文|面包夹知识
编辑|面包夹知识
«——【·前言·】——»
面源是以面状，分布并排放污染物，进而造成水体污染的发生源，随着点源污染控制水平的不断提高。
面源污染成为，全球水体污染的重要污染来源，按照污染类型，面源污染主要分为城市面源污染和农业面源污染。
近年来雨污分流改造和污水管网建设的不断推进，城市面源污染逐渐得到缓解和控制。
我国作为农业生产大国，对化肥农药的依赖度极高，不合理的水肥管理导致的农业面源污染问题尤为突出，威胁着水环境健康、饮用水和粮食安全。
第二次全国污染源普查数据显示，农业源排放的化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷（TP）分别占水污染物排放总量的49.8%、46.5%和67.2%，表明农业面源污染是造成我国水污染的重要原因。
例如就拿烟台市为例子来说，烟台地处胶东半岛北部，农业产业布局完整，2023年全市农林牧渔业总产值1312.9亿元。
但烟台市区主要饮用水源地， 近10年TN平均质量浓度6.14mg/L，高于全国水平，污染防治形势严峻，关于门楼水库水体污染研究报道较少。
门楼水库TN浓度较高的主要原因，是库周及上游农业面源门楼水库氮素污染为硝态氮（NO3--N）。
而主要来源是地表径流清洋河，作为门楼水库上游唯一入库河流，其氮素来源和输入对库区TN影响极大。
但是该流域氮污染研究鲜有报道，有研究表明，饮水中的硝酸盐含量与癌症的发病率存在一定的联系。
硝酸盐在进入人体后可还原成亚硝酸盐，与人体中的胺类化合物和氨基酸进一步反应，形成强致癌的亚硝胺等亚硝基化合物。
导致胃癌等疾病发生，直接饮用含有过量硝酸盐的水可引起婴儿的高铁血红蛋白症。
针对区域水体氮浓度较高的现状，以2023年为研究年，借助现场调研、定位监测等手段获取数据。
对胶东半岛典型农业活动密集区开展氮污染研究，提出切实可行措施建议，着力解决区域氮污染问题。
«——【·材料与方法·】——»
而这条清洋河，发源于山东省烟台栖霞市大灵山和郭落山，自西南向东北流经栖霞市、福山区，汇入烟台市门楼水库，出库后入大沽夹河，最终流入黄海。
门楼水库是烟台市主要饮用水源地，肩负烟台市区70%人口供水，日供水2.4×105~3.9×105m3，总库容2.6×108m3。
本研究选取清洋河流域，栖霞市松山街道与福山区，臧家庄镇交界处，为研究起点，门楼水库入口处为终点，干流河段长度24km，其间分布山东河、燕地河、高谷河3条支流。
主要涵盖福山区臧家庄镇（含福山经济开发区）、高疃镇、栖霞市亭口镇3个乡镇，面积456.54km2，人口9×104。研究区域地理位置见图1。
研究时段为2023年1—12月，数据分析与处理使用Excel，绘制图形使用ArcMap10.2、Origin2021软件。
农用地研究区域农用地1582.6hm2，包括苹果园1300.5hm2，小麦玉米轮作94.6hm2，花生79.8hm2。
露天蔬菜地42.5hm2，大樱桃园15.6hm2，其他作物用地49.6hm2，数据来源于烟台市农业农村局。
研究区域苹果园占农用地面积82.1%，原因是该区域属于烟台苹果的主产区域，2022年烟台苹果种植面积1.6×105hm2，产量5.6×106t，占全国产量15.9%。
农业面源输入氮农业面源输入氮主要包括化肥施入氮、畜禽养殖输入氮、农村生活污水输入氮、作物固氮。由于研究区域无水产养殖，所以本研究农业面源无水产养殖输入氮。
本研究采用沿河两岸村庄现场调研方式进行，由调查人员问询农户，填写调查表。氮肥施用情况调查统计见表1。
研究区域主要种植作物苹果平均施氮量483kg/(hm2·a)，较2011年胶东地区612kg/(hm2a)施氮水平降低21.1%。
说明近些年来化肥施用减量化取得了一定效果，但是仍维持在较高水平。
畜禽养殖输入氮。研究区域畜禽养殖生猪存栏量27104头、奶牛86头、肉牛105头、蛋鸡90300只、肉鸡477800只。
不同养殖方式和不同种类畜禽的排污系数不同，畜禽规模化养殖排污系数、畜禽养殖户养殖排污系数中山东省系数，见表2。
农村生活污水输入氮,研究区域农村生活污水,未整治村庄包括臧家庄镇20个，人口10486人，高疃镇4个，人口1665人。
其余全部完成农村生活污水整治，数据来源于烟台市生态环境局。
山东省农村生活污水TN去除率45%计算。完成农村生活污水整治按照TN排放率55%计算，未完成按照100%计算。
作物固氮是分子氮被作物吸收后，在生物体内还原成氨的过程，是自然界土壤中化合物氮的主要来源。
据统计，地球表面每年有作物固氮形成的结合态氮约90~130Tg/a，以豆科植物和根瘤菌共生固氮为主，占到作物固氮总量的1/2。
研究区域有豆科植物花生种植，无大豆种植，作物固氮量以花生固氮系数112kg/(hm2·a)计算。
农业面源输出氮农业面源输出氮包括作物吸收氮、气态损失氮和流失氮，气态损失氮分为氨挥发损失氮、硝化、反硝化作用损失氮。
农作物吸收氮，苹果施氮量75、150、225kg/(hm2·a)时，苹果吸收氮占施氮量31.28%、22.95%、19.38%。依据本研究区域苹果施氮量483±95kg/(hm2·a)。
推测苹果吸收氮占施氮量18%，其余作物按照作物含氮量计算，小麦含氮量18.08g/kg、玉米含氮量11.04g/kg、花生含氮量19.36g/kg、蔬菜含氮量2.57g/kg、大樱桃含氮量0.96g/kg、其他作物含氮量以10g/kg计。
氨挥发损失氮。根据研究，在不同比例无机氮肥（N）和有机肥（M）施用下，氨挥发量占施氮量比例分别为。
100%N条件下为4.48%，75%N+25%M条件下为4.10%，50%N+50%M条件下为3.48%，25%N+75%M条件下为3.85%，100%M条件下为4.29%。
根据研究，苹果园土壤中硝化作用最适宜温度范围为25~35℃，30℃为最佳。
反硝化作用最适宜温度范围为30~67℃，所以硝化、反硝化作用发生季节基本在气温较高的夏季。
将0~35cm土壤等分5个剖面，总硝化速率为110.56~324.88μg/(kg∙h，平均值为201.59μg/(kg∙h)。
反硝化速率为36.32~98.56μg/(kg∙h)，平均值为71.25μg/(kg∙h)，硝化、反硝化速率合计272.84μg/(kg∙h)。
农用地施用化肥、畜禽养殖排泄粪尿后，未被作物吸收的一部分在淋溶、径流条件下，以化合物的形式（如尿素）形式输移到地下、地表水体中，形成农业面源氮流失。
通过模拟降水条件下，施肥方式和施肥量，对氮素淋溶淋失人工模拟实验，上海的团队得出氮素流失率为32%。
但根据烟台市生态环境局环境统计结果，研究区域共24个点源排放单位，其中涉水排放单位6个。
废水均通过污水管网进入烟台市福山区污水处理处理。
研究区域城镇生活污水也通过污水管网进入该污水处理有限公司，处理后的污水排入清洋河。
通过烟台市环境自动监测监控系统，获取该污水处理公司2023年总氮排放浓度、排放量等指标。
大气沉降氮大气沉降主要包括干沉降和湿沉降2种类型。干沉降是指大气污染物在受到物理过程、化学过程以及生物学过程的作用下由大气沉降至地面的过程。
湿沉降是指随着降水或者其他水汽凝结现象，大气中的离子态和可溶性污染物沉降至地面的过程。
本研究利用全国酸沉降监测网络，中门楼水库监测点，位进行湿沉降计算，无干沉降监测点位。
«——【·结果与分析·】——»
利用研究区域不同作物种植面积和氮肥施入量，得出作物化肥施入氮，见表3。不同作物化肥施入氮合计723.2t，其中苹果化肥施入氮最多，为628.1t，占比86.9%。
畜禽养殖方面，规模化养殖业生猪存栏量22630头、蛋鸡60000只、肉鸡477800只，根据山东省畜禽养殖排污系数，得出输入氮22.4t。
养殖户养殖生猪存栏量4474头、奶牛86头、肉牛105头、蛋鸡30300只，根据排污系数，得出输入氮3.3t；共计25.7t，见图2。
农村生活污水输入氮按照整治村庄TN排放率55%，未整治村庄TN排放率100%，得出已整治村庄人口输入氮35.7t，未整治村庄人口输入氮10.1t，共计45.8t，见图3。
研究区域固氮作物花生种植面积79.8hm2，按照固氮系数，得出作物固氮量为8.9t，研究区域农业面源输入氮803.6t。
研究区域苹果种植面积1300.5hm2，苹果施氮量483kg/(hm2·a)，吸收率18%，得出苹果吸收氮113.1t，其余作物含氮量见表4，作物吸收氮共计145.9t。
研究区域苹果园土壤硝化反硝化速率合计272.84μg/(kg∙h)，折合2.39g/(kg·a)，根据苹果种植面积和苹果施氮量，计算苹果园土壤硝化反硝化损失氮1.5t。
由于苹果园面积占农用地面积82.1%，施氮量占6.9%，所以推算研究区域土壤硝化反硝化损失氮1.7t。
通过现场调研，研究区域化肥施用，以25%氮肥+75%有机肥为主，氨挥发损失氮占施氮量3.85%，氨挥发损失氮27.8t。
氮素流失率以32%计算，农业面源氮流失量201.0t，通过淋溶、径流等途径进入地下水、地表水体，最终汇入清洋河，区域农业面源输出氮376.4t。
农业面源氮盈余=农业面源输入氮-农业面源输出氮，研究区域农业面源氮素输入输出见表5，农业面源氮素盈余量427.2t。
该区域农用地1582.6hm2，农业面源氮盈余269.9kg/hm2，是全国氮盈余平均水平的10倍，是欧盟氮盈余平均水平的4.5倍。
研究区域污水处理厂，是研究区域唯一直接排放污水进入清洋河的点源排放单位，通过环境自动监测监控系统获取2023年TN排放浓度、排放量见图4。
点源排放单位TN质量浓度2.74~6.73mg/L，平均值4.70±1.07mg/L，排放量29.2t。
2023年门楼水库监测点位有效降雨量727.4mm，NO3--N质量浓度0.45~11.7mg/L，平均值3.11±1.99mg/L，NH4+-N质量浓度0.16~2.75mg/L。
平均值1.34±0.60mg/L，研究区域农用地大气湿沉降氮16.2t，见图5。
«——【·讨论·】——»
2023年农业面源氮流失201.0t，点源氮排放29.2t，大气湿沉降氮16.2t，排放特征呈现。
其中农业面源＞工业生活点源＞大气沉降源的特点，三者所占比例分别为81.6%、11.9%、6.5%。
农业面源氮排放占比达到81.6%，高于农业源氮对全球水污染的贡献19%~61%高于全国第二次污染源普查TN占水污染物排放总量46.5%，高于太湖地区农业源TN污染所占比重58%。
主要原因是受制于研究条件，大气干沉降氮未能监测，大气沉降氮数据偏低。
该区域为典型农业活动密集区，同时，为严格保护饮用水源地，工业点源管控严格，点源排放较少，造成农业面源占比较高。
苹果种植减氮苹果产业，是烟台农业品牌支柱产业，研究区域苹果经营是当地农民主要经济收入来源。
根据苹果化肥施入氮占种植业化肥施入氮86.9%的现状，降低苹果施肥量是氮污染控制的重要举措。
每100kg苹果施入折纯氮0.7~1.1kg，2022年，烟台苹果种植面积1.65×105hm2，年产量5.58×106t，合计33818kg/(hm2·a)，以每100kg苹果施入折纯氮1.0kg计。
在保证现有产量的前提下，科学施氮量为338kg/(hm2a)，略低于378kg/(hm2a)的盛果期施氮标准。
科学施氮指导量明显低于该区域483kg/(hm2·a)的施氮现状，有较大的减氮空间。
氮素流失防控依据面源污染物的产生和迁移机理，对农业面源氮素流失实行“源头控制、过程阻断、末端治理”的防治策略。
加快改革传统乔化栽培模式，集成创新省工省力、优质高效的现代集约轻简化栽培模式。
有助于推广滴灌、喷灌等水肥一体和配方施肥技术，从源头上减少氮输入，降低氮盈余。
对于无机氮肥，进入土壤后多溶解转化为硝酸根和铵根，土壤胶体对铵根吸附能力强，对硝酸根吸附能力弱。
导致氮素流失以硝酸根为主。不同种类氮肥的氮素流失总量表现为硝酸铵最多，硝酸钙次之，尿素和硫酸铵最少。
对于有机肥，与施用无机肥相比，施用腐植酸肥和秸秆还田能够使氮素流失降低，所以提倡秸秆还田.
在农资销售网点，主推尿素、硫酸铵无机肥料和植物性来源有机肥料，是较为有利的过程阻控手段，是有助于降低氮素流失的措施。
乔砧苹果根系多集中在10~80cm，矮化苹果根系多集中在0~20cm，所以合理施肥方式为打坑20cm埋施，这样更有利于果树吸收养分，同样也是减少氮素流失的重要措施。
生草覆盖是旱地果园蓄水保墒的重要措施，覆盖材料因地制宜选择玉米秆，该研究区域大田作物为玉米。
收获后将秸秆截短后覆盖苹果树冠下，覆盖量21000kg/hm2，覆盖后撒播尿素75kg/hm2，加速秸秆腐烂降解。
覆盖后树盘不烦不动。该措施相当于增施折纯氮63.9kg/hm2，在起到蓄水保墒的作用基础上减少了化肥施用量。
同时也为秸秆还田找到新出路，更是减少氮素流失的重要过程阻控措施，也减少打坑施肥的辛劳，可谓一举多得、值得推广。
利用研究区域内现有沟渠、坑塘和低洼地等，经过疏通和改造建设成
生态沟渠、滞留塘、表流湿地等生态净化设施，对农田退水进行拦蓄和净化后通过小区域水系连通实现原位消纳。
降低入河污染负荷，建议在支流山东河中段开展农田退水综合治理工程，该区域河道两侧果树种植面积大，地势较平坦。
有多条支沟与河相连，可利用现有支沟和新挖沟渠建设生态沟渠，通过沟渠基质改良、水生植物种植对农田退水进行拦蓄和净化。
根据地形地貌和土地利用现状，建议在支流山东河、高谷河汇入清洋河河口上游区域开展水生态修复工程，建设人工基质型表流湿地，通过填挖和平整形成深浅交替的浅滩和深槽。
构建急流、缓流和滩槽等丰富多样的水流条件及多样化的生境条件，在河床上利用天然土壤、砂、砾石、沸石、石灰石、陶瓷等人工材料进行基质改良，增强对水中氮磷的吸收和吸附能力。
«——【·结语·】——»
研究区域农业面源输入氮803.6t，输出氮376.4t，氮素269.9kg/(hm2·a)。
农业面源氮素盈余较高，农业面源氮排放占比81.6%。主要原因是该区域为典型农业活动为主小流域，苹果种植业发达，同时为保护饮用水源地，工业点源较少。
苹果种植业是研究区域农业主导产业，也是当地农民的主要收入来源。科学指导化肥施用量和施用方式，创新种植模式，主推尿素、硫酸铵无机肥料和植物性来源有机肥料，
提倡秸秆还田、生草覆盖，建设农田退水治理工程、水生态修复工程，采取上述“源头控制、过程阻断、末端治理”的防治策略可有效降低农业面源氮素流失。
阻止未利用的氮素外泄，将无机氮限制在农田范围，减少对环境的影响，是解决农业活动密集区流域氮污染问题科学可行的办法。
