海河流域农业非点源污染评价系统的构建
改革开放以来，伴随着我国经济的快速增长，人类活动和资源环境的矛盾加剧，水资源短缺和水环境污染的形势严峻。《2009中国环境状况公报》指出，中国地表水污染状况比较严重，七大水系总体为轻度污染，除珠江、长江水质较好外，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。
海河流域是中国的政治、经济和文化中心，其中包括首都北京和直辖市天津，在国民经济中具有重要的战略地位，却是中国水污染最严重的流域，“有河皆干、有水皆污”是海河流域的真实写照。根据《2009年海河流域水资源公报》数据，Ⅰ～Ⅲ类河流占评价河长的35.3%，Ⅳ～Ⅴ类占13.2%，劣Ⅴ类占51.5%，大约65%的河流受到污染;Ⅰ～Ⅲ类湖泊面积占评价面积的1.2%，Ⅳ～Ⅴ类占85.8%，劣Ⅴ类占13.0%，湖泊基本上都受到了不同程度的污染。
海河流域的水体污染由点源和非点源污染共同引起。长期以来，人们把关注的重点都放到了点源污染上，对农业非点源污染问题的研究少之又少，因此也无法科学确定水污染防治的重点。海河流域第二次水资源评价首次涉及非点源污染调查，但不是专门研究农业非点源污染，还包括城镇地表径流等其他非点源污染，研究时也没有加以区分。该项研究在海河流域非点源污染负荷估算方面做出了积极有益的探索，但是没有细分各类非点污染源，也没有研究非点源污染的空间差异，选用的各种系数比较单一，缺乏科学依据。本文致力于研究海河流域的农业非点源污染问题，估算农业非点源污染负荷量，评价农业非点源污染对水体污染的影响，提出相应的管理和控制措施，力求对海河流域的农业非点源污染问题做一个全面系统的分析，为海河流域管理机构和各级政府确定水污染防治重点产业和重点区域，科学分配点源污染和非点源污染消减指标提供依据。
一、农业非点源污染负荷估算方法
(一)研究区概况
海河流域位于我国华北地区，地跨八省、自治区和直辖市，包括北京、天津全部，河北省绝大部分，山西省东部，河南、山东两省北部，以及内蒙古自治区和辽宁省一小部分。流域总面积32×，占全国面积的3.3%。
海河流域包括滦河、海河和徒骇马颊河3大水系，分为滦河及冀东沿海、北三河、永定河、大清河、子牙河、黑龙港运东、漳卫南运河、徒马河等八大河系。
海河流域的主体是京、津、冀，有首都北京、直辖市天津，地级以上城市26个，是我国的政治文化中心和经济发达地区，扮演着与长三角、珠三角鼎足而立的角色。海河流域面积占全国国土面积3.3%，人口占全国的10%;国内生产占全国的14%。海河流域是国家三大粮食生产基地之一，粮食总产量占全国的10%，同时也是京津等大中城市重要的“菜篮子”生产基地。
海河流域是我国水资源开发利用程度最高的流域，也是水污染最严重的流域。从70年代初起，先后发生了三起闻名全国的水污染事件，即1971年官厅水库、1974年蓟运河、1975年白洋淀水污染事件。进入80年代以后，随着社会经济的迅速发展，水污染形势愈发严重。水污染已由局部发展到全流域，由下游蔓延到上游，由城市扩散到农村，由地表延伸到地下。
(二)农业非点源污染估算方法
本文通过分析评价现有大尺度流域非点源污染负荷估算方法，特别是在总结输出系数法优缺点的基础上，建立了适合现有数据条件并有一定精确性的大尺度流域农业非点源污染负荷估算方法——“三维”系数估算法，在空间上细分估算单元，在内容上区分污染来源，在过程中划分污染阶段，具体而言有如下特点。
(1)分区域——细化估算单元。把整个流域逐级分成小的估算单元，第一级是海河流域;第二级是水资源二级区;第三级是水资源三级区和省级行政区;第四级是地级市;第五级是县(区，县级市)。(2)分类型——划分不同的污染源。把农业非点源污染分成种植业、畜禽养殖和农村生活三部分分别估算污染负荷。(3)分阶段——划分从源头到入河的过程。把农业非点源污染的形成过程分成产生、流失和入河三个阶段，分别估算每一个阶段的非点源污染负荷。
本文没有使用单一的流失系数，而是根据不同的自然条件、不同的农作物种类、不同的畜禽种类、不同的饲养规模、不同的农村生活条件采用不同的流失系数;也没有使用单一的入河系数，而是根据各种环境条件(如降水量、地形、与河道的距离等)，对入河系数进行了多方面的修正。
(三)农业非点源污染估算模型
1.种植业非点源污染负荷估算模型
这里的种植业是指人类为了收获果实的耕种活动，包括耕地(粮食、棉花、油料、蔬菜瓜类等)和园地(桑园、果园、茶园等)两种土地类型，但不包括草地、林地等天然植被。
种植业非点源污染负荷估算分为三个步骤，首先是统计和估算施入到农田的氮素和磷素，称为产生量;然后估算流失到农田周围沟渠中以及淋失到土壤深层的污染物，称为流失量;最后是估算进入水体的污染物，称为入河量。估算模型分别如下：
(1)种植业氮磷产生量估算模型
(4)种植业污染物入河量估算模型
入河量=流失量×入河系数
2.畜禽养殖污染负荷估算模型
畜禽养殖污染负荷估算分为三个步骤，首先是估算畜禽养殖产生的粪便及粪便中污染物的含量，称为产生量;然后估算流失到周围环境中的污染物，称为流失量;最后是估算进入水体的污染物，称为入河量。估算模型分别如下：
(1)畜禽粪便污染物产生量估算模型
(3)畜禽污染物入河量估算模型
入河量=流失量×入河系数
3.农村生活非点源污染负荷估算模型
农村生活非点源污染来源于生活污水、生活垃圾和人体粪尿三部分。生活污水指生活在农村的居民在日常生活中产生的污水，包括厨房、厕所、洗澡、洗衣等产生的污水，但不包括冲厕污水。
农村生活非点源污染负荷估算分为三个步骤，首先是估算产生的污染物，称为产生量;然后估算流失到周围环境中的污染物，称为流失量;最后是估算进入水体的污染物，称为入河量。估算模型分别如下：
(1)农村生活污染物产生量估算模型
(3)农村生活污染物入河量估算模型
入河量=流失量×入河系数
(四)数据来源和相关系数的确定
本文使用的数据有如下几个主要来源：
1.期刊文献
提供了农田径流入河系数;畜禽排泄系数、畜禽粪便污染物含量、畜禽粪便入河系数;农村人均污水产生系数、农村
人均垃圾产生系数、人体粪尿产生系数等系数和数据。
2.专著
主要包括《海河流域水资源评价》(中国水利水电出版社，2007)、《海河流域水利手册》(中国水利水电出版社，2008)、《海河流域“十一五”水污染防治规划研究报告》(中国环境科学出版社，2008)、《区域水环境综合解析与管理策略—GEF在天津》(中国环境科学出版社，2009)、《全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策》(中国环境科学出版社，2002)、《九龙江流域农业非点源污染机理与控制研究》(科学出版社，2008)等。这些专著提供了海河流域自然地理、经济社会、河流水系、降雨径流、水资源量、水质状况等数据。
3.公报
主要包括《海河流域水资源公报》、《海河流域水资源质量公报》、《中国环境状况公报》、《第一次全国污染源普查公报》、《全国第二次农业普查公报》等。
4.统计年鉴
包括各省市统计年鉴、经济年鉴、农村统计年鉴和调查年鉴等，提供了农作物播种面积、园地面积、化肥施用量;畜禽饲养数量;农村常住人口等数据。
5.相关部门调查和实验数据
包括农业部门提供的径流小区实验数据、畜禽养殖污染物流失监测数据;水利部海河水利委员会提供的入河排污口调查数据、水质水量监测数据等，提供了肥料流失系数、畜禽粪便流失系数等系数。
6.调查数据
笔者对研究区进行走访调查获得的数据，包括问卷调查数据，提供了农村生活污染物流失系数、农村生活污染物入河系数等系数。
二、海河流域农业非点源污染负荷量
(一)农业非点源污染物产生量
运用上述估算模型，将种植业非点源污染物产生量、畜禽养殖污染物产生量以及农村生活非点源污染物产生量的估算结果加总，就得到海河流域农业非点源污染物产生量(见表1)。
(二)农业非点源污染物流失量
运用上述估算模型，将种植业非点源污染物流失量、畜禽养殖污染物流失量以及农村生活非点源污染物流失量的估算结果加总，就得到海河流域农业非点源污染物的流失量(见表2)。流失量和产生量的比率就是流失系数。
(三)农业非点源污染物入河量
运用上述估算模型，将种植业非点源污染物入河量、畜禽养殖污染物入河量以及农村生活非点源污染物入河量的估算结果加总，就得到海河流域农业非点源污染物的入河量(见表3)。入河量和流失量的比率就是入河系数。
三、海河流域农业非点源污染评价
(一)农业非点源污染对水体污染的影响
参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)三类水质标准，除氨氮外，农业非点源各项污染指标均超过水质标准，其中，化学需氧量是三类水质标准的1.6倍，总磷为2.0倍，总氮为4.0倍。农业非点源污染对水质的影响不容轻视。
(二)农业非点源污染对水体污染的贡献率
为了掌握海河流域内入河排污口分布、废污水及污染物入河量以及排污规律，2007年，海河水利委员会组织开展了海河流域水功能区入河排污口调查工作。此外，2003年，海河水利委员会也组织开展了入河排污口调查工作。通过对两次入河排污口监测结果的分析汇总，可以得出各种污染物的入河量。
入河排污口调查包括了工业污水、生活污水和混合污水，因此可以用入河排污量来代替流域内的点源污染负荷;农业非点源污染是最主要的非点污染源，我们用农业非点源污染负荷来近似代替流域内的非点源污染负荷。将点源污染负荷与非点源污染负荷对比分析，可以计算得出各种污染物点源非点源贡献率(见图1)。
图1 海河流域2007年点源污染和非点源污染入河量贡献率
从全流域来看，化学需氧量和氨氮主要来自点源污染，特别是氨氮，点源污染贡献了91.5%;总磷和总氮主要来自非点源污染，非点源污染大约贡献了60%。根据2007年海河流域水资源质量公报，在主要超标项目中，包括了化学需氧量和氨氮，没有包括总磷和总氮，而化学需氧量和氨氮主要来源于点源污染，因此，点源污染是目前海河流域水体污染的主要原因。
(三)农业非点源等标污染负荷评价
本文研究了四种污染物指标——化学需氧量、总磷、总氮、氨氮，每一个区域(各个县、水资源三级区和行政省)都有这四种污染物，每一项来源(种植业、畜禽养殖和农村生活)也有这四种污染物，它们的性质不同，因而不能简单相加。为了确定农业非点源污染主要污染物和主要污染源，需要把这四种污染物指标建立在统一的基础上，然后进行比较，这个共同的基础就是等标污染负荷。
1.农业非点源主要污染物
根据上述等标污染负荷计算公式以及各种污染物的入河量，可以计算出海河流域各种农业非点源污染物入河等标负荷量和等标负荷比(见表5)。
全流域入河等标负荷量中(见图2)，化学需氧量占19.1%，总磷占25.7%，总氮占48.6%，氨氮占6.5%。总氮(TN)是农业非点源污染最主要的污染物，约占一半;其次是总磷(TP)，约占1/4。总氮(TN)、总磷(TP)合计占74.3%。
图2 海河流域2007年农业非点源污染各种污染物分布
2.农业非点源主要污染源
根据上述等标污染负荷计算公式以及种植业、畜禽养殖和农村生活非点源污染物的入河量，可以计算出海河流域种植业、畜禽养殖和农村生活非点源污染物入河等标负荷量和等标负荷比。从全流域来看(见图3)，非点源污染物入河等标负荷量中，种植业源占3.3%，农村生活源占15.7%，畜禽养殖源占81%，可见，农业非点源污染主要来自于畜禽养殖污染。
图3 海河流域2007年农业非点源污染各项来源分布
3.农业非点源主要污染区
从水资源三级区来看，非点源污染物入河等标负荷比中，徒骇马颊河平原所占比例最大，为20.4%，其次是滦河山区12.4%，排在第三位的是黑龙港及运东平原8.8%(见图4)。
图4 各水资源三级区农业非点源污染物入河等标负荷比
从各省来看，非点源污染物入河等标负荷比中，河北所占比例最大，为50.8%，其次是山东18.6%，排在第三位的是河南9.6%(见图5)。
图5 各省农业非点源污染物入河等标负荷比
在地级市层面，农业非点源污染物入河等标负荷量差距较大。根据农业非点源污染物入河等标负荷量，对各市进行分类，可以分成6类，污染较重(Ⅰ～Ⅲ类)的有8个城市，除德州市和天津以外，其余都在河北，主要分布在河北东北部和中南部(见图6)。
图6 海河流域农业非点源污染空间分布
四、结论和政策建议
(一)主要结论
1.关于农业非点源污染负荷总量
(1)产生量。海河流域2007年农
业非点源产生化学需氧量774.1×，总磷192.0×，总氮459.1×，氨氮67.8×。
从非点源污染物产生来源来看，化学需氧量主要来自于畜禽粪便(76.0%);总磷主要来自于施用化肥(75.2%);总氮主要来自于施用化肥(60.0%)和畜禽粪便(29.7%);氨氮主要来自于畜禽粪便(84.9%)。从各项污染物指标来看，化肥施用和畜禽粪便是污染物产生的主要来源。
从各种污染物产生比例平均情况来看，徒骇马颊河平原所占比例最大，为19%～21%，平均为20.3%;其次是黑龙港及运东平原9%～14%，平均为11.0%;排在第三位的是子牙河平原8%～10%，平均为8.5%。各省中，河北所占比例最大，为49%～55%，平均为51.6%;其次是山东17%～21%，平均为18.8%;排在第三位的是河南9%～12%，平均为10.9%。
(2)流失量。海河流域2007年农业非点源流失化学需氧量239.4×，总磷4.5×，总氮56.8×，氨氮6.2×。流失系数分别为化学需氧量0.31，总磷0.02，总氮0.12，氨氮0.09。
从非点源污染物流失来源来看，化学需氧量主要来自于畜禽养殖(87.1%);总磷主要来自于畜禽养殖(53.5%)和农村生活(28.4%);总氮主要来自于畜禽养殖(43.3%)和地下淋溶(34.3%);氨氮主要来自于畜禽养殖(41.0%)。从各项污染物指标来看，畜禽养殖是污染物流失的最主要来源，此外，农村生活也是总磷流失的主要来源之一，地下淋溶也是总氮流失的主要来源之一。
从各种污染物流失比例平均情况来看，徒骇马颊河平原所占比例最大，为18%～20%，平均为19.6%;其次是黑龙港及运东平原9%～12%，平均为11.0%;排在第三位的是滦河山区7%～10%，平均为8.2%。各省中，河北所占比例最大，占50%～54%，平均为52.5%;其次是山东17%～19%，平均为17.8%;排在第三位的是河南9%～12%，平均为10.5%。
(3)入河量。海河流域2007年农业非点源入河化学需氧量68.0×，总磷0.9×，总氮8.6×，氨氮1.1×。入河系数分别为化学需氧量0.28，总磷0.20，总氮0.15，氨氮0.18。
从非点源污染物入河来源来看，化学需氧量主要来自于畜禽养殖(88.6%);总磷主要来自于畜禽养殖(76.2%);总氮主要来自于畜禽养殖(82.9%);氨氮主要来自于畜禽养殖(64.4%)。从各项污染物指标来看，畜禽养殖都是污染物入河的最主要来源，占64%～89%，其次是农村生活，农田径流不是非点源污染物入河的主要来源。
从各种污染物入河比例平均情况来看，徒骇马颊河平原所占比例最大，为20%～21%，平均为20.3%;其次是滦河山区11%～13%，平均为12.2%;排在第三位的是黑龙港及运东平原8%～9%，平均为8.8%。各省中，河北所占比例最大，占50%～52%，平均为50.7%;其次是山东18%～19%，平均为18.5%;排在第三位的是河南9%～10%，平均为9.6%。
2.关于非点源污染对水体污染的贡献
每升地表水资源量(天然河川径流量)中所含农业非点源污染负荷量可以反映农业非点源污染对水体污染的易影响。从全流域来看，农业非点源污染给水体带来了化学需氧量31.5，总磷0.4，总氮4.0，氨氮0.5。参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)三类水质标准，除氨氮外，农业非点源各项污染指标均超过水质标准，其中，化学需氧量是三类水质标准的1.6倍，总磷为2.0倍，总氮为4.0倍。农业非点源污染对水质的影响不容轻视。
从全流域来看，化学需氧量和氨氮主要来自点源污染，点源污染分别贡献了62%和91.5%，非点源污染贡献了38%和8.5%;总磷和总氮主要来自非点源污染，非点源污染分别贡献了60.2%和58.7%，点源污染贡献了39.8%和41.3%。根据2007年海河流域水资源质量公报，水质主要超标项目中，包括了化学需氧量和氨氮，没有包括总磷和总氮，而化学需氧量和氨氮主要来源于点源污染，因此，点源污染是目前海河流域水体污染的主要原因。
3.关于农业非点源污染等标负荷评价
(1)主要污染物。海河流域2007年农业非点源污染物入河等标负荷量为1 765×，其中，化学需氧量为338×，占19.1%;总磷为454×，占25.7%;总氮为859×，占48.6%;氨氮为114×，占6.5%。总氮是农业非点源污染最主要的污染物，约占一半;其次是总磷，约占1/4。总氮、总磷合计占74.3%。
(2)主要污染源。从全流域来看，非点源污染物入河等标负荷量中，种植业源占3.3%，农村生活源占15.7%，畜禽养殖源占81%，农业非点源污染主要来自于畜禽养殖污染。
(3)主要污染区。从水资源三级区来看，农业非点源污染物入河等标负荷比中，徒骇马颊河平原所占比例最大，为20.4%，其次是滦河山区12.4%，排在第三位的是黑龙港及运东平原8.8%。
从各省来看，农业非点源污染物入河等标负荷比中，河北所占比例最大，为50.8%，其次是山东18.6%，排在第三位的是河南9.6%。
从各市来看，农业非点源污染物入河等标负荷量中，德州市最大，为152×，其次是唐山市129×，排在第三位的是承德市117×，阳泉市最小，为5×(阳泉市)，平均为50.4×。
(二)政策建议
(1)从中国目前的情况来看，非点源污染得不到有效控制，除了资金和技术的制约外，更重要的是缺乏健全的法律制度和完善的管理体系。中国还没有专门针对非点源污染的立法，需要修改和完善现有的《环境保护法》(1989)、《水污染防治法》(2008)、《水法》(2002修订)等相关法律，提高可操作性，建立限定性农业生产技术标准。在流域综合管理理念的指导下，建立一体化的水行政管理体系，强化流域管理机构的职能，加强部门间的沟通协调。
(2)环境问题的公共物品属性和治理环境的外部性决定了控制农业非点源污染必须由政府主导，公众广泛参与。政府依北京代写论文靠法律手段、行政手段和经济手段来干预和调节农户的生产和生活行为，以达到管理和控制非点源污染的目的。基于农户的环境支付意愿非常低，各级政府要加大对环境治理的资金投入力度，加强农村公共物品建设，完善农业生态补偿机制。
(3)在农业非点源污染控制措施方面，要树立源头控制理念，重点抓好畜禽养殖污染的控制，大力推广生态畜牧业。
(4)改善农村生活条件是新农村建设的核心，也有利于农业非点源污染的控制。要积极推进“农村清洁工程”，有计划地扩大试点范围，
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