云南昭通地表水水質分析與評價

劉園園，查宏波，黃韋華，趙 芳，鄒 萍，王 強，4，魏世強，4，木志堅，4

(1．西南大學資源環境學院，重慶 400716;2．云南省煙草公司昭通市公司，云南 昭通 657000;3．楚雄州農科所，云南 楚雄 675000;4．重慶市農業資源與環境研究重點實驗室，重慶 400716)

由于人類活動和自然的原因，我國的水環境污染越來越嚴重［1］。地表水、地下水、土壤等都受到不同程度的污染，而水對人類和生物圈的整個生命活動起著巨大的作用［1］。但目前國內外關于陸地水水質的研究，大多集中在大江大河、湖泊和地下水方面，對于城市及鄉鎮的地表水水質變化研究尚不多見［2］。在大江大河、湖泊水質變化的研究中，多側重于天然水離子的變化，而涉及水質污染指標的研究相對較少［3～7］。水質變化是水環境變化的一個方面，而時至環境污染日益嚴重的今日，水環境變化，特別是水質變化早已和人類社會經濟發展密不可分，并且地表水污染對人們的身體健康及水資源的開發利用等造成了極大的影響。因此，地表水水質評價就顯得尤為重要。事實上，我國政府對地表水水質極其重視，并頒布地表水環境質量標準 (GB3838－2002)［8］，地方行政部門也對地表水污染問題給予重視。本文對云南省昭通市地表水污染進行分析評價并提出污染防治對策，以避免污染威脅到當地居民的飲用水源和農產品品質與安全。

1 實驗方法

1.1 評價點布設及采樣情況

昭通市位于云南省東北部，金沙江下游，滇、川、黔三省結合部。地理坐標在東經102°52'～105°18'、北緯26°18'～28°40'。全市轄 10 縣 1 區，總面積2.3萬km2。由于水平位置和垂直高度的差異，使境內地形復雜，氣候多變。具有明顯的立體氣候、立體農業的特點。不同的自然氣候類型區，為昭通市提供了賴以生存和發展的條件。為了解和掌握農田地表水質量狀況，于2011年4月7日至20日針對昭通市8個區縣的地表水開展了采樣工作，采集的水樣以農業用地 (煙地)為主，共采集水樣116個，主要測定pH值、氨氮、總氮、總磷、砷、汞、鎘、鉛等項目，并分別對這些水樣進行分析與評價。

本次水質評價的區域范圍包括昭通市的昭陽區、魯甸縣、巧家縣、鎮雄縣、彝良縣、威信縣、大關縣、永善縣。根據集水區內的溝渠及水系分布特征，共布設116個地表水水體水質監測點，其中，水庫17個，河水19個，井水39個，池水22個，泉水5個，山溝水7個，管網水7個。將水樣帶回實驗室測定各種指標。

1.2 評價標準與分析方法

由于煙葉灌溉水屬于農田用水，所以水質分析與評價工作應該以地表水環境質量標準 (GB3838－2002)［8］V類指標為界限 (見表1)，結合地區背景值、地表水調查水質分析資料和監測資料，本次地表水水質評價共選取pH值、氨態氮 ()、總氮(TN)、總磷 (TP)、總砷、總汞、總鎘、總鉛等8項參數作為評價指標。將采集的水樣放入冰箱里保存好，測定時參照地表水環境質量標準［8］中各個指標的測定方法測定以上8項指標:pH值用玻璃電極法測定;總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定:直接在高壓釜中經堿性過硫酸鉀密閉消化后(121℃，30min)，在220nm波長下用紫外可見分光光度計 (日立U－1800紫外－可見分光光度計)比色測定TN含量;總磷用鉬酸銨分光光度法測定:在高壓釜中經堿性過硫酸鉀密閉消化后 (121℃，30min)，在880nm波長下用鉬藍比色法測定TP含量;、、濃度用離子色譜法測定:水樣經0.2m醋酸纖維濾膜 (日本東洋濾紙株式會社)過濾后，濾液用離子色譜儀 (DX－120型)測定的濃度;水樣加硫酸后用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法來測定總砷含量;總汞用冷原子吸收分光光度法來測定;總鎘、總鉛用原子吸收分光光度法 (螯合萃取法)來測定。

表1 地表水環境質量標準 (mg/L)

2 結果與討論

2.1 昭通市水質污染概況

評價結果表明，昭通市地表水116個水樣中有97.4%的pH值在6～9的范圍內，只有3個采樣點的pH值不在此范圍內，占總數的2.6%。其中1個采樣點的pH值＜6，屬于弱酸性;2個采樣點的pH值＞7，屬于弱堿性。采集的樣品中氨氮濃度在0～2.18mg/L，平均值為 0.24±0.31mg/L，有94.9%的水樣中氨氮含量在Ⅲ類水質以內，0.86%超過V類水質標準，說明昭通市氨氮含量較低。總氮濃度變化范圍是0.27～11.48mg/L，平均值為2.82±2.11mg/L，低于地表水環境質量Ⅲ類水質標準的樣本量僅占16.3%，超過V類水質標準的則高達56%，說明該區域水體受氮素影響較嚴重。其中總氮由無機氮DIN(硝態氮、亞硝態氮和銨態氮)和有機氮DON組成，DON平均濃度為1.03±0.65mg/L，沒有超過V類標準，DIN平均濃度為1.94±2.02mg/L，其中硝態氮濃度范圍為0.00021～11.25 mg/L，平均濃度為1.71±1.99mg/L，超過V類標準的占31%，這說明總氮中主要超標的離子以硝態氮的形態存在。張炳輝等［9］報道的三峽庫區主要入庫河流氮營養鹽特征及其來源分析中總氮的平均濃度在1.55～2.15mg/L，總體偏高，烏江武隆斷面的總氮濃度最高，為2.15 mg/L;嘉陵江北碚斷面次之，為1.96 mg/L;而長江朱沱斷面最低，為1.55mg/L。昭通市所有采樣點總氮平均濃度為2.82±2.11mg/L，均高于張炳輝等所研究地區總氮的質量濃度。總磷濃度在0.014～15.71mg/L內變化，平均濃度為0.56±1.96mg/L，低于地表水環境質量Ⅲ類水質標準的樣本量占74.9%，超過V類水質標準的占13.8%，說明該區域水體受磷元素污染相對較輕。張遠等［10］研究的三峽水庫蓄水后氮、磷營養鹽的特征分析中顯示二期蓄水后水體總氮、總磷的質量濃度平均為1.56mg/L和0.083mg/L，昭通市地表水中總氮和總磷平均濃度都遠遠高于張遠等研究地區的平均濃度。重金屬中，砷濃度均值為 0.00038±0.00015mg/L，所有樣本均在Ⅲ類標準以內，說明該地區地表水中砷含量較低。鎘濃度范圍為0.0005～0.0068 mg/L，在Ⅲ類以內的占83.6%，沒有超V類的鎘出現。鉛的平均濃度為0.016±0.012mg/L，含量在II類以內的占45.7%，沒有超過Ⅳ類的樣品。重金屬汞平均濃度為0.00018±0.00021mg/L，濃度范圍為0.000087～0.0014mg/L，低于III類水質標準的樣本量占65.5%，V類標準以內的樣品量占98.3%，有2個采樣點超過V類標準，說明昭通市個別區域存在汞污染，經查找發現汞超標的2個采樣點分別位于鎮雄縣的母享鄉和雨河鎮。通過以上評價說明昭通市農業地表水已經受到嚴重污染。昭通市主要污染因子為總氮、總磷、氨氮、汞。污染程度依次為總氮、總磷、氨氮和汞。

2.2 昭通市不同水樣類型主要污染物比較分析

昭通市地表水7種水樣類型中的氮素為主要污染物，其次是磷素、氨氮和汞。下面針對這4個主要污染物，進一步對不同水樣類型中各污染物所占比例進行比較分析。

表3為7種不同水樣中主要污染物濃度的分布情況。

表2 昭通市地表水水質狀況

表3 昭通市不同水樣主要污染物統計表

共有22個水樣為池水，銨態氮分布在Ⅲ類以內，受污染較小。TN分布在Ⅲ類以內的僅占22.7%，V類以內的占45.5%，超 V類高達54.5%，說明池水中總氮污染很嚴重，僅次于河水中的氮素污染程度。TP主要分布在Ⅳ類以內，占81.8%，超V類標準的有18.2%，略高于水庫中磷素污染，池水中磷素污染也比較嚴重。池水中的汞分布在Ⅳ類標準以下。

井水為主要采集的水樣類型，有39個采樣點。井水的污染情況較為特殊，其中有97.4%銨態氮分布在Ⅲ類以內，有1個采樣點超過V類標準，說明井水受到銨態氮污染。井水中的TN分布在V類標準以下的僅占30.8%，超V類標準的采樣點高達69.2%，是所有水樣類型中受到氮素污染最為嚴重的。井水中總氮濃度相對于其他水樣類型高可能是由于井水周圍分布著大量菜地，施入土壤的氮肥 (主要指硝態氮)通過水補給有關。這樣便形成了農業面源污染。隨著對點源污染的控制和治理，農業面源污染逐漸成為水體污染和富營養化的主要原因［11～17］。TP污染主要集中在Ⅲ類以內，占74.4%，超V類標準的占10.3%，較水庫和池水中磷素污染小，較河水嚴重。39個采樣點中汞含量主要分布在Ⅳ類標準以下，有2個采樣點的汞含量超過V類標準，說明個別井水受到重金屬汞的污染。這2個采樣點分別分布在鎮雄縣母享鄉和雨河鎮。出現汞污染是由于赤水河的水質被流域上游化工廠、造紙廠和煤化工廠破壞，引起其水質下降和污染加劇，并且鎮雄縣又是赤水河的源頭。對于汞污染的產生應該加強污染源控制，嚴禁新建化工類、造紙和煤炭等其他重污染型企業，并對污染區內其他污染型企業依法進行徹底清理整頓［18］。

山溝水和管網水均有7個采樣點，并且污染情況相似。銨態氮均分布在Ⅱ類標準以下。2種水樣中TN在V類標準以下的占42.9%，超V類標準的TN高達57.1%，說明氮素污染十分嚴重。2種水樣中磷素主要分布在Ⅳ類標準以下，山溝水中超V類的占28.6%，管網水占14.3%。說明山溝水較管網水受磷素污染嚴重。2種水樣類型的總汞均分布在Ⅳ類標準以下。

有5個采樣點為泉水，5個采樣點的氨氮濃度均分布在Ⅲ類以內，受污染較小。4個采樣點的TN濃度分布在V類標準以下，有1個采樣點濃度超過V類標準。4個采樣點的TP濃度分布在Ⅲ類以內，有1個采樣點的濃度超過V類標準。總汞分布在Ⅳ類標準以下。

通過以上對不同水樣中污染物所占比例的比較分析，得出7種水樣類型里井水中的總氮超V類標準最為嚴重，高達69.2%。總氮超V類標準所占比例依次為井水＞河水＞山溝水、管網水＞池水＞水庫水＞泉水。山溝水中總磷超過V類標準最為嚴重，高達28.6%。總磷超V類標準所占比例依次為山溝水＞泉水＞池水＞水庫水＞管網水＞井水＞河水。氨氮和汞含量均在Ⅳ類標準以內，超過V類標準的采樣點均出現在井水中。

2.3 昭通市不同區域主要污染物比較分析

表4顯示的是8個區域污染物的分布情況。從表中可知，TN濃度最小值均高于TP，濃度最大值11.48 mg/L出現在威信縣。威信縣的TN濃度平均值最大為6.04±3.85 mg/L，其次為鎮雄縣達3.78±2.32 mg/L，下面依次為魯甸縣、巧家縣、昭陽區、彝良縣、大關縣、永善縣。TN濃度平均值未超過V類標準的只有大關縣和永善縣。TP濃度最大值出現在彝良縣高達15.71 mg/L，高于污染十分嚴重的TN濃度最大值11.48 mg/L，并且昭陽區和大關縣的TP最大值也高于TN最大值。說明個別區域的磷素污染較為嚴重。昭陽區的TP濃度平均值最大，高達1.29±2.41 mg/L，其次為彝良縣達1.19±3.35 mg/L，下面依次為魯甸縣、大關縣、永善縣、鎮雄縣、巧家縣、威信縣。TP濃度平均值未超過V類標準的有威信縣、巧家縣、鎮雄縣、永善縣。

表4 不同區域主要污染物統計表

圖1為8個區域TN、TP在本地區中超V類標準所占比例的百分比堆積圖。圖中顯示出TN超V類比例最高值出現在威信縣達100%，其次是鎮雄縣高達80%，下面依次是昭陽區、巧家縣、彝良縣、大關縣、永善縣、魯甸縣。8個地區中有一半地區的氮素污染比例超過50%，說明氮素污染分布現已出現大范圍的趨勢，并具有污染程度高的特點。TP超V類比例最高值出現在永善縣達50%，其次是魯甸縣達28.6%，下面依次為彝良縣、昭陽區、大關縣、鎮雄縣。巧家縣和威信縣TP并未出現超V類情況，說明磷素對8個區域造成的污染并不十分嚴重，但在個別采樣點中的濃度極高，甚至高于TN濃度。本項目的采樣時間由于是在2011年4月7日至20日，正值農作物生長季節，造成總氮和總磷污染程度明顯的主要原因與農業活動密切相關。四月的農作物處于生長旺盛期，對肥料的需求量較大，施肥較多，降雨時流失的氮磷肥進入水體，造成水體富營養化。并且相關資料顯示，昭通市平均每畝施用化肥量達31.94kg，比全省平均施用23.5kg多出8.44kg。而昭通市個別縣是全縣平均值的二倍以上，如彝良縣59.82kg［19］。這說明昭通市8個區域污染嚴重的主要原因來源于化肥的過量施用。

3 小結

(1)本次研究的水樣中總氮濃度超過V類標準的占56%，總磷濃度超過V類標準的占13.8%，昭通市地表水受到總氮 (主要為硝態氮)污染非常嚴重，總磷污染則相對較輕。有個別采樣點受到銨態氮和總汞的污染。

(2)井水中的總氮超V類標準最為嚴重，高達69.2%。7種水樣類型中總氮超V類標準所占比例依次為井水＞河水＞山溝水、管網水＞池水＞水庫水＞泉水。山溝水中總磷超過V類標準最為嚴重，高達28.6%。7種水樣類型中總磷超V類標準所占比例依次為山溝水＞泉水＞池水＞水庫水＞管網水＞井水＞河水。各水樣類型中的氨氮和汞含量均在Ⅳ類標準以內，超過V類標準的采樣點均出現在井水中。

(3)8個區縣中威信縣總氮污染最為嚴重，其濃度最大值為11.48 mg/L，是所有區域最高的，并且平均值最大值6.04±3.85mg/L、超V類比例最大值100%均出現在威信縣。TP濃度最大值出現在彝良縣高達15.71 mg/L，濃度平均值最大值1.29±2.41 mg/L出現在昭陽區，超V類比例最高值出現在永善縣達50%。總體上總氮污染高于總磷，但個別區域的磷素污染較為嚴重。

［1］黎華，李方林．巴東北部地區地表水的環境化學特征及水質評價 ［J］．地質與資源，2002，11(3):168－172．

［2］張勇，王云，葉文虎．上海市地表水水質近20年的變化［J］．環境科學學報，2002，22(2):247－251．

［3］陳靜生．陸地水水質變化研究國內外進展［J］．環境科學學報，2000，20(1):10－15．

［4］ Meybeck M，Chapman D，Helmet(Editors)．Global Freshwater Quality: A First Assessment ［M］． London: Blackwell，1989．:310．

［5］陳靜生、夏星輝．川貴地區長江干支流河水主要離子含量變化趨勢及分析 ［J］．中國環境科學，1998，18(2):131－135．

［6］陳利頂，李俊然．薊運河流域地表水質時空變化特征分析［J］．環境科學，2000，21(6):61－64．

［7］張慧，馬英杰．塔里木河地表及地下水中氟離子的分布和變化規律 ［J］．環境科學學報，2000，20(5):579－583．

［8］GB/3838－2002，中華人民共和國國家標準地表水環境質量標準 ［S］．

［9］鄭炳輝，秦延文，曹承進，等．三峽庫區主要入庫河流氮營養鹽特征及其來源分析［J］．環境科學，2008，29(1):1－6．

［9］張福珠，熊先哲，戴同順．應用15N研究土壤－植物系統中氮素淋失動態［J］．環境科學，1984，5(1):21－24．

［10］張遠，鄭炳輝，劉鴻亮，等．三峽水庫蓄水后氮、磷營養鹽的特征分析 ［J］．水資源保護，2005，21(6):23－26．

［10］段水旺，章申，陳喜保，等．長江下游氮磷含量變化及其輸送量的估計 ［J］．環境科學，2000，21(1):53－56．

［11］陳蕾，邱涼，翟紅娟．赤水河流域水資源保護研究 ［J］．人民長江，2011，42(2):67－70．

［12］賀纏生．非點源污染管理及控制．環境科學，1998，19(5):87－91．

［13］ Line D E － ．Nonpoint sources pollution．Wat．Environ ［J］．Res．，1998，70(4):895 －911．

［14］鮑全勝．我國水環境非點源污染研究與展望．地理科學，1996，16(1):66－71．

［15］杜桂森，孟繁艷，李學東，等．密云水庫水質現狀及發展趨勢 ［J］．環境科學，1999，20(2):110－112．

［16］何萍，王家驥．非點源污染控制與管理研究現狀、困境與挑戰 ［J］．農業環境保護，1999，18(5):234－237．

［17］陳利頂，傅伯杰．農田生態系統管理與非點源污染 ［J］．環境科學，2000，21(2):98－100．

［18］謝迎新，熊正琴，趙旭，等．富營養化河水灌溉對稻田土壤氮磷養分貢獻的影響—以太湖地區黃泥土為例 ［J］．生態學報，2008，28(8):3618－3625．

［19］阮榮輝．論昭通市農業面源污染現狀及防治措施 ［J］．新農民，2010，(11):185－187．