淳安縣農作物種植對千島湖水質的影響

陳琴，馮曉飛，沈海萍，黃笑逸

(浙江省生態(tài)環(huán)境科學設計研究院，浙江 杭州 310007)

農作物種植所產生的面源污染，是指在農業(yè)生產中使用的化肥、農藥等物質由于使用量較大，超出作物的生長利用率和自然降解率，剩余的物質進入水體，給水環(huán)境帶來的嚴重影響[1]。千島湖水庫壩址以上的流域面積達10 442 km2，其中60%的流域面積(匯水區(qū))在安徽省境內[2]。安徽段和浙江段(淳安縣)對千島湖水體的氮磷污染貢獻比與其水量貢獻比基本上呈正相關[3]。因此，要改善千島湖水質，對淳安本地的污染進行治理也是十分重要的一面。

淳安縣是一個山區(qū)農業(yè)大縣，農業(yè)人口眾多。近年來，當地工業(yè)占比不斷降低，工業(yè)排放量也顯著減少，而農業(yè)面源污染仍然量大面廣。農業(yè)生產、農民生活所帶來的農業(yè)面源污染是當前千島湖水質受污染的最大因素?；适┯昧康某掷m(xù)增加導致隨農田徑流流失的氮、磷不斷上升，水質質量也受到嚴重威脅[4-5]。同時，農業(yè)作為淳安大量農民的主要收入來源，其重要性在未來的很長一段時間仍十分突出。新形勢下，千島湖的主要功能從發(fā)電、旅游變?yōu)轱嬘盟吹亍?019年9月，浙江省宣布全面啟動淳安特別生態(tài)功能區(qū)建設。與此同時，千島湖配供水工程正式通水。千島湖的保護直接關系到長三角大量人口的飲用水安全，因此，加強淳安縣的農業(yè)面源污染控制迫在眉睫。本文重點關注淳安縣農作物種植情況，分析其對千島湖水質的影響，并提出相應對策建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

淳安縣位于浙江省西部，面積4 427 km2，是浙江省陸域面積最大的縣。淳安縣擁有一流的生態(tài)環(huán)境資源和旅游資源，千島湖被譽為“天下第一秀水”，水質在全國61個重點監(jiān)測的湖泊(水庫)中名列前茅。淳安縣自然資源豐富，山林面積35.8萬hm2，林木蓄積量全省第一。獨特的湖區(qū)小氣候孕育了蠶桑、茶葉、干果等眾多優(yōu)質農產品，被評為全省農業(yè)綜合強縣。

1.1.1 淳安縣農業(yè)產業(yè)現狀

2013—2017年，全縣地區(qū)生產總值從173.3億元增長到255.70億元，第一產業(yè)增加值逐年緩慢上升，從28.66億元提高至36.25億元。全縣農業(yè)以茶葉、蠶桑、水果、中藥材為主，但人均耕地少，多為山地、坡地。2017年全縣農作物種植面積為4.17萬hm2，茶園面積為1.24萬hm2，蠶桑面積為0.59萬hm2，果園面積0.85萬hm2。糧食總產量為8.43萬t，茶葉產量4 591 t，蠶繭產量2 284 t，水果產量11.76萬t。

1.1.2 千島湖水質現狀

根據2014—2018年的水質監(jiān)測情況，千島湖全湖平均水質指標中：高錳酸鹽指數和氨氮都屬于Ⅰ類；總磷在前期保持為Ⅰ類，但在2016年和2018年下降到了Ⅱ類；總氮在2014年為Ⅲ類，但之后幾年都是Ⅳ類。2014—2018年千島湖的水質變化情況如表1所示。

表1 2014—2018年千島湖全湖平均水質變化情況

在水質營養(yǎng)狀態(tài)方面，近年來千島湖水質均達到湖庫Ⅱ類標準，全湖平均透明度保持穩(wěn)定，但營養(yǎng)狀態(tài)指數有所升高。2015—2018年千島湖的水質營養(yǎng)狀態(tài)如圖1所示。

圖1 2015—2018年千島湖水質營養(yǎng)狀態(tài)

1.1.3 淳安縣地表水水質現狀

淳安縣對23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要入湖溪流進行交接斷面水質考核。在這23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)交接斷面中，有19個斷面是千島湖入湖斷面，其中：2014—2018年，入湖斷面全部達到河流Ⅱ類水質標準，其中達到Ⅰ類標準的斷面數量：2014年15個，2015年10個，2016年14個，2017年18個，2018年11個。入湖水質呈現一定波動。

2018年，23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)交接斷面中Ⅰ類水質斷面14個(占60.9%)，Ⅱ類水質斷面9個(占39.1%)，定類因子為總磷，入湖溪流水質在部分斷面有所下降。2018年總磷>0.2 mg·L-1的斷面有9個，總磷較2017年升高的斷面有17個，占73.9%；2018年總氮>1.5 mg·L-1的斷面有5個，多于2017年的4個，2018年總氮較2017年升高的斷面有10個，占43.5%。2014—2018年淳安縣入湖斷面水質變化情況如圖2所示。

圖2 2014—2018年淳安縣入湖斷面水質變化情況

1.2 分析方法

皮爾遜(Pearson)相關系數(r)主要用于度量區(qū)間變量(x與y)間的線性相關[6-7]，值越接近于1，表明x與y的相關程度越高。其中：若r=-1，表明x和y之間為完全負線性相關的關系；若r=1，表明x和y之間為完全正線性相關的關系；若r=0，表明x和y之間不存在線性相關關系。

本文采用SPSS 19.0軟件對淳安縣農作物種植情況和鄉(xiāng)鎮(zhèn)交接斷面水質指標進行Pearson相關系數分析。

2 結果與分析

2.1 茶葉、蠶桑、果園、糧食種植與水質的相關性

本研究收集了淳安縣23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)2013—2017年的糧食作物、茶葉、蠶桑、果園的播種面積和總產量數據，以及2013—2017年23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)交接斷面的水質指標，包括pH值、高錳酸鹽指數，以及氨氮、總磷、總氮含量，并開展Pearson相關性分析，結果如表2所示。

表2 淳安縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農作物種植指標與水質指標的相關性分析

糧食作物的播種面積分別與高錳酸鹽指數和氨氮含量呈顯著正相關，茶葉的播種面積與高錳酸鹽指數、總磷含量、總氮含量呈現出顯著負相關性，蠶桑的播種面積與氨氮含量呈現顯著正相關，果園的播種面積與高錳酸鹽指數、氨氮含量、總磷含量、總氮含量呈現出極顯著正相關性。但上述各項相關系數的絕對值均小于0.4。

糧食作物的總產量與高猛酸鹽指數呈極顯著正相關，與氨氮含量呈顯著正相關；茶葉的總產量與pH值呈現顯著負相關；蠶桑的總產量與氨氮含量呈現極顯著正相關，與總氮含量呈現顯著正相關；果園的總產量與氨氮含量、總磷含量、總氮含量呈現極顯著正相關。以上各項相關系數中，僅果園的總產量與總氮含量的相關系數的絕對值大于0.5，說明果園的總產量與總氮含量的相關性最為緊密。

2.2 原因分析

相關性分析結果顯示，果園的規(guī)模，包括播種面積和產量，與部分水質指標顯著相關，其中，果園的總產量與總氮的關系更值得關注，果園的總產量越高，水質指標中的總氮含量越高。分析其原因，氮和磷都是果樹成長中所需的重要元素。氮元素是植物體內氨基酸的組成部分，是構成蛋白質的成分，也是葉綠素的組成部分。施用氮肥不僅能提高農產品的產量，還能提高農產品的質量。磷肥的主要作用是加速作物根系的生長，促進作物對水分和養(yǎng)分的吸收，促進果樹等作物的花芽分化和開花結實，提高作物結果率，還可以增加作物的抗逆性，提高其抗寒、抗旱、抗鹽堿和抗病的能力。在現行的生產工藝和生產模式下，果園產量一般與化肥和農藥的施用量有直接關系。因此，果園產量對水質指標的變化有較大貢獻。這也間接反映出了化肥、農藥施用對水質的較大影響。

相關性結果還表明，茶葉的播種面積與水質指標有一定的負關聯。分析其原因，可能是因為茶葉種植過程中通常會形成規(guī)?；牟鑸@，當茶樹種植形成了規(guī)?；牟鑸@之后，便能夠有效控制水流的速度，在一定程度上能預防水土流失，起到截留攔截作用，減少對水體的污染[8]。

3 討論

本研究圍繞淳安縣的農作物種植情況與千島湖水質指標進行相關性分析，發(fā)現當地農作物的種植規(guī)模和總產量與水質指標的變化存在一定的相關性，其中，果園的播種面積、總產量與水質指標的相關性最為明顯。

有鑒于此，特提出如下對策建議。

3.1 進一步控制化肥農藥施用量

進一步健全化肥、農藥雙控制度，通過政策激勵和利益引導，嚴格控制化學農藥和化學肥料的施用量，從源頭減少氮磷污染負荷。結合生態(tài)循環(huán)農業(yè)[9-10]，逐步在千島湖沿岸緩沖區(qū)內的耕地、園地上開展科學施肥，減少面源污染直接入湖。密切關注水體總氮、總磷的變化趨勢，開展全流域總氮、總磷排放監(jiān)測調查與統(tǒng)計，實現精準防控。開展綠色農產品生產基地建設，全面推廣分區(qū)限量施肥、病蟲草害綜合防治等農業(yè)清潔生產技術。提高森林質量，穩(wěn)定森林覆蓋率，減少因水土流失引起的氮、磷入湖，保護千島湖水質不受影響。

3.2 加強河流下游、河口段的生態(tài)攔截

在主要出流徑流地段采取建設生態(tài)滯留帶、梯級濕地等措施，改善園地水流條件，延長園地出水停留時間，減少徑流攜帶污染物的入湖量，切實減少園地對水體的污染。在小坡度的平緩地區(qū)，采取農田尾水生態(tài)凈化措施，提升農田溝渠、塘壩的生態(tài)自凈功能。采取園地生草、植物籬、秸稈覆蓋等措施，增加地表覆蓋率，提高土壤水源涵養(yǎng)力，實行徑流生態(tài)攔截。同時，優(yōu)化園地排水系統(tǒng)設計，減少水土流失。