李相林 謝華 楊瑞剛 余孟好

摘要：【目的】開展廣西高山河谷區(qū)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地農(nóng)業(yè)非點源特征研究，為今后廣西鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水水源地的規(guī)范化、常態(tài)化管理提供參考依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐。【方法】以廣西田林縣為例，根據(jù)田林縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）地形地貌特點，選取位于同一流域的6個飲用水水源地，采樣分析水源地取水口處水質(zhì)，調(diào)查水源地環(huán)境現(xiàn)狀及污染源分布情況；采用等標(biāo)污染負荷法估算不同農(nóng)業(yè)非點源類型的比重，分析影響水源地水質(zhì)的主要污染源和污染物。【結(jié)果】6個水源地中，取水口沿岸農(nóng)業(yè)植被分布較多的3個水源地水質(zhì)出現(xiàn)輕微超標(biāo)現(xiàn)象，糞大腸菌群超標(biāo)0.20～0.25倍、總磷超標(biāo)0.20倍、總氮超標(biāo)2.00倍；其余3個水源地取水口位于流域山腰上，無農(nóng)業(yè)非點源分布，其水質(zhì)達到Ⅱ類和Ⅲ類標(biāo)準，水質(zhì)達標(biāo)。田林縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地農(nóng)業(yè)非點源主要集中分布在地勢較低的河谷地帶，其中農(nóng)田徑流污染源等標(biāo)污染負荷比最高，其次是分散式畜禽養(yǎng)殖污染源和農(nóng)村生活污染源；污染中總磷的等標(biāo)污染負荷比最高，其次是總氮?！窘Y(jié)論】廣西高山河谷區(qū)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地水質(zhì)與其所在區(qū)域的農(nóng)業(yè)非點源特征有一定關(guān)聯(lián)，因此應(yīng)重點加強對鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）農(nóng)田徑流污染源的防控，以確保水源地水質(zhì)安全。

關(guān)鍵詞： 高山河谷區(qū)；飲用水水源地；農(nóng)業(yè)非點源；等標(biāo)污染負荷；廣西田林縣

中圖分類號： X820.2 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）01-0048-07

0 引言

【研究意義】飲用水水源安全問題關(guān)系到人民群眾的身體健康和社會穩(wěn)定，已成為社會大眾高度關(guān)注的熱點環(huán)境問題（李仰斌等，2007；郭梅和周麗旋，2010；楊會改等，2014）。隨著人類開發(fā)活動的不斷擴大，區(qū)位相對偏僻的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地水質(zhì)安全問題也越來越受到社會各界的重視。位于廣西高山河谷區(qū)的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地由于環(huán)境地貌等原因，容易受到農(nóng)業(yè)非點源污染，農(nóng)業(yè)非點源污染已成為高山河谷區(qū)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地的主要污染類型。因此，試點開展具有廣西特色的高山河谷區(qū)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地的農(nóng)業(yè)非點源特征研究，可為今后鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地的規(guī)范化、常態(tài)化管理提供重要的參考依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐?！厩叭搜芯窟M展】目前，國內(nèi)學(xué)者對于農(nóng)業(yè)非點源的研究較普遍（于濤等，2008；楊淑靜等，2009；馬國霞等，2012），但針對具體流域或飲用水水源地所開展的農(nóng)業(yè)非點源估算識別并不多，且研究的方法也不盡相同。陳慶青等（2007）應(yīng)用功能性模型系統(tǒng)原理計算水源地入庫污染物總量，得到非點源污染的主要來源和污染規(guī)律，并據(jù)此提出水庫型飲用水水源地非點源污染的控制技術(shù)方法。楊會改等（2014）采用Johns輸出系數(shù)模型，結(jié)合查閱文獻和現(xiàn)場實測的方法確定符合小流域特征輸出系數(shù)值，估算了土橋子水庫水源地實施非點源控制措施（測土配方施肥和農(nóng)村建設(shè)沼氣池）前后總氮、總磷輸出量。吳楠等（2014）采用基于GIS建立分布式非點源污染運移截留過程模型，對非點源污染關(guān)鍵區(qū)進行識別。張國琴和于金蓮（2008）、高新昊等（2010）、周軍等（2011）、劉承志（2012）等采用較為普遍的等標(biāo)污染負荷對流域或水源地的非點源污染進行相關(guān)研究，以找出影響環(huán)境的主要污染源和污染物?！颈狙芯壳腥朦c】近年來，受客觀條件限制，廣西飲用水水源地的日常環(huán)境管理工作重點基本集中在市縣一級，對鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級別飲用水水源地的保護工作難以顧及。相對于市縣水源地，鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地在廣西數(shù)量更多、范圍更廣、影響人口數(shù)量更大，而鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地日常的監(jiān)督管理仍非常薄弱。高山河谷型飲用水水源地為我國西南地區(qū)特有的一種鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地類型，在廣西、云南、貴州等?。▍^(qū)）廣泛分布，但目前關(guān)于高山河谷型飲用水水源地農(nóng)業(yè)非點源特征的研究尚無報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以廣西田林縣為例，通過采樣分析水源地取水口處水質(zhì)，實地調(diào)查水源地環(huán)境現(xiàn)狀及污染源分布情況，結(jié)合計算分析不同農(nóng)業(yè)非點源類型的比重，找出影響水源地水質(zhì)的主要污染源類型，為典型高山河谷類型的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地污染特征分析提供借鑒和參考。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

田林縣地處廣西丘陵至云貴高原的過渡地帶，山脈屬都陽山系。全境東北、西北、西南和中部較高，向東南、向北逐步傾斜。境內(nèi)峰巒連綿、山高谷深、溪河縱橫。有海拔2026.5 m的桂西屋脊，也有海拔200 m的河谷低地，垂直高度差異明顯。整個地勢河水向西北、北和東南分流。石山集中在縣境東北部和西北部，多溶洞，其余為土山，山上林深草密，海拔在1000 m以上的高峰有200多座。地貌類型縣境以山地為主，由土山（砂巖與頁巖）和石山兩類組成。

田林縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地多分布在遠離集鎮(zhèn)的偏僻深山內(nèi)，本研究將位于同一流域的水源地按照所在流域的區(qū)位，將取水口所在位置分為山腰及河谷兩大類。位于流域山腰上的水源地，由于所在區(qū)位地勢陡峭，人為干擾活動較少，基本被原始水源涵養(yǎng)林所覆蓋。此外，山腰上的水源地所在區(qū)域人跡罕至，沒有村屯分布，亦不便于村民進行農(nóng)業(yè)開荒活動，未受到任何污染源的影響，因此，此類水源地水質(zhì)較好，水質(zhì)能達到Ⅲ類以上。位于流域河谷地帶的水源地，由于所在位置地勢最低，河谷兩岸相對較平緩，且引水灌溉較方便，易于村民進行農(nóng)業(yè)開發(fā)活動。村民進行農(nóng)業(yè)開發(fā)活動不可避免的要使用化肥和農(nóng)藥，且由于缺少當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門正確的測土施肥和噴藥指導(dǎo)，施用的化肥和農(nóng)藥有相當(dāng)一部分通過農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏進入水體（謝濤等，2010）。此外，水源地上游及岸邊村民的生活污水、畜禽養(yǎng)殖污水除經(jīng)農(nóng)田消納外，仍有部分隨地表徑流進入水體。在農(nóng)田徑流污染源、農(nóng)村生活污染源及分散式畜禽養(yǎng)殖污染源的影響下，位于河谷地帶的水源地相比山腰上的水源地容易出現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象。

根據(jù)田林縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）地形地貌特點，且為便于對比分析，本研究選取位于同一流域的水源地進行研究，水源地地理位置見圖1，采樣點位分布見圖2，采樣點位按地理方位由西向東、同一流域按海拔自高向低的順序編號，各采樣點基本信息見表1。

1. 2 樣品采集

本研究在3個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）6個水源地取水口處各設(shè)置1個采樣點，每個采樣點采樣1次。水樣用便攜式冷藏箱保存，并及時送回實驗室測試分析。2013年8月下旬～9月中旬進行水質(zhì)樣品采樣。采樣期間，同時調(diào)查統(tǒng)計水源地保護區(qū)范圍農(nóng)村生活污染源（人口數(shù)量）、農(nóng)田徑流污染源（耕地面積、作物種植種類、農(nóng)藥化肥使用情況）、分散式畜禽養(yǎng)殖污染源（豬、牛、家禽的數(shù)量、糞便處理情況）的分布情況。

1. 3 測定項目及方法

河流型水源地監(jiān)測pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、硒、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物、糞大腸菌群等12項指標(biāo)，湖庫型水源地補充監(jiān)測總氮、總磷、葉綠素a和透明度。各監(jiān)測因子采用《水和廢水檢測分析方法》（第四版）進行分析。

1. 4 水庫富營養(yǎng)化評價方法

湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。湖庫類水源地富營養(yǎng)化按“貧”、“中”、“富”評價。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)采用卡爾森指數(shù)方法。計算公式：

TLI（■）=■Wj.TLI（j）

式中，TLI（■）為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重，TLI（j）為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

1. 5 污染源比重評估方法

本研究采用等標(biāo)污染負荷法進行污染源比重評價（劉承志，2012）。

1. 5. 1 某項污染物的等標(biāo)污染負荷Pi Pi=Ci /Coi，式中，Pi為某污染源第i種污染物的等標(biāo)污染負荷，無量綱；Ci為第i種污染物的年排放量（t/年）；Coi為第i種污染物的閾濃度（mg/L）。

1. 5. 2 某污染源的等標(biāo)污染負荷Pn Pn=■Pi

1. 5. 3 某流域的等標(biāo)污染負荷P P=■Pn

1. 5. 4 流域內(nèi)某項污染物的總等標(biāo)污染負荷Pic

Pic=■Pi

1. 5. 5 某污染物在流域中的污染負荷比Kic

Kic=■×100%

1. 5. 6 某污染源在流域中的污染負荷比Kn

Kn=■×100%

1. 6 源強系數(shù)

源強系數(shù)表示各類污染源的污染排放強度，由各類污染源調(diào)查和計算獲得。經(jīng)實地調(diào)查，當(dāng)?shù)剜l(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地主要污染源類型為農(nóng)村生活污染源、農(nóng)田徑流污染源、分散式畜禽養(yǎng)殖污染源。計算各類污染源源強系數(shù)時采用化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總氮、總磷作為主要污染因子（程公德等，2014）。

1. 6. 1 農(nóng)村生活污染源 由國家環(huán)保局2007年重點流域農(nóng)村生活污染源調(diào)查（產(chǎn)排污系數(shù)測算）數(shù)據(jù)可知，廣西農(nóng)村人均污染源COD、氨氮、總氮、總磷排放量分別為16.4、4.0、5.0、0.44 g/人·d。

1. 6. 2 農(nóng)田徑流污染源 標(biāo)準農(nóng)田徑流源強系數(shù)COD、氨氮、總氮、總磷分別為150、30、47.4、15.9 kg/ha·年。另外根據(jù)第一次全國污染源普查—農(nóng)業(yè)污染源肥料流失系數(shù)手冊可知，田林縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）所在地作物區(qū)屬于“南方山地丘陵區(qū)—陡坡地—非梯田—橫坡—旱地—大田一熟”，總氮、總磷流失量為1.905和1.83 kg/ha·年，故田林縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）修正后的農(nóng)田徑流源強系數(shù)COD、氨氮、總氮、總磷分別為150、30、49.305、17.73 kg/ha·年。

1. 6. 3 分散式畜禽養(yǎng)殖污染源 根據(jù)第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊可知，分散式畜禽養(yǎng)殖污染源源強系數(shù)COD、氨氮、總氮、總磷折算成標(biāo)豬后為50、10、20.98、3.61 g/d·頭。

1. 7 污染物閾濃度

污染物的閾濃度按照GB 3838-2002中的Ⅲ類標(biāo)準，即COD、氨氮、總氮、總磷分別為20、1、1、0.2 mg/L。

2 結(jié)果與分析

2. 1 水質(zhì)現(xiàn)狀分析

各水源地水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表2。在6個監(jiān)測水源地中，位于原始水源涵養(yǎng)林區(qū)域的利周瑤族鄉(xiāng)石門山水源地及那比鄉(xiāng)西洋江水源地水質(zhì)優(yōu)良，均達到Ⅱ類標(biāo)準，完全符合鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水源地保護要求；取水口兩岸植被較好的八渡瑤族鄉(xiāng)渭卜溝水源地水質(zhì)良好，達到Ⅲ類標(biāo)準，符合鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水源地保護要求；另有3個取水口沿岸農(nóng)業(yè)植被分布較多的水源地水質(zhì)出現(xiàn)輕微超標(biāo)現(xiàn)象，不符合鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水源地保護要求，超標(biāo)因子主要是糞大腸菌群、總氮、總磷，但超標(biāo)倍數(shù)均不高，糞大腸菌群超標(biāo)0.20～0.25倍、總磷超標(biāo)0.20倍、總氮超標(biāo)2.00倍。對本研究中唯一的水庫型水源地（那比鄉(xiāng)西洋江八封段水源地）進行營養(yǎng)化評價可知，該水庫的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（∑）為25.2555，處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，水庫營養(yǎng)化水平符合鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水源地保護要求。

綜合表1、表2分析可知，位于流域河谷地帶的3個水源地均出現(xiàn)輕微的超標(biāo)現(xiàn)象，其中2個河流型水源地（利周瑤族鄉(xiāng)老山河水源地、八渡瑤族鄉(xiāng)八中河水源地）超標(biāo)因子均是糞大腸菌群，湖庫型的那比鄉(xiāng)西洋江八封段水源地超標(biāo)因子是總磷和總氮。根據(jù)多年河流水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，廣西河流水體普遍存在糞大腸菌群超標(biāo)現(xiàn)象。上述2個水源地出現(xiàn)糞大腸菌群超標(biāo)，除與廣西屬于南方地區(qū)、氣溫較高、濕度較大、環(huán)境中糞大腸菌群本底偏高外，還與當(dāng)?shù)氐奈廴驹捶植加幸欢P(guān)系。2個水源地位于流域河谷地帶，取水口周邊及上游的農(nóng)田徑流污染源及部分未用于農(nóng)灌的居民生活污水、畜禽養(yǎng)殖廢水隨地表徑流匯入水源地，從而引起水源地糞大腸菌群超標(biāo)。湖庫型的那比鄉(xiāng)西洋江八封段水源地出現(xiàn)總磷、總氮超標(biāo)，主要與農(nóng)田徑流污染源有關(guān)。據(jù)現(xiàn)場濕地調(diào)查結(jié)果，當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)作物主要施用肥料為含氮量（46%）較高的尿素；在追肥期間，甘蔗以施用甘蔗專用肥為主，肥料氮含量在12%左右，玉米以施用復(fù)合肥料16-16-16為主，氮磷鉀含量均在16%左右。由于缺少農(nóng)業(yè)部門的測土施肥指導(dǎo)，當(dāng)?shù)卮迕袷┯玫幕士偭勘绒r(nóng)業(yè)局配比的量高，且施肥過程中缺少施肥覆土等一系列防止肥料流失手段，加上高山河谷區(qū)地形陡峭等原因，肥料流失量較多，施用的肥料僅有少部分被作物吸收利用。化肥的大量流失，加上湖庫型水源地水體交換較慢等原因，導(dǎo)致該水源地總氮、總磷超標(biāo)。

2. 2 污染源特征分析

鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水源地污染源包括水土流失、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村生活污水、農(nóng)村工業(yè)污染、養(yǎng)殖業(yè)污水、農(nóng)村休閑旅游業(yè)污染、交通污染等（陳海雄，2014）。經(jīng)實地調(diào)研，田林縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地所在位置無工業(yè)企業(yè)分布，土地利用類型主要以旱地為主，污染源類型主要為農(nóng)村生活污染源、農(nóng)田徑流污染源及分散式畜禽養(yǎng)殖污染源。本研究首先根據(jù)各水源地保護區(qū)所在區(qū)域的人口數(shù)量、農(nóng)田面積、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量（表3）及源強系數(shù)計算污染源中污染物的排放量，再根據(jù)污染物的排放量及相應(yīng)的排放標(biāo)準計算各水源地污染源的等標(biāo)污染負荷。根據(jù)各水源地水質(zhì)現(xiàn)狀分析結(jié)果，對水質(zhì)超標(biāo)的3個水源地的污染源進行等標(biāo)污染負荷計算，并以此判斷水源地的主要污染源類型及污染物。

從表4可以看出，上述3個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地的農(nóng)田徑流污染源等標(biāo)污染負荷比最高，其次是分散式畜禽養(yǎng)殖污染源及農(nóng)村生活污染源，污染中總磷的等標(biāo)污染負荷比比其他3種污染物高，其次是總氮?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，上述3個水源地保護區(qū)河流兩岸及上游的土地類型多為農(nóng)業(yè)用地，主要作物為甘蔗和玉米等。在日常頻繁的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，殘留于土壤中的化肥養(yǎng)分及農(nóng)藥通過降雨沖刷、淋溶、土壤吸附、徑流遷移等途徑進入水體，進而造成水體污染（申曉云和黨晨席，2014）。當(dāng)?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖均為散養(yǎng)狀態(tài)，既沒有集約化、規(guī)?；男笄蒺B(yǎng)殖場和養(yǎng)殖區(qū)，也沒有集中排放口；水源保護區(qū)所在地人口較少，且相對分散，人畜糞便多用于農(nóng)灌或沼氣池原料，僅有小部分沒有化糞池或沼氣池的農(nóng)戶，人畜糞便隨地表徑流匯入水源地，對水源地的水質(zhì)影響較小?？傮w而言，分散式畜禽養(yǎng)殖污染源及農(nóng)村生活污染源對水源地的污染強度遠小于農(nóng)田徑流污染源。

3 討論

在本研究的3類污染源中，農(nóng)田徑流污染源對田林縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地水質(zhì)影響最大，污染負荷貢獻率最高。張韻等（2010）對位于重慶高山河谷地區(qū)地處偏僻的水庫型水源地的研究也得到類似的結(jié)論，保護區(qū)內(nèi)的污染源主要為農(nóng)村生活污水、分散式畜禽養(yǎng)殖及農(nóng)田徑流等非點源，其中，農(nóng)田徑流的污染負荷最大。在地形為丘陵山地、地勢高峻的重慶澎溪河流域，污染物最主要仍來源于農(nóng)田徑流污染，貢獻率達30.08%（郭勝等，2011）?？梢姡呱胶庸葏^(qū)水源地易受到農(nóng)田徑流污染源的影響，因此應(yīng)重點加強高山河谷地帶農(nóng)業(yè)非點源，尤其是農(nóng)田徑流污染源的污染防控，科學(xué)引導(dǎo)農(nóng)民合理使用化肥、農(nóng)藥（李璇和董利民，2011），并鼓勵和引導(dǎo)農(nóng)民發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，合理有效利用人畜糞便，將種養(yǎng)等農(nóng)業(yè)活動有機結(jié)合起來，減少整個區(qū)域污染物排放，對于確保高山河谷區(qū)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地水質(zhì)安全至關(guān)重要。

與點源污染相比，農(nóng)業(yè)非點源污染具有污染發(fā)生時間不確定性、機理過程復(fù)雜性、排放途徑隨機性等特點（張維理等，2004；洪華生等，2007），加之本研究缺少當(dāng)?shù)販蚀_的肥料、農(nóng)藥、畜禽糞便流失系數(shù)及農(nóng)田對污染物的消納程度等相關(guān)基礎(chǔ)背景資料，因此無法精確計算當(dāng)?shù)剜l(xiāng)（鎮(zhèn)）水源地非點源污染物的入河排放量，可能會導(dǎo)致計算結(jié)果偏高，并引起等標(biāo)污染負荷值存在一定偏差，但最終所計算的等標(biāo)污染負荷比值對于判斷各水源地污染源及污染物的比重仍然可靠。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，廣西高山河谷區(qū)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）飲用水水源地水質(zhì)與其所在區(qū)域的農(nóng)業(yè)非點源特征有一定關(guān)聯(lián)，取水口位于流域山腰上的水源地?zé)o農(nóng)業(yè)非點源分布，其水質(zhì)達到Ⅱ類和Ⅲ類標(biāo)準；取水口位于流域河谷地帶的水源地，因主要受農(nóng)業(yè)非點源，尤其是農(nóng)田徑流污染源污染影響，致使其水質(zhì)出現(xiàn)輕微超標(biāo)現(xiàn)象。因此，應(yīng)重點加強廣西高山河谷區(qū)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）農(nóng)田徑流污染源的防控，以確保水源地水質(zhì)安全。

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（責(zé)任編輯 麻小燕）