郝 斐，史 靜，張乃明，胡興鋼

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650201）

松華壩水源區(qū)面源污染N、P負荷解析研究

郝 斐，史 靜，張乃明，胡興鋼

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650201）

采用資料收集、現(xiàn)場調(diào)查及實驗分析的方法，明確了水庫庫區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染負荷及比例。研究結(jié)果表明：農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的入庫TN量為7532.3 t／a，其中農(nóng)田化肥的TN產(chǎn)生負荷量為3365 t，占比最大，為44.7%，農(nóng)村生活污水的TN產(chǎn)生負荷量為22.7 t，占比最小，為0.3%；農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的入庫TP量為2781.01 t／a，產(chǎn)生負荷量最大的污染源為農(nóng)田化肥，為203.1 t，占73%。

農(nóng)業(yè)面源；污染；氮；磷；解析；松華壩

隨著人類活動對水資源影響的不斷深入，水質(zhì)惡化和用水資源短缺等問題已嚴重威脅人類的生存和發(fā)展。水環(huán)境污染分為點源污染和面源污染，在各國的積極治理和控制下，點源污染控制水平達到了一定程度，但面源污染對水質(zhì)的影響卻日益嚴重。據(jù)美國、日本等國家報道，點源污染全面控制之后，江河的水質(zhì)達標率為65%，湖泊的水質(zhì)達標率為42%，海域水質(zhì)達標率為78%，湖泊、水庫及河口的水體富營養(yǎng)化主要來源于非點源污染［1］。研究顯示，面源污染占美國所有河流和湖泊營養(yǎng)物質(zhì)的負荷總量分別為64%和57%；丹麥270條河流中94%的氮負荷、52%的磷負荷由面源污染引起［2］。在我國，湖泊及水庫富營養(yǎng)化日趨加劇，面源污染的負荷比重逐年上升。根據(jù)第一次全國污染源普查公報，2007年度全國農(nóng)業(yè)源TN、TP和化學(xué)耗氧量 （COD）的排放量分別占各種來源排放總量的57.19%、67.27%和43.71%［3］。

松華壩水庫是昆明市重要的優(yōu)質(zhì)飲用水源地之一，占市區(qū)供水總量的50%，承擔著昆明城區(qū)300萬人口的供水任務(wù)［4］。隨著近年來以蔬菜、花卉為主的經(jīng)濟和糧食作物生產(chǎn)中化肥和農(nóng)藥施用量的增加，流域水質(zhì)持續(xù)下降［5］。昆明市重點水源保護委員會辦公室提供的《2008年松華壩水源保護區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)》、《云南環(huán)境科學(xué)—松華壩水庫水體營養(yǎng)狀況評價》指出現(xiàn)階段水庫水體富營養(yǎng)化程度逐漸加深。從 “十五”開始，松華壩水庫水質(zhì)常年為Ⅲ類水，水質(zhì)已不能達到Ⅱ類水水質(zhì)保護目標要求，水體受到氮磷等營養(yǎng)鹽污染；農(nóng)業(yè)面源污染是引起水庫水體富營養(yǎng)化的主要原因［6］。因此本研究對松華壩水庫水源保護區(qū)面源污染負荷進行解析，為探明水庫農(nóng)業(yè)面源污染負荷及構(gòu)成提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

松華壩水庫位于昆明市盤龍區(qū)，既是一個集中式城市飲用水水源地，也是昆明市不可替代的城市供水水源［7］。水源保護區(qū)面積629.8 km2，總庫容2.19×108m3，其中正常蓄水庫容1.05×108m3，屬長江流域金沙江滇池水系。上游徑流區(qū)主要有牧羊河和冷水河兩條支流，在小河村東南匯合后稱盤龍江，最終注入松華壩水庫［8］。牧羊河為盤龍江正源，長約50km，多年平均徑流量8370×104m3；冷水河長約29.4km，多年平均徑流量8900× 104m3。松華壩水源保護區(qū)地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地貌結(jié)構(gòu)多樣，氣候?qū)偕降丶撅L(fēng)氣候，植被類型較為豐富，以常綠針葉林、灌叢為主，現(xiàn)保護區(qū)森林覆蓋率為62.97%［9］。保護區(qū)多年平均降雨量為998.6mm，多年平均氣溫15.1℃。其保護范圍行政區(qū)劃涉及盤龍區(qū)的雙龍鄉(xiāng)及松華鄉(xiāng)、滇源鎮(zhèn)及阿子營鄉(xiāng)［10］。保護區(qū)農(nóng)業(yè)人口占96.6%，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要以種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)為主，種植業(yè)主要以糧食作物、蔬菜瓜果和烤煙為主，其中壩區(qū)主要種植水稻、包谷、小麥、大豆、烤煙、洋芋、蠶豆、花卉；養(yǎng)殖業(yè)主要以畜禽養(yǎng)殖為主，主要有牛、馬、羊、豬、雞、鴨等，是典型的山地農(nóng)業(yè)流域。

1.2 研究方法

收集整理了2004—2010年《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》、《云南統(tǒng)計年鑒》及農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料等，對松華壩流域的自然環(huán)境、主要產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、污染源等情況進行詳細調(diào)查，并對流域內(nèi)水樣進行采集分析。

1.3 采樣與分析

昆明地區(qū)降水特點為：每年2—5月為枯水期，6—9月為豐水期［9］。枯水期基本沒有降水及徑流產(chǎn)生，徑流小區(qū)及生活污水處理池基本處于干涸狀態(tài)，無農(nóng)田徑流和農(nóng)村生活污水匯入牧羊河、冷水河。在豐水期，由于降水與徑流的產(chǎn)生，農(nóng)田徑流和農(nóng)村生活污水匯入牧羊河［11］、冷水河。因此，本研究在豐水期對水源區(qū)的農(nóng)田徑流、農(nóng)田生活污水、牧羊河、冷水河及松華壩庫區(qū)等進行取樣監(jiān)測，分析不同污染源、不同種植類型以及居民生活污染對河道水質(zhì)的影響。分析方法均采用國標法［12］，總氮 （TN）用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，總磷 （TP）用過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法。

1.4 污染負荷計算方法

養(yǎng)殖業(yè)污染負荷＝畜禽年養(yǎng)殖量×畜禽糞尿年污染物排放量×污染物流失率［13］；種植業(yè)污染負荷＝肥料養(yǎng)分投入總量×養(yǎng)分流失率；農(nóng)村生活污水排污量＝農(nóng)村人均生活污染排放量×農(nóng)村總?cè)丝冢?4］。

2 結(jié)果分析

2.1 農(nóng)業(yè)面源污染來源

2.1.1 農(nóng)村生活污染

生活污染源包括居民產(chǎn)生的生活污水和人糞尿。松花壩水庫水源保護區(qū)的村民基本不使用水沖廁所，以旱廁為主，農(nóng)村人口產(chǎn)生的糞便在水源區(qū)內(nèi)絕大部分以旱廁及堆肥的形式進入農(nóng)田，再通過農(nóng)田進入水體［15］。村落污水非汛期常以高濃度狀態(tài)聚集于村落洼地及溝渠之中，汛期暴雨將其一起攜帶入庫，直接污染庫區(qū)水體，所以雨季過后經(jīng)常形成水庫周邊水域的高污染帶。

據(jù)調(diào)查，松華壩水源保護區(qū)人均日用水量在40L／人以上，按照生活污水排放系數(shù)0.85計算，則人均日排放到環(huán)境中的污水有34L。2010年水源保護區(qū)人口總數(shù)為76648人，城鎮(zhèn)人口數(shù)為3300人，按照每人每天平均排糞0.25kg、尿2kg計算［15］，可知松華壩水源區(qū)生活污染負荷為：污水量73.6×104t，TN 416.3t，TP 186.01t，COD 2 252.9t（表1）。

表1 生活污染負荷統(tǒng)計 （t／a）

2.1.2 農(nóng)村生活垃圾

松華壩水源保護區(qū)內(nèi)按每人每天產(chǎn)生生活垃圾0.286～0.6kg（數(shù)據(jù)來源于2003年《滇池流域面源污染控制技術(shù)研究—農(nóng)村固體廢棄物調(diào)查報告》，昆明市環(huán)境監(jiān)測中心）計算，每年生活垃圾產(chǎn)生量為8001～16786t。根據(jù)統(tǒng)計，2010年保護區(qū)內(nèi)非農(nóng)業(yè)人口3300人，占保護區(qū)人口的4.3%，因此未處置生活垃圾總量占生活垃圾產(chǎn)生量的95.7%，為7657～16064 t，水庫水源區(qū)農(nóng)村生活污染年產(chǎn)生污染物負荷為TN 292 t、TP 146t。

通過實地調(diào)查，水源區(qū)大部分村落垃圾進行了處理，但還有一部分未得到妥善處置 （其中混雜有一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物如：農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥瓶等），同時農(nóng)戶習(xí)慣將農(nóng)家肥在田邊、溝渠、路邊堆砌，這種沒有任何處理、防護措施的現(xiàn)象相當普遍，由此產(chǎn)生的滲濾液、細菌、農(nóng)藥殘留物和一些較難降解的塑料類垃圾，雨季在降雨的沖刷下均進入水體，是造成保護區(qū)面源污染的一個重要因素。

2.1.3 農(nóng)業(yè)種植固廢

農(nóng)業(yè)固廢主要指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的、不能有效利用，但可能會對環(huán)境造成污染的物質(zhì)。經(jīng)調(diào)查，這些農(nóng)業(yè)固廢都是直接堆放在田間。這些廢棄物在自然條件下分解后產(chǎn)生的腐殖質(zhì)通過地表徑流進入水體，對水體環(huán)境造成一定的氮磷污染負荷，因此需要計算農(nóng)業(yè)固廢的污染負荷量。

根據(jù)白邑鄉(xiāng) “秸稈還田實驗項目”得到的各類農(nóng)作物廢物產(chǎn)生系數(shù)計算，全區(qū)種植作物固體廢棄物產(chǎn)生量為31160t／a，其中玉米所占比例最大，為43.0%，其次為小麥、大麥及蔬菜，分別占24.4%、11.8%。水庫水源區(qū)農(nóng)業(yè)種植固廢年產(chǎn)生污染物負荷為TN 1 403 t、TP 184 t。具體種植固廢產(chǎn)生量構(gòu)成如圖1。

2.1.4 農(nóng)田化肥

保護區(qū)種植業(yè)主要以糧食作物、蔬菜瓜果和烤煙為主，其中壩區(qū)主要種植水稻、包谷、小麥、大豆、烤煙、洋芋、蠶豆、花卉。區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要施用尿素、三元復(fù)合肥、硝酸鉀、碳酸氫銨、普鈣、有機肥等，氮肥、磷肥平均施用量 （均為折純量）分別為3099.5t／a、1751.0t／a［16］。據(jù)統(tǒng)計：水源區(qū)每年使用化肥量為6535.34t；農(nóng)藥使用量為138.96t；水庫水源區(qū)農(nóng)田化肥施用年產(chǎn)生污染物負荷為TN 3365t、TP 2031t。

化肥的使用有力地推動了農(nóng)作物增產(chǎn)，但過量、不均衡施肥，不僅降低了農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，還會增加“溫室氣體”，加劇水體的 “富營養(yǎng)化”，給環(huán)境帶來嚴重污染。為改善生活質(zhì)量，松華壩水庫上游大多采取“高化肥、高農(nóng)藥”的傳統(tǒng)種植方式，這些來自農(nóng)田中過量的化肥被暴雨沖刷后匯入河道水體最終進入到松華壩水庫，對飲用水水質(zhì)及飲水安全造成影響［17］。對水庫流域區(qū)的調(diào)查顯示，氮肥與磷肥的施用量尤為突出，是導(dǎo)致水庫氮磷污染的重要因素。具體的磷肥、氮肥施用空間分布見圖2和圖3。

2.1.5 畜禽糞便

水庫周邊畜禽養(yǎng)殖主要有牛、馬、羊、豬、雞、鴨等，目前仍以農(nóng)戶散養(yǎng)為主，集約化程度較低，飼養(yǎng)期相對較長，產(chǎn)生的污染物也較多。畜禽糞便雖然大部分可以作為農(nóng)家肥還田，但營養(yǎng)物的轉(zhuǎn)化率低，糞便中氮、磷及其它營養(yǎng)物會因降雨淋溶到土壤環(huán)境中，最終在地表徑流和侵蝕泥沙的攜帶下進入到地表水體中。

2010年松華壩水源區(qū)有牛19789頭、豬116583頭、羊39581只、雞218267只、鴨3508只。根據(jù)抽樣調(diào)查，松華壩水源區(qū)農(nóng)村畜禽糞尿綜合排放利用率為77.1%～96.7%，利用方式以還田為主，核算松華壩水源區(qū)2010年畜禽養(yǎng)殖排放污染負荷為：糞尿1.96×104t，化學(xué)需氧量373.0 t，總氮排放量132.6 t，總磷排放量35.7 t。由以上數(shù)據(jù)匯總整理可知水庫水源區(qū)畜禽糞便年產(chǎn)生污染物負荷為TN 2 048.1 t，占27.3%；TP 491.3 t，占8.4%。

表2 松華壩水源保護區(qū)主要畜禽養(yǎng)殖污染物核算匯總 （t／a）

2.2 水質(zhì)分析

通過對松華壩水源區(qū)的水樣進行實驗整理，可得到各采樣點的分析結(jié)果 （表3）。從表3可以看出：農(nóng)田種植小區(qū)內(nèi)的TN濃度明顯高于其它采樣點；排水口由于靠近種植園，生活污水、垃圾等的流入，導(dǎo)致TN、TP濃度高；冷水河上、中游的TN濃度呈明顯上升趨勢，在下游入庫口稍有下降，TP濃度在上游即冷水河源頭青龍?zhí)蹲畹停S著農(nóng)田徑流、生活污水、人糞尿等的排入以及人類的社會活動而程遞增趨勢，在入庫口濃度值最高；牧羊河的TN濃度從上游至下游波動上升，說明降雨沖刷導(dǎo)致氮的升高強于降雨稀釋及河道降解，總磷從上游至下游依次降解，說明降雨稀釋和河道降解作用明顯，這種變化趨勢說明，牧羊河流域水土流失嚴重，由此產(chǎn)生的污染物濃度較高；庫區(qū)主要是TN濃度超標，由此可見，研究區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染以氮素污染為主。

表3 松華壩水源區(qū)各采樣點水質(zhì)指標值 （mg／L）

2.3 農(nóng)業(yè)面源污染氮磷負荷解析

2.3.1 總氮負荷解析

產(chǎn)生量：農(nóng)村生活污水氮產(chǎn)生量以實測值計算；人糞便含氮0.65%；牲畜糞便含氮0.55%，農(nóng)田化肥氮磷以2010年農(nóng)村綜合統(tǒng)計報表量計算；農(nóng)業(yè)種植廢棄物含氮4.5%；生活垃圾含氮1.74%。經(jīng)統(tǒng)計估算，2010年流域總氮產(chǎn)生量7532 t／a，其中農(nóng)田化肥占44.7%，畜禽糞便占27.3%，農(nóng)業(yè)種植固廢占18.6%。

流失量：未利用的氮通過各種途徑流失到面源中對環(huán)境造成影響。各污染源氮流失率分別為：農(nóng)村生活污水按產(chǎn)生量計；人糞便氮10%，牲畜糞便氮10%，農(nóng)田化肥氮50%，農(nóng)業(yè)種植廢棄物氮5%；生活垃圾95.7%。經(jīng)統(tǒng)計估算，2010年流域總氮流失量2227t／a，其中農(nóng)田化肥占75.6%，生活垃圾占12.5%?？偟廴矩摵蓸?gòu)成見圖4。

2.3.2 總磷負荷解析

產(chǎn)生量：農(nóng)村生活污水磷產(chǎn)生量以實測值計算；人糞便含磷0.3%；牲畜糞便含磷0.13%；農(nóng)田化肥磷以2010年農(nóng)村綜合統(tǒng)計報表量計算；農(nóng)業(yè)種植廢棄物含磷0.59%；生活垃圾含磷0.87%。經(jīng)統(tǒng)計估算，2010年流域總磷產(chǎn)生量2781t／a，其中農(nóng)田化肥占73.0%。總磷污染負荷構(gòu)成見圖5。

2.3.3 氮磷污染來源貢獻及流失統(tǒng)計

在流域氮磷產(chǎn)生和流失量的構(gòu)成中，農(nóng)田化肥污染負荷的貢獻比例最大，具體見表4。

表4 松華壩流域區(qū)氮磷污染來源貢獻及流失統(tǒng)計

3 結(jié)論

（1）TN負荷為7532.3t／a。其中農(nóng)田化肥的TN年污染負荷產(chǎn)生量為3365t，在總的污染負荷量中所占比例最大，為44.7%。而農(nóng)村生活污水的TN年污染負荷產(chǎn)生量為22.7 t，在TN污染負荷量中所占比例最小，為0.3%。各污染源產(chǎn)生的TN負荷大小順序為：農(nóng)田化肥＞畜禽糞便＞農(nóng)業(yè)種植固廢＞人糞便＞農(nóng)村生活垃圾＞農(nóng)村生活污水。

（2）TP負荷為2781.01t／a。TP的年污染負荷產(chǎn)生量最大的污染源為農(nóng)田化肥，其值為203.1 t，占總污染負荷量的73%。而農(nóng)村生活污水的TP年污染負荷為4.31 t，在TP污染負荷產(chǎn)生量中所占比例最小，為0.2%。各污染源產(chǎn)生的TP負荷大小順序為：農(nóng)田化肥＞畜禽糞便＞農(nóng)業(yè)種植固廢＞人糞便＞農(nóng)村生活垃圾 ＞農(nóng)村生活污水。

［1］Arhonditsis G，Tsirtsis G，Angelidis M O.Quantification of the effects of nonpointnutrient sources to coastalmarine eutrophication：applification to a semi－enclosed gulf in the Mediterranean Sea［J］.Ecological Modelling，2000，129（2）：209－207.

［2］Kronvang B.Diffuse nutrient losses in Denmark［J］.Water Science Technology.（G.B.），1996，133（1）：81－88.

［3］中國環(huán)境保護部.第一次全國污染源普查公報 ［R］.北京，2010.

［4］劉楚文.松華壩水庫水源區(qū)面源污染的防治 ［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2006，（6）：12－14，49.

［5］李云駒，潘劍君，許建初，等.氣候和土地利用變化對松華壩流域水資源的相對作用研究［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012， 35（1）：80－86.

［6］孔桂芬.松華壩水庫水質(zhì)現(xiàn)狀及變化趨勢分析 ［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2006，25（Z1）：116－118.

［7］昆明市水利局.關(guān)于昆明市松華壩水庫保護區(qū)保護工作情況匯報［R］.2009.

［8］何承剛，馮彥，李運剛.松華壩流域非點源污染關(guān)鍵源區(qū)識別［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（28）：13768－13771.

［9］李宗遜，丁宏偉.昆明市松華壩水庫氮、磷主要來源的間接證據(jù)［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，20（3）：430－434.

［10］李麗珍，郭朋恒.松華壩水源保護區(qū)新能源結(jié)構(gòu)研究 ［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2012，31（2）：26－30.

［11］薛亞東.松華壩水庫上游牧羊河氮、磷主要來源研究 ［J］.水生態(tài)學(xué)雜志，2009，2（6）：132－134.

［12］宋長春，王毅勇，閻百興，等.沼澤濕地墾殖前后土壤溫度變化及其對土壤熱狀況的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005，16（1）：88－92.

［13］閆麗珍，石敏俊，王磊.太湖流域農(nóng)業(yè)面源污染及控制研究進展［J］.中國人口·資源與環(huán)境，2010，20（1）：99－107.

［14］袁曉燕，余志敏，施衛(wèi)明.浙北地區(qū)平原河網(wǎng)農(nóng)村小流域面源污染調(diào)查與防治對策：以德清縣武康鎮(zhèn)新琪村為例 ［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2010，26（3）：193－198.

［15］趙忠瓊，陳紅書.松華壩水庫水源保護區(qū)污染現(xiàn)狀及整治對策建議［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2011，30（6）：40－45.

［16］趙中昆.松華壩庫區(qū)水污染與防治研究 ［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2005，24（3）：35，46－47.

［17］張維理，武淑霞，冀宏杰，等.中國農(nóng)業(yè)面源污染形勢估計及控制對策Ⅰ.21世紀初期中國農(nóng)業(yè)面源污染的形勢估計［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，37（7）：1008－1017.

Research of Nitrogen and Phosphorus Pollution Load from Non－point Source in the Songhuaba Reservoir Basin

HAO Fei，SHIJing，ZHANG Nai－ming，HU Xing－gang
（Department of Resources and Environment Science，Yunnan Agricultural University，Kunming Yunnan 650201 China）

Agricultural non－point source pollution load and its percentage in the Songhuaba Reservoir Basin were calculatedbased on collecting base date，field survey，and test in the lab.The results showed that the total amount of total nitrogen（TN）entering into thewater body was7532.3 tons per year.The amountof TN from fertilizerswas 3364 tons accounting for 44.7%with the highest percentage among all pollution sources.The amount of TN from the domestic wastewater accounted least for 0.3%with 22.7 tons.Two thousands seven hundreds and eighty－one tones of total phosphorus entered into thewater body per year.The fertilizer has become one of themost contributors with 203.1 tons（73%）per year.

agricultural non－point source；pollution；nitrogen；phosphorus；Songhuaba reservoir

X52

A

1673－9655（2014）06－0010－05

2014－05－13

云南省教育廳重大項目（ZD2011001）。

郝斐 （1987－），女，在讀研究生，主要從事水環(huán)境與農(nóng)業(yè)面源污染研究。

張乃明 （1963－），男，漢族，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事湖泊治理與面源污染控制研究。