洪湖流域農業面源污染調查與污染負荷核算

摘要：針對洪湖流域農業面源污染負荷進行了核算研究，并確定了不同污染源對水環境的貢獻率。結果表明，洪湖流域入湖污染物總量為CODCr 38 372.26 t/年、NH3-N 787.667 t/年、TN 4 349.054 t/年、TP 396.106 t/年，農業面源污染負荷估算值為畜禽養殖>水產養殖>居民生活>農田種植，它們對水環境的貢獻率分別為39.33%、32.92%、23.33%、4.41%；畜禽養殖CODCr、TN、TP面源污染負荷量最高，分別為18 642.69、2 749.99、296.72 t/年，水產養殖NH3-N面源污染所占比例最大。

關鍵詞：洪湖流域；農業面源污染；污染負荷；畜禽養殖；水產養殖

中圖分類號：X508 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）04-0803-04

Investigation of Agricultural Non-Point Source Pollution and Estimation of Pollution Loads in Honghu Valley

MA Yu-bao1，CHEN Li-wen1，LIU Jing-jing1，DENG Chu-zhou2，WU Zhong2，ZHANG Ye-zhong1，DAI Jie1

（1.College of Chemistry and Environmental Engineering， Yangtze University， Jingzhou 434023， Hubei， China；

2. Environmental Protection Bureau of Jingzhou， Jingzhou 434000， Hubei， China）

Abstract： The load of agricultural non-point source pollution and the contribution of different pollution sources to water environment of Honghu valley were studied. The results showed that the total amount of CODCr， NH3-N， TN， and TP into Honghu valley were 38 372.26 t/a， 787.667 t/a， 4 349.054 t/a， and 396.106 t/a respectively. The order of pollution load of different agricultural sources was livestock and poultry > aquaculture > residents life > planting farmland. The contributions of these four agricultural sources were 39.33%， 32.92%， 23.33% and 4.41% respectively. The load of CODCr， TN， and TP of livestock and poultry were highest， were 18 642.69 t/a， 2 749.99 t/a and 296.72 t/a respectively， the NH3-N load of aquaculture was the largest.

Key words： Honghu valley； agricultural non-point source pollution； pollution load； livestock and poultry breeding； aquaculture

洪湖位于湖北省中南部，地處長江中游北岸，橫跨洪湖市和監利縣，現有面積348.33 km2，是湖北省第一大湖泊[1]。水面范圍位于29°40′-29°58′N， 113°12′-113°26′E， 集水面積8 265 km2， 在長江中下游淺水湖泊中具有代表意義。洪湖多年平均降水量1 289 mm，年均徑流量22.16億m3。全年的降水量集中分布在4～10月，約占77%，7～8月份降水量充足，主要農作物為棉花、水稻[2]。近幾年洪湖水質監測結果表明，其水中CODCr、TN和TP等指標嚴重超標，并呈現出持續惡化的趨勢，目前已處于劣Ⅳ類至Ⅴ類水平，達不到水功能區劃（Ⅱ類）標準。隨著對洪湖點源污染的有效控制，農業面源在水體污染中所占的比例不斷增加，貢獻率超過70%，公認農業面源污染是洪湖水體污染的第一大污染源。洪湖流域農業面源污染源由農村生活污染源、畜禽養殖污染源、農田徑流污染源、水產養殖污染源等組成。面源污染危害大，加速水體的富營養化、威脅地下水、淤積水體、降低水體功能、污染飲用水源等[3]。因此，針對洪湖流域農業面源污染負荷進行核算，可為洪湖流域面源污染防治提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

儀器：紫外可見分光光度計、手提式不銹鋼蒸汽消毒器、CODCr恒溫加熱器等儀器；試劑：過硫酸鉀、氫氧化鈉、抗壞血酸、鉬酸銨、酒石酸銻鉀、碘化鉀、碘化汞、酒石酸鉀鈉、重鉻酸鉀、鄰菲啰啉、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、硫酸錳等。

1.2 方法

1.2.1 計算方法 農村生活和畜禽養殖污染源的計算采用查閱資料與直接調查相結合的方法，對洪湖流域內相關的村莊和養殖場進行調查，按實際農村人口、養殖存欄數、排放系數、入水率等進行入湖污染物計算；農田種植污染負荷的計算采用典型地塊監測法，按實測值計算污染物入湖量；水產養殖污染負荷的計算采用實地采樣分析法，按實測值計算污染物入湖量。

1.2.2 水質監測方法 CODCr采用重鉻酸鹽法（GB11914-1989）測定、NH3-N采用納氏試劑比色法（GB7479-1987）測定、TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外可見分光光度法（GB11894-1989）測定、TP采用鉬酸銨消煮紫外可見分光光度法（GB11893-1989）測定。

1.2.3 水質監測方案 研究區域界定為洪湖流域中上游，以洪湖上游的福田寺鎮杜劉村水稻和棉花種植區作為水田以及旱田試驗區，在2010年7～8月，對不同的降雨狀況下的污染物進行監測與分析。以洪湖中游的瞿家灣鎮、沙口鎮、濱湖辦事處精養池塘（四大家魚、河蟹）為水產養殖試驗區，進行一個養殖周期（2010年2～11月）的水質跟蹤監測。

2 結果與分析

2.1 農村生活污染負荷核算結果

農村生活污水排放系數為150 kg/（人·d），CODCr排放系數為64 g/（人·d）、NH3-N排放系數為7.4 g/（人·d） 、TN排放系數為10.3 g/（人·d）、TP排放系數為0.72 g/（人·d），入水率0.05。農村生活污染源排入洪湖的CODCr 1 905.24 t/年、NH3-N 220.30 t/年、TN 306.63 t/年、TP 21.43 t/年（表1）。

2.2 畜禽養殖污染負荷核算結果

截至2010年底，洪湖流域分散養殖存欄奶牛84頭，肉牛5 140頭，生豬60.70萬頭，蛋雞320.95萬只，肉雞1 151.31萬只。畜禽養殖產污系數及畜禽糞尿污染物的入水率分別見表2、表3。按畜禽養殖產污系數及入水率對污染物入湖量進行計算，畜禽養殖污染源排入洪湖的CODCr 18 642.69 t/年、NH3-N 168.27 t/年、TN 2 749.99 t/年、TP 296.72 t/年。

2.3 農田徑流污染負荷核算結果

洪湖流域主要降雨季節在每年的7～8月，時間相對較短，便于監測。通過對洪湖流域典型農田在2010年7～8月降雨徑流時的現場采樣及實驗室分析，得出不同下雨狀況下的試驗結果見表4。

按公式C=■（Ci×Hi）/■Hi進行農田徑流主要污染物的加權平均濃度計算，式中，C為降雨某污染物平均濃度；Hi為某次降雨的降雨量；Ci為某次降雨某污染物監測濃度[4，5]。計算結果為水田徑流CODCr 36.9 mg/L、NH3-N 2.21 mg/L、TN 6.95 mg/L、TP 0.86 mg/L；旱地徑流CODCr 64.5 mg/L、NH3-N 2.57 mg/L、TN 7.98 mg/L、TP 1.35 mg/L。

洪湖流域耕地面積16.61萬hm2，其中水田7.98萬hm2，旱地8.63萬hm2。洪湖流域農田徑流產生情況見表5。入水率按10%計算，農田徑流污染源排入洪湖的CODCr 1 066.325t/年、NH3-N 50.267 t/年、TN 157.004 t/年、TP 23.236 t/年。

2.4 水產養殖污染負荷核算

2010年5～10月的CODCr、NH3-N、TN、TP監測值以及進出水污染物濃度變化情況見表6。采用化學分析法[6-10]對污染負荷進行核算，計算公式如下：P=Q（Cout-Cint），式中，P為污染物排放負荷量；Q為排出池塘的水量；Cout、Cint分別為池塘出水和進水的污染物濃度。一般情況下，5～10月養殖池塘換水頻繁，占總換水量90%，共換水約27次。水產養殖面積共11.39萬hm2，大約每次換水深度0.2 m，年外排水量約6.84×109 m3，則水產養殖污染物排入洪湖的CODCr 16 758.00 t/年、NH3-N 348.84 t/年、TN 1 135.44 t/年、TP 54.72 t/年。

2.5 各類污染源對洪湖污染的貢獻率

通過對農村生活、畜禽養殖污染源產污系數的調查分析及農田種植、水產養殖污染源的跟蹤監測，對洪湖流域面源污染負荷進行核算，其面源污染貢獻率見圖1。由圖1可見，水產養殖和畜禽養殖是洪湖流域農業面源污染的主要來源，洪湖流域內來自畜禽養殖的CODCr、TN、TP面源污染負荷量最高，分別為18 642.69 t/年、2 749.99 t/年、296.72 t/年，大大超出了其他污染源；水產養殖NH3-N污染所占比例最大，占44.29%。農村生活和農田種植的面源污染貢獻率不大，農田種植CODCr、NH3-N、TN、TP的面源污染貢獻率僅有2.78%、6.38%、3.61%、5.87%，遠遠小于其他污染源。這與當地的生活水平、生產方式以及養殖模式等密切相關，計算結果基本反應了洪湖流域面源污染的實際狀況。

3 結論

1）洪湖流域農業面源污染負荷估算值為畜禽養殖>水產養殖>農村生活>農田種植，排入洪湖的污染物總量為CODCr 38 372.26 t/年、NH3-N 787.67 t/年、TN 4 349.05 t/年、TP 396.12 t/年。

2）水產養殖和畜禽養殖是洪湖流域農業面源污染的主要來源，需要重點控制。畜禽養殖面源污染貢獻率最大，其中TN、TP的貢獻率超過60%，主要由分散養殖畜禽糞尿的隨意排放以及規模化養殖場的大量出現引起，有較大的治理難度，應引起政府的高度重視；農田種植面源污染貢獻率最小。

3）洪湖流域水田徑流源強系數為CODCr 48.630 kg/（hm2·年）、NH3-N 2.910 kg/（hm2·年）、TN 9.165 kg/（hm2·年）、TP 1.140 kg/（hm2·年）；旱田徑流源強系數為CODCr 78.450 kg/（hm2·年）、NH3-N 3.120 kg/（hm2·年）、TN 9.705kg/（hm2·年）、TP 1.635 kg/（hm2·年）。此數據可作為江漢平原地區農田徑流計算的污染源源強系數。

4）農業面源污染與人類活動、自然地理、社會經濟等密切相關，隨著社會經濟的迅速發展，人口、生產方式、養殖模式等均在不斷變化。因此，應及時校正相關計算模型及計算參數，從而更加準確核算洪湖流域面源污染負荷。

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