廣西高山河谷區鄉（鎮）飲用水水源地農業非點源特征研究

李相林 謝華 楊瑞剛 余孟好

摘要：【目的】開展廣西高山河谷區鄉（鎮）飲用水水源地農業非點源特征研究，為今后廣西鄉鎮飲用水水源地的規范化、常態化管理提供參考依據及數據支撐?！痉椒ā恳詮V西田林縣為例，根據田林縣鄉（鎮）地形地貌特點，選取位于同一流域的6個飲用水水源地，采樣分析水源地取水口處水質，調查水源地環境現狀及污染源分布情況；采用等標污染負荷法估算不同農業非點源類型的比重，分析影響水源地水質的主要污染源和污染物?！窘Y果】6個水源地中，取水口沿岸農業植被分布較多的3個水源地水質出現輕微超標現象，糞大腸菌群超標0.20～0.25倍、總磷超標0.20倍、總氮超標2.00倍；其余3個水源地取水口位于流域山腰上，無農業非點源分布，其水質達到Ⅱ類和Ⅲ類標準，水質達標。田林縣鄉（鎮）飲用水水源地農業非點源主要集中分布在地勢較低的河谷地帶，其中農田徑流污染源等標污染負荷比最高，其次是分散式畜禽養殖污染源和農村生活污染源；污染中總磷的等標污染負荷比最高，其次是總氮?！窘Y論】廣西高山河谷區鄉（鎮）飲用水水源地水質與其所在區域的農業非點源特征有一定關聯，因此應重點加強對鄉（鎮）農田徑流污染源的防控，以確保水源地水質安全。

關鍵詞： 高山河谷區；飲用水水源地；農業非點源；等標污染負荷；廣西田林縣

中圖分類號： X820.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）01-0048-07

0 引言

【研究意義】飲用水水源安全問題關系到人民群眾的身體健康和社會穩定，已成為社會大眾高度關注的熱點環境問題（李仰斌等，2007；郭梅和周麗旋，2010；楊會改等，2014）。隨著人類開發活動的不斷擴大，區位相對偏僻的鄉（鎮）水源地水質安全問題也越來越受到社會各界的重視。位于廣西高山河谷區的鄉（鎮）飲用水水源地由于環境地貌等原因，容易受到農業非點源污染，農業非點源污染已成為高山河谷區鄉（鎮）水源地的主要污染類型。因此，試點開展具有廣西特色的高山河谷區鄉（鎮）飲用水水源地的農業非點源特征研究，可為今后鄉（鎮）水源地的規范化、常態化管理提供重要的參考依據及數據支撐?！厩叭搜芯窟M展】目前，國內學者對于農業非點源的研究較普遍（于濤等，2008；楊淑靜等，2009；馬國霞等，2012），但針對具體流域或飲用水水源地所開展的農業非點源估算識別并不多，且研究的方法也不盡相同。陳慶青等（2007）應用功能性模型系統原理計算水源地入庫污染物總量，得到非點源污染的主要來源和污染規律，并據此提出水庫型飲用水水源地非點源污染的控制技術方法。楊會改等（2014）采用Johns輸出系數模型，結合查閱文獻和現場實測的方法確定符合小流域特征輸出系數值，估算了土橋子水庫水源地實施非點源控制措施（測土配方施肥和農村建設沼氣池）前后總氮、總磷輸出量。吳楠等（2014）采用基于GIS建立分布式非點源污染運移截留過程模型，對非點源污染關鍵區進行識別。張國琴和于金蓮（2008）、高新昊等（2010）、周軍等（2011）、劉承志（2012）等采用較為普遍的等標污染負荷對流域或水源地的非點源污染進行相關研究，以找出影響環境的主要污染源和污染物?！颈狙芯壳腥朦c】近年來，受客觀條件限制，廣西飲用水水源地的日常環境管理工作重點基本集中在市縣一級，對鄉（鎮）級別飲用水水源地的保護工作難以顧及。相對于市縣水源地，鄉（鎮）水源地在廣西數量更多、范圍更廣、影響人口數量更大，而鄉（鎮）水源地日常的監督管理仍非常薄弱。高山河谷型飲用水水源地為我國西南地區特有的一種鄉（鎮）飲用水水源地類型，在廣西、云南、貴州等省（區）廣泛分布，但目前關于高山河谷型飲用水水源地農業非點源特征的研究尚無報道。【擬解決的關鍵問題】以廣西田林縣為例，通過采樣分析水源地取水口處水質，實地調查水源地環境現狀及污染源分布情況，結合計算分析不同農業非點源類型的比重，找出影響水源地水質的主要污染源類型，為典型高山河谷類型的鄉（鎮）飲用水水源地污染特征分析提供借鑒和參考。

1 材料與方法

1. 1 研究區概況

田林縣地處廣西丘陵至云貴高原的過渡地帶，山脈屬都陽山系。全境東北、西北、西南和中部較高，向東南、向北逐步傾斜。境內峰巒連綿、山高谷深、溪河縱橫。有海拔2026.5 m的桂西屋脊，也有海拔200 m的河谷低地，垂直高度差異明顯。整個地勢河水向西北、北和東南分流。石山集中在縣境東北部和西北部，多溶洞，其余為土山，山上林深草密，海拔在1000 m以上的高峰有200多座。地貌類型縣境以山地為主，由土山（砂巖與頁巖）和石山兩類組成。

田林縣鄉（鎮）飲用水水源地多分布在遠離集鎮的偏僻深山內，本研究將位于同一流域的水源地按照所在流域的區位，將取水口所在位置分為山腰及河谷兩大類。位于流域山腰上的水源地，由于所在區位地勢陡峭，人為干擾活動較少，基本被原始水源涵養林所覆蓋。此外，山腰上的水源地所在區域人跡罕至，沒有村屯分布，亦不便于村民進行農業開荒活動，未受到任何污染源的影響，因此，此類水源地水質較好，水質能達到Ⅲ類以上。位于流域河谷地帶的水源地，由于所在位置地勢最低，河谷兩岸相對較平緩，且引水灌溉較方便，易于村民進行農業開發活動。村民進行農業開發活動不可避免的要使用化肥和農藥，且由于缺少當地農業部門正確的測土施肥和噴藥指導，施用的化肥和農藥有相當一部分通過農田的地表徑流和農田滲漏進入水體（謝濤等，2010）。此外，水源地上游及岸邊村民的生活污水、畜禽養殖污水除經農田消納外，仍有部分隨地表徑流進入水體。在農田徑流污染源、農村生活污染源及分散式畜禽養殖污染源的影響下，位于河谷地帶的水源地相比山腰上的水源地容易出現水質超標現象。

根據田林縣鄉（鎮）地形地貌特點，且為便于對比分析，本研究選取位于同一流域的水源地進行研究，水源地地理位置見圖1，采樣點位分布見圖2，采樣點位按地理方位由西向東、同一流域按海拔自高向低的順序編號，各采樣點基本信息見表1。

1. 2 樣品采集

本研究在3個鄉（鎮）6個水源地取水口處各設置1個采樣點，每個采樣點采樣1次。水樣用便攜式冷藏箱保存，并及時送回實驗室測試分析。2013年8月下旬～9月中旬進行水質樣品采樣。采樣期間，同時調查統計水源地保護區范圍農村生活污染源（人口數量）、農田徑流污染源（耕地面積、作物種植種類、農藥化肥使用情況）、分散式畜禽養殖污染源（豬、牛、家禽的數量、糞便處理情況）的分布情況。

1. 3 測定項目及方法

河流型水源地監測pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、硒、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物、糞大腸菌群等12項指標，湖庫型水源地補充監測總氮、總磷、葉綠素a和透明度。各監測因子采用《水和廢水檢測分析方法》（第四版）進行分析。

1. 4 水庫富營養化評價方法

湖泊（水庫）富營養化評價采用綜合營養狀態指數法。湖庫類水源地富營養化按“貧”、“中”、“富”評價。綜合營養狀態指數采用卡爾森指數方法。計算公式：

TLI（■）=■Wj.TLI（j）

式中，TLI（■）為綜合營養狀態指數，Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重，TLI（j）為第j種參數的營養狀態指數。

1. 5 污染源比重評估方法

本研究采用等標污染負荷法進行污染源比重評價（劉承志，2012）。

1. 5. 1 某項污染物的等標污染負荷Pi Pi=Ci /Coi，式中，Pi為某污染源第i種污染物的等標污染負荷，無量綱；Ci為第i種污染物的年排放量（t/年）；Coi為第i種污染物的閾濃度（mg/L）。

1. 5. 2 某污染源的等標污染負荷Pn Pn=■Pi

1. 5. 3 某流域的等標污染負荷P P=■Pn

1. 5. 4 流域內某項污染物的總等標污染負荷Pic

Pic=■Pi

1. 5. 5 某污染物在流域中的污染負荷比Kic

Kic=■×100%

1. 5. 6 某污染源在流域中的污染負荷比Kn

Kn=■×100%

1. 6 源強系數

源強系數表示各類污染源的污染排放強度，由各類污染源調查和計算獲得。經實地調查，當地鄉（鎮）水源地主要污染源類型為農村生活污染源、農田徑流污染源、分散式畜禽養殖污染源。計算各類污染源源強系數時采用化學需氧量（COD）、氨氮、總氮、總磷作為主要污染因子（程公德等，2014）。

1. 6. 1 農村生活污染源 由國家環保局2007年重點流域農村生活污染源調查（產排污系數測算）數據可知，廣西農村人均污染源COD、氨氮、總氮、總磷排放量分別為16.4、4.0、5.0、0.44 g/人·d。

1. 6. 2 農田徑流污染源 標準農田徑流源強系數COD、氨氮、總氮、總磷分別為150、30、47.4、15.9 kg/ha·年。另外根據第一次全國污染源普查—農業污染源肥料流失系數手冊可知，田林縣鄉（鎮）所在地作物區屬于“南方山地丘陵區—陡坡地—非梯田—橫坡—旱地—大田一熟”，總氮、總磷流失量為1.905和1.83 kg/ha·年，故田林縣鄉（鎮）修正后的農田徑流源強系數COD、氨氮、總氮、總磷分別為150、30、49.305、17.73 kg/ha·年。

1. 6. 3 分散式畜禽養殖污染源 根據第一次全國污染源普查畜禽養殖業源產排污系數手冊可知，分散式畜禽養殖污染源源強系數COD、氨氮、總氮、總磷折算成標豬后為50、10、20.98、3.61 g/d·頭。

1. 7 污染物閾濃度

污染物的閾濃度按照GB 3838-2002中的Ⅲ類標準，即COD、氨氮、總氮、總磷分別為20、1、1、0.2 mg/L。

2 結果與分析

2. 1 水質現狀分析

各水源地水質監測結果見表2。在6個監測水源地中，位于原始水源涵養林區域的利周瑤族鄉石門山水源地及那比鄉西洋江水源地水質優良，均達到Ⅱ類標準，完全符合鄉（鎮）飲用水源地保護要求；取水口兩岸植被較好的八渡瑤族鄉渭卜溝水源地水質良好，達到Ⅲ類標準，符合鄉（鎮）飲用水源地保護要求；另有3個取水口沿岸農業植被分布較多的水源地水質出現輕微超標現象，不符合鄉（鎮）飲用水源地保護要求，超標因子主要是糞大腸菌群、總氮、總磷，但超標倍數均不高，糞大腸菌群超標0.20～0.25倍、總磷超標0.20倍、總氮超標2.00倍。對本研究中唯一的水庫型水源地（那比鄉西洋江八封段水源地）進行營養化評價可知，該水庫的綜合營養狀態指數TLI（∑）為25.2555，處于貧營養狀態，水庫營養化水平符合鄉（鎮）飲用水源地保護要求。

綜合表1、表2分析可知，位于流域河谷地帶的3個水源地均出現輕微的超標現象，其中2個河流型水源地（利周瑤族鄉老山河水源地、八渡瑤族鄉八中河水源地）超標因子均是糞大腸菌群，湖庫型的那比鄉西洋江八封段水源地超標因子是總磷和總氮。根據多年河流水質監測結果，廣西河流水體普遍存在糞大腸菌群超標現象。上述2個水源地出現糞大腸菌群超標，除與廣西屬于南方地區、氣溫較高、濕度較大、環境中糞大腸菌群本底偏高外，還與當地的污染源分布有一定關系。2個水源地位于流域河谷地帶，取水口周邊及上游的農田徑流污染源及部分未用于農灌的居民生活污水、畜禽養殖廢水隨地表徑流匯入水源地，從而引起水源地糞大腸菌群超標。湖庫型的那比鄉西洋江八封段水源地出現總磷、總氮超標，主要與農田徑流污染源有關。據現場濕地調查結果，當地的農作物主要施用肥料為含氮量（46%）較高的尿素；在追肥期間，甘蔗以施用甘蔗專用肥為主，肥料氮含量在12%左右，玉米以施用復合肥料16-16-16為主，氮磷鉀含量均在16%左右。由于缺少農業部門的測土施肥指導，當地村民施用的化肥總量比農業局配比的量高，且施肥過程中缺少施肥覆土等一系列防止肥料流失手段，加上高山河谷區地形陡峭等原因，肥料流失量較多，施用的肥料僅有少部分被作物吸收利用。化肥的大量流失，加上湖庫型水源地水體交換較慢等原因，導致該水源地總氮、總磷超標。

2. 2 污染源特征分析

鄉（鎮）飲用水源地污染源包括水土流失、農業生產、農村生活污水、農村工業污染、養殖業污水、農村休閑旅游業污染、交通污染等（陳海雄，2014）。經實地調研，田林縣鄉（鎮）水源地所在位置無工業企業分布，土地利用類型主要以旱地為主，污染源類型主要為農村生活污染源、農田徑流污染源及分散式畜禽養殖污染源。本研究首先根據各水源地保護區所在區域的人口數量、農田面積、畜禽養殖數量（表3）及源強系數計算污染源中污染物的排放量，再根據污染物的排放量及相應的排放標準計算各水源地污染源的等標污染負荷。根據各水源地水質現狀分析結果，對水質超標的3個水源地的污染源進行等標污染負荷計算，并以此判斷水源地的主要污染源類型及污染物。

從表4可以看出，上述3個鄉（鎮）水源地的農田徑流污染源等標污染負荷比最高，其次是分散式畜禽養殖污染源及農村生活污染源，污染中總磷的等標污染負荷比比其他3種污染物高，其次是總氮?，F場調查發現，上述3個水源地保護區河流兩岸及上游的土地類型多為農業用地，主要作物為甘蔗和玉米等。在日常頻繁的農業生產活動中，殘留于土壤中的化肥養分及農藥通過降雨沖刷、淋溶、土壤吸附、徑流遷移等途徑進入水體，進而造成水體污染（申曉云和黨晨席，2014）。當地畜禽養殖均為散養狀態，既沒有集約化、規?；男笄蒺B殖場和養殖區，也沒有集中排放口；水源保護區所在地人口較少，且相對分散，人畜糞便多用于農灌或沼氣池原料，僅有小部分沒有化糞池或沼氣池的農戶，人畜糞便隨地表徑流匯入水源地，對水源地的水質影響較小?？傮w而言，分散式畜禽養殖污染源及農村生活污染源對水源地的污染強度遠小于農田徑流污染源。

3 討論

在本研究的3類污染源中，農田徑流污染源對田林縣鄉（鎮）飲用水水源地水質影響最大，污染負荷貢獻率最高。張韻等（2010）對位于重慶高山河谷地區地處偏僻的水庫型水源地的研究也得到類似的結論，保護區內的污染源主要為農村生活污水、分散式畜禽養殖及農田徑流等非點源，其中，農田徑流的污染負荷最大。在地形為丘陵山地、地勢高峻的重慶澎溪河流域，污染物最主要仍來源于農田徑流污染，貢獻率達30.08%（郭勝等，2011）?？梢?，高山河谷區水源地易受到農田徑流污染源的影響，因此應重點加強高山河谷地帶農業非點源，尤其是農田徑流污染源的污染防控，科學引導農民合理使用化肥、農藥（李璇和董利民，2011），并鼓勵和引導農民發展生態農業，合理有效利用人畜糞便，將種養等農業活動有機結合起來，減少整個區域污染物排放，對于確保高山河谷區鄉（鎮）水源地水質安全至關重要。

與點源污染相比，農業非點源污染具有污染發生時間不確定性、機理過程復雜性、排放途徑隨機性等特點（張維理等，2004；洪華生等，2007），加之本研究缺少當地準確的肥料、農藥、畜禽糞便流失系數及農田對污染物的消納程度等相關基礎背景資料，因此無法精確計算當地鄉（鎮）水源地非點源污染物的入河排放量，可能會導致計算結果偏高，并引起等標污染負荷值存在一定偏差，但最終所計算的等標污染負荷比值對于判斷各水源地污染源及污染物的比重仍然可靠。

4 結論

本研究結果表明，廣西高山河谷區鄉（鎮）飲用水水源地水質與其所在區域的農業非點源特征有一定關聯，取水口位于流域山腰上的水源地無農業非點源分布，其水質達到Ⅱ類和Ⅲ類標準；取水口位于流域河谷地帶的水源地，因主要受農業非點源，尤其是農田徑流污染源污染影響，致使其水質出現輕微超標現象。因此，應重點加強廣西高山河谷區鄉（鎮）農田徑流污染源的防控，以確保水源地水質安全。

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（責任編輯 麻小燕）