）或第 j種畜禽養(yǎng)殖伴隨的第 i種污染物輸出系數(shù)（kg·a-1）或人口輸出系數(shù)（kg·a-1），Aj為研究區(qū)中第j種土地利用類型的面積（hm2）或第j種畜禽類型的養(yǎng)殖規(guī)模（頭/只）或人口數(shù)量（人）。

基于對(duì)流域農(nóng)業(yè)生活現(xiàn)狀的分類調(diào)查結(jié)果，2020年生活源污染負(fù)荷計(jì)算方法參照《第二次全國污染源普查——生活污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[27]中五區(qū)三類參數(shù)得出。由于譚家灣流域居民生活污水均未經(jīng)處理，直接排入周邊環(huán)境，因此該流域居民生活水污染物產(chǎn)生量計(jì)算公式可演化為：

式中，WPO為行政村居民生活用水污染物年產(chǎn)生量（m3·a-1）；k為每戶平均人口（人/戶）；m1為有水沖式廁所的居民戶數(shù)（戶）；m2為無水沖式廁所的居民戶數(shù)（戶）；Fc為有水沖式廁所的居民生活每人某種水污染物產(chǎn)生系數(shù)（L·d-1）；Fd為無水沖式廁所的居民生活每人某種水污染物產(chǎn)生系數(shù)（L·d-1）。

1.2.2 污染負(fù)荷評(píng)價(jià)方法 引用等標(biāo)污染負(fù)荷法，在同一尺度上對(duì)不同污染源和污染物產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，識(shí)別流域主要污染來源和主導(dǎo)污染因子。本研究主要考慮總氮（TN）、總磷（TP）和化學(xué)需氧量（COD）3個(gè)污染評(píng)價(jià)因子。等標(biāo)污染負(fù)荷為單位時(shí)間內(nèi)某污染物的產(chǎn)生量與環(huán)境限量標(biāo)準(zhǔn)的比值，計(jì)算公式如下[28-29]：

式中，Pij為第j個(gè)污染源的第i個(gè)污染物流失量等標(biāo)污染負(fù)荷（m3·a-1）；Mij為第j個(gè)污染源的第i個(gè)污染物流失量（t·a-1）；Coj為基于水環(huán)境功能分區(qū)的第 i個(gè)污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（mg·L-1）；Pj為第j個(gè)污染源的等標(biāo)污染負(fù)荷總量（m3·a-1）；Kij為第j個(gè)污染源的第i個(gè)污染物等標(biāo)污染負(fù)荷比。

根據(jù)《規(guī)劃》目標(biāo)，丹江口庫區(qū)水質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）》Ⅱ類水質(zhì)指標(biāo)下限值，因此TN、TP和COD分別取0.5、0.1和 15 mg·L-1進(jìn)行核算。

1.2.3 畜禽養(yǎng)殖源環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 本研究引入畜禽糞便耕地負(fù)荷量和警報(bào)值，用以評(píng)價(jià)畜禽養(yǎng)殖糞便對(duì)環(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。具體數(shù)據(jù)來源和計(jì)算過程如下[30-33]：

式中，q為以豬當(dāng)量計(jì)的畜禽糞便耕地負(fù)荷量（t·hm-2·a-1）；Q 為各類畜禽糞便豬糞當(dāng)量（t·a-1）；S 為有效耕地面積（hm2）；Xi為各類畜禽糞便量（t·a-1）；Ti為以豬糞氮含量為基準(zhǔn)的各類畜禽糞便豬當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)；r為畜禽糞便耕地負(fù)荷警報(bào)值；p為單位土地有機(jī)肥最大理論適宜施用量（30 t·hm-2·a-1）。

為進(jìn)一步明確基于環(huán)境負(fù)荷管理角度的流域養(yǎng)殖業(yè)總量控制水平，以豬當(dāng)量表示畜禽養(yǎng)殖量，將不同畜禽排泄物N、P產(chǎn)生量換算為豬當(dāng)量，以農(nóng)田N、P承載力計(jì)算畜禽養(yǎng)殖環(huán)境容量，公式如下[33]：

式中，TN/P為耕地N（P）環(huán)境容量（×104t）；A為有效耕地面積（×104hm2）；CN/P為單位土地糞肥年施 N（P）限量標(biāo)準(zhǔn)：CN=170 kg·hm-2，CP=35 kg·hm-2[34]；PN為畜禽養(yǎng)殖環(huán)境容量（萬頭豬當(dāng)量）；r為單頭豬糞便N（P）年產(chǎn)生量（t）；RN為畜禽養(yǎng)殖實(shí)際數(shù)量（萬頭豬當(dāng)量）；TN(P)i為第i種畜禽糞便N（P）年產(chǎn)生量。

1.2.4 輸出系數(shù)的取值 農(nóng)業(yè)面源污染的輸出系數(shù)因種植、養(yǎng)殖管理方式和農(nóng)村生活方式的不同而有所差異。調(diào)查得知，2015年以來，流域內(nèi)種養(yǎng)方式和生活習(xí)慣均發(fā)生了明顯變化，主要體現(xiàn)在養(yǎng)殖方式由水沖清糞向干清糞或墊草墊料轉(zhuǎn)變、作物種植對(duì)化肥農(nóng)藥的依賴大幅降低、生活排污渠道也更加多元化。因此，本研究在綜合考慮譚家灣流域不同年度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活方式的基礎(chǔ)上，借鑒前人研究結(jié)果和流域?qū)崪y(cè)值，根據(jù)不同污染管控措施，確定各污染物輸出系數(shù)。種植業(yè)源輸出系數(shù)來源于許策等[28]和實(shí)地測(cè)算，土地利用方式主要考慮旱地、林地和園地。養(yǎng)殖業(yè)面源污染輸出系數(shù)根據(jù)養(yǎng)殖方式的不同，參照國家環(huán)保總局推薦的排泄系數(shù)[30]、《第一次全國污染源普查——畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[35]和相關(guān)資料[11,18,36]予以確定，畜禽養(yǎng)殖源輸出系數(shù)取各自排泄系數(shù)的 10%[26,36]，養(yǎng)殖類型主要包括豬、牛、羊和家禽，養(yǎng)殖周期為豬300 d、牛365 d、羊365 d、家禽365 d；人居生活面源污染輸出系數(shù)來源于前人研究結(jié)果[32]和《第二次全國污染源普查——生活污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[27]。具體輸出系數(shù)取值見表1。

表1 各類污染物輸出系數(shù)Table 1 Output coefficients of various pollutants

2 結(jié)果

2.1 流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與面源污染現(xiàn)狀

通過對(duì)農(nóng)戶調(diào)查表進(jìn)行匯總，梳理出流域內(nèi)兩個(gè)行政村的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，考慮到流域內(nèi)種養(yǎng)規(guī)模和人居規(guī)模年際間變化較小，本文以2020年數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，具體如表2所示。流域內(nèi)共有居民821戶，常住人口1 264人。圩坪寺村畜禽存欄量較大，生豬養(yǎng)殖規(guī)模達(dá)到8 231頭，其他畜禽種類主要由農(nóng)戶散養(yǎng)。流域內(nèi)土地利用方式以林地為主，總面積達(dá)1 884.67 hm2，占流域耕地總面積的86.07%；受灌溉條件限制，糧食生產(chǎn)以旱作為主，總面積為247.78 hm2；具備一定灌溉條件的園地總面積為57.34 hm2，且以五道嶺村為主。調(diào)查得知，流域內(nèi)當(dāng)前尚在耕種的土地面積為795.86 hm2，其中周年種植糧食作物和蔬菜作物的有效農(nóng)田面積為107.4 hm2。

表2 流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀Table 2 Current situation of agricultural production in small watershed

以污染物原位發(fā)生量為基準(zhǔn)，分析譚家灣小流域農(nóng)業(yè)面源污染貢獻(xiàn)見表 3。流域內(nèi)農(nóng)村生活源、養(yǎng)殖業(yè)源和種植業(yè)源TN的貢獻(xiàn)量分別為0.24、2.83和2.49 t，TP的貢獻(xiàn)量分別為0.05、0.55和0.26 t，COD的貢獻(xiàn)量分別為3.42、9.97和7.98 t。其中，畜禽養(yǎng)殖源的貢獻(xiàn)率最為突出。牛、羊采取墊草墊料養(yǎng)殖方式后，實(shí)現(xiàn)了污染物的零輸出，家禽在采取干清糞養(yǎng)殖方式后，其污染強(qiáng)度也得到有效控制，而生豬在采取干清糞養(yǎng)殖方式后，雖然其污染輸出系數(shù)也明顯降低，但由于養(yǎng)殖規(guī)?；鶖?shù)較大，TN、TP和 COD輸出量分別占到流域負(fù)荷總量的50.55%、59.53%和43.43%。土地利用是流域第二大污染源，占流域TN、TP和COD負(fù)荷總量的比例分別為 44.74%、30.35%和 37.35%，其中以旱地和林地貢獻(xiàn)最大。農(nóng)村生活對(duì)流域面源污染的貢獻(xiàn)率相對(duì)較小。

表3 流域農(nóng)業(yè)面源污染物負(fù)荷貢獻(xiàn)Table 3 Output contribution of pollutants from non-point agricultural sources in the watershed

2.2 面源污染物的動(dòng)態(tài)變化特征

譚家灣流域不同年份農(nóng)業(yè)面源污染的負(fù)荷總量如表4所示。流域污染物絕對(duì)產(chǎn)生量以COD最多，TN次之，TP最少。2015年流域各類污染物負(fù)荷總量為162.32 t，其中 TN、TP和 COD的負(fù)荷總量分別為18.12、1.67 和142.53 t；2020年污染物負(fù)荷總量為27.79 t，其中TN、TP和COD的負(fù)荷總量分別為5.56、0.86和 21.37 t，較 2015年依次減少了 12.56、0.81和121.16 t，降幅分別為69.32%、48.50%和85.01%。總體來看，隨著畜禽糞污處理方式的轉(zhuǎn)變、綠色高效種植技術(shù)的推廣應(yīng)用以及農(nóng)村生活排污行為的轉(zhuǎn)變，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染強(qiáng)度明顯降低，2020年的負(fù)荷總量較 2015年減少 134.53 t，降幅高達(dá) 82.88%，3種污染物中尤以COD的減排幅度最大，占減排總量的90.06%。

表4 流域農(nóng)業(yè)面源污染物負(fù)荷總量Table 4 Output load of agricultural non-point source pollutants

2.3 流域農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)負(fù)荷及動(dòng)態(tài)變化

利用 2020年估算所得數(shù)據(jù)，分析當(dāng)前流域農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)負(fù)荷空間分布及來源貢獻(xiàn)，結(jié)果如表5所示。TN是流域的首要污染物，等標(biāo)污染負(fù)荷為 11.12 m3·a-1，占總負(fù)荷的 52.6%，其次為 TP（8.60 m3·a-1），占總負(fù)荷的40.7%，COD的等標(biāo)污染負(fù)荷最小（1.42 m3·a-1），僅占總負(fù)荷的 6.7%。其中，不同污染源等標(biāo)負(fù)荷為畜禽養(yǎng)殖源>土地利用源>農(nóng)村生活源。流域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染空間分異性較強(qiáng)，圩坪寺村 TN、TP和 COD的等標(biāo)負(fù)荷均顯著高于五道嶺村，其等標(biāo)污染負(fù)荷總量（15.23 m3·a-1）約為五道嶺村（5.91 m3·a-1）的2.58倍，這主要與不同村域間農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局差異密切相關(guān)。

表5 流域等標(biāo)污染負(fù)荷特征Table 5 Characteristics of equivalent standard pollution load

分析譚家灣流域不同年份農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)負(fù)荷總量變化（表6），2015年流域TN、TP和COD的等標(biāo)負(fù)荷分別為36.24、16.70和9.50 t，等標(biāo)負(fù)荷總量為62.44 t。2020年流域TN、TP和COD的等標(biāo)負(fù)荷分別為11.12、8.60和1.42 t，等標(biāo)負(fù)荷總量為21.14 t，較2015年減少41.30 t，降幅為66.14%?？傮w來看，降低土地利用污染負(fù)荷是促使流域負(fù)荷總量大幅減少的主要原因，與 2015年相比，2020年等標(biāo)負(fù)荷減少了29.70 t。此外，對(duì)比年際間等標(biāo)污染負(fù)荷可知，2015年以來流域農(nóng)業(yè)面源污染結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化。2015年，土地利用對(duì)該流域面源污染等標(biāo)負(fù)荷貢獻(xiàn)最大，伴隨的等標(biāo)污染負(fù)荷為37.81 t，占等標(biāo)負(fù)荷總量的60.55%；而2020年，流域首要等標(biāo)污染負(fù)荷源則轉(zhuǎn)變?yōu)樾笄蒺B(yǎng)殖，其伴隨的等標(biāo)污染負(fù)荷為 11.82 t，占等標(biāo)負(fù)荷總量的55.91%。

表6 流域農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)負(fù)荷總量Table 6 Equivalent pollution load of different pollution sources in the watershed

2.4 養(yǎng)殖業(yè)源面源污染控制策略分析

畜禽糞便耕地負(fù)荷警報(bào)值及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果詳見表7。流域畜禽養(yǎng)殖糞便年產(chǎn)生量為1.168×104t，畜禽糞便耕地負(fù)荷量為 14.467 t·hm-2·a-1，警報(bào)值為0.489，分級(jí)指數(shù)為Ⅱ，表明流域畜禽糞便對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染的威脅為“稍有”。考慮到流域內(nèi)尚有大面積耕地處于閑置狀態(tài)，因此在這些土地被充分利用后，理論上能消耗更多的畜禽糞便，促使該流域耕地負(fù)荷量進(jìn)一步降低，對(duì)環(huán)境造成污染的威脅也將同步減小。

表7 流域畜禽糞便負(fù)荷警報(bào)值及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)Table 7 Alarm value for livestock manure and environmental risk

從保持高產(chǎn)的角度出發(fā)，由于 50%比例更趨近于實(shí)際管理情況，對(duì)控制畜禽養(yǎng)殖總量及合理調(diào)整養(yǎng)殖布局更具參考價(jià)值[31]，因此將實(shí)際養(yǎng)殖量與50%環(huán)境容量進(jìn)行比較，得到流域養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，結(jié)果見下表 8。以 N為衡量標(biāo)準(zhǔn)，譚家灣流域畜禽養(yǎng)殖50%環(huán)境容量為27 664頭豬當(dāng)量，超過實(shí)際養(yǎng)殖量（16 849頭豬當(dāng)量）10 815頭豬當(dāng)量，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.609。以P為衡量標(biāo)準(zhǔn)，譚家灣流域畜禽養(yǎng)殖50%環(huán)境容量為31 325頭豬當(dāng)量，超出實(shí)際養(yǎng)殖量（14 334頭豬當(dāng)量）16 991頭豬當(dāng)量，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.458。由于畜禽養(yǎng)殖是流域首要污染源，且N已成為該流域最重要的污染物，其風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也明顯高于P，因此，譚家灣流域在采取養(yǎng)殖總量強(qiáng)制性控制措施時(shí)，應(yīng)以N的環(huán)境承載力和潛在風(fēng)險(xiǎn)為依據(jù)，即流域養(yǎng)殖規(guī)模尚有10 815頭豬當(dāng)量的上升空間。

表8 流域畜禽養(yǎng)殖環(huán)境容量及實(shí)際總量Table 8 Environmental capacity of animal breeding and actual amounts of livestock in the watershed

3 討論

3.1 流域主要污染類型

就污染時(shí)間變化特點(diǎn)來看，2015年流域等標(biāo)污染負(fù)荷總量達(dá)到62.44 m3，而2020年為21.14 m3，較2015年減少41.30 m3，降幅達(dá)66.14%，污染負(fù)荷的降低主要與土地利用方式的改變有關(guān)。2015年土地利用對(duì)該流域面源污染等標(biāo)負(fù)荷貢獻(xiàn)最大，占等標(biāo)負(fù)荷總量的60.55%，到了2020年土地利用等標(biāo)污染負(fù)荷量降低了78.6%，僅占當(dāng)年等標(biāo)負(fù)荷總量的38.3%，而流域首要等標(biāo)污染負(fù)荷源則轉(zhuǎn)變?yōu)樾笄蒺B(yǎng)殖，其伴隨的等標(biāo)污染負(fù)荷占總量的55.91%，可見，產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)與流域農(nóng)業(yè)面源污染密切相關(guān)。就污染空間分異特點(diǎn)來看，圩坪寺村TN、TP和COD的等標(biāo)負(fù)荷均顯著高于五道嶺村，其等標(biāo)污染負(fù)荷總量（15.23 m3·a-1）約為五道嶺村（5.91 m3·a-1）的 2.58倍，這主要與不同村域間農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)差異密切相關(guān)，其中圩坪寺村由于大規(guī)模生豬養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，使得畜禽養(yǎng)殖成為該村的主要面源污染源。而五道嶺村在土地利用面積與圩坪寺村大致相當(dāng)?shù)那闆r下，其畜禽養(yǎng)殖規(guī)模較小，使得土地利用成為該村的主要污染源。就流域面源污染指標(biāo)而言，TN是流域的首要污染物，占總負(fù)荷的52.6%，遠(yuǎn)高于TP和COD的等標(biāo)污染負(fù)荷，說明TN 是流域內(nèi)需要控制的首要污染物，但 TP伴隨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也需加以重視，其等標(biāo)負(fù)荷超過流域負(fù)荷總量的 40%，這是由于土壤中化學(xué)形態(tài)的磷更容易流失所致。這與相關(guān)研究一致，胡蕓蕓等[16]認(rèn)為 TN是沱江流域的首要壓力來源，TP和COD的等標(biāo)排污系數(shù)相對(duì)較?。恢x經(jīng)朝等[29]在漢豐流域的研究也認(rèn)為TN是比TP更為突出的面源污染物，應(yīng)重點(diǎn)加以關(guān)注。但也有學(xué)者在其他地區(qū)的研究得出了不同結(jié)論，錢曉雍等[37]基于水環(huán)境功能區(qū)劃對(duì)上海市農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行了解析，認(rèn)為污染物負(fù)荷貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為 TP＞TN＞COD，武升等[38]對(duì)巢湖流域的研究結(jié)果則顯示，眾興水庫小流域以COD的污染負(fù)荷率最高，TN和TP的等標(biāo)污染強(qiáng)度較低?？梢姡r(nóng)業(yè)面源污染的時(shí)空分異特征及主導(dǎo)污染物類型受特定地域的自然條件、地形地貌、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等多種因素的綜合影響，其中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是最主要的影響因子。因此，只有準(zhǔn)確把握流域面源污染特征才能精準(zhǔn)施策，提升面源污染治理的針對(duì)性和實(shí)效性。

3.2 農(nóng)業(yè)面源污染來源

國內(nèi)學(xué)者關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染物來源構(gòu)成的研究較多，按照輸出渠道，通常分為種植業(yè)源、養(yǎng)殖業(yè)源和農(nóng)村生活源三類。本研究結(jié)果顯示，畜禽養(yǎng)殖是當(dāng)前丹江口水源涵養(yǎng)區(qū)典型小流域的首要污染源，其等標(biāo)污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率達(dá)到55.9%。需要指出的是，由于采取的一系列諸如化肥減量替代、土壤免耕覆草等技術(shù)措施，種植業(yè)污染源的有效控制使得流域面源污染源由2015年的土地利用＞畜禽養(yǎng)殖＞農(nóng)村生活轉(zhuǎn)變?yōu)?020年的畜禽養(yǎng)殖＞土地利用＞農(nóng)村生活，即面源污染主要來源從土地利用向畜禽養(yǎng)殖源轉(zhuǎn)變。相關(guān)研究結(jié)果也表明，畜禽養(yǎng)殖作為第一污染源或與其他污染源共同作用，給環(huán)境帶來了無法忽視的負(fù)荷壓力。丹江口水庫水源區(qū)[9]的農(nóng)業(yè)面源污染物估算結(jié)果表明，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物負(fù)荷量達(dá)4 800.12 t，占總流失量的70%左右；在太湖流域跨界區(qū)[19]，畜禽養(yǎng)殖是所有污染負(fù)荷的重要來源，約占污染物總負(fù)荷量的 80%以上；上海市[37]的畜禽養(yǎng)殖污染貢獻(xiàn)率為66.31%；安徽巢湖[38]眾興水庫小流域的養(yǎng)殖業(yè)污染物負(fù)荷總量為109 t，負(fù)荷比也達(dá)到57.52%；在漢江流域荊門段[28]和太湖鑫河流域[39]，農(nóng)村生活和畜禽養(yǎng)殖均是最主要的面源污染來源，其中太湖蠡河流域畜禽養(yǎng)殖的TP和COD排放量依次為58.57 和1 002 t，分別占全流域農(nóng)業(yè)源TP和COD產(chǎn)生量的77.24%和49.69%；而在興山縣香溪河流域[40]，畜禽養(yǎng)殖源 TN年均產(chǎn)生量達(dá)到895.7 t，約占全域農(nóng)業(yè)源TN產(chǎn)生量的77.9%。此外，結(jié)合流域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)分析，生豬養(yǎng)殖規(guī)模遠(yuǎn)高于其他養(yǎng)殖類型，其TN、TP和COD的等標(biāo)負(fù)荷分別占畜禽養(yǎng)殖源負(fù)荷總量的99.29%、92.73%和93.94%，是導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖成為流域首要污染源的主要因素，在流域污染的防治中尤其需要關(guān)注。但需要指出的是，本研究中用輸出系數(shù)法估算得出的污染負(fù)荷，實(shí)際只是面源污染的產(chǎn)生潛力，而不是真正進(jìn)入水體的污染量，即使畜禽養(yǎng)殖是當(dāng)前典型小流域最重要的污染來源，但流域內(nèi)規(guī)?；B(yǎng)殖基地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高，糞污資源化循環(huán)利用模式的配套結(jié)構(gòu)相對(duì)完善，加之南水北調(diào)中線工程正式供水以來，相關(guān)部門對(duì)庫區(qū)養(yǎng)殖業(yè)污染的管控力度不斷加大，低污染物養(yǎng)殖方式的舉措持續(xù)鞏固，這些因素的綜合作用，依然使得流域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)整體可控。

3.3 農(nóng)業(yè)面源污染防控策略

研究發(fā)現(xiàn)，生豬養(yǎng)殖給環(huán)境造成的污染壓力是導(dǎo)致養(yǎng)殖源整體負(fù)荷率偏高的主要原因，其伴隨的TN和TP負(fù)荷量均超出流域負(fù)荷總量的一半。因此，降低生豬養(yǎng)殖源污染物負(fù)荷是保障整個(gè)流域環(huán)境長(zhǎng)期向好的首要任務(wù)。耕地畜禽糞便負(fù)荷警報(bào)值測(cè)算結(jié)果表明，在保持當(dāng)前有效耕地面積不變的情況下，譚家灣流域畜禽養(yǎng)殖糞便給環(huán)境造成污染的壓力為“稍有”，如果考慮將閑置撂荒的土地和備用狀態(tài)下的糞污處理設(shè)施充分加以利用，則畜禽養(yǎng)殖糞便伴隨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)將大大降低直至“無”?？傮w而言，當(dāng)前譚家灣流域畜禽養(yǎng)殖糞便帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)尚處于較為理想的分級(jí)區(qū)間之內(nèi)。關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染綜合防控的路徑，目前國內(nèi)較為成熟的理論是楊林章等[41]從“源頭減量—過程阻斷—養(yǎng)分再利用—生態(tài)修復(fù)”層面提出的“4R”理論。以“4R”防控思路為引導(dǎo)，結(jié)合譚家灣流域畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展實(shí)際，在“控源”層面，可以通過環(huán)保型飼料的開發(fā)與應(yīng)用、超低污染養(yǎng)殖方式的探索或基于環(huán)境承載力的養(yǎng)殖規(guī)?？偭靠刂频燃夹g(shù)應(yīng)用，降低污染物的產(chǎn)生量。鑒于流域內(nèi)N的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高，庫區(qū)污染物的流失以N為主[11]且該流域 TN濃度常年保持在較高水平[7]，基于污染發(fā)生最小化原則，本研究認(rèn)為譚家灣流域畜禽養(yǎng)殖總量控制應(yīng)以N為衡量標(biāo)準(zhǔn)，即養(yǎng)殖規(guī)模在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的擴(kuò)增空間需控制在1 0815頭豬當(dāng)量以內(nèi)。在“阻輸”層面，可以通過防污設(shè)施的持續(xù)完善、養(yǎng)殖區(qū)空間分布的優(yōu)化調(diào)整、等高草籬的構(gòu)建應(yīng)用[42]等方式，降低污染物的排放量。在“再利用”層面，配合干濕分離技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)沼渣肥料化、沼液能源化，同時(shí)，還可以將充分發(fā)酵的沼液作為灌溉水加以利用，提升畜禽糞污的循環(huán)利用率。在“治匯”層面，通過生態(tài)濕地和滲透壩等工程的耦合應(yīng)用，也是一種養(yǎng)殖源污染尾端處理思路，其消減效率已得到充分證實(shí)[43-44]。總之，農(nóng)業(yè)面源污染防控是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在制定防控策略時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域面源污染來源結(jié)構(gòu)和主導(dǎo)污染物發(fā)生特點(diǎn)，因地制宜的采取具體的污染綜合防控措施，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)向好發(fā)展和農(nóng)業(yè)資源環(huán)境現(xiàn)狀持續(xù)改善的雙重目標(biāo)。

4 結(jié)論

4.1 丹江口核心水源區(qū)典型小流域內(nèi)面源污染負(fù)荷率表現(xiàn)為TN>TP>COD，且污染負(fù)荷分布受產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)的影響，而呈現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性。

4.2 2015年至2020年，典型小流域農(nóng)業(yè)面源污染原位流失量和等標(biāo)負(fù)荷均大幅降低，主要污染源由土地利用向畜禽養(yǎng)殖業(yè)轉(zhuǎn)變。

4.3 畜禽糞便耕地負(fù)荷警報(bào)值估算結(jié)果表明，流域畜禽養(yǎng)殖糞便對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染的威脅為“稍有”，須嚴(yán)格加強(qiáng)對(duì)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的控制管理，同時(shí)做好對(duì)畜禽糞污的資源化循環(huán)利用。