周 芳，金書秦，張 惠

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院，林芝 860000； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究中心，北京 100810； 3.中國(guó)人民大學(xué)，北京 100872)

0 引言

黨的十九大報(bào)告提出要“加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染防治”。作為國(guó)家生態(tài)安全屏障，西藏的生態(tài)環(huán)境功能地位舉足輕重，其農(nóng)業(yè)面源污染治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。21世紀(jì)以來(lái)，西藏農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題日益突出，主要表現(xiàn)為化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)化學(xué)投入品的過(guò)量使用，農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)廢棄物的排放以及農(nóng)牧民生活垃圾排放3個(gè)方面。以化肥為例，西藏化肥施用量不斷增加，由2000年的2.5萬(wàn)t增加到2016年的5.9萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)5.8%，單位面積化肥施用量由2000年的108kg/hm2增加到2016年的248 kg/hm2，年均增長(zhǎng)5.6%，已經(jīng)超出國(guó)際上公認(rèn)的為防止水體污染所設(shè)置的225 kg/hm2的安全上限值。農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為水體污染的主要來(lái)源[1]，我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染排放的COD、TN、TP占這些污染物排放總量的比重分別為44%、67%和57%[2]。西藏雅魯藏布江、拉薩河、年楚河、尼洋河等流域都受到農(nóng)業(yè)面源污染的威脅[3-4]。因此，分析西藏農(nóng)業(yè)面源排放TN、TP的排放總量及強(qiáng)度，并探討空間差異與分布特征，對(duì)西藏農(nóng)業(yè)面源污染治理和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境改善，以及實(shí)現(xiàn)全區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者就農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，其內(nèi)容涉及農(nóng)業(yè)面源污染的形勢(shì)、特征和治理對(duì)策[5-12]，測(cè)算和空間分布[13-17]，主要影響因素[18-21]和國(guó)際經(jīng)驗(yàn)借鑒[22-25]等方面。常用的農(nóng)業(yè)面源污染排放量的估算方法包括輸出系數(shù)法[26-27]、單元調(diào)查法[28-29]、排污系數(shù)法[2]等，其中單元調(diào)查法被學(xué)者應(yīng)用于黃淮海平原[30]、三峽生態(tài)屏障區(qū)[31]、福建省[32]、青島市[33]等不同區(qū)域，應(yīng)用效果較好。文章以西藏不同地區(qū)農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活為調(diào)查單元，利用經(jīng)驗(yàn)排放系數(shù)，對(duì)2000—2016年西藏農(nóng)業(yè)面源排放的TN、TP排放總量、構(gòu)成及強(qiáng)度進(jìn)行核算，并探討其空間差異與分布特征，試圖揭示西藏農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀并把握其動(dòng)態(tài)演變，從而為西藏農(nóng)業(yè)面源污染防治政策的制定提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西藏地處青藏高原，平均海拔在4 000m以上，地勢(shì)由西北向東南傾斜，地形復(fù)雜多樣，氣候呈現(xiàn)由東南向西北的帶狀分布特點(diǎn)，素有“世界屋脊”和“地球第三極”之稱，是世界上生物多樣性最為豐富的地區(qū)之一。西藏農(nóng)業(yè)土地的主要類型為草地，天然草地面積為8 200萬(wàn)hm2，占全區(qū)國(guó)土面積的68%，居全國(guó)第一位，但耕地面積較少，僅為23.7萬(wàn)hm2。全區(qū)轄拉薩、昌都、山南、日喀則、那曲、阿里、林芝7個(gè)地市，居民以藏族為主。農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)是西藏農(nóng)牧民的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源。2000年以來(lái)，在國(guó)家一系列強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)和農(nóng)業(yè)援藏政策的支持下，西藏農(nóng)牧業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)牧民收入持續(xù)增長(zhǎng)。2017年，西藏農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到122.8億元，占地區(qū)生產(chǎn)總值的9.4%； 農(nóng)村居民人均可支配收入首次突破萬(wàn)元，達(dá)到1.033 0萬(wàn)元，比2016年增長(zhǎng)13.6%。然而，西藏農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)也付出了一定的資源環(huán)境代價(jià)，農(nóng)業(yè)面源污染是西藏生態(tài)環(huán)境的重大挑戰(zhàn)。

1.2 農(nóng)業(yè)面源污染排放量核算模型

該文采用單元調(diào)查法，對(duì)西藏農(nóng)業(yè)面源污染排放量進(jìn)行核算。該方法主要評(píng)估農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活的過(guò)程中產(chǎn)生的污染物，在降水和灌溉過(guò)程中通過(guò)地表徑流和排水等途徑匯入地表水體造成的污染[13]。基于西藏農(nóng)業(yè)面源污染的現(xiàn)狀，該文最終選擇農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活3個(gè)污染單元[注]由于農(nóng)藥污染、地膜污染單元難以定量核算，西藏農(nóng)業(yè)固體廢棄物的利用結(jié)果及其排放率無(wú)法確定，該文對(duì)這3個(gè)污染單元不予考慮，核算的主要污染物指標(biāo)包括TN、TP排放量2類，因?yàn)樗鼈兪窃斐伤w污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子(表1)。

表1 西藏農(nóng)業(yè)面源污染單元

該文構(gòu)建的農(nóng)業(yè)面源污染排放量核算模型如下：

(1)

式(1)中，E為農(nóng)業(yè)面源污染物TN、TP排放量；EUi為單元i指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)；ρi為單元i污染物的產(chǎn)污強(qiáng)度系數(shù)；EUi和ρi之積是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村污染物的產(chǎn)生量(產(chǎn)污量)；LCi為單元i污染物的總排放系數(shù)[22]。由于缺乏專門針對(duì)西藏進(jìn)行的研究，該文在查詢相關(guān)文獻(xiàn)和研究報(bào)告的基礎(chǔ)上確定各系數(shù)。計(jì)算西藏農(nóng)業(yè)面源污染排放量時(shí)， 3個(gè)污染單元所采用系數(shù)如下。

(1)農(nóng)田化肥。化肥施用造成的污染排放量等于化肥(氮肥、磷肥)施用折純量乘以總排放系數(shù)，排放系數(shù)按已有文獻(xiàn)口徑計(jì)算[29-34]，西藏的氮肥流失率為10%，磷肥流失率為4%。

(2)畜禽養(yǎng)殖。西藏畜禽養(yǎng)殖是主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，且養(yǎng)殖方式是以行政村為單位的規(guī)模養(yǎng)殖，造成的面源污染主要來(lái)源于畜禽糞尿中所含的N、P等污染物。畜禽養(yǎng)殖污染排放量等于畜禽養(yǎng)殖總量(存欄量或出欄量)、污染排泄系數(shù)和流失系數(shù)三者之積。其中，畜禽糞尿排泄系數(shù)采用國(guó)家環(huán)?？偩?2002)數(shù)據(jù)，污染流失系數(shù)采用賴斯蕓(2003)[34]關(guān)于我國(guó)畜禽污染物流失率分區(qū)情況的研究結(jié)果(表2)。該文統(tǒng)計(jì)的畜禽包括牛、羊、豬，其中，牛、羊因飼養(yǎng)期超過(guò)一年，養(yǎng)殖總量用年末存欄量計(jì)，豬因飼養(yǎng)期少于一年，養(yǎng)殖總量用當(dāng)年出欄量計(jì)。

表2 西藏畜禽養(yǎng)殖的TN和TP年排泄系數(shù)與流失系數(shù)

表3 2000—2016年西藏TN和TP排放量及其增長(zhǎng)率

(3)農(nóng)村生活。農(nóng)村生活污染主要分成生活污水和人糞便兩部分，其中，生活污水TN和TP的單位人口年產(chǎn)污系數(shù)分別為0.584kg/人和0.146 kg/人，排放系數(shù)取100%； 人糞便TN和TP的單位人口年產(chǎn)污系數(shù)分別為3.06 kg/人和0.64 kg/人，排放系數(shù)取10%[29]。合計(jì)得到單位農(nóng)村人口農(nóng)村生活污染TN和TP排放強(qiáng)度分別為0.89 kg/人和0.20 kg/人。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

利用單元調(diào)查法對(duì)西藏農(nóng)業(yè)面源污染排放量進(jìn)行估算，除了各污染單元的排放系數(shù)外，還需要相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要包括西藏全區(qū)及7個(gè)地市的化肥施用量(包括氮肥、磷肥折純量)、畜禽養(yǎng)殖量(包括牛、羊、豬存欄量和出欄量)和農(nóng)村人口數(shù)量。這些數(shù)據(jù)主要來(lái)自于2001—2017年《西藏統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 結(jié)果與分析

2.1 西藏TN、TP排放量

2000—2016年，西藏TN、TP排放量基本呈現(xiàn)有增有減的平穩(wěn)變動(dòng)趨勢(shì)(表3)。其中，TN排放量由2000年的9.085 20萬(wàn)t變?yōu)?016年的9.939 05萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)0.6%，TP排放量由2000年的1.349 95萬(wàn)t變?yōu)?016年的1.482 44萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)0.6%。西藏TN和TP排放量在2007年和2011—2014年均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，主要原因在于畜禽養(yǎng)殖量減少，導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖的TN和TP排放量下降。2007年西藏牛存欄量為622萬(wàn)頭，比2006年下降4.5%，豬出欄量為15.6萬(wàn)頭，比2006年減少14.9%； 2011年西藏牛存欄量為645萬(wàn)頭，比2010年下降1.4%，羊存欄量為1 459萬(wàn)只，比2010年下降7.6%，豬出欄量為19.9萬(wàn)頭，比2010年減少2.9%。

2.2 西藏TN、TP排放的構(gòu)成

西藏3個(gè)污染單元對(duì)TN和TP排放量的貢獻(xiàn)率由大到小分別是畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活和農(nóng)田化肥，它們占TN排放總量的平均比重分別為96.3%、2.0%和1.7%，占TP排放總量的平均比重分別為94.5%、2.9%和2.6%(表4)。由此可見(jiàn)，畜禽養(yǎng)殖是西藏TN和TP排放的最主要貢獻(xiàn)單元，也應(yīng)該是西藏農(nóng)業(yè)面源污染防治的重點(diǎn)領(lǐng)域。但是，也需要注意到畜禽養(yǎng)殖的貢獻(xiàn)率總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而農(nóng)村生活和農(nóng)田化肥貢獻(xiàn)率有所增加，不能因?yàn)檫@兩個(gè)污染單元所占比重小而完全忽略對(duì)其進(jìn)行污染治理。

表4 2000—2016年西藏農(nóng)業(yè)面源污染排放的構(gòu)成 %

2.3 西藏TN、TP排放的空間差異

2000—2016年，西藏7個(gè)地市的TN和TP排放總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，并且空間差異明顯(圖1、圖2)。那曲市、昌都市、日喀則市的TN和TP排放量位居前3位，這與西藏畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村人口分布基本相符，牲畜存欄量和農(nóng)村人口數(shù)都位居全區(qū)前3位， 2016年， 3市牲畜總存欄量占全區(qū)牲畜總存欄量的69.9%，農(nóng)村人口數(shù)占全區(qū)農(nóng)村人口總數(shù)的67.2%。由于畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展帶來(lái)的畜禽糞便問(wèn)題日趨嚴(yán)重，以及農(nóng)牧民生活水平提高引致的農(nóng)村生活污染物排放量增加，導(dǎo)致這3市的TN和TP排放量居高不下，始終位于全區(qū)前3位。阿里地區(qū)是西藏TN和TP排放量最低的地區(qū)，主要原因在于阿里生存條件惡劣、生態(tài)環(huán)境脆弱、自然災(zāi)害頻發(fā)，畜禽養(yǎng)殖量、農(nóng)村人口數(shù)和農(nóng)作物種植面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于西藏其他地市。因此，那曲市、昌都市、日喀則市應(yīng)當(dāng)作為西藏農(nóng)業(yè)面源污染治理的重點(diǎn)區(qū)域。

該文利用GIS空間分析平臺(tái)，直觀反映出2016年西藏各地市的TN、TP排放量及3個(gè)污染單元對(duì)TN、TP排放量的貢獻(xiàn)(圖3、圖4)。2016年，畜禽養(yǎng)殖對(duì)7個(gè)地市的TN和TP排放貢獻(xiàn)率均居第一位； 農(nóng)村生活對(duì)拉薩市、昌都市和那曲市TN排放的貢獻(xiàn)率位居第二位，對(duì)昌都市、那曲市和阿里地區(qū)的TP排放的貢獻(xiàn)率位居第二位； 農(nóng)田化肥對(duì)山南市、日喀則市、阿里地區(qū)和林芝市的TN排放的貢獻(xiàn)率位居第二位，對(duì)拉薩市、山南市、日喀則市、林芝市TP排放的貢獻(xiàn)率位居第二位。因此，西藏農(nóng)業(yè)面源污染防治要根據(jù)各地市的排放現(xiàn)狀，重點(diǎn)針對(duì)畜禽養(yǎng)殖造成的面源污染，因地制宜地制定差別的農(nóng)業(yè)面源污染防治政策，這樣才能實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的治理。

2.4 西藏TN、TP排放強(qiáng)度的空間差異

TN、TP排放強(qiáng)度是指單位土地面積的TN、TP排放量的積聚程度，用排放量與土地面積的比值來(lái)表示[9]，可以在一定程度上表征西藏各地市農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷程度。結(jié)果顯示， 2000—2016年，拉薩市TN和TP排放強(qiáng)度最高，平均強(qiáng)度分別為364.2kg/km2和54.2kg/km2，遠(yuǎn)高于全區(qū)其他地市水平，甚至高于全國(guó)平均水平[注]按照第一次全國(guó)污染普查數(shù)據(jù)計(jì)算，農(nóng)業(yè)TN的全國(guó)平均強(qiáng)度是281.3 kg/km2，農(nóng)業(yè)TP的全國(guó)平均強(qiáng)度為29.2 kg/km2。昌都市TN和TP排放強(qiáng)度居第二位，平均強(qiáng)度分別為236.2kg/km2和34.8kg/km2； 山南市和日喀則市TN和TP排放強(qiáng)度分居第三和第四位，但二者相差不大，其中山南市TN和TP平均排放強(qiáng)度分別為104.9kg/km2和15.6kg/km2，日喀則市TN和TP平均排放強(qiáng)度分別為97.5 kg/km2和14.9kg/km2； 那曲市和林芝市TN和TP排放強(qiáng)度分居第五和第六位，其中那曲市TN和TP平均排放強(qiáng)度分別為66.6kg/km2和9.8kg/km2，林芝市TN和TP平均排放強(qiáng)度分別為48.0kg/km2和7.1kg/km2； 阿里地區(qū)TN和TP排放強(qiáng)度最低，平均強(qiáng)度分別為12.6kg/km2和1.9kg/km2，遠(yuǎn)低于全區(qū)其他地市水平。綜合考慮到農(nóng)業(yè)面源污染總量和負(fù)荷強(qiáng)度，拉薩市、昌都市、日喀則市、那曲市應(yīng)當(dāng)作為西藏農(nóng)業(yè)面源污染治理的重點(diǎn)。

圖1 2000—2016年西藏各地市TN排放量對(duì)比 圖2 2000—2016年西藏各地市TP排放量對(duì)比

圖3 2016年西藏各地市TN排放量及其構(gòu)成 圖4 2016年西藏各地市TP排放量及其構(gòu)成

圖5 2016年西藏各地市TN排放強(qiáng)度空間分布 圖6 2016年西藏各地市TP排放強(qiáng)度空間分布

為了更直觀反映西藏各地市農(nóng)業(yè)面源污染排放強(qiáng)度差異，該文借助GIS空間分析平臺(tái)作出了2016年西藏各地市TN和TP排放強(qiáng)度分布圖。圖5和圖6可見(jiàn)，拉薩市TN和TP排放強(qiáng)度最高，位于第一層級(jí)； 昌都市TN和TP排放強(qiáng)度次之，位于第二層級(jí)； 山南市和日喀則市TN和TP排放強(qiáng)度位于第三層級(jí)； 那曲市和林芝市TN和TP排放強(qiáng)度位于第四層級(jí)； 阿里地區(qū)TN和TP排放強(qiáng)度最低，位于第五層級(jí)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

該文利用單元調(diào)查法，在總量、結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度及其空間分布等方面對(duì)2000—2016年的西藏TN、TP排放量進(jìn)行研究，結(jié)果表明如下。

(1)2000—2016年，西藏TN、TP排放量基本呈現(xiàn)有增有減的平穩(wěn)變動(dòng)趨勢(shì)，其排放均值分別為10.351 55萬(wàn)t和1.456 54萬(wàn)t，總體趨于穩(wěn)定。畜禽養(yǎng)殖是西藏農(nóng)業(yè)面源TN、TP排放的最大貢獻(xiàn)單元，其占TN、TP排放總量比重的平均值分別為96.3%和94.5%。因此，畜禽養(yǎng)殖是西藏農(nóng)業(yè)面源污染防治的重點(diǎn)領(lǐng)域。

(2)西藏7個(gè)地市的TN、TP排放量總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，并且空間差異明顯。2000—2016年，那曲市、昌都市、日喀則市的TN和TP排放量位居前3位，這與西藏畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村人口分布基本相符。并且，畜禽養(yǎng)殖對(duì)全區(qū)7個(gè)地市TN、TP排放的貢獻(xiàn)率最大，畜禽養(yǎng)殖占TN和TP排放量的比重分別在91%和87%以上。西藏農(nóng)業(yè)面源污染防治要根據(jù)各地市的排放現(xiàn)狀，重點(diǎn)針對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的重點(diǎn)污染單元，因地制宜地制定差別的農(nóng)業(yè)面源污染防治政策，這樣才能實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的治理。

(3)從農(nóng)業(yè)面源污染排放強(qiáng)度來(lái)看，拉薩市TN和TP排放強(qiáng)度最高，位于第一層級(jí)； 昌都市TN和TP排放強(qiáng)度次之，位于第二層級(jí)； 山南市和日喀則市TN和TP排放強(qiáng)度位于第三層級(jí)； 那曲市和林芝市TN和TP排放強(qiáng)度位于第四層級(jí)； 阿里地區(qū)TN和TP排放強(qiáng)度最低，位于第五層級(jí)。綜合考慮到農(nóng)業(yè)面源污染總量和負(fù)荷強(qiáng)度，拉薩市、昌都市、日喀則市、那曲市應(yīng)當(dāng)作為西藏農(nóng)業(yè)面源污染治理的重點(diǎn)區(qū)域。

3.2 討論

該文利用單元調(diào)查法對(duì)西藏TN、TP排放量進(jìn)行估算時(shí)，主要參照現(xiàn)有農(nóng)業(yè)面源污染研究的相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)確定主要污染物的排放系數(shù)，考慮到西藏農(nóng)田徑流情況、畜禽養(yǎng)殖方式和農(nóng)村生活特點(diǎn)的特殊性，計(jì)算結(jié)果雖無(wú)法得到有效驗(yàn)證，但其與作者在拉薩市和林芝市的部分地區(qū)實(shí)地調(diào)查結(jié)果基本相符。將該文結(jié)果與梁流濤、郝守寧等對(duì)各自研究區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染研究成果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：西藏農(nóng)業(yè)面源TN和TP的最主要來(lái)源均為畜禽養(yǎng)殖，梁流濤計(jì)算得到2006年畜禽養(yǎng)殖對(duì)西藏農(nóng)業(yè)面源TN和TP排放量的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到97.1%和96.7%，與該文結(jié)果基本一致。郝守寧等研究認(rèn)為畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活、農(nóng)田化肥是西藏林芝市農(nóng)業(yè)面源污染的主要來(lái)源，其中畜禽養(yǎng)殖在TN和TP排放量中占最大比重，結(jié)論也與該文一致。此外，與黃淮海平原、三峽生態(tài)屏障區(qū)、福建省等地區(qū)的相關(guān)研究相比，西藏TN、TP排放量與排放強(qiáng)度雖低于這些地區(qū)，但作為國(guó)家生態(tài)安全屏障，西藏農(nóng)業(yè)面源污染的危害程度較大。而且，西藏TN、TP排放量和空間分布的規(guī)律與這些地區(qū)相同，TN、TP排放量隨著畜禽養(yǎng)殖量、農(nóng)田化肥使用量和農(nóng)村人口的增加而增加。

該文僅選取了TN和TP這2個(gè)指標(biāo)表征農(nóng)業(yè)面源污染，只考慮了畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)田化肥和農(nóng)村生活3類污染源，并未考慮COD、NH3-N等污染指標(biāo)及農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)作物秸稈等污染源的影響。下一步將構(gòu)建西藏農(nóng)業(yè)面源污染綜合指標(biāo)體系，并將污染狀況與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相結(jié)合，在總量和空間上全面綜合反映西藏農(nóng)業(yè)面源污染的總體特征，在拉薩市、日喀則市等農(nóng)業(yè)面源污染排放總量和強(qiáng)度較大的市以區(qū)縣為單元進(jìn)行深入研究，為西藏農(nóng)業(yè)面源污染防治和生態(tài)安全屏障構(gòu)建提供依據(jù)和參考。