刘丹付习科孙睿陶笑笑

(1.新疆农业职业技术学院，新疆 昌吉 831100；2.昌吉回族自治州气象局，新疆 昌吉 831100)

农业面源污染是从宏观角度考察一定区域内农业污染的环境学概念。与工业污染相比，农业污染呈现污染源分散，风险源污染总量小，污染物多样化等特征。这些特征决定了其污染治理与工业污染治理有所不同。新疆是我国农业生产大省，地处北半球干旱和半干旱地带，土壤以钙积土、漠土和草甸土为主，pH偏高，盐渍化，农业污染自然降解缓慢，因此其污染治理需要特别关注。

1 新疆农业面源污染态势

当前，新疆农业面源污染情况不容乐观，污染总量有逐年上升的态势。原伟鹏等[1]调查了新疆昌吉州农业面源污染状况，根据调查，2007—2017年，昌吉州年均化肥施用总量增长率为10.08%，10年间共提高了108.37%。其它污染物如农药、农膜污染等也大幅增长。根据徐丽萍等[2]的研究，新疆农业面源污染重点县主要分布在水源丰富区域。如，玛纳斯河以及金沟河流域的沙湾县，盖孜河、塔里木河流域的英吉沙县，伊犁河流域的伊宁县，叶尔羌河流域的莎车县，盖孜河流域的疏勒县等。水源丰富地区农业发展迅速，农业经济发展与面源污染呈现一定正相关性。

新疆不同地域农业面源污染的主要污染物不同，喀什地区的伽师县、巴楚县，阿克苏地区的新和县等地区的化肥污染严重，伊犁哈沙克自治州的尼勒克县、特克斯县的粪便类污染物污染严重。这种不同主要是因为各地农业产业结构不同。周晓琴等[3]研究了新疆各地农业面源污染差异性，污染严重区主要包括伊犁哈萨克自治州、喀什、昌吉和阿克苏以及生产建设兵团地区。2014年新疆地区的农业面源污染数据显示，该年度新疆农业污染排放总量约14万t，化学需氧量(COD)和总氮(TN)是农业面源的主要污染物。

综上，新疆农业面源污染有区域集中，种植业污染和畜牧业污染占比较大以及面源污染总量逐年增加等特点。

2 新疆农业面源污染风险源研究

农业面源污染虽然呈散点状多发态势，但各类研究表明，农业面源污染主要污染风险物基本一致，主要包括化肥、农药、农业用膜、粪便污染等。新疆农业面源污染也集中在以上风险源。原伟鹏等分析了新疆昌吉州主要农业面源污染物状况。研究发现，化肥、农药和农膜的使用量逐年递增，直接导致了与这些物质相关的农业污染加剧。化肥使用量的增加会导致土壤中总氮残留提升，而农膜使用量增加同样会导致农膜残留增加。研究发现，2017年昌吉州土壤中的总氮含量较10年前增长了约170倍，每公顷农膜的残留量提高了15倍。总氮增长一定程度上增加了土壤养分，但也加速了土地盐碱化。农膜污染则易导致土壤板结，破坏植物根系微生态环境。

新疆种植业重金属污染也值得重视。当前主要重金属污染物包括镉和铜，重金属容易在生物体内累积，危害周期长。农业重金属的污染除了与农药喷洒有关外，还与工业废水排放有关。当农业灌溉用水来自被工业废水污染后的河流时，工业污染物被转移到农业面源污染中，这种工农业污染物交叉的情况必须引起重视。

农业化肥污染是一类污染，主要包括总氮和总磷。张晓莉等[4]研究了新疆农业面源污染中总氮和总磷问题，研究发现氮磷污染主要有3个来源，其中排放占比最大的是畜牧业，其次为种植业，最后是农村生活污染类。新疆畜牧业污染主要由牛、羊养殖业引起。种植业中主要污染来自小麦、玉米和棉花的种植。从每公顷作物的污染总量来看，小麦和玉米种植造成的污染排放比棉花种植更大。这是因为每公顷小麦和玉米的单产比棉花高得多，产品产量高，所消耗的化肥等养分多，造成的化肥残留污染自然更严重。周晓琴等也研究了新疆氮磷类污染状况，研究认为牛养殖业和旱田种植是氮磷类污染的重要源头。牛养殖和旱田种植分别是畜牧业和种植业的代表，这两者在农业面源污染中的占比分别为55.22%和44.78%。研究支持了在总氮和化学需氧量等指标上，新疆畜牧业比种植业污染更严重的观点。

当前新疆农业面源污染研究中，关注氮磷类风险物的研究较多，其次是农药污染物残留，农膜残留也有一定关注。根据周子渭等[5]的研究，新疆农业用农膜量逐年增长，2017年用量已经超过20万t。原伟鹏等[6]研究发现，新疆昌吉自治州农膜使用量从2007—2017年共增长了87.27%，而农膜回收不足30%。

3 农业面源污染模型研究进展

模型作为一种有效工具，在全球许多流域已被广泛应用于面源污染物的预测和管理，由于面源污染物形态多样、路径多，从产生到最终归宿的全程跟踪是很大的挑战，农业面源污染不同于点源污染，点源污染物集中在一处，便于归集、测定、统计分析。而散布式的面源污染物在测定、统计分析上困难度增加。农业面源污染物随着时间变化会发生空间转移。如，随着雨水汇集至江河湖海，或在土壤中富集，导致土地盐碱化。农业面源污染物的这些特点，意味着污染物的分析统计需要采用与工业污染不同的方法。在面源污染统计分析中，选取何种面域作为分析对象对统计结果有重大影响。如选择一定面积的土地作为分析对象，则该区域的农膜残留以及农药重金属的残留容易得到统计分析，而易随雨水流失的总氮、总磷则不易得到统计。如果选取附近的河流断面作为污染统计对象，则需要考虑上下游污染物扩散的影响。鉴于这些因素，农业面源污染的统计分析需要因地制宜地构建一些模型，以更好地统计分析农业面源污染的具体数据。

根据面源污染在不同空间上的主要过程，可分为农田尺度和流域尺度，经典的面源污染模型包括出口系数模型、水土评价工具模型(SWAT)和水文模拟程序模型(HSPF)[7]。田间尺度模型关注的是水和污染物的转化过程，SWAT是近20年来模型研究中较为流行的模型，此外，对水质和流域管理的影响仍是近年来面源污染的研究热点。“土壤”“土地利用”等也越来越引起人们的关注，“土地利用变化”相关研究则强调预测土地利用变化对流域面源污染负荷的影响。农田尺度主要考虑土壤-植被等过程，其关键原则是农学和土壤学知识，DNDC是典型的场尺度模型[8]，最初用于研究生态系统的温室气体排放，而反硝化和分解基本上是土壤向大气排放碳和氮的效应。在农业生态系统中，作物生长、土壤碳氮动态、温室气体排放和氮损失的预测对农业面源污染研究有很大帮助[9，10]。Zhao等[11]建立了土地利用模式、作物管理、污染物随距离衰减和河流水质之间的定量关系，并构建了6种回归模型，其中，当纳入水质、土地利用结构、作物管理、土壤养分衰减等参数时，建模效果最好。

蔡路灵[12]分析了农业面源污染模型发展历程，认为农业面域模型主要可分为经验、机理和功能模型3大类。经验模型的构建多基于输出系数法，简单有效。机理模型可以用来模拟污染发生的原因和变化过程。功能模型则多结合计算机软件系统，在统计分析污染物的同时，具备一定的管理功能。周梦娇等[13]对世界农业面源污染模型的发展历程进行了回顾，研究认为美国学者在农业面源污染上走在世界前列。20世纪70年代，美国一些学者便提出了基于输出系数法构建农业面源污染经验模型。其原理是选取一定的面域，然后对该面域内的各污染指标按贡献率赋权，最后对加权值集总。最初这类模型选用河流作为分析断面，分析河流内污染物与临近面域耕地间污染程度的相关性，并确定各加权系数。这些系数最初是固定的，包括污水处理过程中营养物的机械去除系数、营养物滞留系数等，通常没有考虑土地类型以及河流的径流情况等，因此模型的适用性比较窄。后来不少研究者在这些模型的基础上加以改善，引入了更多的系数以及更合适的赋权方式，并构建了适用性更广的模型。农业面源模型采用的统计分析方法后期逐渐增多，模型逐渐多样化，其中代表模型有AGNPS，ANSWERS，SWAT等。这些模型结合了计算机可视化和形象化的特点，具备模拟和预测功能。

当前，国内关于新疆农业面源污染数据的统计分析多基于输出系数法。如，徐丽萍在新疆农业面源污染分布空间差异性分析中便利用经验性的动物排泄系数值，统计分析畜牧业中的粪尿排泄量。周晓琴等结合全国污染排查数据，采用源强系数法，对新疆农业面源污染物排放量进行了统计分析。其他一些研究采用了更复杂的模型。如，原伟鹏等利用熵值-集对分析模型，选取了耕地层含盐量、含钾量、含总氮、总磷以及农药投入量、化肥投入量、灌溉保证率等指标，构建了适宜于新疆干旱地层的农业面域污染生态风险评价体系。另外一些模型还考察了农业面源污染与社会发展的相关性。如，邓晴晴[14]从集聚效应角度分析了农业面源污染与农业规模效应、技术效应、结构效应、社会效应等指标之间的关系。研究基于Coperland-Taylor的污染检验模型，考察了COD，TN，TP等污染物浓度与农业积聚指标之间的相关性。

4 新疆农业面源污染应对措施的研究进展

中国科学院南京土壤研究所提出了农业面源污染控制的策略性理论：减源-拦截-修复(Reduce-Retain-Restore，3R strategy)[15]，3R策略以实现农业环境保护、农业经济可持续发展以及农业人居环境和意识形态相和谐发展为目标，从污染物产生的源头开展污染物的减量化工程，在污染物迁移过程中开展污染物的拦截与阻断工程，并对面源污染物进行深度的处理与再净化，在此基础上对农业生态系统进行环保修复，实现农业生态系统自我修复功能的提高和系统的稳态转换[16]。干旱地区农业污染容易导致土地盐碱化、淡水湖泊咸水化，因此必须严格控制农业污染。但由于我国单个农户经营管理的土地面积有限，相对的单位面积污染治理成本较高。从面域角度考虑农业污染的治理为农业污染治理开辟了新的思路。面域治理可以应对大范围农业区域内的污染，降低单位面积治理成本。农业污染治理难度大，并没有立竿见影的技术，面域治理可采用长期化、持续化的治理措施。

国外学者多从环境规章制度角度分析农业面域污染的治理。James等[17]认为，可以通过放发经济补贴，或增加污染税等措施引导农民优先使用低污染性的肥料或农药。Ronlyn Duncan[18]研究了新西兰农业流域水源污染治理问题，认为基于污染产出预测数据，可以规范农场污染物的治理。Vladimir Novotny[19]认为在某个流域开发之前，应建立良好的模型以预测水体的污染物负荷能力，从而保证生活用水水质不超标。

国内学者借鉴国外环境治理经验，认为可以从排污费等角度来治理农业面源污染。王彦[20]构建了Tapio脱钩模型，考察了新疆农业发展与农业污染之间的相关性，考察的指标主要集中在化肥污染上。研究同时提出利用征收排污费、建立化肥污染田长制等措施来降低化肥污染。周子渭等[21]研究了新疆农业污染治理相关的环境规章制度，认为合适的环境规章制度有利于农业面源污染治理。张志祺等[22]研究了新疆棉农参与农业面源污染治理的意愿影响因素，研究表明，棉花种植面积、环境关注度以及培训认同感等指标对棉农参与农业面源污染治理影响较为显著。李万明等[23]认为，应从调整三大产业占比的角度来改善农业面源污染，加强技术研发，增加第三产业占比，改善生态环境，可以降低农业面源污染。

靳孟贵等[24]认为新疆地表水资源稀缺，农业大量抽取地下水漫灌，不仅造成肥料流失，还会污染水体，导致土壤盐碱化，因此应大力推广节水灌溉。周晓琴等认为，新疆畜牧业污染较种植业污染严重，应大力推动养殖业产生粪肥的循环利用，作为种植业氮磷用肥的补充。张芳等[25]提倡大力宣传地膜回收政策，加大补贴等，以改善新疆农业农膜污染。刘婷等[26]研究了农业面源污染治理技术的发展，研究认为，农业面源污染治理需要从生态建设的高度来推动，以一定的面域为基础，打造基于该地域的环境污染生态防控体系。推动过程中，必须制定相关政策和进行一定的经济投入，并收集整理了适宜于农业面源污染治理的相关技术，包括塘技术、人工湿地技术、生态沟渠技术等。这些技术均具有利用天然生物治理水体污染的特点。一些水生植物，如水葫芦、芦苇、香蒲等可以有效去除水体中的氮磷钾，降低污染。水体中的微生物对降解氮磷和农药残留也十分有效[27]。一定面域内农业污染风险源，经雨水、灌溉水的冲刷，可以富集到目标区域，借助目标区域富水环境中的生物及其微生态环境，对污染物进行吸附、反硝化、降解等，最终可以消灭农业面源污染。

5 小结

新疆农业污染治理任重道远，从面源污染角度研究相关问题有助于加速农业污染治理。不少研究认为农业污染并非线性发展，没有污染上限而是会呈现倒U型的发展规律，当经济发展到一定水平，单位面积化肥使用量或单位农药使用量会到达一个临界点，过了这个拐点，农业面源污染会逐渐趋缓。这些观点降低了人们对新疆农业面源污染无限增长的担忧，但是农业面源污染拐点不会自动产生，需要采用生态防护技术和制定相应的生态环境治理措施，只有治理和发展相辅相成，才能在农业经济持续发展的同时，有效控制农业面源污染。