昆明市松華壩水庫流域氮磷非點源污染產生負荷估算

包 立，康宏 宇，胡興鋼，張乃明，，4，趙學通，徐紅嬌（1.云南省土壤培肥與污染修復工程實驗室，云南 昆明 650201；2.云南農業大學植物保護學院，云南 昆明650201；.云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明650201；4.微生物菌種篩選與應用國家地方聯合工程研究中心，云南 昆明 650217）

昆明市松華壩水庫流域氮磷非點源污染產生負荷估算

包 立1，2，康宏 宇1，3，胡興鋼3，張乃明1，2，3，4，趙學通1，3，徐紅嬌1，3
（1.云南省土壤培肥與污染修復工程實驗室，云南 昆明 650201；2.云南農業大學植物保護學院，云南 昆明650201；3.云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明650201；4.微生物菌種篩選與應用國家地方聯合工程研究中心，云南 昆明 650217）

以松華壩水庫為研究對象，對水庫水源區污染負荷產生量和入庫量進行估算，結果表明：水源區各種污染源產生的負荷量為：TN＝527.41t／a，TP＝144.24t／a。畜禽糞便是流域氮磷非點源污染的最大產生源。各污染源產生的TN負荷量排列為：畜禽糞便＞農業固廢＞生活垃圾＞化肥流失＞水土流失＞生活污水；TP負荷量情況排列為：畜禽糞便＞農業固廢＞化肥流失＞水土流失＞生活垃圾＞生活污水。

氮磷污染；非點源污染；負荷；估算；松華壩水庫；昆明

0 引言

非點源污染是指在較大范圍內，在降雨徑流的沖刷和淋溶作用下，大氣、地面和土壤中的污染物以分散的、微量的形式進入地下或地表水體，并在水體中富集，從而導致水環境的污染［1，2］。對于城市集中式飲用水源地，非點源污染是影響水庫水質的主要污染來源［3］。

昆明是我國重要的旅游、商貿城市，年人均占有水資源量301m3，僅為全國年人均占有量的11％，是全國14個嚴重缺水的城市之一［4］。松華壩水庫既是昆明市最早開辟的飲用水源地，也是一個較為理想的集中式城市飲用水水源地［5］。水庫位于昆明市北郊，盤龍江中游，屬長江流域金沙江水系。松華壩水庫每年為昆明市供水1.5～1.6億m3，保證率達95％。近年來松華壩水庫水質下降趨勢明顯，主要污染物是非點源帶來的磷和氮［6］。從2013年的檢測數據看，松華壩水庫水質為II類，但是在雨季有時會出現藻類“水華”現象。造成水庫局部水質下降和出現藍藻的污染物主要來自農業非點源污染。就目前情況而言，對松華壩水庫庫區的基本狀況、基礎數據的調查與收集還遠遠不夠，對水庫水質變化原因、污染來源與貢獻、水質演變機理、水環境容量及庫區農業非點源污染控制技術等都缺乏系統研究。松華壩水庫的水質關系著昆明市的飲水安全，必須高度警惕并采取有效措施加強水源區保護。為保障水庫向昆明市供給飲用水的安全，針對松華壩水庫水源保護區的非點源污染負荷的解析以及水庫水環境容量的基礎研究就顯得極其重要。

1 材料與方法

1.1 松華壩水庫研究區域概況

1.1.1 自然環境概況

松華壩水庫位于昆明主城區東北部，南北長36km，東西寬24km，總面積約629.8km2。松華壩水庫流域為盤龍江上游，屬滇池流域金沙江水系，發源于阿子營鄉的白沙坡，流入松華壩水庫后，流經昆明市注入滇池，全長104km。松華壩水庫面積8.07km2，多年平均徑流量2.01億m3，設計正常水位1965.8m，相應庫容1.05億m3，牧羊河與冷水河是流域內常年流水河流，基本控制全流域地表水，牧羊河、冷水河及其支流和龍潭構成了流域內水系的基本形態。牧羊河與冷水河以梁王山為分界嶺，左邊是牧羊河為盤龍江正源，右支是冷水河。牧羊河發源于梁王山西北的碴啦箐，流經牧羊壩子，經馬軍、迤者、回龍村至黃石巖進入盤龍區小河村匯入冷水河，始稱盤龍江，全長 57.6km，徑流面積386km2。冷水河發源于嵩明縣的白邑鄉秧田沖村后山，于小河村東南相交牧羊河后入盤龍江，全長28.4km，徑流面積144km2。

圖1 松花壩水庫流域地理位置水系圖

1.1.2 行政區規劃及人口

松華壩流域包括滇源鎮（18個村委會）、阿子營鄉（14個村委會）、松華鄉（8個村委會）、龍泉辦事處、雙龍鄉5個鄉（鎮），共計45個村委會，325個村小組，分屬昆明市嵩明縣和盤龍區。根據2013年統計數據，流域共有家庭21808戶，人口82653人，其中，農業人口占96.6％。

1.2 樣品采集方法

生活污水：在水庫徑流區選取代表性農戶收集自家生活污水到桶中，3d后進行污水量測量和采樣分析，共收集12次。

生活垃圾：在水庫徑流區選取代表性農戶，每戶分發2個垃圾桶，1個垃圾桶用于收集農戶自己的有機垃圾（包括廚房垃圾等），另一個垃圾桶用于收集農戶自己的可回收垃圾（包括塑料、玻璃瓶、金屬等）和有害垃圾（包括廢舊電池、電路板等），共收集12次。

畜禽糞便：采集具有代表性的新鮮糞便樣品共24個。

1.3 分析項目與測定方法

土壤全氮：半微量開氏法；土壤全磷：NaOH熔融鉬銻抗比色法［7］。水樣全氮：過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法；水樣總磷：過硫酸鉀氧化—鉬藍比色法［8］。畜禽糞便全氮：H2SO4—H2O2消煮—靛酚藍比色法；畜禽糞便全磷：H2SO4—H2O2消煮—釩鉬黃比色法。生活垃圾全氮：凱式定氮法［9］；生活垃圾全磷：鉬酸銨比色法。

1.4 數據統計分析方法

本文數據采用EXCEL軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 松華壩流域農村生活非點源污染氮磷產生量負荷量

2.1.1 生活污水

由于在水源區，農業人口占總人口的比例達到了96.6％，比例非常高，所以水源區居民產生的生活污染可以按農村居民產生的農村生活污染來計算。通過在水源區采樣的生活污水的統計數據，可得到農戶污水產生量及污水排放量如表1。

通過人均污水排放量和氮磷污染負荷產生量，對農村生活污水氮磷污染負荷進行估算，得到水源區內居民生活污水中TN、TP的年產生量，具體數據見表2。水庫水源區農村生活污水年產生污染物負荷TN為25.64t，TP為4.70t。

表1 人均污水產生量及氮磷排污系數

表2 居民生活污水污染負荷

2.1.2 生活垃圾

通過在水源區采樣的生活垃圾的統計，可得到農戶垃圾產生系數如表3。

考慮水源區產生的大部分生活垃圾得到處理，取垃圾流失率20％，則水源區生活垃圾產生量及污染產生量情況見表4。水庫水源區農村生活垃圾年產生污染物負荷 TN為 79.38t，TP 為4.44t。

表4 生活垃圾污染負荷產生量

2.2 松華壩流域農業生產非點源污染氮磷產生量、負荷量

2.2.1 農業固廢

取農業生產固廢產生量為1000kg／畝·a，農業廢棄物的綜合利用率為95.00％，流失量為5.00％，TN的污染排放系數為1.00％，TP的污染排放系數為0.40％。可以根據水源區統計資料計算得到水庫水源區農業固廢年產生污染物負荷TN 為97.50t，TP為39.00t。

2.2.2 畜禽糞便

通過實地調查統計得到每頭牛每天的糞便量為18.0kg，測得含水量為78.25％；每頭豬每天糞便量為2.5kg，測得含水量為63.71％；每只羊每天產生的糞便量為1.0kg，測得含水量為65.42％；每只雞每天糞便量為0.1kg，測得含水量為74.59％。通過對畜禽糞便的氮磷含量測算，以牛糞代表大牲畜糞便，雞糞代表禽類糞便，人的排放系數參照云南省近年來開展的污染源調查結果，可得到水庫徑流區畜禽糞便排放系數如表5所示。

表5 糞便氮磷含量及日排放系數

水庫周邊畜禽養殖主要有牛、馬、羊、豬、雞、鴨等，根據2013年統計數據可得到松華壩徑流區糞便污染負荷，見表6。水庫水源區畜禽糞便年產生污染物負荷TN為317.75t，TP為95.65t。糞便TN污染負荷產生量為大牲畜＞豬＞羊＞禽類；糞便TP污染負荷產生量為大牲畜＞羊＞豬＞禽類。由于人及禽畜糞便污染負荷產生量與人口及畜禽的數量有關，因此人口多、畜禽數量多其產生的污染負荷量自然也就也大。

表6 禽畜糞便污染負荷產生量

2.2.3 農田排水

松華壩水庫上游大多采取“高化肥、高農藥”的傳統種植方式，其中氮肥與磷肥的施用量尤為突出，是導致水庫氮磷污染的重要因素。從資料中可知松華壩水庫水源區農田的面積約為2627hm2，通過對相關資料和松華壩水庫實際情況的分析得到單位農田排水污染負荷產生的總氮為2kg／畝·a，總磷為0.3kg／畝·a。農田排水污染負荷產生量＝單位農田污染負荷產生量×農田面積。通過計算得到農田排水年產生的污染負荷TN為78.81t，TP 為11.82t。

2.2.4 水土流失

水土流失污染負荷是指在土壤侵蝕條件下，積累在土壤中的氮磷隨著水土流失過程而發生轉移，最終進入一個水體從而產生污染負荷。因此它的主要過程是以土壤侵蝕過程為基礎，并在其上耦合進入水體的污染過程［65］。因此，在參考相關文獻的基礎［66］上，采用如下負荷模型計算：

Ca＝A×Qa×η×10-6

式中：Ca—吸附態非點源污染物流失量（t／a）；A—土壤侵蝕量（t／a）；Qa—流失土壤中的氮磷污染物背景含量（mg／kg）；η—污染物富集比（無量綱）。

據研究，氮和磷的富積比通常在2附近變動，因此，本文選用2為富積比。

通過對水源區采集土樣的分析，得出水源區土壤中氮的背景值為86.98mg／kg，磷的背景值為17.25mg／kg。2013年統計調查數據顯示松華壩水源區水土流失面積158.95km2，其中，68.75％為輕度流失；25.70％為中度流失；4.53％為強度流失；1.02％為極強度流失；松華壩水庫流域土壤侵蝕量為19.5萬t／a。根據負荷模型，得到水土流失年污染負荷產生量，分別為 TN33.92t、TP6.73t。

表7 各污染源氮磷年負荷匯總

圖2 送花壩水庫流域非點源氨磷負荷產生比例

2.3 松華壩水庫污染負荷解析

松華壩水庫流域每年TN的產生量為527.41t，TP的產生量為144.24t。非點源TN主要來源是畜禽糞便，占40.23％；生活垃圾、農業固廢、農田排水所占比例超過10％；生活垃圾和水土流失的貢獻較少。非點源TP的主要來源也是畜禽糞便，占53.76％，農業固廢是第二來源，占27.04％，其余的來源較少，都在10％以下。

3 討論

在水庫區研究中，國內已經有一些學者對區域內非點源污染的宏觀特征與污染負荷量計算模型進行了初步研究。施為光等［10］在研究四川清平水庫時，把流域非點源污染負荷分成地面徑流污染負荷、地下徑流污染負荷和壤中流污染負荷，并用水文學方法找出典型年河水中地下徑流成分，然后分割出壤中流和地面徑流，再根據實測的水質和流量資料計算出流域非點源污染負荷；劉瑞民等根據土地利用及覆蓋變化對長江上游非點源污染進行研究［11］；龍天渝等對三峽庫區非點源氮磷負荷進行計算后做出了預測［12］；劉亞瓊等對北京地區農業非點源污染負荷做出估算［13］；耿潤哲等對密云水庫［14］和北運河［15］下游非點源污染負荷做出估算。針對滇池流域也有部分研究［16-17］。以上研究結果與本研究一致，充分證明流域非點源負荷模擬計算較為準確實用。

但是由于非點源污染具有空間上的廣泛性，時間上的不確定性、滯后性、模糊性、潛伏性，信息獲取難度大，危害規模大，研究、控制與管理難度大等特點，所以各污染源進入水庫的途徑錯綜復雜，相互交織，導致了在負荷估算中出現了部分污染物的負荷被重復計算，部分污染源的污染負荷量計算存在遺漏。本文在總結前人研究的基礎上將水庫水源區的非點源污染分成了農業非點源污染、大氣沉降污染和水庫內源污染三方面，然后再將農業非點源污染細分為農村生活污水、農業固廢、畜禽糞便、農田排水、化肥流失和水土流失，然后通過這樣的非點源污染負荷構成來估算非點源污染負荷。雖然污染物的來源已經分得很細，但仍然有計算遺漏的污染負荷部分，如浮游動物及魚類的排泄物、藻類以及浮游動物殘體在一定條件下分解釋放氮磷回歸水體，這些被遺漏的污染負荷對水庫的污染負荷貢獻與機理都有待進一步的研究。對于各污染源的污染負荷產生系數，在現階段其實沒有統一標準，而且這樣的問題也表現在污染負荷入庫系數方面，這增加了非點源污染負荷估算的難度。但如果在一個區域對所有污染源污染負荷產生系數和污染負荷入庫系數都進行實驗來獲得又不太現實。因此希望今后能在一個比較大的區域進行污染負荷產生系數和污染負荷入庫系數的研究，并從中找到一些共性的東西，讓研究結果能應用到相似地區的污染負荷估算研究課題上。

4 結論

松華壩水庫水源區非點源氮磷負荷量：TN為527.41t／a，TP為144.24t／a。

畜禽糞便的TN年污染負荷產生量最多為212.16t，在產生的TN污染負荷量中所占比例為40.23％。各污染源產生的TN年負荷量大小順序為：畜禽糞便＞農業固廢＞生活垃圾＞農田排水＞水土流失＞生活污水。

TP年污染負荷產生量最大的污染源也是畜禽糞便，為77.55t，占產生的TP污染負荷量的53.76％，而庫區生活垃圾的TP年污染負荷量最少，為4.44t，在總的TP污染負荷產生量中所占比例為3.08％。各污染源產生的TP年負荷量順序為：畜禽糞便＞農業固廢＞農田排水＞水土流失＞生活污水＞生活垃圾。

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TheLoadEstimationofNitrogenandPhosphorusfromNon-point SourcesintheSonghuabaReservoirWatershed

BAOLi1，2，KANGHong-yu1，3，HUXing-gang3，ZHANGNai-ming1，2，3，4，
ZHAOXue-tong1，3，XuHong-jiao1，3
（1.YunnanSoilFertilizerandPrepairEngineeringLaboratory，YunnanAgriculturalUniversity，KunmingYunnan650201，China）

Theloadsofnitrogenandphosphorusgeneratedfromnon-pointsourcesintheSonghuabaReservoirwatershedwereestimated.Theresultsshowedthattheloadsofnitrogenandphosphoruswere527.41tonsperyear and144.24tonsperyearrespectively.Livestockandpoultrymanurewasthemajornon-pointsourcesofnitrogen andphosphorus.Livestockandpoultrymanurecontributedthemostnitrogen，followedbytheagriculturalsolid wastesandthedomesticwastesandthefertilizerlossanddomesticwastewater.Themostcontributorofphosphorus waslivestockandpoultrymanureaswell，followedbytheagriculturalsolidwastes.Thefertilizerlossandthewater andsoillosscontributedlesstothephosphoruspollution.Thedomesticwastesandwastewaterweretheleastcontributors.

nitrogenandphosphoruspollution；non-pointsourcepollution；load；estimationSonghuabaReservoir；Kunming

X52

A

1673-9655（2015）03-0001-06

2014-11-11

云南省教育廳科學研究基金項目—松華壩水庫水源區面源污染負荷解析與控制機理研究（ZD2011001）。

張乃明，男，教授，博士生導師。