南水北调中线水源地农业面源污染特征及农户环境行为研究

摘要

随着经济发展和人口的增长，当前世界范围内河流、湖泊和近海水体的赤潮、水华等水体富营养化事件频发，水体污染成为人们关注的话题。南水北调工程作为全球最大的跨流域调水工程，其中线工程于2003年12月30日开工建设，2014年12月12日正式通水，年调水量为9.5km3。目前，全部的天津主城区市民和北京73%的主城区市民的自来水供给来自于南水北调中线工程，直接受益人口5300余万人。由于南水北调工程的建设，有效的缓解了中国北方水资源短缺引起的生态和经济建设问题。确保“一江清水入库、一库清水北送”，良好的水质是工程顺利运行的前提。水污染分为点源污染和面源污染，近年来，由于法律体系的健全，高质量、高标准工程措施的实施，点源污染得到了很好的治理，但农业面源污染因污染发生的随机性、范围的广泛性、方式的不确定性以及机理过程的复杂性等特征，而难以得到有效的治理。 南水北调中线水源地（简称水源地）位于秦巴山区，多数县为集中连片贫困区，并且农业生产和生活区域多集中于河流穿过区的河谷地带，因此，研究其经济建设和土地利用/覆盖状态与农业面源污染之间的关系对于水源地农业面源污染的治理具有重要的意义。农户环境行为在农业面源污染的管控中具有重要作用，水源地位于中国南北气候过渡带，也是中国的植被、土壤、农作制度、生产生活方式等的过渡带，对中国农业生产和农村生活具有强的代表性，因此研究其农户环境行为对水源地及中国农业面源污染的管控具有重要的作用。在实施脱贫攻坚、乡村振兴战略等背景下，习近平总书记强调，要探索以生态优先、绿色发展为导向的高质量发展新路子。当前，中国农业和农村正处于现代化的进程中，如何协调好经济、产业、土地利用/覆盖等与农业面源污染之间的关系，并且通过一定的方法干预农户行为，使其向环境友好型发展，对水源地及中国农业面源污的管控和治理具有重要的意义。基于此，本研究在前人研究的基础上，基于面板数据建模、结构方程模型等方法，首先分析了水源地农业面源污染状况及安全阈值，接着从宏观层面上把握了农民经济收入和产业发展与农业面源污染之间的关系，并且从土地利用/覆盖角度研究了景观格局与流域水质之间的关系，最后将农户环境行为作为研究对象，研究了农户环境行为的影响因素。通过上述研究，主要的研究结果如下： （1）基于环境清单法，本文分析了水源地农业面源污染的状况以及时空变化特征。2003年农业面源污染总氮（TN）和全磷（TP）负荷分别为6.1万t和1.6万t，2016年分别为7.2万t和2.3万t，分别增长了19.1%和43.0%。就污染负荷组成而言，化肥是农业面源污染的主要来源，约占到TN/TP负荷的60%以上，农村生活源和禽养殖污染次之，农业废弃物和水产养殖所占比重最低，但水产养殖近年来比重有所增高；从污染强度来看，高污染密度区主要集中于库区的西峡、淅川和十堰。 化肥和畜禽养殖污染作为农业面源污染的主要的来源，本文基于化肥施用量环境安全测量模型和畜禽养殖环境安全预警分析，评价了水源地各县域化肥施用和畜禽养殖污染状况。结果表明，水源地平均化肥施用量为443kg/ha，略低于全国化肥施用量。但水源地平均化肥安全阈值为196kg/ha，其大多数县域的化肥施用量高于该安全阈值，并且化肥超过量和过量施肥区主要集中于河流通过区域和库区；水源地畜禽养殖污染主要来自于猪和牛，羊的污染量比重较低，家禽除丹江口市较高之外，其余县域均较低。畜禽养殖污染变化大的区域主要集中于南阳辖区，并且2003-2009年期间，畜禽养殖污染在加重，但2009年之后，其污染量在逐渐减少，畜禽养殖污染严重区和较严重区，也集中于河流穿过区域和库区，这些区域的养分更容易进入水库，对水质安全的威胁相对更大。 （2）通过实证的方法研究了农业面源污染与农民经济收入之间的关系，发现农业面源污染TN负荷和畜禽养殖污染量与农民经济收入之间存在着“倒N”型的环境库兹涅茨曲线（Environmental Kuznet Curve，EKC）关系，但化肥施用量和农业面源污TP负荷与农民经济收入之间不存在EKC关系，其中，化肥施用量与农民经济收入之间表现为“N”型曲线关系，农业面源污TP负荷为线性关系。此外，以2003年不变价格计算，农业面源污染TN负荷的拐点分别为1941.8元和7299.2元，化肥施用量为2372.1元和3810.0元，畜禽养殖污染为1651.8元和5112.0元，并且通过与各县（市、区）2016年不变价格比较，所有县域的农民经济收入均超过了化肥施用量和畜禽养殖污染的第二个拐点，但农业面源污染TN负荷的第二个拐点仅有邓州、西峡和内乡超过。 （3）通过分析产业发展与农业面源污染之间的“脱钩”关系，可以发现，除十堰和邓州市部分年份外，其余市、县农业面源污染TN负荷与第一产业产值之间的关系表现为弱脱钩、甚至强脱钩状态；化肥与农业产业之间的关系表现为，内乡、安康和邓州为增长连接和扩张性负脱钩状态，其余市、县呈现为弱脱钩状态；畜禽养殖污染与牧业产值之间的关系表现为，除十堰市外，其余市、县均表现为强脱钩状态。此外，对农业面源污染影响因素的进行平均迪氏指数法（Logarithmic Mean Divisia Index method，LMDI）分解，结果显示，农业面源污染TN负荷的主要影响因素为经济发展效应、产业结构效应和技术效应，其中经济发展效应对TN负荷的加剧具有正向影响，并且影响强度在加大，而产业结构效应和技术效应具有负向影响，产业结构效应对TN负荷降低作用在逐渐加大，而技术效应仅在初期具有明显的作用；化肥施用量的主要影响因素为农业收入效应、产业结构效应和技术效应，整体上农业收入效应导致化肥施用量的增加，而产业结构效应和技术效应具有降低化肥施用量的作用；畜禽养殖污染变化的主要影响因素为牧业收入和技术效应，牧业收入效应对畜禽养殖污染的加重具有正向影响，而技术效应具有负向影响，并且技术效应的作用相对更大。 （4）基于“源汇系统理论”，研究了土地利用/覆盖景观格局与流域水质之间的关系。在丰水期，作为“源”景观的农业景观的发展对水质TN等无机污染物具有加剧的作用，但作为“汇”的林地景观的发展对无机污染物具有减缓的作用，并且景观的空间聚集具有减缓无机污染的作用，但与此不同的是，对于COD等有机污染物，林地和城镇景观作为“源”，其景观的发展会加剧水质的有机污染。尽管城镇面积所占比重较小，但城镇景观对有机污染的影响最大，并且景观的聚集会负向干扰城镇景观对有机污染的影响，即聚集度低的城镇景观对有机污染物的影响更大。与丰水期不同的是，枯水期水质污染主要由城镇景观的发展造成的点源污染影响。 （5）研究农户行为对探究面源污染成因及制定科学的管控措施具有重要的作用。本文基于计划行为理论（Theory of Planned Behavior，TPB），调查了水源地农户环境行为。结果表明TPB对农户环境行为和意图具有好的解释能力，态度、主观规范和感知行为控制对农户环境意图具有显著的正向影响，农户的环境意图进一步影响环境行为。主观规范对农户环境行为具有最大的间接影响。此外，本研究将环境知识作为干扰变量，性别和年龄作为控制变量研究了环境知识对TPB架构的中介干扰作用。结果表明性别对环境行为具有显著的控制作用，即男性更具有亲环境行为。然而，年龄对环境意图具有负向控制作用，而对亲环境行为具有正向控制作用。除此之外，环境知识能够负向的干扰感知行为控制对环境意图的影响。与具有高环境知识的农户相比，具有低环境知识的农户,感知行为控制对环境意图的影响更大。 并且本文将在各行为领域广泛应用的TPB和常被用作健康行为领域的保护动机理论（Protection Motivation Theory，PMT）融合为综合模型，研究了农户环境行为和意图。结果表明，综合模型较单独的TPB和PMT对农户亲环境意图具有更强的解释能力，并且提供了更为有意义的结果。与TPB和PMT相同的是，在综合模型中，主观规范、态度、自我效能（即感知行为控制）、应答效能对环境行为意图均具有显著正向的影响，而应答成本具有显著的负向影响。其中，主观规范对农户行为意图的影响最大。但与PMT架构不同的是，感知严重和易感性对亲环境意图的影响是通过态度和主观规范的中介作用现实的。关于农户实际环境行为，环境意图仍然是最关键的决定因素，除此之外，自我效能也对其具有显著正向的影响。本研究综合TPB和PMT呈现了一个对农户环境行为和意图更为深刻理解的研究，对于农业面源污染管控提供了理论依据。 总之，本研究基于经济学、环境科学、社会学等多学科的理论和方法，研究了水源地农业面源污染状况，以及农业面源污与经济、产业、土地利用/覆盖等的关系，并且分析了农户环境行为的影响因素，以及发展了一个新的农户环境行为模型。研究结果旨在为水源地农业面源污染的科学管控以及农户环境行为的合理干预提供理论依据。

目录

声明

第一章 导言

1.1立题背景

1.2 国内外研究进展

1.3 选题的目的和意义

1.4 研究内容和创新点

1.5 研究技术路线

第二章 研究区域概况

2.1 研究区概况

2.2 水源地自然环境

2.3 社会经济条件

2.4 水文水质特征

2.5 小结

第三章 研究方法与数据来源

3.1 研究方法

3.2 数据来源

3.3 数据处理与分析方法

第四章 水源地农业面源污染状况

4.1 研究区域的界定

4.2 水源地农业面源污染特征时空分析

4.3 水源地化肥使用量与环境安全阈值分析

4.4 水源地畜禽养殖量时空变化特征及环境安全预警分析

4.5 小结

第五章 农业面源污染与农民经济收入的关系

5.1 理论模型的建立

5.2 农业面源污染负荷与农民经济收入之间的关系

5.3 化肥施用量与农民经济收入之间的关系

5.4 畜禽养殖污染与农民经济收入之间的关系

5.5 小结

第六章 农业面源污染与产业发展的关系

6.1农业面源污染与第一产业发展之间的关系

6.2 化肥使用量与农业发展之间的关系

6.3 畜禽养殖污染与牧业发展之间的关系

6.3 本章小结

第七章 土地利用/覆盖对水质的影响

7.1 水源地土地利用/覆盖

7.2 土地利用/覆盖对水质的影响

7.3 景观空间格局对水质的影响

7.4 景观格局与水质之间的关系

7.5 小结

第八章 农户环境行为的影响因素分析

8.1 理论背景与假设

8.2 问卷的编制

8.3 样本基本信息

8.4 结构方程模型

8.5 小结

第九章 农户环境行为模型的优化

9.1 理论背景

9.2 综合模型及假设

9.3 问卷的编制

9.4 样本信息的描述

9.5 结构方程模型

8.5 小结

第十章 结论与讨论

10.1 结论

10.2 讨论

附录

参考文献

致谢

个人简历