楊世琦

全域尺度的農(nóng)田面源污染對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響分析

楊世琦

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

【目的】探究全域尺度的農(nóng)田面源污染對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響?！痉椒ā炕谖覈?guó)多年化肥施用量、農(nóng)田氮磷面源污染排放系數(shù)和農(nóng)業(yè)用水量等數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)分析方法，分析了農(nóng)田面源污染及其對(duì)地表水質(zhì)量的影響?！窘Y(jié)果】化肥施用量從2015年開始下降，至2019年氮肥和磷肥施用量分別降低了13.7%和9.1%；農(nóng)業(yè)用水占比從2012年開始下降，2019年降低了2.2%；2007—2017年期間，農(nóng)田氮污染排放系數(shù)從5.7%降低至2.4%，農(nóng)田磷污染排放系數(shù)從0.9%降低至0.5%；地表水環(huán)境質(zhì)量顯著改善，2018年較2009年河流Ⅳ+Ⅴ類水質(zhì)占比降低了40.8%，劣Ⅴ類水質(zhì)占比降低了71.5%。全域尺度的農(nóng)田面源污染防治取得了巨大成效，農(nóng)作物產(chǎn)量不減反增。我國(guó)農(nóng)田尾水屬于劣Ⅴ類水質(zhì)，對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量的潛在影響較大，尤其在局部地區(qū)或部分流域段?！窘Y(jié)論】從全域尺度看，農(nóng)田面源污染總磷（TN）和總氮（TP）對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量的整體影響較少，2017年開始，呈顯著降低趨勢(shì)。農(nóng)田面源污染的關(guān)注重點(diǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)移到局部地區(qū)和部分流域段，以逐步提升地表水環(huán)境質(zhì)量。

全域尺度；農(nóng)田面源污染；水環(huán)境質(zhì)量

0 引言

【研究意義】中國(guó)糧食產(chǎn)量連續(xù)6年超過6.5×108t，水稻、小麥自給率保持在100%以上，玉米自給率超過95%，肉蛋奶、果菜茶品種豐富、供應(yīng)充裕，有效滿足了人民群眾日益增長(zhǎng)的消費(fèi)需求[1]?！吨袊?guó)的糧食安全》指出，我國(guó)用9%的耕地和6%的淡水資源養(yǎng)活了全球近20%的人口[2]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得巨大成就的同時(shí)，必須重視農(nóng)業(yè)面源污染與耕地質(zhì)量退化等生態(tài)問題，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、生態(tài)和生活的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展?！狙芯窟M(jìn)展】近年來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)重點(diǎn)流域水污染的防治力度，開展了針對(duì)三河（淮河、遼河、海河）、三湖（太湖、滇池、巢湖）、松花江、三峽庫(kù)區(qū)、黃河中上游、南水北調(diào)水源地及沿線流域的規(guī)劃治理，取得了階段性成果，水污染治理成效顯著，地表水環(huán)境得到明顯改善。我國(guó)七大水系監(jiān)測(cè)斷面中，Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例提升18%，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例下降15%，地表水質(zhì)整體提升顯著。七大水系中，除黃河水系好于Ⅲ類水質(zhì)斷面比例沒有提高外，其他各水系均有提高，其中海河和遼河水系，分別增加53%和41%。除珠江水系外，各水系劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例均有所下降。特別是淮河、遼河等水系，在地表水資源量減少的情況下，水質(zhì)明顯改善，分別由中度和重度污染轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度污染，主要是由于污染物排放量減少[3]。有關(guān)面源污染的認(rèn)識(shí)始于20世紀(jì)30年代，許多國(guó)家從20世紀(jì)70年代起逐漸開始重視面源污染研究。隨著人口增長(zhǎng)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源污染仍然是水體污染的重要原因之一[4]。我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致湖泊與河流水體富氧化，進(jìn)而引發(fā)赤潮，持續(xù)威脅水環(huán)境安全[5]。2007年我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）和總磷（TP）排放量分別占地表水體污染總負(fù)荷量的?43.71%、57.19%?和?67.27%[6]；2017年我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的COD、TN和TP排放量分別占地表水體污染總負(fù)荷量的49.77%、46.52%和67.22%，仍然是水體污染的主要貢獻(xiàn)源[7]。習(xí)近平總書記指出，農(nóng)業(yè)發(fā)展不僅要杜絕生態(tài)環(huán)境欠新賬，而且要逐步還舊賬，打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)。農(nóng)業(yè)面源污染防治是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、保障水環(huán)境質(zhì)量的重要抓手。國(guó)家先后出臺(tái)了一系列政策措施如《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃（2015）》，對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染防治發(fā)揮了有效作用。水環(huán)境質(zhì)量除了農(nóng)業(yè)面源污染因素外，還與工業(yè)、生活、城市發(fā)展、GDP總量及結(jié)構(gòu)、法律法規(guī)、水資源利用效率、降水量和植被覆蓋等有關(guān)。城市化擴(kuò)張和城鎮(zhèn)密度增加，水環(huán)境質(zhì)量降低[8-9]，第一、第二產(chǎn)業(yè)占比大會(huì)導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量下降；反之，第三產(chǎn)業(yè)占比高會(huì)導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量提升[10]；日本1999年頒布的“農(nóng)業(yè)環(huán)境三法”對(duì)改善日本水環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮了重要作用[11]，植被覆蓋度高和水資源利用效率高有利于提高水環(huán)境質(zhì)量[12-13]。【切入點(diǎn)】農(nóng)田面源污染屬于農(nóng)業(yè)面源污染，其面源特征較養(yǎng)殖面源污染和農(nóng)村生活面源污染更加典型，對(duì)水體水質(zhì)的影響更加復(fù)雜?；趪?guó)家尺度，總覽我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)用水，綜合分析農(nóng)田面源污染與地表水體環(huán)境質(zhì)量的作用關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以剖析我國(guó)農(nóng)田面源污染對(duì)地表水體水質(zhì)的潛在影響規(guī)律，為區(qū)域農(nóng)田面源污染控制提供思路和依據(jù)。

1 農(nóng)業(yè)主要生產(chǎn)要素投入及其變化趨勢(shì)

1.1 主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量變化趨勢(shì)

1978—2019年，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)[14-15]（圖1）。2020年國(guó)家糧食總產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了17連增，人均糧食占有量連續(xù)12年穩(wěn)定在400 kg安全線以上。2019年，全國(guó)糧食產(chǎn)量為6.6×108t、棉花產(chǎn)量為5.9×106t、油料產(chǎn)量為3.5×107t、甘蔗產(chǎn)量為1.1×108t、蔬菜產(chǎn)量為7.2×108t、水果產(chǎn)量為2.7×108t、肉類產(chǎn)量為7.8×107t、奶類產(chǎn)量為3.2×107t和禽蛋產(chǎn)量為3.3×108t。與1978年相比，分別增長(zhǎng)了2.2、2.7、6.7、5.2、358.2、41.7、7.3、37.3倍和14.3倍；年平均增長(zhǎng)率分別為5.2%、6.5%、15.9%、12.3%、852.8%、99.3%、17.4%、88.7%和34.1%。另外，2019年的甜菜產(chǎn)量為1.2×107t、煙葉產(chǎn)量為2.2×106t、茶葉產(chǎn)量為2.8×106t，分別是1978年的4.5、1.7倍和10.4倍；年平均增長(zhǎng)率分別為10.8%、4.1%和24.7%[14]。

1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入及其變化趨勢(shì)

2019年，全國(guó)化肥投入量為5 403.6×104t，其中氮肥投入量為2 673.8×104t，磷肥投入量為1 425.2×104t，鉀肥投入量為1 304.7×104t（圖2）。與1978年相比，化肥、氮肥、磷肥和鉀肥施用量分別增長(zhǎng)了6.1、4.0、7.3倍和49.2倍；年平均增長(zhǎng)率分別為14.6%、9.6%、17.4%和117.1%?；释度朐鲩L(zhǎng)率超過了除蔬菜和水果外其他農(nóng)作物產(chǎn)量的增長(zhǎng)率，表明化肥增長(zhǎng)是我國(guó)農(nóng)作物增收的重要原因之一[14-15]。2015年，我國(guó)化肥施用量為6 022.6×104t、2014年氮肥施用量為3 098.2×104t、2015年磷肥施用量為1 568.3萬(wàn)t、2016年鉀肥施用量為1 372.6×104t，均為歷史最高，此后逐年降低；至2019年，分別降低了10.3%、13.7%、9.1%和4.9%?？梢?，2014—2016年是化肥投入的分水嶺，此后農(nóng)作物增產(chǎn)將從依賴化肥數(shù)量增長(zhǎng)為主向化肥利用效率增長(zhǎng)為主轉(zhuǎn)型；化肥施用量增長(zhǎng)引起的面源污染增長(zhǎng)趨勢(shì)得到了有效抑制。

圖1 我國(guó)主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及增長(zhǎng)趨勢(shì)（1978—2019年）

圖2 我國(guó)化肥施用量及變化趨勢(shì)（1978—2019年）

1.3 農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)用水占比變化趨勢(shì)

農(nóng)業(yè)用水指灌溉、農(nóng)村牲畜和農(nóng)村生活用水，其中灌溉用水占農(nóng)業(yè)用水的95%左右，其余為農(nóng)村牲畜和農(nóng)村生活用水。農(nóng)業(yè)用水占比指農(nóng)業(yè)用水占總供水量的比例。由圖3可看出，1997—2019年，農(nóng)業(yè)用水總體呈先降低（2003年）、再升高（2013年）和再降低的變化過程；農(nóng)業(yè)用水的年平均值為3 740.7×108m3，最大農(nóng)業(yè)用水量為3 920.3 m3，最小農(nóng)業(yè)用水量為3 431.4 m3，極值差距為488.9 m3，農(nóng)業(yè)用水量的標(biāo)準(zhǔn)差為122.5億m3，變異系數(shù)為3.3%[16]?？梢姡r(nóng)業(yè)用水量基本上處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。1997—2019年，農(nóng)業(yè)用水占比基本上呈下降趨勢(shì)，2012年略有升高，但此后又開始下降。2012年農(nóng)業(yè)用水占比63.4%，2019年降低到61.2%，減少了2.2%。1997—2019年的農(nóng)業(yè)用水占比的年平均值為64.4%，最大值為70.4%，最小值為61.2%；極值差距為9.2%，標(biāo)準(zhǔn)差為3.0%，變異系數(shù)為4.7%。農(nóng)業(yè)用水占比基本上處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，農(nóng)業(yè)用水占比的變化要略高于農(nóng)業(yè)用水的變化。

圖3 我國(guó)農(nóng)業(yè)用水及變化趨勢(shì)（1997—2019年）

2 地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析

2.1 水資源總量大與人均水資源貧乏矛盾突出

全球水資源總量為14.5×1017m3，其中，97.5%為咸水，2.5%為淡水。淡水中近70%為冰川，其余大部分是土壤水或深層地下水。全球每年降水形成的水資源量約為110×1012m3，江河、湖泊、水庫(kù)及淺層地下水總量約為42.7×1012m3，不足淡水總量的1%，約為水資源總量的0.007%。據(jù)世界銀行數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)淡水資源總量約為2.8×1012m3，占全球水資源總量的5%，人均占有量2 000 m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家。

2.2 農(nóng)業(yè)用水占比較高的現(xiàn)狀將長(zhǎng)期存在

我國(guó)是用水大國(guó)，1997—2019年平均值為5 822×108m3，用水量?jī)H次于印度（7 610×108m3），高于美國(guó)（4 896×108m3）；用水量約為水資源總量的20%，僅低于印度、韓國(guó)、烏克蘭等國(guó)家，高于加拿大、巴西、英國(guó)、澳大利亞和瑞士（圖4）。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水占比較高，僅低于日本、印度、阿根廷和巴基斯坦，而單位面積化肥用量處于世界較高水平，農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量的潛在影響較大。歐美大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)用水比例較低，如美國(guó)的35.7%、加拿大的12.6%、英國(guó)的9.2%、瑞士的8.0%、荷蘭的0.6%和德國(guó)的0.2%，農(nóng)田面源污染基本對(duì)水環(huán)境沒有影響；即使是在美國(guó)與加拿大農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響也非常有限。受制于農(nóng)業(yè)大國(guó)和人口大國(guó)等因素制約，我國(guó)農(nóng)業(yè)用水比例較高的現(xiàn)狀將長(zhǎng)期存在，短期內(nèi)很難有所改觀。

圖4 幾個(gè)主要國(guó)家用水總量和農(nóng)業(yè)用水比例

2.3 水資源利用效率不高

我國(guó)的農(nóng)業(yè)用水效率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，灌溉水有效利用系數(shù)約為0.5，低于發(fā)達(dá)國(guó)家的0.7～0.8；灌溉水1 m3的糧食產(chǎn)量為1.1 kg，低于發(fā)達(dá)國(guó)家的2.5～3.0 kg。另外，我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉模式落后，節(jié)水灌溉面積占全部灌溉面積的比例僅為42%[17]。我國(guó)灌溉用水有效利用系數(shù)若由0.5提高到0.7，可節(jié)水600×108～700×108m3；灌溉水生產(chǎn)率由1.1 kg/m3提高到1.5 kg/m3，可減少農(nóng)業(yè)用水1 000×108m3。國(guó)際上生活平均用水量為80 L/d，我國(guó)則為150～180 L/d，存在較大差距。

2.4 農(nóng)田面源污染防治成效顯著

農(nóng)田面源污染排放系數(shù)是水污染排放量與其使用量的比值。依據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》，2007年種植業(yè)TN排放量為159.78×104t，氮肥施用量為2 798.2×104t，農(nóng)田氮污染排放系數(shù)為5.7%；TP排放量為10.87×104t，磷肥施用量為1 274.0×104t，農(nóng)田磷面源污染排放系數(shù)是0.9%。依據(jù)《第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》，2017年種植業(yè)TN排放量為71.95×104t，當(dāng)年氮肥施用量為2 961.9×104t，農(nóng)田氮面源污染排放系數(shù)是2.4%；TP排放量7.62×104t，當(dāng)年磷肥施用量1 537.7×104t，農(nóng)田磷面源污染排放系數(shù)是0.5%。2007—2017年，農(nóng)田氮污染排放系數(shù)由5.7%降低至2.4%，減少了57.5%，年均降低5.8%；農(nóng)田磷污染排放系數(shù)由0.9%降低至0.5%，減少了41.9%，年均降低4.2%。由此可見，農(nóng)田氮磷面源污染控制取得了巨大成效。2018—2020年，在化肥施用量連續(xù)降低的情況下，糧食取得了連續(xù)增產(chǎn)；可以推斷出，農(nóng)田面源污染控制水平也持續(xù)提高。

2.5 地表水環(huán)境質(zhì)量顯著改善

我國(guó)河流Ⅳ+Ⅴ類水質(zhì)占比在1997—2003年期間呈下降-上升-下降的趨勢(shì)，2004—2009年在波動(dòng)中升高，2010—2018年穩(wěn)定下降，2019年突然升高[16]。劣Ⅴ類水質(zhì)占比在1997—2007年呈上升趨勢(shì)，2007年以后呈下降趨勢(shì)[16]（圖5）。1997年，河流Ⅳ+Ⅴ類水質(zhì)占比較高的原因是長(zhǎng)江以北的華北、東北、西北東部、黃淮及江淮地區(qū)夏季干旱嚴(yán)重，部分?。▍^(qū)）出現(xiàn)夏秋連旱；黃河年內(nèi)累計(jì)斷流日數(shù)達(dá)226 d，斷流時(shí)間、斷流天數(shù)、斷流河長(zhǎng)均創(chuàng)歷史記錄，花園口年徑流量比常年偏少約200×108m3；另外，淮河治理初見成效，但好于Ⅲ類水?dāng)嗝鎯H占流域的18.3%；全國(guó)地表水資源量為26 835×108m3，低于常年。2000年，河流Ⅳ+Ⅴ類水質(zhì)占比較高的原因是北方大部、長(zhǎng)江中下游沿江地區(qū)、四川盆地及廣西南部等地區(qū)的降水量比常年同期偏少20%～70%，一些地區(qū)的降水量為50年來(lái)同期最小值，造成許多河流來(lái)水明顯偏小，河道斷流，水庫(kù)蓄水不足，地下水位下降。2019年，河流Ⅳ+Ⅴ類水質(zhì)占比突然增高的原因是強(qiáng)降雨過程、超警洪水和超保洪水為1998年以來(lái)最多，主要河流的年徑流量偏多9%以上，黃河偏多20%～50%，水土流失較常年多是重要原因之一。2018年較2009年，河流Ⅳ+Ⅴ類水質(zhì)占比降低40.8%，劣Ⅴ類水質(zhì)占比降低了71.5%。整體上看，我國(guó)河流水質(zhì)有了較大改善，主要原因是水污染物排放量顯著降低。全國(guó)污染普查結(jié)果表明，2017年，全國(guó)水污染物排放量為：化學(xué)需氧量2 143.98×104t，氨氮量96.34×104t，總氮量304.14×104t和總磷量31.54×104t，與2007年相比，分別減少了42.3%、79.5%、55.5%和34.2%。

圖5 我國(guó)河流水質(zhì)及其變化趨勢(shì)（1997—2019年）

3 討論

3.1 農(nóng)田尾水的氮、磷濃度對(duì)地表水質(zhì)量的影響

農(nóng)業(yè)用水減去農(nóng)業(yè)耗水近似可看作農(nóng)田尾水（忽略蒸發(fā)量等）。假定在全國(guó)尺度，農(nóng)田尾水的污染物質(zhì)量濃度是均勻的，用農(nóng)田面源污染物排放量除以農(nóng)業(yè)尾水量來(lái)估算農(nóng)田面源TN與TP質(zhì)量濃度。借助農(nóng)田尾水的TN和TP質(zhì)量濃度，分析我國(guó)農(nóng)田面源水污染排放量對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量的影響。以2007年和2017年的農(nóng)田氮、磷污染排放系數(shù)為依據(jù)，參照化肥施用量，2007年之前農(nóng)田TN和TP的排放量按2007年的農(nóng)田氮、磷污染排放系數(shù)5.7%和0.9%來(lái)估算，2007—2017年期間按年平均降低率估算每年的TN和TP排放量，2017年后的農(nóng)田TN和TP的排放量按2017年的農(nóng)田氮、磷污染排放系數(shù)的2.4%和0.5%來(lái)估算，結(jié)果見圖6。

1997—2019年，我國(guó)農(nóng)田尾水平均值為1 347.8億m3，最大值為1 431.5億m3，最小值為1 187.2億m3，極值差距為244.3億m3，標(biāo)準(zhǔn)差為50.7億m3，變異系數(shù)為3.8%。由此可見，自1997年依賴的農(nóng)田尾水的變化不大。1997—2019年，農(nóng)田尾水TN質(zhì)量濃度呈先上升（1997—2003年）再下降（2003—2019年）的變化趨勢(shì)，其中，2007年和2017年是較為明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，尤其是2017年，表明我國(guó)農(nóng)田氮面源污染控制取得了較大成效。農(nóng)田尾水TP質(zhì)量濃度也呈類似TN的變化趨勢(shì)，只是變幅相對(duì)較小。1997—2019年，農(nóng)田尾水TN質(zhì)量濃度平均值為9.57 mg/L，最大值為12.10 mg/L，最小值為4.95 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為2.09 mg/L，變異系數(shù)為21.88%；農(nóng)田尾水TP質(zhì)量濃度平均值為0.72 mg/L，最大值為0.83 mg/L，最小值為0.55 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為0.09 mg/L，變異系數(shù)為12.43%。

圖6 我國(guó)農(nóng)田尾水、TN和TP質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)（1997—2019年）

3.2 流域與省域尺度的農(nóng)田面源污染對(duì)地表水質(zhì)量的影響

由于在流域尺度上的農(nóng)田面源污染相對(duì)復(fù)雜，其對(duì)流域水質(zhì)的影響也很難說清楚。以《中國(guó)水資源公報(bào)2017》的水環(huán)境質(zhì)量資料為例，全國(guó)河流Ⅰ～Ⅲ水質(zhì)占78.5%，Ⅳ～劣Ⅴ類水質(zhì)占21.5%；水庫(kù)Ⅰ～Ⅲ水質(zhì)占86.4%，Ⅳ～劣Ⅴ類水質(zhì)占13.6%。至少78.5%的河流水質(zhì)未受面源污染的影響或影響很小；水庫(kù)Ⅰ～Ⅲ水質(zhì)占比高于河流占比。省域尺度上的農(nóng)田面源污染情況也很復(fù)雜。新疆是農(nóng)業(yè)大區(qū)，水資源相對(duì)短缺，但河流Ⅰ～Ⅲ水質(zhì)占比很高，為98.6%；北京以蔬菜和水果種植為主，潛在面源污染風(fēng)險(xiǎn)較大，但河流Ⅰ～Ⅲ水質(zhì)占比81.2%也不算低；黑龍江、山東和河南是農(nóng)業(yè)大省，河流Ⅰ～Ⅲ水質(zhì)分別占73.5%、45.9%和57.7%則相對(duì)較低。農(nóng)田面源污染產(chǎn)生的基本條件是農(nóng)田徑流或水土流失。因此，在降水量較大的區(qū)域或時(shí)段，農(nóng)田面源污染產(chǎn)生的可能性也就越大。農(nóng)田控制灌溉極大地降低了農(nóng)田徑流，也極大地控制了農(nóng)田面源污染，最典型的是新疆；農(nóng)田徑流通常發(fā)生在農(nóng)田邊沿地帶，由于沖刷和排水不暢產(chǎn)生農(nóng)田面源污染，農(nóng)田面積越大，產(chǎn)生面源污染就越多，如黑龍江、山東與河南等農(nóng)業(yè)大省。與此同時(shí)，河流水質(zhì)受區(qū)域水資源影響較大，水資源越多，意味著河流水質(zhì)就越好，如重慶河流Ⅰ～Ⅲ水質(zhì)占比100.0%、湖南98.8%、江西96.2%和廣西96.4%；但廣東省77.3%和浙江83.2%相對(duì)較低，主要受社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)影響較大所致；河北、山西、寧夏和天津分別為50.2%、39.2%、37.0%和14.2%較低，主要是水資源缺乏所致。

3.3 農(nóng)田尾水水質(zhì)提升的可能性

農(nóng)田尾水量按1 347.8×108m3計(jì)，TN和TP質(zhì)量濃度按照Ⅳ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是2.0 mg/L和0.4 mg/L，推算的農(nóng)田TN和TP水污染排放量分別是26.96×104t和5.39×104t；按照化肥施用量計(jì)算，TN排放系數(shù)小于1%，TP排放系數(shù)小于0.4%；參照2017年農(nóng)田TN和TP水污染排放量71.95×104t和TP7.62×104t及其排放系數(shù)2.4%和0.5%，TN減排難度較大，TP減排難度相對(duì)較小。參閱以往的研究，滇池農(nóng)田徑流排水TN質(zhì)量濃度4.0～33.5 mg/L和TP質(zhì)量濃度0.2～3.2 mg/L[18]，淮北平原自然降雨情況下的農(nóng)田徑流TN和TP質(zhì)量濃度分別為1.99～4.03 mg/L和0.03～0.22 mg/L[19]，紅壤流域的徑流水TN質(zhì)量濃度2.7 mg/L[20]，太湖流域麥稻輪作的徑流TN質(zhì)量濃度1.78～33.18 mg/L[21]，巢湖流域農(nóng)田徑流的TN和TP質(zhì)量濃度為2.57～3.14mg/L和0.19～0.21 mg/L[22]。由此可見，農(nóng)田尾水要達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類水質(zhì)的困難較大，尤其是TN；TP達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)可能性相對(duì)較大。與農(nóng)田尾水治理相比，農(nóng)業(yè)節(jié)水減排可能是改善地表水環(huán)境質(zhì)量更有效的措施。

4 結(jié)論

1）我國(guó)農(nóng)田面源污染防治取得了巨大成效。2015年，我國(guó)化肥施用量開始下降，到2019年氮肥和磷肥施用量分別降低了13.7%和9.1%，農(nóng)作物產(chǎn)量不減反增；農(nóng)業(yè)用水占比從2012年的63.4%降低到2019年的61.2%；2007—2017年農(nóng)田氮污染排放系數(shù)由5.7%降低至2.4%，農(nóng)田磷污染排放系數(shù)由0.9%降低至0.5%；地表水環(huán)境質(zhì)量顯著改善，2018年較2009年河流Ⅳ+Ⅴ類水質(zhì)占比降低了40.8%，劣Ⅴ類水質(zhì)占比降低了71.5%。

2）全域尺度的農(nóng)田面源污染對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量的影響有限。1997—2019年的農(nóng)田尾水TN與TP平均濃度為9.57 mg/L和0.72 mg/L，屬劣Ⅴ類水質(zhì)，對(duì)局部地區(qū)與部分流域段水質(zhì)的潛在影響較大；農(nóng)田面源污染TN和TP對(duì)全域尺度的地表水環(huán)境質(zhì)量的影響有限，2017年始出現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。

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Effects of Nonpoint Source Pollution on Water Environmental Quality at National Scale

YANG Shiqi

(Institute of Agricultural Environment and Sustainable Development,Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

【Background and objective】Non-point pollution from farmland (NPF) is the main source of pollutants in surface water in China and has

attention. the progress achievements of water pollution control effects and surface water environment obvious improvements had been carried out in recent years, which involve “Three Rivers” (the Huai River, Liao River and Hai River), “Three Lakes” (the Tai Lake, Dian Lake and Chao Lake), the Songhuajiang River, three Gorges Reservoir Region, the upper and middle Yellow River, the water resource and waterline basin of South to North water diversion project. The monitoring sections of Ⅰ-Ⅲ river quality had been improved by 18%, and that of interior class Ⅴ river quality had been reduced by 15% in the last 10 years, the total surface water quality has improved significantly. As President Xi Jinping pointed out, agricultural development should not only put an end to new accounts owed by the ecological environment, but also gradually repay the old accounts, and fight a tough battle against agricultural non-point source pollution. Prevention and control of agricultural non-point source pollution is an important way to realize high quality agricultural development and water environment quality assurance. 【Objective】The fundamental status of China’s large agricultural country is to maintain a relatively high level of fertilizer application and a higher ratio of agricultural water for a long period of time, so national food and other agricultural products security could be guaranteed. However, the problems from NPF should be paid a close attention.【Method】Based on the data of fertilizer application amount, emission coefficient of nitrogen and phosphorus non-point source pollution, agricultural water consumption, and the quality of farmland tail water and the influence on surface water quality were analyzed. 【Result】The ratio of fertilizer application was decreased after 2015, in which nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer were reduced 13.7% and 9.1% in 2019, respectively. Agricultural water use decreased after 2012, in which the ratio of agricultural water was reduced by 2.2% in 2019. From 2007 to 2017, the emission coefficient of farmland nitrogen pollution was reduced from 5.7% to 2.4%, and the emission coefficient of farmland phosphorus pollution was reduced from 0.9% to 0.4%. The environmental quality of surface water had been improved significantly, in which the ratio of class Ⅳ+Ⅴ of river water quality was reduced by 0.8% and interior class Ⅴ was reduced by 17.4% in 2018, compared to that in 2009. NPF control has achieved a great progress and crop yields continue to increase. Agricultural tail waters all belong to interior class Ⅴ, which have a potential effect on surface water quality, especially in some local areas or parts of basin. 【Conclusion】On a national scale, effects on surface water quality of total nitrogen and total phosphorus pollution from NPF are limited and they showed a significant decreasing trend after 2017. The keys in NPF should pay attention to some local areas and river basins, so surface water environmental quality can gradually improve.

national scale; non-point source pollution from farmland (NPF); water environment quality

1672 - 3317（2022）09 - 0110 - 07

TV11；P343.9

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022037

楊世琦. 全域尺度的農(nóng)田面源污染對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響分析[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(9): 110-116.

YANG Shiqi. Effects of Nonpoint Source Pollution on Water Environmental Quality at National Scale[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(9): 110-116.

2022-01-17

“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019BBF02007，2017YFD0800504）

楊世琦（1970-），男。博士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染研究。E-mail:shiqiyang@126.com

責(zé)任編輯：韓 洋