農業面源污染對我國農村地表水的影響與對策研究

周冏，溫倩倩，康晶，羅海江，封雪

(中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012)

黨的十八大以來，在習近平新時代中國特色社會主義思想的科學指引下，生態環境保護工作已實現由總量控制向環境質量改善為目標的轉變。在水環境管理方面，隨著點源污染治理的不斷推進，農業面源污染的影響日益凸顯，已成為制約水環境質量進一步改善的難點和關鍵點。我國陸續出臺《水污染防治行動計劃》《農業面源污染治理與監督指導實施方案(試行)》《農業農村污染治理攻堅戰行動方案(2021—2025年)》等系列政策文件，均明確提出了加強農業面源污染防治的要求[1]。

現通過對2015—2021年我國農村地表水環境質量監測數據的分析，結合農業農村的社會經濟活動水平數據，分析農業面源污染對我國農村地表水質的影響，提出應根據不同的農業面源污染類型采取相應的對策，以期為農業面源污染治理與監督指導工作提供政策建議。

1 研究方法

1.1 數據來源

從2009年起，生態環境部門根據經濟發展速度、人口密集程度和環境污染程度等，開始在全國選取代表性村莊開展農村環境質量監測。其中，要求在村莊所在縣域開展農村地表水環境質量監測[2]。全國及各省農村地表水環境質量數據來源于農村環境質量監測數據；農業農村主要社會經濟活動水平數據主要來源于國家統計局。

1.2 監測點位

農村地表水環境質量監測以村莊所在縣域為點位布設單元，在縣域最大河流(水系)的出、入境位置各布設1個監測斷面，如有湖庫，選擇相對重要的1個湖庫增加1個監測點位，如村莊有地表水，還需增設1個監測點位。國考斷面一般布設在大江大河的干流和主要支流上，因此與國考斷面相比，農村地表水斷面更能反映農村地區的地表水水質狀況。

1.3 監測指標及時間

農村地表水環境質量監測指標為《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)表1中的24項基本項目。監測時間為2015—2021年，每季度1次，全年4次。

1.4 評價方法

根據《GB 3838—2002》中Ⅲ類水質類別標準，采用單因子評價法進行評價[3]。同時，對糞大腸菌群和總氮進行單獨評價。目前河流中總氮沒有相應的評價標準，但總氮是農業面源污染的關鍵指標，因此河流和湖庫中總氮分開評價，且均參考湖庫標準進行評價。

1.5 數據分析方法

利用SPSS軟件進行相關性和聚類分析。為確定農業面源污染對農村地表水影響的主要因素，根據數據的可得性，選取能代表農業農村主要社會經濟活動水平的參數，與農村地表水中主要污染物的超標比例，開展相關性分析。為了區分不同地區的農業面源污染類型，選取各地區農村地表水水質狀況指標農業農村活動水平和污染壓力指標、以及環境容量指標，對各地區農村地表水水質及影響因素開展聚類分析。

2 結果與分析

2.1 我國農村地表水環境質量狀況特征分析

2.1.1 農村地表水質總體良好，但改善程度較緩

2021年，全國共監測了4 646個農村地表水斷面，其中，Ⅰ—Ⅲ類水質斷面3 877個，占83.4%；Ⅳ、Ⅴ類700個，占15.1%；劣Ⅴ類69個，占1.5%，農村地表水質狀況總體良好。2015—2021年全國農村地表水監測斷面不斷增加，從2015年的1 489個增加至4 646個，增加了3 157個。Ⅰ—Ⅲ類水質斷面比例穩步提升，從74.3%提高至83.4%，劣Ⅴ類水質斷面比例有所下降，從7.8%下降至1.5%，農村地表水整體水質狀況改善明顯。

2015—2021年全國農村與國考斷面地表水環境質量變化趨勢見圖1。

圖1 2015—2021年全國農村與國考斷面地表水環境質量變化趨勢

由圖1可見，2015—2021年農村地表水和國考斷面Ⅰ—Ⅲ類水質斷面比例分別上升9.1和20.4個百分點， 劣Ⅴ類水質斷面比例分別下降6.3和7.6個百分點，因此農村地表水改善幅度明顯小于國考斷面。近年來隨著點源治理的持續推進，國考斷面的水質提升明顯，但農村地區水體主要受農業面源影響，其治理難度較大、力度較弱，因此農村地表水水質波動較大且改善程度明顯較緩。

2.1.2 農村地表水季節性污染特征顯著，第3季度達標率明顯偏低

2015—2021年全國農村地表水季度達標情況見圖2。

圖 2 2015—2021年全國農村地表水季度達標情況

我國農村地表水質呈現明顯的季節性變化趨勢，其中大部分年份第3季度Ⅰ—Ⅲ類斷面比例均明顯低于其他季度。我國大部分地區雨季均分布在第3季度，降雨會導致種植業氮、磷大量流失，同時許多未處理的養殖場糞污和農村生活污染物進入河流，導致汛期水質超標比例明顯升高。

2.1.3 農村地表水主要超標因子集中，且與農業面源污染相關度高

2015—2021年農村地表水水質超標項目比較集中，以化學需氧量、總磷、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數、氨氮等為主(表1)。由表1可見，主要超標項目的超標比例均呈現明顯的下降趨勢，但化學需氧量、總磷、五日生化需氧量和高錳酸鹽指數的超標比例仍相對較高(>5%)。

表1 2015—2021年全國農村地表水主要超標因子的超標比例 %

對總氮和糞大腸菌群單獨進行評價，結果表明，無論是河流還是湖泊，總氮超標比例均較高，河流總氮超標比例基本在60%以上且超標比例持續升高，湖庫總氮超標比例在40%以上，糞大腸菌群超標比例基本在10%以上，湖庫總氮和糞大腸菌群超標比例均表現出先升高再下降的趨勢。農村地表水中的主要超標因子均是與農業面源污染高度相關的指標。

2015—2021年我國農村地表水質的變化趨勢、季節特征、主要超標指標等分析結果顯示，我國農村地表水環境質量受種植業流失、養殖業廢水、農村生活垃圾和污水等農業面源污染影響的特征明顯，農村地表水質與農業面源污染有較強的響應關系。

2.2 農業面源污染與農村地表水的相關性分析

2.2.1 農業農村社會經濟參數變化情況

2015—2021年全國農業農村社會經濟活動相關參數變化情況見表2。隨著城鎮化率的不斷提高，全國鄉村人口每年以>2%的速率在逐年遞減，鄉村人口流向城市的趨勢明顯。

表2 2015—2021年全國農業農村社會經濟活動相關參數變化情況①

畜禽養殖業由于受市場供求關系影響較大，因此肉類產量和豬年底頭數在年度間的波動較大，無明顯規律性變化趨勢。

我國農作物面積基本保持穩定，但果菜茶等經濟作物播種面積所占比例出現一定的上升趨勢。近年來，農業部門執行嚴格的“一控兩減三基本”政策，因此化肥施用量、農藥使用量和塑料薄膜使用量等均呈明顯的下降趨勢[4]。

2.2.2 相關性分析結果

利用SPSS軟件，對各農業農村社會經濟參數與農村地表水中主要超標污染物的超標比例，開展相關性分析，結果見表3。由表3可見，肉類產量、豬年底頭數、農作物總播種面積等參數與超標因子的相關性均較弱。

表3 農業農村社會經濟參數與監測指標超標比例相關性分析①

鄉村人口與五日生化需氧量、化學需氧量、總磷、氨氮和高錳酸鹽指數等超標因子均呈現較強的正相關關系，除高錳酸鹽指數外，大部分指標間的相關系數(R)均達到0.9以上。2015—2020年，全國農村生活污水治理率由11.4%提高至25.5%[5]，說明農村人口減少以及農村生活污水治理率的不斷提高，是近年來農村地表水水質改善的重要原因[6]。同時，鄉村人口與河流總氮表現出負相關關系，這可能與農村生活源并不是總氮的主要排放源，且農村生活污水處理設施除氮效果普遍不佳有關[7]。

養殖業指標與農村地表水各項指標均無明顯相關性，這是由于養殖業對市場供求關系敏感，年度間規律性不明顯致導的。但根據第二次全國污染源普查數據，在農業源中畜禽養殖對化學需氧量(63.9%)、總氮(32.0%)和總磷(48.1%)的貢獻均較大[8]，養殖業依然是影響農村地表水水質的重要因素。

種植業指標與農村地表水各項指標的相關性均較強。農用化肥/氮肥/磷肥施用量與化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷和高錳酸鹽指數，農藥使用量與化學需氧量、五日生化需氧量和高錳酸鹽指數，塑料薄膜使用量與化學需氧量、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數、氨氮和總磷等均呈現較強的正相關關系，大部分指標間的R>0.9。說明化肥、農藥和農膜等農業投入品使用量的不斷減少和利用率的不斷提高，對農村地表水的水質改善起到了積極作用。

此外，經濟作物種植面積比例與化學需氧量、氨氮、五日生化需氧量、總磷和高錳酸鹽指數等均呈現較強的負相關性，同時與河流總氮呈現明顯的正相關性。我國的農作物種植面積相對穩定，但是果菜茶等經濟作物種植面積不斷增加，由于經濟作物施肥頻率高，氮肥用量為大田作物的數倍，但平均氮肥利用率(10%)遠低于大田作物(35%)，更易造成降雨與施肥期的偶合，從而引發大量農田氮、磷的流失[9-10]。因此，經濟作物種植面積的不斷增加對農村地表水水質造成了潛在的不利影響。在主要超標因子中，只有總氮超標比例呈上升趨勢，這與近年來經濟作物種植面積大幅增加是息息相關的。

2.3 各地區農業面源污染特征聚類分析

2.3.1 農村地表水影響因素分析

地表水水質由水體接納的污染物排放量和水體的自凈能力兩方面共同決定。各地區農業源排放量大小決定了農村地表水承受的壓力，因此農業生產強度較大和農村人口較多的地區水質狀況相對較差。同時，各地區水資源量大小決定了水體的環境容量和自凈能力，因此水資源量較大的地區水質狀況相對較好[11]。

根據相關性分析結果，農村地表水水質與種植業、畜禽養殖業和農村生活源等均有較強的相關性。選取農村地表水水質狀況指標(以農村地表水超標比例、總氮平均濃度代表),農業農村活動水平及污染壓力指標(農村生活源：以鄉村人口、流動人口占鄉村人口的比例代表；畜禽養殖業：以肉類產量、豬年底頭數代表；種植業：以農用化肥施用量、經濟作物種植比例代表)，以及環境容量指標(以地表水資源量代表)，共9個指標開展聚類分析。因各省大部分統計數據只更新到2020年，因此以2020年為基準年開展聚類分析，各地區農村地表水水質狀況及影響因素指標見表4。

表4 2020年各地區農村地表水水質狀況及影響因素指標①

2.3.2 聚類分析結果

利用SPSS軟件對9個指標進行標準化，再利用系統聚類中的ward法開展聚類分析，將全國31個地區劃分為7類，見圖3。從聚類分析結果可見，7類地區的農業生產活動水平、農村地表水污染現狀和污染治理水平等特點各不相同，應根據不同的污染類型因地制宜地采取相應的農業面源污染防治策略和治理措施。

圖3 各地區農村地表水聚類分析結果

第1類為以農村生活源污染為主的超大城市。包括以北京和上海為代表的流動人口占比較大的地區。近年來我國農村，尤其是中西部地區鄉村人口不斷下降，同時東部發達地區的外來務工和流動人口不斷增加。北京、上海的本地鄉村人口較少、農業生產活動水平也極低，但接納流動人口的比例卻非常高，容易超出當地水體的環境容量。上海無論是總體超標比例還是多項污染物的濃度均明顯偏高。該類地區經濟實力較強，應加強對鄉村人口聚集區域的農村生活污染治理。

第2類為本底農村地表水水質較差且污染問題突出地區。包括以天津、山西和寧夏為代表的因本底生態環境質量制約而導致農村地表水水質問題突出的地區。山西位于黃河流域中下游，寧夏引黃灌區種植面積廣，天津地處海河流域入?？?，均接納了來自上游和中游的大量污染物，且水資源量匱乏，因此雖然整體農業農村生產活動水平不大，但農村地表水水質問題卻十分突出。天津不管是超標比例還是各項污染物的平均濃度均位于全國前列。該類地區農村地表水的問題不僅依賴于本地農業面源污染的治理，還必須充分發揮上下游的協同控制作用。

第3類為農業面源污染強度大、農村地表水水質問題突出地區。包括以河北、山東和河南為代表的農業面源污染負荷高、強度大且農村地表水質不容樂觀的地區。這3個地區不論是鄉村人口、畜禽養殖量還是各類農作物種植面積均居于全國前列，農業面源污染負荷高、強度大，但水資源量占比卻均不足全國總量的1%，因此農村地表水水質達標比例均較低，總氮平均濃度也是全國最高的。該類地區應作為農業面源污染控制和治理的重點和關鍵區域。

第4類為農業面源污染強度居中、農村地表水水質一般的地區。包括內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇和安徽。這些地區農業農村生產活動水平居中，北方的黑龍江、內蒙古和吉林是主要的糧食種植基地，江蘇和安徽的種植業和養殖業規模仍然較高，北方地區農業農村生產活動水平相對南方地區偏低，但因為水資源量也相對較少，因此農村地表水水質狀況基本處于同一水平。該類地區應加強源頭控制，堅持種養結合，實現農村地表水水質穩中有進。

第5類為農業面源污染強度較低、農村地表水水質相對較好的地區。涉及地區較多，包括浙江、福建、海南、重慶、貴州、陜西、甘肅、青海和新疆。前5個南方省份相比同區域的其他地區，農業農村生產活動水平較低，且水資源量較豐富，后4個西北省份雖然水資源匱乏，但活動水平也較低，新疆雖然種植業發達但主要采用地下水,對地表水影響較小，因此這些地區農村地表水水質狀況均較好。該類地區應平衡好發展和保護的關系，避免因農業生產規模擴大引發的環境問題，確保農村地表水水質保持穩定。

第6類為農業面源污染增加較快、農村地表水壓力不斷加重的地區。包括江西、湖北、湖南、廣東、廣西、四川和云南。這些地區也是傳統的農業生產大省，近年來雖然種植規模有所下降，但農村人口和畜禽養殖規模仍居高不下，且呈現一定的增長趨勢。這些地區的水資源量都相對豐富、農村地表水狀況整體良好，但農村地表水壓力在不斷加大，部分地區的水質已出現了一定的惡化趨勢。該類地區農業面源污染負荷在不斷增加，應謹防農村地表水水質的不斷下降。

第7類僅包含西藏，該地區農業農村生產活動幾乎為0、水資源非常豐富，因此農村地表水處于常年穩定達標狀態。

3 建議

(1)畜禽養殖業仍是農村地表水污染的主要來源，對地表水水質的改善至關重要。應大力推進標準化規模養殖，推廣節水節料飼喂、節水清糞等實用技術裝備，實現源頭減量。支持開展畜禽糞污資源化利用整縣推進，制定糞污運輸裝備、施肥設備技術改造和農田施用技術，提高有機肥利用率，優化養分資源的綜合管理，打造綠色種養循環農業模式，推動畜禽糞污由“治”向“用”轉變。

(2)農業投入品的過量使用以及農作物種植結構的變化是地表水中氮磷超標的主要原因。應繼續深入實施化肥減量行動，推進測土配方施肥，示范推廣緩釋肥、水溶肥等新型肥料，推進有機肥替代化肥。大力推進病蟲害統防統治，推廣高效低風險農藥，集成應用綠色防控技術。在水質超標風險高、農業生產強度大的地區，尤其是經濟作物種植比例高的地區，制定化肥施用限量標準和減量方案。同時對農田的輪作類型、耕作方式、施肥方式、施肥時期、肥料品種、肥料用量等農業生產技術措施制定具體可行的技術規范。

(3)農村生活污染對水質的影響顯著。因此流動人口輸入較大的東部發達地區，以及農村人口相對集中的村鎮，應成為農村生活源監管的重點區域，加大農村生活污水處理設施及農村生活垃圾治理系統的建設，保障兩類設施的正常運行，是改善農村地表水水質的首選措施。

(4)完善農村環境質量監測網絡，加強農業面源污染監測和評估?；谌珖乇硭娃r村環境質量監測網絡，采用更新改造、共建共享和新建相結合的方式，優先在農業面源高風險區域，加強對暴雨、汛期等重點時段，以及農田退水、農村生活和養殖集聚區等重點區域的監測。同時，根據地理位置、農業生產和農村生活方式、地形地貌及土地利用方式等的差異，選擇典型小流域布設農業面源污染定位觀測站。利用野外較長時間的地面實際觀測和定量分析，掌握農業面源污染時空演變規律，開展農業面源污染負荷估算[12]，為流域水質達標提供決策依據。