农村面源污染强度与生态非敏感性强度的空间耦合协调性分析

摘要  农村面源污染问题是当前研究的热点和难点问题。以鲹鱼河流域会东段为例，构建了农村面源污染强度与生态非敏感性强度的空间耦合协调度模型，并对各斑块的农村面源污染强度、生态非敏感性强度和空间耦合协调度进行了计算和空间分析。结果表明：鲹鱼河流域会东段虽然有60.55%的土地处于优质耦合协调区和良好耦合协调区，但仍然有11.96%的土地处于极度失调区，农村面源污染带来的生态环境问题依然非常严峻；耦合协调度的热点区和冷点区的空间分布非常明显，99%置信区间的热点区面积占56.08%，99%置信区间的冷点区面积占21.21%；养殖业污染是鲹鱼河流域会东段农村主要的面源污染源，是影响空间耦合协调性的主要因素。建议各乡镇科学地划定畜牧业的禁养限养区，合理确定养殖规模，推行种养结合和生态养殖模式；科学布设生态田埂、生态沟渠和生态池塘等系统，以防止农业尾水和农村生活污水未经任何处理直接排入河道；逐步降低和减少农村经济社会活动对生态环境尤其是生态高敏感区的农村生态环境的影响和干扰。

关键词  面源污染强度；生态非敏感性强度；空间耦合协调模型；耦合协调度

中图分类号  X71  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）04-0062-09

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.013

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Spatial Coupling Coordination Analysis of Rural Non.point Source Pollution Intensity and Ecological Non.Sensitivity Intensity—Taking Huidong Section of Trevally River Basin as an Example

WANG Shi.zong1， ZHANG Li.hong2， WANG Xiao.qing2  et al

（1. School of Public Administration， Zhejiang University of Finance and Economy， Hangzhou， Zhejiang 310018; 2. East China Institute of Survey， Design and Research， Hangzhou，Zhejiang 311122）

Abstract  Rural non.point source pollution is a hot and difficult problem in current research. Taking the Huidong section of the Trevally River basin as an example， this paper constructs a spatial coupling coordination model of rural non.point source pollution intensity and ecological non sensitivity intensity， and the rural non.point source pollution intensity， ecological non sensitivity intensity and spatial coupling coordination degree of each patch were calculated and analyzed. The results show that： Although 60.55% of the land in Huidong section of Trevally River basin is in high.quality coupling coordination area and good coupling coordination area， 11.96% of the land is still in extreme imbalance area， and the ecological and environmental problems caused by rural non.point source pollution are still very serious; The spatial distribution of hot spots and cold spots of coupling coordination degree is very obvious， the hot spot area of 99% confidence interval accounts for 56.08%， and the cold spot area of 99% confidence interval accounts for 21.21%; Aquaculture pollution is the main non.point source pollution source in rural areas in Huidong section of Trevally River basin， and it is the main factor affecting the spatial coupling coordination. It suggests that each villages and towns scientifically delimit the no breeding and limited breeding areas of animal husbandry， reasonably determine the breeding scale， and promote the combination of planting and breeding and ecological breeding mode;Ecological ridge， ecological ditch and ecological pond systems shall be scientifically arranged to prevent agricultural tail water and rural domestic sewage from being directly discharged into the river without any treatment;The impact and interference of rural economic and social activities on the ecological environment， especially the rural ecological environment in ecological highly sensitive areas should be gradually reduced.

Key words  Non.point source pollution intensity;Ecological non sensitivity intensity;Spatial coupling coordination model;Coupling coordination degree

作者简介  王世忠（1975—），男，浙江衢州人，副教授，博士，从事土地资源管理研究。

收稿日期  2023-02-02

面源污染，即非点源污染，是相对于排污点集中、排污途径明确的点源污染而言的区域环境污染问题。根据美国清洁水法修正案的定义，所谓面源污染是指“进入地表及地下水体的，并以广域、分散和微量的形式存在的一种污染物”。相对于点源污染，面源污染具有分布随机、污染源复杂、对土壤肥力破坏性大、对水源造成污染后防治较难等特点［1］。农业面源污染已经成为水体污染的重要来源之一［2］。从农业面源污染研究方法上看，SWAT（soil and water assessment tool）、AGNPS（agricultural non-point source）和HSPF（hydrological simulation program-fortran）是目前应用较多且较为成熟的面源污染模拟模型［3］。从农业面源污染治理研究上，BMPs（Best Manangement Practices）框架体系［4］，即在污染物进入水体前，通过各种经济高效、工艺简单、满足生态环境要求、适应污染特性的措施使其得到有效的控制，是目前最常见的治理研究框架体系。近年来，我国学者不断提出适合我国面源污染实际情况的理论和方法体系，并基于SWAT模型、模糊二层多目标规划模型（EC-IFBLMOP模型）、BMPs技术、4R技术体系，分析了我国面源污染产生的根本原因并进行了控制预防方案的模拟研究［5-8］。但如何治理我国的面源污染问题，减轻各大流域水源污染富营养严重的现象，仍是目前研究争论和探讨的热点。

在前人研究的基础上，以鲹鱼河流域会东段为例，通过构建空间耦合协调度模型，进行了鲹鱼河流域会东段农村面源污染强度与生态非敏感性强度的空间耦合协调度研究，以期为农村面源污染提供新的研究思路和研究方法。鲹鱼河流域会东段，作为一个具有区域特色的局部地区，属于云贵高原边缘地带，地处金沙江的上游，山高地陡，“一山有四季”，生态环境比较恶劣，农村面源污染问题对当地自然环境和社会经济环境的影响比较明显。尤其是乌东德电站并网发电后，金沙江的流速和流态均发生了变化，改变了水环境的物理和化学条件，降低了污染物在水体中的稀释、降解扩散和转化等过程。因此，很有必要对金沙江的上游鲹鱼河流域会东段的农村面源污染问题进行系统研究，以期进一步加强会东县的农村面源污染治理，优化金沙江流域的空间规划布局。

1  研究方法、研究区域与数据来源

1.1  研究方法

1.1.1  农村污染物排放量估计。

（1）农村生活污水污染排放量估计。农村生活污水污染排放量计算公式如下：

乡村生活污水污染排放量=乡村人口总数×农村生活污水排放系数×污水平均含量×入河系数（1）

由于数据缺失，可以参照同样是西南山区的重庆市调查结果［9］。根据抽样调查结果显示，重庆市农村人口人均每天生活污水排放量为0.67 L/d，参考重庆市环境监测中心的监测结果，COD、BOD5、TN、TP分别取292.69、138.33、44.14、4.49 mg/L，入河系数取0.30。

（2）农村生活垃圾污染排放量估计。农村生活垃圾排放量计算公式如下：

乡村生活垃圾污染排放量=乡村人口总数×农村生活垃圾排放系数×垃圾渗漏液平均含量×入河系数（2）

由于数据缺失，可以参照同样是西南山区的重庆市调查结果［9］。根据抽样调查结果显示，重庆市农村人口人均生活垃圾排放量为0.67 kg/d，其COD、BOD5、TN、TP参考垃圾渗滤液，分别取50.00、5.00、1.00、0.20 mg/kg，入河系数取0.20。

（3）种植业化肥的污染物排放量估计。

根据会东县的农村统计年鉴可知，会东县的农用化肥主要是氮肥、磷肥、钾肥和复合肥4种。化肥的农业面源污染产生量根据输出系数法进行估算，计算公式如下：

化肥污染物产生量=化肥用量×化肥产污系数（3）

化肥潜在污染量=化肥污染物产生量×（1-化肥利用率）=化肥用量×化肥产污系数×（1-化肥利用率）（4）

化肥的面源污染物负荷量=化肥污染物产生量×化肥面源污染排放系数（5）

式中：年鉴中化肥施用量采用折纯量，根据化学组成成分分析，氮肥、磷肥和复合肥（氮磷钾含量相同）的总氮（TN）产污系数分别为1、0和0.33，相应的总磷（TP）产污系数分别为0、0.44和0.15［10］。鲹鱼河流域会东段的化肥利用率采用2017年全国化肥的平均利用率36.50%［11］。根据马国霞等［12］给出的全国种植业排放的NH3-N量（氨氮含量指标）约占TN排放量的8.3%来估算化肥产生的NH3-N量。由于数据缺失，可以参照同样是西南山区的重庆市调查结果。根据重庆市农业环境监测站调查研究，氮、磷肥的入河系数分别为0.100 7和0.059 9［9］。另外，以氮肥、磷肥的折纯量分别计算的TN、TP的排放量，不考虑化肥的化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）的排放量。

（4）种植业秸秆的污染物排放量估计。

根据会东县的农村统计年鉴可知，会东县的主要农作物包括：谷物（稻谷、玉米、小麦、大麦、燕麦、荞子等）、豆类（大豆、胡豆、豌豆等）、薯类（洋芋、红笤等）、油料作物（花生、油菜籽、芝麻、向日葵等）、甘蔗、烟叶、蔬菜、瓜果等。秸秆的农业面源污染产生量的计算公式如下所示：