趙王河流域種植業(yè)化肥污染負荷分析

摘要：通過污染物流失系數(shù)法研究了趙王河流域２００９年種植業(yè)化肥污染負荷。結(jié)果表明，２００９年趙王河流域種植業(yè)化肥ＴＮ的流失量為427.55 ｔ，ＴＰ的流失量為57.13 ｔ，ＣＯＤＣｒ流失量為９３３．７６ ｔ，氨氮流失量為１８６．７５ ｔ；ＣＯＤＣｒ、氨氮、ＴＮ、ＴＰ的入河量分別為９３．３８、１８．６８、42.76、5.71 ｔ，其中，ＣＯＤＣｒ入河量最大，其次是ＴＮ，再次是氨氮，ＴＰ最少。

關(guān)鍵詞：趙王河流域；種植業(yè)；化肥；污染負荷

中圖分類號：Ｘ５２２ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）16－3445-04

Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ Ｌｏａｄｓ ｏｆ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｏｆ Ｃｒｏｐ Ｆａｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｚｈａｏｗａｎｇ River Ｂａｓｉｎ

ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｆｅｎｇ１，ＺＨＡＯ Ｙｉｎｇ－ｚｉ２，ＳＵＮ Ｆｅｉ３，ＸＩＡ Ｘｕｎ－ｆｅｎｇ４

（１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ， Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００１４， Ｃｈｉｎａ；

２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０７１， Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；

３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１００， Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；

４．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９４， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏｓｓ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ， ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｏｆ ｃｒｏｐ ｆａｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｚｈａｏｗａｎｇ river ｂａｓｉｎ ｉｎ ２００９ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｎ ２００９， ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＴＮ ｌｏｓｓ ｆｒｏｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｏｆ ｃｒｏｐ ｆａｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｚｈａｏｗａｎｇ river ｂａｓｉｎ ｗａｓ 427.55 ｔ； ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＴＰ ｌｏｓｓ ｗａｓ 57.13 ｔ， ＣＯＤＣｒ ９３３．７６ ｔ ａｎｄ ＮＨ３－Ｎ １８６．７５ ｔ； ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏａｄｓ ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ ｉｎｔｏ ｒｉｖｅｒｓ ａｍｏｕｎｔｅｄ ｔｏ ＣＯＤＣｒ ９３．３８ ｔ， ＮＨ３－Ｎ １８．６８ ｔ， ＴＮ 42.76 ｔ ａｎｄ ＴＰ 5.71 ｔ． Ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ， ＣＯＤＣｒ contributed to the maximum of ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏａｄｓ ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ ｉｎｔｏ ｒｉｖｅｒｓ， ＴＮ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ， ＮＨ３－Ｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｏｎｅ ｗａｓ ＴＰ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｚｈａｏｗａｎｇ river ｂａｓｉｎ； ｃｒｏｐ ｆａｒｍｉｎｇ； ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ； ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏａｄｓ

農(nóng)業(yè)面源污染由化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用薄膜、農(nóng)田土壤顆粒以及其他有機或無機污染物質(zhì)引起，其中化肥是引起農(nóng)業(yè)面源污染的主要因素之一［１，２］。中國科學院對我國淡水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀分析表明，在已監(jiān)測的全國１３１個主要湖泊中有６７個為富營養(yǎng)化，其中農(nóng)業(yè)面源氮、磷負荷占的比例較大［３］。２０世紀７０年代后的研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)面源污染中氮和磷是主要影響因素［４，５］。氮營養(yǎng)元素污染輕重與化肥使用量，特別是氮肥使用量呈正相關(guān)關(guān)系［６］。另外，在丹麥和北愛爾蘭的監(jiān)測湖泊中發(fā)現(xiàn)，減少城市點源的磷素輸入只能使湖水中的磷素含量略有降低，這說明農(nóng)業(yè)磷素的輸入是水體中磷素含量增加的主要原因［７］。

趙王河是徒駭河的一條支流，是北方水城聊城市規(guī)劃區(qū)南部的主要排水河道。近年來，由于工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，趙王河水質(zhì)出現(xiàn)了惡化的現(xiàn)象：趙王河入徒駭河口２００８年３月監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)為ＣＯＤCr ３６ ｍｇ／Ｌ，氨氮２．９0 ｍｇ／Ｌ；５月監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)為ＣＯＤCr ３５ ｍｇ／Ｌ，氨氮１．１３ ｍｇ／Ｌ，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）可知趙王河水質(zhì)屬于Ⅴ類水，水質(zhì)惡化嚴重。

為了恢復趙王河水質(zhì)，有必要對輸入趙王河的污染源進行分析，其中，種植業(yè)可能是引起趙王河氨氮、ＴＮ超標的原因［８］。但是針對趙王河流域種植業(yè)施用化肥污染狀況的研究較少。因此，通過對趙王河流域種植業(yè)產(chǎn)生的污染負荷的計算，探討種植業(yè)化肥的施用對趙王河水質(zhì)惡化的影響，查明趙王河水質(zhì)惡化的原因，可為趙王河流域的農(nóng)業(yè)污染研究和趙王河污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

１ 材料與方法

１．１ 研究對象

研究對象為趙王河流域２００９年種植業(yè)化肥污染負荷，包括ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤCr和氨氮的流失量以及ＣＯＤCr、氨氮、ＴＮ和ＴＰ的入河量。

１．２ 計算方法

１）種植業(yè)ＴＮ和ＴＰ流失量的計算方法。

化肥施用總量＝化肥中的折純量×種植面積 （１）

化肥流失量＝化肥施用量×流失率 （２）

２）種植業(yè)ＣＯＤCr和氨氮流失量的計算方法。

污染物流失量（ｔ）＝污染物源強系數(shù)×■（不同類型農(nóng)田廢水流失系數(shù)×不同類型農(nóng)田播種面積） （３）

污染物源強系數(shù)［ｋｇ／（ｈｍ２·年）］＝標準農(nóng)田源強系數(shù)×土壤類型修正系數(shù)×降雨量修正系數(shù)×化肥使用量修正系數(shù)×化肥使用結(jié)構(gòu)修正系數(shù) （４）

３）種植業(yè)污染物入河量的計算方法。

污染物入河量＝污染物流失量×污染物入河系數(shù) （５）

２ 結(jié)果與分析

２．１ ＴＮ和ＴＰ流失量

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，趙王河流域種植的農(nóng)作物主要有小麥、玉米、豆類、棉花；果樹品種主要是蘋果、梨、桃、葡萄等。根據(jù)２０１０年全國污染源普查數(shù)據(jù)得到２００９年趙王河流域主要種植模式面積及施肥情況見表１。趙王河流域２００９年主要種植模式的化肥施用總量按公式（１）計算的結(jié)果見表２。

施用的化肥并沒有完全發(fā)揮功效，有一部分會隨著地表徑流流失，參考《肥料系數(shù)手冊２００９０７０４》中主要種植模式ＴＮ、ＴＰ的流失率，數(shù)值選取見表３。

根據(jù)公式（２）計算趙王河流域２００９年主要種植模式化肥流失量如表４。表４結(jié)果表明，２００９年趙王河流域種植業(yè)化肥中ＴＮ的流失量為４２７．５5 ｔ，ＴＰ的流失量為５７．１3 ｔ，趙王河流域種植業(yè)ＴＮ流失量大于ＴＰ流失量。

２．２ ＣＯＤCr和氨氮流失量

趙王河流域２００９年種植業(yè)化肥中ＣＯＤCr和氨氮流失量按公式（３）和公式（４）計算。

農(nóng)田類型一般分為兩種，一種是水田，一種是旱地，水田廢水流失系數(shù)為０．２０，旱地廢水流失系數(shù)為０．０５，趙王河流域農(nóng)田類型只有旱地，所以廢水流失系數(shù)取０．０５；由于趙王河流域只有一種農(nóng)田類型，所以只有一種類型的農(nóng)田面積；農(nóng)田的污染物源強系數(shù)與農(nóng)田坡度、農(nóng)作物類型、土壤類型、化肥施用量、化肥施用結(jié)構(gòu)和降雨量等因素相關(guān)，標準農(nóng)田源強系數(shù)ＣＯＤCr為１５０ ｋｇ／（ｈｍ２·年），氨氮為３０ ｋｇ／（ｈｍ２·年）；趙王河流域土壤為壤土，土壤類型修正系數(shù)取１．０；趙王河流域降雨量為４００～８００ ｍｍ，降雨量修正系數(shù)取１．１；根據(jù)趙王河流域種植業(yè)施肥狀況，化肥施用量修正系數(shù)和化肥施用結(jié)構(gòu)修正系數(shù)均取１．４，污染物流失量采用公式（３）進行計算，結(jié)果如表５。由表５可知，趙王河流域２００９年種植業(yè)化肥污染ＣＯＤCr流失量為９３３．７６ ｔ，氨氮流失量為１８６．７５ ｔ，與沈萬斌等［９］研究的面積為１８．７４萬ｋｍ２的吉林省２００１年種植土地氨氮排放量為５４ ９４６．４９ ｔ結(jié)果類似。

２．３ 趙王河流域種植業(yè)化肥污染物入河量

排放到環(huán)境中的污染物只有一部分在降雨沖刷或者其他作用下流入江河，污染物入河量是污染物流失量與污染物入河系數(shù)的乘積，污染物入河系數(shù)需要長期的監(jiān)測試驗得到，目前這方面尚缺乏系統(tǒng)研究，參考吉林省松原市的入河系數(shù)（１０％）［１０］和水口庫區(qū)流域的入河系數(shù)（１０％）［１１］，綜合多地類似趙王河流域氣候地形的入河系數(shù)，最終確定趙王河流域的種植業(yè)化肥污染物的入河系數(shù)為１０％。

根據(jù)公式（５）計算趙王河流域化肥污染物入河污染負荷。結(jié)果表明，趙王河流域２００９年種植業(yè)化肥污染物入河量分別是ＣＯＤCr ９３．３８ ｔ、氨氮１８．６８ ｔ、ＴＮ 42．76 ｔ和ＴＰ 5．71 ｔ，其中，ＣＯＤCr入河量最大，其次是ＴＮ，再次為氨氮，ＴＰ最少，與張之源等［１２］的研究結(jié)果基本一致。

３ 結(jié)論與討論

２００９年趙王河流域種植業(yè)化肥ＴＮ的流失量為427．55 ｔ， ＴＰ的流失量為57．13 ｔ；趙王河流域種植業(yè)化肥污染ＣＯＤCr流失量為９３３．７６ ｔ，氨氮流失量為１８６．７５ ｔ。趙王河流域各污染物入河量分別為ＣＯＤCr ９３．３８ ｔ、氨氮１８．６８ ｔ、ＴＮ 42．76 ｔ和ＴＰ 5．71 ｔ，ＣＯＤCr入河量最大，其次是ＴＮ，再次是氨氮，ＴＰ最少。因此，趙王河流域環(huán)境與水體的污染應該引起重視，采取有效的防控措施，減輕種植業(yè)化肥產(chǎn)生的環(huán)境污染。

１）加強土壤肥料監(jiān)測和管理。為防止通過化肥帶入土壤過量的有害物質(zhì)，首先對化肥進行環(huán)境污染物含量的監(jiān)測管理，嚴格標準；其次要嚴格控制新污染源的產(chǎn)生；第三要加強化肥質(zhì)量監(jiān)測工作，杜絕有毒化肥的施用。

２）改進施肥方法。改氮肥追施時表面撒施為開溝深施，改磷肥撒施為集中施用，改一次性施肥為少量多次。在提高肥料利用率的同時，減少對土壤的污染［１３］。

３）大力調(diào)整氮、鉀施用比例，推廣平衡施肥。據(jù)研究，采用平衡施肥技術(shù)，作物可增產(chǎn)１２．８％～２２．４％，每千克養(yǎng)分增產(chǎn)１．８ ｋｇ［１４，１５］。要提高肥料利用率，提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)，必須大面積推廣平衡施肥，使氮、鉀比例趨于協(xié)調(diào)。

４）重視中、微量元素的施用。據(jù)研究，施用鋅肥水稻增產(chǎn)１４．６％，玉米增產(chǎn)１４．９％；施用硼肥油菜增產(chǎn)３０．４％［１６］；施用硫肥水稻增產(chǎn)４．８％～９．９％，玉米增產(chǎn)１０．５％～２３．５％［１７］。由此看出，重視中、微量元素的施用，既可明顯提高作物產(chǎn)量，又可改善作物品質(zhì)。

５）調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加復合肥施用比例。除烤煙生產(chǎn)外，其他農(nóng)作物都施用低濃度復合肥。因此，應逐步提高化肥的整體有效養(yǎng)分含量，特別是應針對趙王河流域的土壤肥力狀況和作物需肥特性，研制中、高濃度的專用復合肥，提高化肥產(chǎn)品的科技含量，增加復合肥在全部化肥施用中的比例。

６）施用化肥增效劑。賈樹龍［１８］研究認為，施用氮肥增效劑后，氮肥損失可減少２０％～３０％，由于硝化細菌的活性受到抑制，銨態(tài)氮的硝化變緩，使氮素較長時間以銨的形態(tài)存在，減少對土壤的污染。因此施用化肥增效劑，可以達到降低投入、提高肥效、減少污染等多方面的效果。

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