徐州市農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王海棠　劉 浩　陸啟偉

(1. 徐州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 江蘇　徐州　221006； 2. 徐州市銅山區(qū)發(fā)展改革委員會(huì)， 江蘇　徐州　221100)

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徐州市農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王海棠1劉 浩1陸啟偉2

(1. 徐州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 江蘇徐州221006； 2. 徐州市銅山區(qū)發(fā)展改革委員會(huì)， 江蘇徐州221100)

摘要：為了解徐州市農(nóng)村地表水污染現(xiàn)狀，選取市區(qū)周邊8個(gè)具有代表性行政村，近五年來檢出率較高的20種污染因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用單因子指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)其進(jìn)行分析，并對(duì)其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，所選取的8個(gè)采樣點(diǎn)耗氧量、氨氮、總氮、總磷、鄰苯二甲酸酯類指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，重金屬污染特征不明顯；該市農(nóng)村地表水總體處于中度和重度污染水平，對(duì)該地的地下水、農(nóng)作物、土壤均存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村；水環(huán)境；污染現(xiàn)狀；風(fēng)險(xiǎn)

農(nóng)村水資源是廣大農(nóng)民賴以生存發(fā)展的重要資源，既是農(nóng)民生活用水的重要來源，也是農(nóng)業(yè)灌溉用水的主要來源，還承擔(dān)著維系農(nóng)村生態(tài)平衡的重要作用。近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，承載農(nóng)村水資源的河流、地層、溝渠、河塘等水環(huán)境也在發(fā)生重大變化，不少溝渠、河塘消失、斷流或被工業(yè)廢水、生活垃圾、農(nóng)資用品所污染，致使農(nóng)村水環(huán)境不斷惡化。徐州市是水資源相對(duì)缺乏的城市，多年人均擁有水資源量不到400 m3，低于江蘇省水平，遠(yuǎn)低于全國平均水平，和國際上1 700 m3/人更是差距明顯；特別是作為老工業(yè)基地、資源型城市，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，農(nóng)村的水環(huán)境問題也慢慢凸顯出來。對(duì)該地區(qū)地下水污染研究的較多，有文獻(xiàn)[1]報(bào)道，徐州北郊地下水中含有大量的重金屬，其中85%的水樣鉛濃度超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)，最嚴(yán)重的超標(biāo)12倍，55%的樣本中錳含量超標(biāo)3倍以上，最嚴(yán)重的超標(biāo)77倍；而農(nóng)村地區(qū)的地表水，尤其是不在功能區(qū)的地表水研究較少，本研究通過選取有代表性的、與農(nóng)民生活息息相關(guān)的地表水進(jìn)行采樣分析，客觀評(píng)價(jià)農(nóng)村的水質(zhì)問題，并進(jìn)一步分析由水污染問題導(dǎo)致的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為農(nóng)村水環(huán)境的改善、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

1　徐州農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

1.1監(jiān)測(cè)范圍

根據(jù)對(duì)徐州市周邊50個(gè)行政村進(jìn)行調(diào)查，考慮到主要類型區(qū)域、主要污染源分布，主要包括農(nóng)村地表水環(huán)境功能區(qū)劃未覆蓋的鄉(xiāng)鎮(zhèn)河道、農(nóng)村水環(huán)境功能區(qū)劃未覆蓋的行政村水環(huán)境，選取有代表性的8個(gè)行政村的溝渠地表水進(jìn)行采樣，1個(gè)行政村原則上布設(shè) 1 個(gè)水環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，點(diǎn)位的選擇要基本上能代表該行政村的水環(huán)境質(zhì)量，或是流經(jīng)該村的主要河流，或是水面比較大的塘，采水面下 0.5m水樣。具體為：1#為位于該市的東部某村，在該村養(yǎng)殖場(chǎng)旁邊的水渠采樣；2#位于該市西南某村，在該村農(nóng)副產(chǎn)品加工廠旁邊的水渠采樣；3#位于該市東南某村，在該村靠近農(nóng)田溝渠采樣；4#位于該市南部某村，在該村居民集中生活區(qū)采樣；5#位于該市東北某村，采樣水潭主要接納石頭加工廠污水；6#位于該市北部某村，采樣地點(diǎn)附近有幾家鋼鐵廠；7#位于該市西邊某村，該采樣點(diǎn)主要接納牛羊、生豬屠宰廠污水；8#位于該市西北某村，該采樣點(diǎn)周圍有幾家電動(dòng)車裝配企業(yè)。采樣點(diǎn)布設(shè)見圖1。

圖1　徐州市農(nóng)村地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

1.2監(jiān)測(cè)時(shí)間及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

本次調(diào)查為2015年7月、12月各一次，每個(gè)水期調(diào)查一次，每次調(diào)查3天；監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為徐州市近五年地表水檢出率較高的20種：pH、 COD、BOD5、TN、TP、NH3-N、F-、Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As、Fe、Mn、阿特拉津、苯、甲苯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二(乙基己基)酯。

1.3主要實(shí)驗(yàn)儀器及分析方法

吹掃捕集氣相色譜-質(zhì)譜連用儀Agilent7890B-5977C；Agilent7890A-5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀，配 EI源 ，帶7693自動(dòng)進(jìn)樣器，分流/不分流進(jìn)樣口；液相色譜儀Agilent HPLC-1200；電感耦合等離子質(zhì)譜儀Agilent 7500 ICP-MS。

pH、COD、BOD5、TN、TP、NH3-N、F-采用GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的方法；苯系物采用HJ 639—2012《水質(zhì) 揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定 吹掃捕集/氣相色譜質(zhì)譜法》；阿特拉津采用HJ 587—2010《水質(zhì) 阿特拉津的測(cè)定 高效液相色譜法》；鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二(乙基己基)酯采用《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)氣相色譜質(zhì)譜法；Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As、Fe、Mn采用HJ 700—2014《水質(zhì)65種元素的測(cè)定 電感耦合等離子質(zhì)譜法》。

2　水質(zhì)分析及評(píng)價(jià)

本文水質(zhì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于所評(píng)價(jià)水質(zhì)用途多樣，基本水質(zhì)因子按GB3838-2002中V類水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其他項(xiàng)目按照飲用水源水特定項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法為2種，一種是最為常見的單因子水質(zhì)評(píng)價(jià)法，該評(píng)價(jià)方法能準(zhǔn)確描述水質(zhì)因子各類參數(shù)的超標(biāo)程度，采用的公式為

(1)

另一種是內(nèi)梅羅水污染指標(biāo)，該指標(biāo)能綜合反映某個(gè)水域的污染程度，采用公式

(2)

其中公式1和2中ρi為第i種污染物實(shí)測(cè)濃度，Si為第i種污染物水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[2]；8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果及用單因子指數(shù)法計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)I值和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)PI值見表1和表2。

2.1耗氧量

化學(xué)需氧量COD和生化需氧量BOD5是反映水體中有機(jī)污染物的綜合指標(biāo)，從表1可以看出，8個(gè)采樣點(diǎn)需氧量超標(biāo)率達(dá)100%，其中1#、2# COD 和BOD5分別高達(dá)140、152 mg/L和80、72 mg/L，分別是地表水V類標(biāo)準(zhǔn)的3～8倍，且B/C大于0.45，可生化性較好，其他點(diǎn)位的B/C值也在0.4～0.5之間。原因主要在于原來農(nóng)村地區(qū)溝渠主要用于農(nóng)民生活用水和灌溉用水，后來有了手壓井，甚至是自來水，農(nóng)村的溝渠不再當(dāng)作生活用水，村頭的溝渠河塘與村民生活不再息息相關(guān)，溝渠慢慢的成為糞便的排泄場(chǎng)、垃圾的填埋場(chǎng)、污水的排放場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)農(nóng)村人口每人每天產(chǎn)生生活垃圾1.0 kg[3]，而2015年徐州全市農(nóng)村人口每天可產(chǎn)生400萬kg垃圾，每年可產(chǎn)生生活垃圾約146萬t，農(nóng)村垃圾無害化處理率較低，不到50%，生活污水排放量7 000萬t，占全市廢水排放總量的57%。而且隨著農(nóng)民生活方式的城市化，生活垃圾的復(fù)雜化，加上農(nóng)村污水處理廠建設(shè)投入不足，排向室外的污水或在街道上漫流，或沿排水明溝流到低洼處、溝塘水庫及河流。長此以往，嚴(yán)重污染了地表水。

表1　主要污染物數(shù)值、單因子污染指數(shù)I值及內(nèi)梅羅綜合污染指標(biāo)PI值(一)

表2　主要污染物數(shù)值及單因子污染指數(shù)I值(二)

注：①nd表示未檢出，除pH之外，其他污染物數(shù)值單位均為mg/L；②所有污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均為2015年7月、12月兩次監(jiān)測(cè)的平均值

2.2氨氮、總氮、總磷

從表1可以看出，8個(gè)點(diǎn)位氨氮和總氮平均濃度分別為3.2 mg/L和4.75 mg/L，分別超標(biāo)1.6倍和2.2倍，其中1#、3#、7#超標(biāo)較為嚴(yán)重，1#、7#分別是養(yǎng)殖廠和牲畜屠宰場(chǎng)，主要超標(biāo)原因是畜禽糞便，3#是農(nóng)業(yè)面源污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)[4]，2010年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要水污染排放量中氨氮排放量是當(dāng)年工業(yè)源排放量的2.3倍，《第一次全國污染源普查公報(bào)》中畜禽養(yǎng)殖業(yè)的氨氮排放量占農(nóng)業(yè)源氨氮排放量的78%，占全國氨氮排放量的41.5%。2015年，徐州農(nóng)業(yè)源氨氮排放量占全市氨氮排放總量的30%；對(duì)太湖、巢湖、滇池“三湖”富營養(yǎng)化的成因分析表明，造成水體富營養(yǎng)化的污染源主要來自生活污水和農(nóng)田的氮流失，工業(yè)廢水對(duì)TN的貢獻(xiàn)率僅占10%～16%[5]。按照商品豬160天生長期內(nèi)，每頭豬每天產(chǎn)總氮30～50g計(jì)算，徐州每年生豬出欄量600萬頭；每年可排放總氮240t[6]。8個(gè)點(diǎn)位總磷平均濃度0.72 mg/L，超標(biāo)1.8倍，超標(biāo)較高的點(diǎn)位為6#和7#，可能是生活污水排放和部分工業(yè)污染；8#總磷超標(biāo)較多，考慮可能是附近集中的電動(dòng)車裝配企業(yè)酸洗磷化廢水污染所致，磷化廢水磷酸鹽濃度達(dá)100 mg/L[7]。5#較為清潔，主要是該點(diǎn)位位于石頭加工企業(yè)附近，該地方人員相對(duì)稀少，而且在石頭加工過程中主要工藝是打磨，不需要用到化學(xué)藥劑，主要污染物為非溶解態(tài)物質(zhì)，因此其他指標(biāo)也不超標(biāo)。

2.3重金屬及氟化物

從表1、2數(shù)據(jù)可以看出農(nóng)村水質(zhì)重金屬含量水平低，對(duì)于Se、 As、 Cr、 Pb四種金屬，除了6#點(diǎn)檢出微量總鉻、Pb接近標(biāo)準(zhǔn)值外，其它點(diǎn)位這4種金屬均檢查出。可能由于皮革加工廠在鉻糅過程中，少量廢水滲入所致。而對(duì)于Cu、Fe、Zn、Mn均有檢出，但都不超標(biāo)， 6# Fe、Mn接近標(biāo)準(zhǔn)；可能是地質(zhì)原因所致，徐州地質(zhì)狀況屬于巖溶地區(qū)，水質(zhì)硬度大，含氟量高[8]，而6#由于附近的幾個(gè)鋼鐵加工廠排放的廢水，F(xiàn)e和Mn均接近標(biāo)準(zhǔn)值，Pb雖然不超標(biāo)，但是也接近標(biāo)準(zhǔn)限值；另外8個(gè)采樣點(diǎn)的含氟量雖然都不超標(biāo)，但是比其他地區(qū)明顯要高，平均值為0.94mg/L，含氟較多。

2.4有機(jī)污染物

阿特拉津是目前使用較為普遍的一種除草劑，使用量很大，半衰期為85天，由于其被認(rèn)定為內(nèi)分泌干擾物質(zhì)，目前也受到關(guān)注[9]。資料顯示，只有10%～20%的農(nóng)藥附著在農(nóng)作物上 ，而80%～90%則流失在土壤 、水體和空氣中，在灌溉和降水的作用下污染地表水，目前在飲用水中也有檢出[9]，本研究監(jiān)測(cè)3#點(diǎn)位雖然位于農(nóng)田區(qū)，但隨著其他高效低毒除草劑使用，代替了阿特拉津，因此并未檢出。而對(duì)于苯、甲苯，雖然目前農(nóng)村裝修、建材中也經(jīng)常使用，但由于其密度比水小，而且不溶于水，也未被檢出；從表2中可以看到兩種酯類物質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，最高超標(biāo)了20多倍，酯類是增塑劑，具有生物和生殖毒性，目前在農(nóng)村反季蔬菜種植中大量使用，而且其被反復(fù)使用的難度較大，一般都是一次性使用，污染極為嚴(yán)重，需要引起重視。

2.5綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)是反映水體綜合污染水平的指標(biāo)，可以反映水體對(duì)人類健康影響的綜合水平和水體重復(fù)利用的價(jià)值，本文從地表水基本項(xiàng)目出發(fā)，利用公式2計(jì)算出的8個(gè)點(diǎn)位的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)見表1，結(jié)合表3[2]，可以看出，在所調(diào)查的8個(gè)農(nóng)村地表水中，處于嚴(yán)重污染的水體3個(gè)，占37.5%，其余5個(gè)為輕污染，污染等級(jí)屬于清潔和輕清潔的水比例為0，水體污染現(xiàn)狀堪憂。主要存在3種風(fēng)險(xiǎn)：一是土壤風(fēng)險(xiǎn)，土壤污染主要是重金屬污染和有機(jī)污染，雖然幾個(gè)水樣中檢出的重金屬含量并不高，但是由于重金屬的遷移轉(zhuǎn)化率低，通常殘留量很大，而且在土壤中移動(dòng)性差、滯留時(shí)間長、不易被微生物降解；因此很容易在土壤中產(chǎn)生大量積累，污染土壤；二是農(nóng)作物風(fēng)險(xiǎn)，本文8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)氨氮和總氮含量均超標(biāo)，而且超標(biāo)較高，而農(nóng)村地區(qū)的水渠用量最多的就是灌溉，而水中的氨氮會(huì)影響農(nóng)作物生長，氮含量過高導(dǎo)致作物徒長、晚熟、易患病蟲害，而且作物根系吸收硝酸鹽氮在鉬的作用下轉(zhuǎn)化為氨基酸和蛋白質(zhì)，若鉬的含量不足，導(dǎo)致硝酸鹽氮在作物體內(nèi)大量積累，硝酸鹽氮是亞硝酸來源，含量過多引起高鐵血紅蛋白癥，在一定條件下轉(zhuǎn)化為亞硝胺，引起人體或者動(dòng)物的惡性腫瘤；三是地下水風(fēng)險(xiǎn)，污染物通過滲漏、淋溶等途徑進(jìn)入地下含水層，造成地下水污染，溝渠河道對(duì)地下水的帶狀污染，加上徐州又是巖溶地區(qū)，地下水總硬度本底值高，一旦污染，其地下水質(zhì)將更差。

表3　污染等級(jí)與綜合質(zhì)量指數(shù)PI關(guān)系

3　結(jié)論

徐州農(nóng)村地表水耗氧量、氨氮、總氮、總磷、鄰苯二甲酸酯類指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，平均超標(biāo)2～5倍，鄰苯二甲酸酯類超標(biāo)高達(dá)20倍以上；重金屬污染特征不明顯，但本底值較高，抗風(fēng)險(xiǎn)能力弱；利用單因子指數(shù)法和內(nèi)羅梅綜合污染因子評(píng)價(jià)徐州市地表水總體處于中度和重度污染水平，對(duì)該地的地下水、農(nóng)作物、土壤均存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此必須多措并舉，因地制宜的對(duì)農(nóng)村污染從管理、投入、法律、技術(shù)等各個(gè)層面進(jìn)行治理，才能從根本上保持農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2016-02-23；2016-04-21修回

作者簡(jiǎn)介：王海棠，女，1983年生，碩士，工程師。研究方向：環(huán)境有機(jī)類污染物監(jiān)測(cè)研究。E-mail:45477213@qq.com

中圖分類號(hào)：X824

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

A study on the status quo of water environmental quality and the risk assessment in rural areas of Xuzhou City

Wang Haitang1, Liu Hao1, Lu Qiwei2

(1.Xuzhou Central Environmental Monitoring Station, Xuzhou 221006;2.Tongshan District Committee of Development and Reform , Xuzhou 221100)

Abstract:In order to understand the status quo of surface water pollution in rural areas of Xuzhou, eight representative villages were selected to monitor 20 pollutants with high detection rate in the past five years. The single factor index and the Nemerow pollution index method were used to analyze and evaluate the environmental risk. The results showed that COD, BOD, NH3-N, TN, TP and phthalic acid ester greatly exceeded the relevant standards for samples in 8 sampling points selected, while the heavy metals pollution was not significant. Generally, surface water in rural areas of the city is at medium and severe pollution levels, posing environmental risks to the ground water, crops and soil in the areas.

Keywords:rural area; water environment quality; status quos; risk