灌溉回歸水對水體環境質量影響及對策研究

隋雪萍，盧振蘭，李業東，田衛

(1.吉林農業大學，長春 130118；2.遼寧省工商行政管理局，沈陽 110843；3.長春市環境保護局 凈月分局，長春 130122；4.東北地理與農業生態研究所，長春 130012)

上世紀50年代開始，我國在西北和東北地區大規模發展灌溉，因灌溉系統不配套等多種因素，造成土壤次生鹽漬化面積迅猛增加[1]。

松嫩平原西部是世界三大蘇打鹽漬土分布區之一，總面積約2.4×106hm2，生態環境脆弱，國家規劃的松原灌區位于該鹽堿-脆弱區的核心地帶，灌區總規劃面積達 1.87×105hm2，灌區內實施水田、旱田、草原和蘆葦灌溉等類型的灌溉。大規模灌區開發能否引起大面積次生鹽漬化問題，是一個關系生態環境健康的敏感問題[2]。通過深入調查和試驗，研究灌溉回歸水對受納水體水環境質量的影響依據和防控對策，可為灌區的開發提供重要的依據。

1 研究方法

1.1 調查研究區域

松原灌區東臨第二松花江，南到套浩太及大布蘇一線，西為霍林河下游，北與查干湖接壤，總土地面積3.41×105hm2，以改造區內的中低產田、開發鹽堿地為主要目標，適當進行人工飼料地及天然草場灌溉。利用第二松花江豐富的水資源及區內豐富的土地資源條件，改造中低產田及鹽堿荒地，建設面積為1.9×105hm2的灌區。

1.2 監測點位選擇

灌區所在區域內地表水主要是湖泡，為了解區域水環境質量現狀，在第二松花江、嫩江、松花江、查干湖、新廟泡、大布蘇泡、洪字泡共設16個地面水點位監測斷面，地下水點位通過對20個水井進行監測，其中潛層水15個，裂隙水5個。回歸水點位包括哈達山水利樞紐的第二松花江江段和前郭灌區水田現有回歸水，布設1個灌區退水采樣斷面。前郭灌區灌溉用水取水口為哈達山水庫壩下約3km的第二松花江，布設的3個斷面可代表同期灌溉用水水質。

1.3 采樣時間及監測項目

平水期5月中旬和6月中旬采樣，鑒于灌區10月至次年4月期間不排放回歸水，不進行枯水期采樣監測。監測項目包括化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數、總磷、總氮、氨氮、石油類等指標。

2 結果與討論

在對松原灌區區域水環境現狀調查的基礎上，分析灌區水文特征，評價地表水、地下水環境質量，根據灌溉用水量以及回歸水水質，預測灌溉回歸水對區域受納水體水環境質量的影響。

2.1 水質監測結果分析

表1 灌區內水質監測結果Tab.1 Water quality monitoring results of irrigation area

灌區地面水質量現狀監測數據見表1，監測結果表明，四個監測斷面的水質均低于《地表水環境質量標準》V類水質標準，為劣 V類水平，洪字泡、有字泡的水質指標滿足農田灌溉水質標準要求，鹽分離子組成監測結果表明，花敖泡、洪字泡、有字泡水質符合《農田灌溉水質標準》要求，可作為灌溉水源。

查干湖水質監測結果見表2，結果表明水中COD、高錳酸鹽指數、BOD5、總磷為劣 V類水平，總氮為V類水平，石油類為IV類水平，其他因子均為Ⅲ類及以上水平。水中陰離子以重碳酸根為主，占陰離子總量的75.71%～92.10%，陽離子主要以 Na+為主，占陽離子總量的 40.73%～61.37%，礦化度為322mg/L～820 mg/L。

表2 查干湖水質監測結果Tab.2 Water quality monitoring results of ZhaGan lake

第二松花江平水期水質監測結果見表3。結果表明，第二松花江松原上斷面水體較好，滿足地表水Ⅲ類水體標準要求，松原下斷面不能滿足Ⅲ類水體標準要求，總體而言，第二松花江水質較好。

表3 平水期第二松花江水質監測結果Tab.3 Water quality monitoring results of second Songhua river in normal water season

前郭灌區灌溉回歸水監測數據見表4，監測數據表明，前郭灌區灌溉回歸水中所有監測項目均能夠滿足《污水綜合排放標準》中 I級排放標準要求，灌溉回歸水綜合水質不滿足《地表水環境質量標準中》Ⅲ類水體標準要求，其中 COD、BOD5、高錳酸鹽指數、總磷等指標達到Ⅴ類水體標準，總氮為劣Ⅴ類水體標準。灌溉水中水質監測結果表明，灌溉水中全鹽含量為286mg/L，農田回歸水中的全鹽含量為632mg/L，回歸水中含量較高的離子有等。

表4 前郭灌區回歸水水質監測數據Tab.4 Quality monitoring data of Qian-guo irrigation return water

表5 灌溉回歸水氮、磷污染物濃度估算Tab.5 Nitrogen，phosphorus pollutant concentration of estimation irrigation return water

2.2 灌溉回歸水氮、磷污染物濃度估算

不考慮水田受降雨時段、降雨強度因素以及旱田在雨季形成地表徑流因素對氮、磷濃度的影響條件下，根據各片區回歸水量及氮、磷流失量，核算回歸水中氮、磷貢獻量，氮、磷污染物濃度估算結果見表5。根據氮、磷流失量及回歸水量確定的污染物濃度總氮為0.5mg/L、總磷為0.12mg/L。

由于水田灌溉對土壤中鹽分具有洗脫作用，致使回歸水中鹽分升高，同時由于面源污染(農藥、化肥施用及稻田中有機污染物的釋放)也會造成灌溉回歸水中N、P等含量增加，回歸水水體的富營養化程度將加重。

3 地面水污染防控措施

通過研究，從節水灌溉、回歸水凈化、恢復和構建濕地處理系統及濕地補水、回歸水承泄區處理措施等方面，提出預防松原灌區灌溉回歸水對受納水體環境質量影響的防控措施。

3.1 種植挺水植物

濕地中的蘆葦等挺水植物，可通過吸收和根莖的運輸作用等新陳代謝過程，使氮、磷從水中去除。蘆葦地上部分對磷的吸收能力為120kg/hm2·a，對氮的吸收能力為800kg/hm2·a。人工濕地對TN、TP的處理效果明顯，TN去除效率為70%～84%，對TP的去除效率為78%～87%。

據研究，普通品種的蘆葦可吸收水中30%以上的鹽份，可吸收土壤中90%左右的鹽份[3]。蘆葦在Cl濃度7000mg/L以下的水中可以生長良好，可以凈化含鹽廢水。蘆葦濕地對于有機污染物具有明顯的去除作用，據國內外學者研究及工程實例，蘆葦濕地對有機物去除效率較高，對 COD的去除率在70%以上[4]。

由于回歸水中含鹽量較高，特別是灌區擬開墾的土地為蘇打鹽堿化土，農田化肥、農藥的污染程度較高，因此，必須對回歸水采取一定的處理措施，進行凈化處理，以減少鹽分含量和農業非點源污染。蘆葦濕地具備特有的存在形式和生態功能，能夠生長在鹽分含量較高的環境中，排除鹽分、大量吸收 N、P等營養成分，有效的降低污染物濃度。

3.2 濕地補水

利用哈達山水庫自流，向位于輸水干渠附近9處泡塘濕地補水3.11×107 m3/a，9處泡塘形成水面面積50.23km2。經計算，濕地總需水量約為6.6×107m3/a，可不再補充清潔水源水。由于松原灌區有部分符合要求的回歸水可以排入查干湖國家級自然保護區，因此，清潔水補水量應不超過濕地補水1.95×107m3/a，可通過引松干渠補水。

松原灌區緊臨查干湖，查干湖為國家級自然保護區，區域生態環境敏感。應不向查干湖排放水稻田高濃度的鹽堿回歸水，而應排入灌區內的天然泡沼和構筑的人工葦田(濕地)，或經蘆葦濕地凈化，符合要求后，排入查干湖自然保護區的新廟泡，不直接排入查干湖。

3.3 構建濕地處理系統

乾安灌區和大安龍海灌區水田回歸水排入的14個泡沼，均能恢復濕地和明顯增加濕地面積。灌區內現有許多泡沼，由于多年干旱基本干涸，容積很小，不能作為承泄區。可以排入回歸水以恢復泡沼內的蘆葦植被，使鹽沼濕地成為具有凈化功能的湖泊濕地。除充分利用大安龍海灌區內14個泡沼之外，在霍林河河口構筑濕地面積13330hm2，在后珠勒太滄泡、蒙家屯泡、大口字泡等3個泡沼恢復和構筑蘆葦濕地，水域面積可達1092hm2，形成蘆葦濕地處理系統的天然屏障。

由于前郭灌區土地鹽堿化程度較低，旱改水后的灌溉回歸水中鹽分濃度較低，如果直接排入新廟泡，仍將對承泄水體產生不利影響。因此，前郭灌區新增水田的回歸水在進入新廟泡前，需要經過蘆葦濕地凈化處理，在總排口一帶建設人工蘆葦濕地凈化處理系統，減輕對新廟泡水體的不利影響。

3.4 改進灌溉制度

在有限的水資源條件下，提高灌溉水利用率和水分生產率。從灌溉洗堿次數上采取的節水措施。松原灌區范圍內，大部分土壤為鹽漬化土壤，鹽堿地種植水田需要洗堿，降低土壤含鹽量。考慮到松原灌區范圍內土壤分布情況，輕度鹽漬土復區種植水稻每年洗1次堿，中、重度鹽漬土復區種植水稻每年洗 2次。同時，運用經濟手段，加強用水管理，優化管理和調度技術，實現灌區用水的優化分配，達到節約水資源的目的。適時、適地、適度調整水價，利用價格杠桿促進節約用水。規范價格管理，按照補償成本、合理收益、公平負擔的原則，合理制定和調整水利工程供水價格。農村供水水價要納入各級物價主管部門管理范圍，合理核定到農戶的最終水價，實行超定額用水累進加價，逐步實行容量水價和計量水價相結合的兩部制水價制度。建立健全水資源費征收政策和辦法，加大水資源費征收力度，合理征收標準。

3.5 農藥化肥面源污染防治措施

推廣成熟的高效施肥技術，加強常規施肥技術的組裝集成，進行測土平衡配方施肥，精確施肥，降低化肥損失，從源頭控制氮磷污染。其次，采用平衡施肥管理措施，避免在作物生長早期大量施用氮肥。

在推廣應用長效緩釋肥的基礎上，使用新型高效肥料，減少氮肥自農田的損失，積極推廣高效、低毒、低殘留、環境相容性好的化學農藥和生物農藥品種以及高效、高性能的施藥器械，降低農藥施用次數和用藥量，進一步提高農藥利用率。對于含有化肥流失的氮、磷以及農藥殘留的回歸水，采取濕地處理系統進行凈化，減少進入地表水水體中的總量。

[1]鄧偉.松嫩平原西部土壤鹽漬化動態敏感性分析與預測[J].水土保持學報，2000，14(3)：59-61.

[2]宋常春，鄧偉，李取生.松嫩平原西部土壤次生鹽漬化防治技術研究[J].地理科學，2002，22(5)：49-53.

[3]李怒云，龍懷玉.植樹造林與21世紀我國鹽漬土開發利用的關系[J].北京林業大學學報，2000，22(3)：99-100.

[4]尚宗波，高瓊.松嫩平原草地土壤水分及鹽漬化動態的模擬研究[J].土壤學報 2002，39(3)：57-60.