水体富营养化严重影响水体的质量与功能，已成为当今水环境问题的研究重点。据《全国第一次污染源普查公报》显示：2007年我国农业源总氮、总磷排放量分别为270.46万t、28.47万t，分别占总排放量的57.2%、67.4%^[1]。来自种植业源、畜禽养殖业源和农村生活源氮磷污染物的排放是造成农业面源污染的重要原因^[2,3]。

三峡库区流域范围包括重庆市和湖北省26个县（市、区），总面积约7.9万km2^[4]。自2003年水库蓄水后，长江天然河道属性发生改变，香溪河作为三峡库区坝首的第一大支流，因干流水位顶托，出现回水河段，流速缓慢，由于长期受到中游农业面源污染的影响，氮磷营养盐浓度较高，富营养化问题加剧^[5,6]。

农业源氮磷排放具有时空不确定性、迁移过程的高度非线性以及过程中降解的复杂性等特征^[7,8]，增加了其排放量估算、来源解析的难度。科学准确地估算农业源氮磷排放量是农业面源污染防控的重要基础。近年来，用于农业面源污染排放量的测算方法主要有实测法^[9,10]、水文分割法^[11,12]、等标污染负荷法^[4,13]、模型法^{[10,14,15,16]}和排污系数法^[4,10,17]等，其中排污系数法相对简单，对参数要求低，可操作性强，适合在缺乏大量监测数据的情况下对氮磷排放量进行估算。

目前关于香溪河流域农业面源污染排放量估算的方法主要为实测法^[18,19]和模型模拟法^[16,20]，但对流域农业面源氮磷排放的现状及动态缺少全面调查^[4]，对污染源进行时空动态分析的研究也较少^[21]。

本研究针对三峡库区香溪河流域兴山县内各镇（乡）农业面源污染现状开展抽样调查，整合农业统计数据，运用农业源排污系数法估算种植业源、畜禽养殖业源和农村生活源等不同农业源氮磷排放量，研究了香溪河流域农业面源氮磷排放空间格局和年度变化，为香溪河流域农业面源污染分区防控提供数据支撑，进而为三峡库区农业面源污染的综合整治奠定基础。 1 材料与方法 1.1 研究区概况

香溪河发源于湖北省宜昌市神农架林区，干流全长95 km，途经兴山县（约78 km）至秭归县，由河口处汇入三峡大坝，是三峡库区坝首的第一大支流。其在兴山县内有高岚河、古夫河和南阳河三大支流，处于上游的南阳河和古夫河在响滩汇流始称香溪，南流14 km由峡口镇汇高岚河至游家河入秭归境内。

香溪河流域总面积为3099km²，其中兴山县境内2102km^2[19]，香溪河源头（香溪河上游河段）属天然林区，农业面源污染主要发生在香溪河流域兴山县内，因此本文香溪河流域农业面源污染研究对象主要为兴山县农业源。研究区概况如图 1所示。

图 1 研究区概况图 Figure 1 Maps of studied area

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香溪河流域兴山县内共有八个镇（乡），分别为古夫镇、昭君镇、峡口镇、黄粮镇、水月寺镇、南阳镇、榛子乡和高桥乡。随着当地种植业的快速发展，兴山县耕地面积逐年扩大，截止到2013年末，农用地面积（水田、旱地和园地）为2.56万hm²。农业人口为12.7万人，占总人口的72.1%，常住人口为10.9万人。兴山县山多地少，畜牧业发展特点显著，畜禽养殖类别主要是猪、肉牛、鸡，养殖模式以农户散养为主。研究区概况如表 1所示。

表 1 研究区概况（2013年） Table 1 Basic information of studied area（2013）

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本文所用数据包括香溪河流域兴山县种植业源、畜禽养殖业源和农村生活源的统计数据与调查数据。统计数据属乡镇一级，来自2007—2013年发布的《兴山县农村经济综合年报》。调查数据来自2007、2009、2012年和2013年开展的乡镇实地调查。 1.2.2 调查方法

种植业源调查：包括乡镇农用地情况调查和典型地块调查。乡镇农用地情况主要调查兴山县各乡镇耕地面积、园地面积以及各类种植模式面积。典型地块调查依据香溪河流域24种主要种植模式（表 2），调查地块基本信息以及施肥量、施肥种类、施肥次数等信息。兴山县各乡镇典型地块按每种种植模式地块数量0.6%的比例抽取，样本总数约3000份。

表 2 湖北省三峡库区种植业肥料流失系数 Table 2 Fertilizer loss coefficients of crop production systems in Three Gorges Reservoir Region,Hubei Province

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畜禽养殖业源和农村生活源调查：香溪河流域畜禽养殖主要以农户散养为主，抽样调查将对畜禽养殖与农村生活调研同步展开，包括乡镇畜禽养殖与农村基本生活情况调查和典型农户调查。乡镇畜禽养殖情况主要调查生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡的存栏量、出栏量等，乡镇农村生活情况主要调查常住人口数量。典型农户调查主要包括畜禽养殖种类、养殖数量、清粪方式、污水处理方式、常住人口数、经济收入、有无污水设施、污水处理方式等。兴山县各乡镇典型农户样本总数约1000份。 1.2.3 计算方法与排污系数

本文采用排污系数法计算种植业源、畜禽养殖业源和农村生活源氮磷排放状况。 种植业源排污计算公式如下：

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系数参考南方山地丘陵区和南方平原区各种植模式肥料流失系数和本底流失量^[22]（表 2）。

畜禽养殖业源排污计算公式如下：

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表 3 湖北省三峡库区畜禽养殖业排污系数 Table 3 Pollutant discharge coefficients of animal production systems in Three Gorges Reservoir Region，Hubei Province

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农村生活源排污计算公式如下：

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表 4 湖北省三峡库区农村生活源排污系数 Table 4 Pollutant discharge coefficients of rural domestic sources in Three Gorges Reservoir Region,Hubei Province

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本文假定相邻年份间各乡镇种植模式面积比重、畜禽养殖动物种类和清粪方式比重以及农村生活各类人口比重不变，即依据2007、2009、2012年和2013年共4年实地调查数据，结合2007—2013年《兴山县农村经济综合年报》中农业源统计数据，分别推导2008、2010、2011年比重，获得2007—2013年香溪河流域各乡镇种植业源农田种植模式面积与肥料用量、畜禽养殖动物清粪方式头数、农村生活源各类人口数，对接种植模式流失系数、畜禽养殖业源产排污系数以及农村生活源产排污系数，利用公式1、公式2和公式3，计算香溪河流域各类农业源氮磷排放状况。 2 结果与讨论 2.1 农业源氮磷排放总量特征

2007—2013年香溪河流域农业面源TN和TP年均排放量分别为1 145.2、56.5 t·a^-1，排放强度分别为44.5、2.14 kg·hm^-2a^-1（图 2）。从年均排放量和排放强度来看，TN∶TP为21∶1，说明TN排放占主导地位，为香溪河流域重点防控指标。2007—2013年间，香溪河流域农业面源污染总氮和总磷排放量均表现不断升高的趋势。2007年农业源TN和TP的年排放量分别为988.4、41.7 t，至2013年分别增至1 363.7、77.2 t，增幅分别为38.0%和85.1%。香溪河流域虽然氮磷排放量不断增长，但排放强度相对于其他流域偏低，例如海河流域TN、TP的平均排放强度分别为139.7、29.8 kg·hm^-2a^{-1 [25]}；涪江流域总氮污染负荷为9.11×104 t，全区平均负荷强度为 3100 kg·hm^-2a^{-1 [26]}。这主要因为香溪河流域属丘陵库区，森林覆盖度高，耕地面积少，农户分散，且农业常驻人口数量相对较少，而海河流域、涪江流域农村人口相对较多且集中、农事活动操作频繁。

图 2 2007—2013年农业源TN和TP排放总量 Figure 2 Annual TN and TP discharges from agricultural sources during 2007 to 2013

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从各类农业源年均排放量组成状况（图 3）来看，畜禽养殖业源TN和TP年均排放量分别为895.7、20.6 t·a^-1，种植业源氮磷排放量分别为228.9、31.3 t·a^-1。农村生活源对氮磷排放量的贡献最小，分别为25.6、4.65 t·a^-1。根据以上结果，TN排放量主要来源于畜禽养殖业源，占农业源排放总量的77.9%；TP排放量主要来源于种植业源，占农业源排放总量的55.4%。畜禽养殖业源和种植业源对香溪河流域氮磷排放贡献最大，与蔡金洲等^[11]、曹彦龙等^[27]对三峡库区农业面源污染贡献源解析中得出的结论一致。

图 3 各类污染源年均TN、TP排放贡献 Figure 3 Mean annual contributions of different sources to gross TN and TP discharges

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从图 4看出，种植业源氮磷排放量占比逐年增加。种植业源氮磷排放量分别由2007年189.1、18.7 t·a^-1到2013年322.0、49.4 t·a^-1，增幅分别为69.7%和 163.8%；畜禽养殖业源氮磷排放占比逐年减小，氮排放量占比较高，约为75.0%。畜禽养殖业源氮磷排放量分别由2007年781.3、18.0 t·a^-1到2013年1 019.4、23.3 t·a^-1，增幅分别为30.5%和29.3%。而农村生活源的污染物排放量呈现逐年减小的趋势，分别由2007年27.3、4.96 t·a^-1到2013年24.7、4.48 t·a^-1，减幅分别为9.68%和6.34%。

图 4 2007—2013年各类污染源TN、TP排放组成年变化特征 Figure 4 Variation characteristics of annual TN and TP discharges from different sources during 2007 to 2013

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2007—2013年香溪河流域种植业源氮磷肥料施用及流失情况如图 5所示。氮肥施用量和流失量均表现为先减小后增大的趋势。并在2009年同时达到最低值，本底流失量在2007—2010年间缓慢升高。从氮排放量组成来看，种植业源氮主要以本底流失为主；从种植业源磷的变化趋势来看，磷肥施用量、流失量和本底流失量均逐年升高。磷肥的施用量与流失量在7年间增幅较大，分别为178.2%和232.1%，而磷本底流失量增幅较小。从磷本底流失量与磷肥流失量来看，磷肥流失量在2007—2008与本底流失量相当，2009年以后磷肥流失量占主导地位。这主要是由于农用地面积（水田、旱地和园地）不断扩大，由2007年的1.91万hm²扩大到2013年的2.56万hm²，增幅达34.6%，且经济作物（园地、露地蔬菜）种植面积由2007年7 168.8 hm²扩大到2013年17 086.8 hm²，比重不断加大，年均氮磷施用量分别为377.8、174.6 kg·hm^-2，肥料投入量高。

图 5 种植业源TN、TP流失和施用量年变化特征 Figure 5 Annual variation characteristics of TN and TP losses and fertilizer uses in crop production systems

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畜禽养殖业源对氮磷的排放贡献逐年增加（图 6）。2007—2013年间氮磷排放贡献增幅分别占到30.5%和29.3%。畜禽养殖业源年均TN∶TP为44∶1，说明其TN排放占主导地位。香溪河流域畜禽养殖种类主要以生猪养殖为主，从研究区农业经济统计年报来看，生猪出栏量由2007年28.5万头发展到2013年33.8万头，增幅为18.3%。研究区内生猪养殖模式以散养为主，畜禽粪污处理方式主要为干清粪，在圈旁堆腐后直接返田，堆腐过程中氮磷流失严重。随着畜禽养殖数量及规模的扩大，畜禽养殖业污染对面源污染的贡献日益突显。

图 6 2007—2013年畜禽养殖业源TN、TP年排放特征 Figure 6 Annual variation characteristics of TN and TP discharges from animal production systems during 2007 to 2013

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农村生活源氮磷排放量逐年减小（图 7）。2007—2013年间，在农村生活源氮磷排放量中，农村污水减幅分别为9.34%和10.2%，农村垃圾分别为9.3%和9.54%。香溪河流域农村生活垃圾在生活源中TN、TP的贡献占主要地位。农村生活源对氮磷排放量贡献减小的原因主要是随着香溪河流域城镇化的快速发展，7年间农村人口数减幅9.37%，排污基数减小；农村生活水平的提高，房屋内污水处理设施的完善。

图 7 2007—2013年农村生活源TN、TP年排放特征 Figure 7 Variation characteristics of annual TN and TP discharges from rural domestic sources during 2007 to 2013

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从年均氮磷排放总量空间分布（图 8）来看，TN为水月寺镇＞黄粮镇＞峡口镇＞古夫镇＞高桥乡＞昭君镇＞南阳镇＞榛子乡。由此可知，水月寺镇（203.3 t·a^-1）、黄粮镇（199.6 t·a^-1）、峡口镇（192.6 t·a^-1）、古夫镇（146.9 t·a^-1）为TN的重点控制区。由于畜禽养殖业为TN的主要贡献源，且生猪养殖为氮的主要排放源，上述四个地区年均猪养殖总量占整个研究区的66.5%，属畜禽养殖密集区，氮排放占年均TN的64.5%，加之传统的农户畜禽散养管理习惯，因此氮排放量较其他乡镇更大（图 9）。

图 8 各镇（乡）TN和TP年均排放量空间格局 Figure 8 Spatial pattern of mean annual TN and TP discharges from different towns

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图 9 镇（乡）各类污染源年均TN和TP排放量空间分布 Figure 9 Spatial variation of mean annual TN and TP discharges from different sources in different towns

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TP排放总量为水月寺镇＞黄粮镇＞峡口镇＞榛子乡＞古夫镇＞昭君镇＞高桥乡＞南阳镇。由此可知，水月寺镇（9.89 t·a^-1）、黄粮镇（9.46 t·a^-1）、峡口镇（8.83 t·a^-1）、榛子乡（7.28 t·a^-1）为TP的重点控制区。种植业源为TP的主要贡献源，其主要原因是农用地面积增加和种植模式变化，施肥量与施肥次数有所增加。黄粮镇和水月寺镇种植业以水田、旱地为主，其年均面积占比分别为68.6%和64.1%，种植模式主要为水稻-油菜（地块年均氮磷施用量分别为550.5、106.2 kg·hm^-2）轮作和玉米-油菜（地块年均氮磷施用量分别为378.1、137.7 kg·hm^-2）轮作。水月寺镇因得天独厚的地理条件发展茶园（地块年均氮磷施用量分别为262.5、83.4 kg·hm^-2），加之地形多为坡地，易发生种植业源氮磷流失；峡口镇内园地面积占比65.0%，以经济作物柑橘（地块年均氮磷施用量分别为414.1、136.2 kg·hm^-2）为主，用肥量高，坡度大，流失较高；榛子乡因其独特地理气候发展高山蔬菜（番茄、辣椒）、烟叶等经济作物，一年一茬，氮磷平均施用量分别为207.2、226.5 kg·hm^-2，磷肥投入量较其他以大田作物为主的乡镇比例高，但农用耕地面积少，占其他乡镇的8.96%，因此TP排放仅占各镇（乡）中间位置（图 9）。

香溪河流域农业面源污染排放的年均TN和TP总量在空间上呈现较强的区域性分布（图 10）。从总体来看，香溪河流域中下游地区（兴山县中南部）排放强度较高，流域上游（西北部）排放强度较低。从排放强度的跨度来看，TN的排放强度跨度较TP而言更大一些，分别为2.14~8.38 kg·hm^-2a^-1和0.13~0.38 kg·hm^-2a^-1。从排放强度的行政区划来看，峡口镇、高桥乡、黄粮镇的TN排放强度最高，分别为8.38、7.99、7.94 kg·hm^-2a^-1；峡口镇、昭君镇、黄粮镇的TP排放强度最高，分别为0.39、0.38、0.37 kg·hm^-2a^-1。

图 10 镇（乡）年均TN和TP排放强度空间格局 Figure 10 Spatial pattern of mean annual TN and TP discharge intensities from different towns

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香溪河流域农业源TN和TP，年排放量及排放强度逐年增加。畜禽养殖业源和种植业源对香溪河流域氮磷排放贡献最大，其中畜禽养殖业源为TN的主要贡献源，种植业源为TP的主要贡献源。农业源氮磷排放强度呈现较强的区域性分布，香溪河流域中下游地区（兴山县的中南部）排放强度较高，流域上游（西北部）排放强度较低。畜禽养殖业密集区为TN的重点防控源区，种植业发达区为TP的重点防控源区。