| 标题 | 云南省化肥施用强度及其环境风险评估 |
| 范文 | 杨连心 田若蘅 雷永疆 薛超 [摘要]对云南省化肥面源污染的现状进行了分析，通过环境风险评价模型对云南省环境风险进行评价。结果表明，2015年云南省各市（州）普遍存在农田化肥施用过量的情况，环境污染风险指数为中等，其中10个市（州）为中等风险，其余5个市（州）为低风险，怒江州为低安全。氮肥污染较为严重，其污染风险程度为中等风险。氮肥、磷肥、钾肥整体施用比例基本合理，但区域间施用差异较大，分布规律呈现中部、东部较高，两省交界处化肥施用强度较低，化肥施用强度最高的是红河州，为1504.68 kg/hm2，是最低怒江州（223.61 kg/hm2）的6.7倍。 [关键词]化肥施用;面源污染;环境风险评估;云南省 [中圖分类号]X82;X592 [文献标识码]A 农业面源污染是农业生产的负面伴随产物，其对农业的可持续发展起到了一定的阻碍作用。2010 年我国第—次全国污染源普查公报显示，农业面源污染排放的总氮为2.7×106t，总磷为2.8×105t，分别占同期全国排放量的57. 19%和 67. 27%。随着点源污染得到逐步控制，农业面源污染已成为我国许多湖泊营养物的主要来源，其中化肥过量施用，利用率低是目前污染的主要因素。我国化肥利用效率仅为33%，其中，氮肥为30%～50%，磷肥为10%～20%，钾肥为35%～50%，仅每年在粮食和蔬菜作物上施用的氮肥，就有约17.4万t流失，给农田、流域乃至整个生态系统都造成了严重的影响。我国对农产品的需求一直呈刚性增长，化肥施用压力有增无减。统计资料显示，2015年中国化肥施用量达到6022.60万t，占世界总量的35%;单位农作物播种面积平均施用量达531.37kg/hm2，是国际公认化肥施用安全上限（225kg/hm2） 的2.4倍。部分农作物的化肥施用量已经超过了其经济意义上的推荐施用量。如何控制化肥投入所产生的面源污染、转变现有的以透支环境为代价的农业生产方式是目前农业可持续发展亟待解决的关键问题。 赵志坚运用计量模型对湖南省粮食产量与化肥投入之间的关系进行实证检验，发现化肥投入的年均增长速度是粮食增速的12倍。这说明化肥投入对粮食的边际增量在下降。对于经济效果而言，“过量”是一种资源浪费。从农户的生产动机出发，考虑作物生产效益，如果大量的化肥投入不能带来农产品利润的增长，无法实现利润最大化的目标，“过量”的化肥投入就是无效率的。对于环境而言，富集在土壤中的养分通过农田排水、径流和挥发等途径损失进入环境，任何进入环境并对土壤和水域环境造成污染，导致土壤理化性质改变，土壤质量下降;水体总磷、总氮等指标超标的投入都是“过量”化肥投入的反应，这就造成了农业的面源污染。 我国对化肥面源污染方面的研究起步较晚，多集中于对农药、化肥、地膜等生产资料的投入而导致的农业面源污染的现状、影响因素及技术控制等方面的研究。有学者通过评价模型对部分沿河沿海流域化肥施用的环境风险进行了评估分析，其中山东省、江苏省、淮河流域以及南水北调工程的水源地均存在较为严重的环境污染风险。其中山东省的氮、磷肥施用存在重度环境污染风险，江苏、淮河流域及南水北调工程水源地的化肥施用的污染风险呈逐年增加趋势，地区差异较为明显。而对于内陆地区诸如西藏、甘肃、云南等的化肥面源污染的研究较少，因此，本文基于对我国当前化肥面源污染的现状进行描述，结合云南省数据，对云南省化肥施用强度分布进行描述并对其环境风险进行评价，提出调整参考建议，以期为云南省化肥面源污染的治理及化肥减量增效工作提供参考。 1? ? 材料与方法 1.1? ? 研究区域概况 云南省位于北纬21?8?～29?15?，东经97?31?～106?12?之间，总面积3.94×105 km2。云南省位于我国西南地区，耕地面积6.24×104 km2，占云南省土地总面积的16%。农业生产较其他省份而言相对落后。种植业是云南省主要农业污染源类型，污染物排放量占到农业源污染物总负荷的2/3。种植业排放污染物主要来源于化肥、农药和作物秸秆流失等。近十五年来，云南省化肥使用量年均递增5%，目前仍处于上升趋势（见图1）。据统计，云南省化肥使用量已经由2000年的106.72万t增加到2015年的231.33万t，占全国总量的3.84%，属于中低水平。云南省化肥施用量（折纯）为231.87万t，单位耕地面积平均化肥施用强度为806.18kg/hm2 ，是全国化肥平均施用水平（485kg/hm2）的1.7倍，大大超出了国际公认的化肥施用生态安全上限（225kg/hm2）。 1.2? ? 数据来源 研究所需基础数据（耕地面积、化肥施用量、农作物播种面积等）主要来自《云南统计年鉴2000～2015》和《中国统计年鉴2000～2015》。部分往年数据根据有关云南统计年鉴基础数据进行整理和计算获得;化肥施用强度标准值参考环境保护部印发的生态县、生态市、生态省建设指标（修订稿）》和《国家生态文明建设示范村镇指标（试行）》。复合肥中的氮、磷、钾总体含量结构来源于化肥销售市场调研及相关地区总结成果，确定复合肥中氮磷钾含量以 1：1：1比例进行折算。 1.3? ? 环境风险评价法 环境风险评价是指对人类的各种社会经济活动所引发或面临的危害（包括自然灾害）对人体健康、社会经济、生态系统等所造成的可能损失进行评价，并据此进行管理和决策的过程。而化肥施用的环境风险较为从土壤污染来看，化肥的不合理施用，特别是大量施用氮肥容易使土壤硝酸盐剩余并迅速积累，加速了土壤盐积和次生盐渍化，造成土壤板结。且使得水土流失现象加重，化肥利用率下降，对环境造成破坏。对水体污染来看，化肥平均损失率约为 45%，溶入水体中的氮素约有60%来自化肥。氮磷肥的不合理使用，还会造成土壤饱和度外溢流失，引起地表水体的富营养化，增加地下水硝态氮含量，引起地下水硝态氮污染，威胁水体安全。 本研究采用刘钦普等使用的环境风险评价模型，综合考虑了环境安全阈值、环境影响权重和农作物复种指数等多种影响因素。其模型表达式为： （1） （2） Rt为总化肥污染环境风险指数;Ri为单质肥料（氮、磷、钾等）污染环境风险指数;Wi为单质肥污染环境风险权重 ，;Ti为单质肥料使用环境安全阈值（单位：kg/hm2），是指为实现农作物目标产量而不危害环境的某项单质肥的最大使用量。这里根据原环境保护总局2007年确定的生态县建设农田化肥最大使用量作为化肥使用环境安全阈值。Fi为化肥使用强度，为单位面积耕地年平均的某项单质肥使用量（单位：kg/hm2）。m为作物复种指数;Ui为各单质肥利用率。 式（2）表明，在一定的化肥施用强度下，化肥利用率越大，污染环境的风险越小;复种指数越大，作物利用的化肥越多，污染环境的风险也越小;在一定的复种指数和化肥利用率条件下，化肥施用强度越大，环境风险指数越大。因此，为了便于与相关区域研究结果进行比较，将参比基准复种指数设定为1，化肥利用率设定为50%（2Ui=1）。 根据环境风险指数值，可将化肥污染环境风险程度分为6 个不同等级类型（见表1） 。 2? ? 结果与分析 2.1? ? 云南省耕地化肥施用特征分析 由表2可知，2015年云南省化肥施用强度达806.184 kg/hm2，复种指数为2.48。远超原国家环境保护局2007年印发的生态县、生态市、生态省建设指标 （修订稿） 中化肥施用强度小于 250kg/hm2的评价标准，但低于全国平均化肥施用强度。云南省16个市（州）中，施用强度最高的是红河州，总量为1504.68kg/hm2，占云南省化肥施用总量的11.67%，是最低值怒江州（223.61kg/hm2）的7倍。红河州95%以上的绝对贫困人口在南部，人多地少，种植面积狭窄，土壤养分贫瘠，涵养水分能力差，是集边境、少数民族和贫困于一体的特别贫困地区，农民习惯以增加化肥使用量来提高农田单产能力。其次是曲靖市，曲靖市施肥总量为1381.05kg/hm2，占全省化肥施用总量的10.71%。素有“滇东粮仓”之称的曲靖是主要农产品粮食、油料、烤烟、蚕桑以及畜牧的生产基地。2015年曲靖市薯类播种面积为19.59万hm2，油料播种面积达8.83 万hm2，烤烟播种面积达8.47 万hm2，蔬菜播种面积达15.66 万hm2 ，主要农作物播种面积达 116.13 万hm2。作为农业大市，农业占比较大是造成化肥施用量高的主要原因。 化肥施用量最少的是怒江州，化肥施肥总量为223.61kg/hm2，其氮肥、磷肥、钾肥及复合肥施用量均为全省最低。怒江州耕地面积为5.06万hm2，长期以来陡坡垦殖的传统农业发展不仅没有带动地区经济的发展，而且造成了当地生态环境的破坏，制约了发展。 按照化肥施用强度大于250kg/hm2的1、2、3、4倍数，将云南省化肥施用状况分为低度过量（250～500kg/hm2）、中度过量（500～750kg/hm2）、高度过量（500～750kg/hm2）、严重过量（1000～1250kg/hm2）和极严重过量（1250kg/hm2）4个等级。由图2可知，云南省化肥施用强度的分布呈现出沿西南偏东走向有四个分部带，其中全省中部以东的施肥强度由高度过量像极严重过量演变，而两省交界的市（州）化肥施用量均为中度或低度过量。其中极严重过量的市（州）有昆明市、曲靖市和红河州。高度过量的市（州）有楚雄市、玉溪市、丽江市、大理州、临沧市、保山市。云南省作为传统农业大省，除主要粮食作物外，还种植橡胶、茶叶、烟叶等经济作物，为使作物增产，含氮的化肥大量投入是一个重要的原因。造成化肥施用区域差异的原因除了气候、土壤、地形等自然条件外，还会受当地的种植结构、施肥技术、经济水平等因素的影响。 2.2? ? 云南省耕地化肥污染环境风险分析 根据环境风险评价模型公式（1）和（2）及相关参数，采用表2中化肥施用强度和作物复种指数数据，计算出2015年云南省16个市（州）总化肥及单项化肥污染风险指数和环境风险指数。参考我国生态县建设中化肥施用强度小于250kg/hm2的评价标准将250kg/hm2作为总化肥施用环境安全阈值。氮、磷、钾我国大田作物适宜比例1：0.5：0.5取值，确定氮肥的环境安全阈值为120 kg/hm2，磷肥和鉀肥的环境安全阈值均为60kg/hm2。由于氮、磷、钾肥的配比不同以及三者的利用率不同，其面源污染的危害程度也不相同。云南省的农业面源污染受氮肥和磷肥的影响较大，受钾肥影响较小。这里确定氮肥的环境风险权重为0.61，磷肥为0.22，钾肥为0.17。 由图2可知，云南省16个市（州）的化肥面源污染平均风险程度为中等，其中10个市（州）为中等风险，其余5个市（州）为低风险，怒江州为低安全。总的来说，云南省氮肥、磷肥的环境污染风险高于钾肥，在空间上呈现出中部、东部偏高的特点。 2015年云南省环境状况公报，云南省2015年的地表水水质为轻度污染，基本符合本研究确定的中等风险;省辖六大水系主要河流受污染程度由重到轻排序依次为：长江水系、珠江水系、澜沧江水系、怒江水系、伊洛瓦底江水系、红河水系。云南省主要河流（长江、珠江、红河、澜沧江、怒江、伊洛瓦底江）的主要污染指标为化学需氧量、总磷、氨氮。污染严重的长江水系和澜沧江水系途径昆明市、西双版纳州正是处于化肥施用强度高、环境污染风险严重的区域。 3? ? 结论 本文以云南省为例，借助化肥污染环境风险评价模型，从时间序列探讨了15a间化肥施用量的变化，从空间格局角度探讨了化肥施用强度的地区差异和化肥污染风险程度的地区不平衡性，得出以下结论： （1）云南省化肥施用总量呈逐年递增趋势。且化肥平均施用强度高于发达国家化肥施用安全标准上限以及全国化肥施用强度平均水平和我国生态县建设化肥施用负荷标准的地级市（州）占70%。 （2）云南省存在各地施肥结构不均衡且施肥量特征区域差异较大的问题，2015年云南省的化肥施用强度为806.18 kg/hm2，超过了国家环境保护局2007年印发的生态县、生态市、生态省建设指标 （修订稿） 中化肥施用强度小于 250 kg/hm2的评价标准。且施肥强度最大的红河州（1504.68 kg/hm2）是最低值怒江州（223.61 kg/hm2）的7倍，化肥施用强度之间的差异与区域间气候、土壤和种植结构等因素有着直接关联。 （3）2015年云南省化肥施用风险指数为0.65，属于中等风险，其中昆明市和西双版纳州氮肥的环境风险污染程度为严重风险，氮肥污染风险程度高于磷肥和钾肥。应认识到过量施用化肥面临的风险，建立化肥面源污染防治协调机制，加强区域合作，提高农民环境意识，从源头防治化肥过度施用对生态环境和人体健康造成的危害。 [参考文献] [1] 赵志坚，胡小娟，彭翠婷，等.湖南省化肥投入与粮食产出变化对环境成本的影响分析[J].生态环境学报，2012，21（12）：2007-2012. 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