張 鑫,李 磊,甄志磊,王春玲,劉利軍*

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時(shí)空與效率視角下汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡分析

張 鑫1,李 磊2,甄志磊1,王春玲1,劉利軍2*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院,山西 太谷 030801；2.山西省環(huán)境科學(xué)研究院,山西 太原 030027)

基于《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》的相關(guān)數(shù)據(jù),運(yùn)用灰水足跡理論對(duì)2010年前后(2000~2016年)汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡及效率進(jìn)行定性、定量分析.結(jié)果表明:汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡總體呈先上升后下降再緩慢上升的趨勢(shì),最高值出現(xiàn)在2004年,為1.30×1010m3,最小值出現(xiàn)在2012年,為9.20×109m3;農(nóng)業(yè)灰水足跡中以畜牧業(yè)灰水足跡為主,但比例在降低;2010年后,汾河流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡同比降低15%,說(shuō)明汾河水污染得到了明顯的改善,但仍應(yīng)制定相關(guān)政策減少污染物的排放;種植業(yè)灰水足跡同比增加8%,說(shuō)明化肥施用量在增加,應(yīng)支持使用有機(jī)肥,減少化肥的使用;文水縣農(nóng)業(yè)灰水足跡變化最大,其中畜牧業(yè)灰水足跡則同比增加52%,應(yīng)重點(diǎn)對(duì)文水縣畜禽糞便進(jìn)行治理或資源化利用;農(nóng)業(yè)灰水足跡效率呈現(xiàn)先平穩(wěn)后下降然后極速上升再下降的趨勢(shì),2012年最高,為1.32元/m3.較2010年前,2010年后流域年均灰水足跡效率明顯提高,農(nóng)業(yè)落后區(qū)減少了6個(gè).

農(nóng)業(yè)灰水足跡；汾河；污染；灰水足跡效率

在傳統(tǒng)的河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)中,常用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)法來(lái)評(píng)價(jià)河流的污染情況[1-3],但這些方法沒(méi)有考慮到稀釋污染物所需要的水量,這部分的用水量同樣也應(yīng)該被考慮到河流污染評(píng)價(jià)中[4].“水足跡”理論的提出為評(píng)價(jià)河流水污染狀況提供了一種新的辦法.Hoekstra等[5]于2008年提出“灰水足跡”,可以從水量的角度評(píng)價(jià)水污染,從而可以與水資源消費(fèi)的量進(jìn)行比較.近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用“灰水足跡”理論進(jìn)行了一系列的研究,Allocca等[6]通過(guò)在整理研究區(qū)水文和微生物時(shí)間序列資料的基礎(chǔ)上運(yùn)用水足跡方法來(lái)量化放牧對(duì)研究區(qū)的環(huán)境影響,并引入灰水足跡來(lái)度量放牧過(guò)程中凈化微生物污染所需的水;Wickramasinghe等[7]建立了八種污染物的灰水足跡校準(zhǔn)模型,并提出用水污染的量而不是污染濃度來(lái)衡量河流的污染程度;付永虎等[8]運(yùn)用“灰水足跡”理論分析了糧食生產(chǎn)灰水足跡的時(shí)空變化特征,并以模型WEP和DGM(1,1)建立了多種情景下糧食生產(chǎn)對(duì)水環(huán)境負(fù)面影響的評(píng)價(jià)方法;蔡建輝等[9]采用灰水足跡模型分析了甘肅省剩余灰水足跡、灰水足跡效率和水環(huán)境荷載指數(shù)指標(biāo),并運(yùn)用GM(1,1) 模型對(duì)甘肅省生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)部門的灰水足跡進(jìn)行了預(yù)測(cè).但目前還沒(méi)有學(xué)者利用灰水足跡來(lái)評(píng)價(jià)整個(gè)河流的污染情況,并且農(nóng)業(yè)灰水足跡的計(jì)算大多僅限于由于化肥農(nóng)藥引起的水污染,而沒(méi)有考慮到由于畜禽糞便堆積引起的河流污染[10-12].對(duì)流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所造成的灰水足跡進(jìn)行計(jì)算,可為制定相關(guān)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策,恢復(fù)河流生態(tài),促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐.山西作為我國(guó)的煤炭大省,幾十年來(lái)“由煤而興”、“由煤而困”,在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的同時(shí),加大生態(tài)保護(hù)和修復(fù)治理的力度是未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的必要措施.汾河作為山西的“母親河”,是全省農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要集中地區(qū).因此,評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)汾河的污染情況,對(duì)汾河污染治理、恢復(fù)汾河生態(tài)、促進(jìn)山西經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展有著重要意義.本研究采用灰水足跡理論方法,借助《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》資料,分析2010年前后(2000~2016年)汾河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灰水足跡及效率的時(shí)空變異規(guī)律,以期為當(dāng)?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展提供資料支持和決策參考.

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

汾河是山西最大的河流,也是黃河的第二大支流.汾河全長(zhǎng)713km,流域面積39721km2,占該省總面積的25.5%,耕地面積1.16×1010m2,占該省耕地面積的29.54%.汾河自寧武縣管涔山雷鳴寺開(kāi)始,流經(jīng)寧武、靜樂(lè)、嵐縣、陽(yáng)曲、婁煩、古交、太原、壽陽(yáng)、榆次、交城、清徐、太谷、祁縣、文水、平遙、汾陽(yáng)、孝義、介休、靈石、交口、汾西、霍州、洪洞、古縣、臨汾、浮山、襄汾、翼城、曲沃、侯馬、新絳、稷山、河津、萬(wàn)榮共34個(gè)縣(市、區(qū)).汾河支流眾多,較大的有瀟河、文峪河、澮河等,還有許多著名的大泉水,如蘭村泉、晉祠泉等,汾河水利資源豐富,在山西省的政治、歷史、文化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用.

1.2 研究方法

流域灰水足跡是衡量流域水污染程度的指標(biāo),是以自然本底濃度和現(xiàn)有的環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn),將一定的污染物負(fù)荷吸收同化所需要的淡水的體積[13-14].自古以來(lái),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)包括2大方面,即種植業(yè)、畜牧業(yè).種植業(yè)所產(chǎn)生的灰水足跡主要是因?yàn)槭褂玫幕?、農(nóng)藥等除被作物本身吸收之外,仍有一部分會(huì)隨著降水、灌溉等作用,通過(guò)淋溶等一系列作用進(jìn)入地表水體[15].畜牧業(yè)所產(chǎn)生的灰水足跡則主要是因?yàn)樾笄菁S便的堆積使得其中污染物會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入水體[16].

1.2.1 種植業(yè)灰水足跡 結(jié)合灰水足跡的概念以及種植業(yè)的特性,選取主要污染物氮肥為關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算[17-19],借鑒《水足跡評(píng)價(jià)手冊(cè)》[13]中關(guān)于灰水足跡的核算方法,則種植業(yè)灰水足跡的計(jì)算公式如下:

式中:GWFp為種植業(yè)灰水足跡,m3/a;為淋溶率,即氮肥進(jìn)入水體的比例,%;AR為每公頃耕地的化肥施用量,kg/hm2;為耕地面積,hm2;max為最大容許濃度,kg/ m3;nat為污染物的自然本底濃度,kg/ m3.

1.2.2 畜牧業(yè)灰水足跡 結(jié)合灰水足跡概念以及畜牧業(yè)的特性,選取畜禽糞便中主要污染物COD、TN[20-22]為關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算,則畜牧業(yè)灰水足跡的計(jì)算公式如下:

式中:GWFr為畜牧業(yè)灰水足跡,m3/a; GWFr(i)為以第類污染物為標(biāo)準(zhǔn)的畜牧業(yè)灰水足跡,m3/a;為第類污染物的排放量,kg/a;max(i)為第類污染物的最大容許濃度,kg/m3;nat(i)為第類污染物的自然本底濃度,kg/m3;為畜禽數(shù)量;為飼養(yǎng)周期,d;為日排糞量,kg/d;P(i)為糞便中第類污染物的含量,kg/t;d為糞便中第類污染物的流失率,%;為日排尿量,kg/d;P(i)為尿液中第類污染物的含量,kg/t; d為糞便中第類污染物的流失率,%.

1.2.3 農(nóng)業(yè)灰水足跡 假設(shè)地表水體同時(shí)對(duì)種植業(yè)和畜牧業(yè)產(chǎn)生的污染物進(jìn)行稀釋,則農(nóng)業(yè)灰水足跡的計(jì)算公式如下:

式中: GWF為農(nóng)業(yè)灰水足跡,m3/a.

1.2.4 農(nóng)業(yè)灰水足跡效率 農(nóng)業(yè)灰水足跡效率表示的是以單位水污染為代價(jià)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,其值越大,表明該地區(qū)農(nóng)業(yè)越發(fā)達(dá),其值越小,表明該地區(qū)農(nóng)業(yè)越落后[23].具體計(jì)算公式如下:

g

=GDP/GWF

a

(6)

式中:為農(nóng)業(yè)灰水足跡效率,元/m3;GDP為農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值,元.

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

每公頃耕地的化肥施用量AR、耕地面積、畜禽數(shù)量來(lái)源于《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》[24];污染物最大容許濃度來(lái)源于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[25]中第V類水體的標(biāo)準(zhǔn)限值;飼養(yǎng)周期、日排糞量、日排尿量、糞便中第類污染物的含量、尿液中第類污染物的含量、糞便中第類污染物的流失率、尿液中第類污染物的流失率來(lái)源于《全國(guó)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對(duì)策》[26]中的相關(guān)數(shù)據(jù);根據(jù)田間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),取氮的淋溶率為10%[27];nat為污染物在水體中的初始濃度,常以0計(jì).

2 結(jié)果與討論

2.1 汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡時(shí)空分布

如圖1所示,自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡呈現(xiàn)增長(zhǎng)→降低→增長(zhǎng)→平穩(wěn)的趨勢(shì);最高值出現(xiàn)在2004年,為1.30×1010m3,同年畜牧業(yè)灰水足跡也達(dá)到了最高值,為1.03×1010m3,占比79%;最小值出現(xiàn)在2012年,為9.20×109m3.農(nóng)業(yè)灰水足跡的大小受當(dāng)年化肥施用量、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的影響.在2004年出現(xiàn)峰值,主要是因?yàn)楫?dāng)年豬、牛、羊的數(shù)量較之前出現(xiàn)了較為大幅的上漲;在2012年出現(xiàn)最低值,是因?yàn)樾笄輸?shù)量、化肥施用量都有不同程度的降低.

由圖2可知,在汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡中畜牧業(yè)灰水足跡占比要高于種植業(yè)灰水足跡,說(shuō)明畜牧業(yè)對(duì)于汾河的污染要高于種植業(yè),畜禽養(yǎng)殖的集約化以及化肥工業(yè)的快速發(fā)展,導(dǎo)致有機(jī)糞肥的大量閑置堆放,造成嚴(yán)重的水環(huán)境污染.以2010年為界,2000~2009年,汾河流域畜牧業(yè)灰水足跡平均占比76%,種植業(yè)灰水足跡平均占比24%;2010~2016年,種植業(yè)灰水足跡占比同比增加8%,說(shuō)明在2010年后,化肥在種植業(yè)生產(chǎn)中有了更廣泛的使用,其對(duì)流域水污染的貢獻(xiàn)也更大.

圖1 汾河流域2000~2016年農(nóng)業(yè)灰水足跡

圖2 汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡構(gòu)成 Fig.2 The composition of agricultural gray water footprint of Fenhe river basin

2.2 汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡空間分布

由表1可知,2010年前,汾河流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡為1.16×1010m3,其中,襄汾縣年均農(nóng)業(yè)灰水足跡最大,為8.90×108m3,占比7.62%,其種植業(yè)灰水足跡和畜牧業(yè)灰水足跡同樣也達(dá)到了34各縣(市、區(qū))的最高值,主要是因?yàn)橄宸诳h的耕地面積和畜禽數(shù)量都要大于其他縣(市、區(qū)),侯馬市年均農(nóng)業(yè)灰水足跡最小,為8.72×107m3,占比僅為0.76%,主要是因?yàn)槠涓孛娣e相對(duì)較小但同時(shí)畜禽數(shù)量同比最小; 2010年后,汾河流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡相比2010年前有所降低,為9.85×109m3,其中種植業(yè)灰水足跡增加3.9×108m3,畜牧業(yè)灰水足跡減少2.11×109m3,結(jié)合表2、表3,可知原因主要為單位公頃化肥施用量的增加以及耕地面積、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的減少,其中,文水縣年均農(nóng)業(yè)灰水足跡最大,為8.02×108m3,占比8.12%,主要是因?yàn)?010年后,文水縣大型畜禽養(yǎng)殖廠的增加,導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的增加,侯馬市畜禽數(shù)量無(wú)明顯變化,其年均農(nóng)業(yè)灰水足跡依舊最小,為8.84×107m3,占比僅為0.90%.

與2010年前相比,2010年后有9個(gè)縣(市、區(qū))年均農(nóng)業(yè)灰水足跡基本沒(méi)有變化,分別為太原市區(qū)、榆次區(qū)、介休市、萬(wàn)榮縣、寧武縣、翼城縣、侯馬市、孝義市、汾陽(yáng)市;有18個(gè)縣(市、區(qū))年均農(nóng)業(yè)灰水足跡有不同程度的降低,主要是因?yàn)樾笄蒺B(yǎng)殖數(shù)量減少,其中降幅在40%~50%的有4個(gè),分別為壽陽(yáng)縣、襄汾縣、古縣、浮山縣,襄汾縣降幅最大,降幅在30%~40%的有5個(gè),分別為清徐縣、婁煩縣、古交市、洪洞縣、汾西縣,降幅在20%~30%的有7個(gè),分別為陽(yáng)曲縣、平遙縣、新絳縣、靜樂(lè)縣、臨汾市區(qū)、嵐縣、交口縣,降幅在10%~20%的有2個(gè),分別為祁縣、霍州市;有7個(gè)縣(市、區(qū))年均農(nóng)業(yè)灰水足跡有不同程度的增高,其中,種植業(yè)灰水足跡和畜牧業(yè)灰水足跡均有提高,結(jié)合表2、表3及公式(2)~(4)可知,主要是因?yàn)閱挝还暬适┯昧恳约靶笄蒺B(yǎng)殖數(shù)量的增加,其中增幅在40%~ 50%的有1個(gè),為文水縣,增幅在30%~40%的有2個(gè),分別為稷山縣、河津市,增幅在20%~30%的有2個(gè),分別為太谷縣、靈石縣,增幅在10%~20%的有2個(gè),分別為曲沃縣、交城縣.

根據(jù)各縣(市、區(qū))農(nóng)業(yè)灰水足跡占總流域農(nóng)業(yè)灰水足跡的比例來(lái)確定該地區(qū)對(duì)汾河水質(zhì)的污染程度,比值乘以100在8~10以內(nèi)的為重污染區(qū),在6~8以內(nèi)的為中重度污染區(qū),在4~6以內(nèi)的為中度污染區(qū),在2~4以內(nèi)的為中輕度污染區(qū),在0~2以內(nèi)的為輕度污染區(qū).

圖3 汾河流域農(nóng)業(yè)水污染分布

A:輕度污染區(qū); B:中輕度污染區(qū); C:中度污染區(qū); D:中重度污染區(qū); E:重度污染區(qū)

表1 汾河流域各縣(市、區(qū))年均農(nóng)業(yè)灰水足跡構(gòu)成及占比

表2 2000~2009年每公頃耕地化肥施用量及均值

由圖3可知,2010年前,無(wú)重污染區(qū),中重度污染區(qū)有2個(gè),分別為襄汾縣和洪洞縣,中度污染區(qū)有6個(gè),分別為壽陽(yáng)縣、祁縣、平遙縣、新絳縣、臨汾市區(qū)、文水縣,中輕度污染區(qū)有16個(gè),分別為太原市區(qū)、清徐縣、陽(yáng)曲縣、榆次市區(qū)、太谷縣、萬(wàn)榮縣、稷山縣、寧武縣、靜樂(lè)縣、翼城縣、浮山縣、汾西縣、交城縣、嵐縣、孝義市、汾陽(yáng)市,輕度污染物有10個(gè),分別為婁煩縣、古交市、靈石縣、介休市、河津市、曲沃縣、古縣、侯馬市、霍州市、交口縣;2010年后,有重污染區(qū)1個(gè),為文水縣,無(wú)中重度污染區(qū),中度污染區(qū)有5個(gè),為太谷縣、祁縣、平遙縣、襄汾縣、洪洞縣,中輕度污染區(qū)有18個(gè),分別為太原市、清徐縣、陽(yáng)曲縣、榆次市區(qū)、壽陽(yáng)縣、介休市、萬(wàn)榮縣、稷山縣、新絳縣、寧武縣、靜樂(lè)縣、臨汾市區(qū)、曲沃縣、翼城縣、交城縣、嵐縣、孝義市、汾陽(yáng)市,輕度污染區(qū)有10個(gè),分別為婁煩縣、古交市、靈石縣、河津市、古縣、浮山縣、汾西市、侯馬市、霍州市、交口縣.與2010年前相比,2010年后中度污染區(qū)以上(含中度污染區(qū))縣(市、區(qū))減少2個(gè),中輕度污染區(qū)縣(市、區(qū))增加2個(gè),說(shuō)明2010年后,汾河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)汾河水污染的狀況有所減輕.

表3 2010~2016年每公頃耕地化肥施用量及均值(kg)

2.3 汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡效率時(shí)空分布

圖4 汾河流域2000~2016年農(nóng)業(yè)灰水足跡效率

灰水足跡效率可以用來(lái)分析一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)達(dá)程度,借助公式(6)得出2000~2016年汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡效率,如圖4所示.總體來(lái)說(shuō),汾河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灰水足跡效率的變化呈現(xiàn)先平穩(wěn)后下降然后極速上升再下降的過(guò)程,在2005年達(dá)到最小值,為0.60元/m3,說(shuō)明當(dāng)年以流域單位水污染為代價(jià)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益最小,在2012年達(dá)到峰值(1.32元/m3),為最小值的2.2倍,結(jié)合圖1可知,在2005~2012年間,農(nóng)業(yè)灰水足跡在降低的同時(shí),流域農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值在逐步增加,說(shuō)明在這7年間,農(nóng)產(chǎn)品收購(gòu)價(jià)格在逐漸增加,農(nóng)業(yè)得到了有效的發(fā)展.但在2012年后,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灰水足跡效率在逐年降低,主要是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)灰水足跡在緩慢增加的同時(shí),流域農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值在降低,說(shuō)明在這4年間,農(nóng)業(yè)并沒(méi)有得到長(zhǎng)足有效的發(fā)展.

2.4 汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡效率空間分布

由圖5可知,在2010年前,流域年均灰水足跡效率為0.72元/m3,其中,太原市區(qū)年均灰水足跡效率最高,為1.79元/m3,最低為寧武縣,為0.17元/m3,僅為平均水平的23.61%,在流域34個(gè)縣(市、區(qū))中,有11個(gè)縣(市、區(qū))的年均灰水足跡效率超過(guò)了流域平均水平,分別為太原市區(qū)、清徐縣、榆次區(qū)、太谷縣、平遙縣、萬(wàn)榮縣、稷山縣、河津市、曲沃縣、侯馬市、孝義市,新絳縣和文水縣的年均灰水足跡效率與流域平均水平持平,而有將近2/3的縣(市、區(qū))的年均灰水足跡效率還未達(dá)到流域平均水平.

2010年后與2010年前相比,流域年均灰水足跡效率有了明顯提高,為1.17元/m3,其中,萬(wàn)榮縣最高,為2.21元/m3,最低仍為寧武縣,為0.26元/m3,為平均水平的22.2%,在流域34個(gè)縣(市、區(qū))中,有15個(gè)縣(市、區(qū))的年均灰水足跡效率超過(guò)了流域平均水平,分別為太原市區(qū)、清徐縣、榆次區(qū)、壽陽(yáng)縣、太谷縣、平遙縣、萬(wàn)榮縣、稷山縣、新絳縣、河津市、臨汾市區(qū)、曲沃縣、襄汾縣、侯馬市、孝義市,靈石縣的年均灰水足跡效率與流域平均水平持平,有將近1/2的縣(市、區(qū))的年均灰水足跡效率還未達(dá)到流域平均水平.在流域均值得到明顯提高的基礎(chǔ)上,壽陽(yáng)縣、新絳縣、臨汾市區(qū)、襄汾縣這4個(gè)縣(市、區(qū))的年均農(nóng)業(yè)灰水足跡效率從2010年前的低于均值到2010年后超出流域均值,說(shuō)明這4個(gè)縣(市、區(qū))的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)得到了比較快速的發(fā)展.根據(jù)各縣(市、區(qū))的農(nóng)業(yè)灰水足跡效率來(lái)確定該地區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)達(dá)程度,值在0~0.4為一等落后區(qū),在0.4~0.8為二等落后區(qū),在0.8~1.2為三等落后區(qū),在1.2~1.6為三等發(fā)達(dá)區(qū),在1.6~2.0為二等發(fā)達(dá)區(qū),在2.0~2.4為一等發(fā)達(dá)區(qū).

圖6 汾河流域農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)程度分布

A:一等落后區(qū); B:二等落后區(qū); C:三等落后區(qū); D:三等發(fā)達(dá)區(qū); E:二等發(fā)達(dá)區(qū); F:一等發(fā)達(dá)區(qū)

以2010年為界,汾河流域34個(gè)縣市農(nóng)業(yè)的發(fā)達(dá)程度如圖6所示.由圖6可知,2010年前,無(wú)一等發(fā)達(dá)區(qū),有二等發(fā)達(dá)區(qū)1個(gè),為太原市區(qū),有三等發(fā)達(dá)區(qū)7個(gè),分別為清徐縣、榆次市區(qū)、太谷縣、萬(wàn)榮縣、河津市、曲沃縣、侯馬市,有三等落后區(qū)2個(gè),分別為平遙縣、稷山縣,有二等落后區(qū)15個(gè),分別為陽(yáng)曲縣、壽陽(yáng)縣、祁縣、靈石縣、介休市、新絳縣、臨汾市區(qū)、翼城縣、襄汾縣、洪洞縣、古縣、霍州市、文水縣、孝義市、汾陽(yáng)市,有一等落后區(qū)9個(gè),分別為婁煩縣、古交市、寧武縣、靜樂(lè)縣、浮山縣、汾西市、交城縣、嵐縣、交口市;2010年后,有一等發(fā)達(dá)區(qū)3個(gè),分別為太原市區(qū)、清徐縣、萬(wàn)榮縣,有二等發(fā)達(dá)區(qū)6個(gè),分別為榆次市區(qū)、壽陽(yáng)縣、新絳縣、河津市、曲沃縣、孝義市,有三等發(fā)達(dá)區(qū)5個(gè),分別為太谷縣、稷山縣、臨汾市區(qū)、襄汾縣、侯馬市,有三等落后區(qū)10個(gè),分別為祁縣、平遙縣、靈石縣、介休市、翼城縣、洪洞縣、古縣、浮山縣、霍州市、汾陽(yáng)市,有二等落后區(qū)8個(gè),分別為陽(yáng)曲縣、婁煩縣、古交市、汾西縣、文水縣、交城縣、嵐縣、交口市,有一等落后區(qū)2個(gè),分別為寧武縣、靜樂(lè)縣.

總體來(lái)看,農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)主要分布于人口較為集中的市區(qū)及周邊,如太原市區(qū)、榆次區(qū)、清徐縣,以及水資源較為充足、地勢(shì)較為平坦的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)縣,如萬(wàn)榮縣、太谷縣、河津市、曲沃縣、侯馬市;農(nóng)業(yè)落后區(qū)主要分布于貧困山區(qū)也是國(guó)家扶貧開(kāi)發(fā)重點(diǎn)縣,如寧武縣、靜樂(lè)縣、嵐縣、婁煩縣、汾西縣、古縣,以及以第二、第三產(chǎn)業(yè)為主的地區(qū)平遙縣、靈石縣、介休市、霍州市、汾陽(yáng)市、陽(yáng)曲縣、古交市、交城縣、交口市.

2.5 建議

本文對(duì)汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡以及灰水足跡效率的時(shí)間和空間分布進(jìn)行了初步評(píng)價(jià),可以反映出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的汾河水污染的情況,對(duì)于減少汾河水污染、恢復(fù)河流生態(tài)、合理調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)、面積,促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展都有著重要的作用.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)引起的地表水污染的根本原因是化肥的使用以及畜禽糞便的堆積.各級(jí)政府應(yīng)該出臺(tái)相應(yīng)的政策,鼓勵(lì)并支持建設(shè)一批利用畜禽糞便生產(chǎn)有機(jī)肥的廠家,降低有機(jī)肥價(jià)格,并支持農(nóng)戶使用有機(jī)肥,減少化肥的使用.此外,要優(yōu)先考慮需肥量低、經(jīng)濟(jì)效益好的作物,從根源上減少灰水足跡的產(chǎn)生.還應(yīng)該加強(qiáng)排水設(shè)施和污水處理設(shè)施的建設(shè),嚴(yán)禁農(nóng)田廢水以及畜禽養(yǎng)殖廢水直接排入河流.

3 結(jié)論

3.1 2000~2016年汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡呈現(xiàn)增長(zhǎng)→降低→增長(zhǎng)→平穩(wěn)的趨勢(shì);最高值出現(xiàn)在2004年,為1.30×1010m3,最小值出現(xiàn)在2012年,為9.20× 109m3.

3.2 汾河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡由種植業(yè)灰水足跡和畜牧業(yè)灰水足跡2部分組成,2010年前,畜牧業(yè)灰水足跡平均占比76%,種植業(yè)灰水足跡平均占比24%,2010年后,流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡相比2010年前有所降低,但二者所占比例發(fā)生了變化,其中種植業(yè)灰水足跡增加8%、畜牧業(yè)灰水足跡降低8%,說(shuō)明在2010年后,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的汾河水污染得到了明顯的改善,但是化肥使用量在增加.

3.3 2010年后,中度污染區(qū)以上(含中度污染區(qū))縣(市、區(qū))減少2個(gè).其中文水縣變化最大,主要是2010年后,該縣鼓勵(lì)發(fā)展大型禽養(yǎng)殖廠,導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的增加.

3.4 2000~2016年間,汾河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灰水足跡效率的變化呈現(xiàn)先平穩(wěn)后下降然后極速上升再下降的過(guò)程,最小值為2005年的0.60元/m3,最大值為2012年的1.32元/m3,說(shuō)明在這7年間,流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)得到了快速的發(fā)展.但在2012年后,流域農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值降低,農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后.與2010年前相比,2010年后流域年均灰水足跡效率有了明顯的提高,農(nóng)業(yè)落后區(qū)減少6個(gè),農(nóng)業(yè)的發(fā)達(dá)程度主要與當(dāng)?shù)氐娜丝诿芏?、支柱產(chǎn)業(yè)以及地形地勢(shì)有關(guān).

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Analysis of agricultural grey water footprint in Fenhe River basin based on the perspective of space-time and efficiency.

ZHANG Xin1, LI Lei2, ZHEN Zhi-lei1, WANG Chun-ling1, LIU Li-jun2*

(1.College of Urban and Rural Construction,Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China；2.Environmental Science Research Institute of Shanxi Province, Taiyuan 030027, China)., 2019,39(4)：1502~1510

Based on the data of statistical yearbook of Shanxi Province, the gray-water footprint theory was applied to analyzing the agricultural grey water footprint and efficiency of Fenhe River basin around 2010 (2000~2016). The results showed that the agricultural grey water footprint of Fenhe River basin generally increased, and then decreased, finally slowly increased. The maximum value was 1.30×1010m3in 2004. The minimum value was 9.20×109m3in 2012. The agricultural grey water footprint was mainly composed of livestock raising grey water footprint; However, the percentage reduced after 2010. After 2010, the annual average of agricultural grey water footprint reduced 15%, which indicated that the water quality of Fenhe River had been significantly improved. However, relevant policies should be formulated to reduce the emission of pollutants. The crop planting grey water footprint increased 8%, which indicated that the utilization rate of fertilizers was increasing. The government should support the use of organic fertilizers and reduce the use of chemical fertilizers. Among these 34 counties, Wenshui showed obvious change with an increasing of 43%, among which livestock grey water footprint increased by 52% year-on-year. Therefore, the government should focus on the treatment and resource utilization of livestock excrements in Wenshui country. The efficiency of agricultural grey water footprint kept stable at first, and then rapid increased, finally decreased; The maximum value was 1.32yuan/m3, appeared at 2012. The annual average of agricultural grey water footprint efficiency obviously enhanced after 2010. The number of backward agriculture areas was decreased by 6.

agricultural grey water footprint；Fenhe；pollution；agricultural grey water footprint efficiency

X824

A

1000-6923(2019)04-1502-09

2018-09-19

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)青年科技創(chuàng)新(2016019);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51709162);山西省優(yōu)秀博士來(lái)晉工作獎(jiǎng)勵(lì)(SXYBKY201748)

*責(zé)任作者, 高級(jí)工程師, lljysd@126.com

張 鑫(1990-),女,山西太谷人,講師,碩士, 主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染評(píng)價(jià)與修復(fù).發(fā)表論文2篇.