九龍江-廈門灣氮磷污染物入海通量估算與研究

周增榮

(漳州市海洋環境監測中心，福建 漳州 363000)

河口海灣的環境污染問題是陸地和海洋相互作用的研究內容之一，也是全球環境變化研究的重點問題。近幾十年來，隨著日益頻繁的人類活動，以及河口地區的經濟發展，大量的污染物質進入近岸海域，導致近岸海域富營養化、赤潮災害頻發、生態系統退化、服務功能顯著下降等問題日益突出，亟需開展入海污染物排放總量控制。入海污染物排放總量控制是水環境總量的重要組成部分，也是控制改善海洋生態環境質量的有效手段。我國的水環境污染總量控制始于20世紀70年代，在經過濃度控制、目標總量控制兩個階段之后，已逐漸進入到容量總量控制階段[1]。在海洋污染物總量控制方面，由于污染源入海總量的不確定性和海洋自然環境的復雜性，目前仍需要更多的研究應用案例以完善入海污染物排放總量控制的制度、技術與方法[2-3]。

入海污染物通量估算是入海污染物總量控制的關鍵，此前國內已有大量的污染物入海通量研究，關于流域污染物入海通量的估算方法，富國等[4-5]根據Webb B W等[6]于1997年提出的估算污染物入海通量的5種方法進行總結，提出針對不同的點源、非點源污染應采用不同的估算公式。王衛平等[7]采用這5種方法分別對九龍江污染物入海通量進行估算，分析比較各種估算方法的利弊和適用性。隨著污染物入海通量研究方法的成熟，越來越多研究從科學研究過渡為實際應用。涂振順等[8]利用GIS和RS技術，解譯海灣的土地利用類型，劃分匯水單元，并利用經驗模型估算陸源污染物入海通量。林俊良等[9]利用公報統計了近十年廣西北部灣主要河流的污染物入海通量，認為污染物入海通量與流域人均GDP有較好的正相關關系。李莉等[10]和陳曉鋒等[11]分別對環膠州灣和北部灣各河流進行布點采樣分析，并統計各類污水排放情況和化肥施用情況，討論各個河流對于污染物入海通量的貢獻率，從而提出有針對性的管理方案。劉瑜婷等[12]采用單因子評價法和Spearman秩相關分析討論了2008—2017年小清河污染物入海通量與徑流量、污染物濃度的相關性，以及各個污染物單因子指數年際變化，得到不同水文時期的主要污染物情況。關于內陸湖區入湖通量的研究同樣對入海污染物通量有一定的借鑒意義，呂文等[13]監測了湖區水質和主要入湖河流斷面水質，采用GIS空間插值和統計分析的方法，討論入湖水量、水質與湖區水質的響應關系。朱昕陽等[14]優化了傳統通量計算方法，通過更高頻率的監測數據分析太湖流域污染物月通量以及水質、水量與湖區污染物濃度的相關性。

自2017年以來，福建省實施九龍江-廈門灣污染物總量控制試點工作，開展了城鎮污水處理廠提標升級改造、農村生活污水處理設施建設、農業面源污染治理、重點直排海企業減排等工作，取得一定的成效，已進一步遏制區域水環境惡化。現有研究根據入海口斷面監測數據對九龍江河口不同污染物的養分通量進行估算分析[15]，缺乏對各個排污口監測數據的分析以及與全國其他河流的討論[16]，因此本文估算了2011—2020年九龍江總氮、總磷污染物入海通量，分析年際通量變化以及2018年北溪、西溪和南溪月際通量的空間變化，探討了陸源入海污染物對九龍江入海水質的影響，提出控制九龍江-廈門灣有關污染物的措施建議，旨在為當地政府做好重點河流污染物總量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

九龍江是福建第二大河流(圖1)，流域面積約14 741 km2，約占福建省土地面積的12%。九龍江流經龍巖市、漳州市，從廈門市入海進入廈門灣，九龍江是上述三地市的飲用水源，是支撐閩西南經濟合作核心區域社會經濟發展的重要基礎性資源，是保障該區域可持續發展的重要保障。隨著九龍江流域社會經濟的發展，九龍江-廈門灣環境污染問題日益突出，已嚴重阻礙當地社會經濟的進一步發展。

1.2 研究數據

1.2.1 水文監測數據

九龍江北溪、西溪和南溪入海口附近分別設有浦南、鄭店水文監測站和南溪浮宮橋監測點，其徑流量基本可代表九龍江北溪、西溪和南溪的入海徑流量，本研究選取上述三個水文監測站(點)(2011—2019年)的年平均徑流量數據，其中2018年有月際徑流量數據，作為九龍江入海通量計算的水量分量。

1.2.2 水質監測數據

九龍江北溪、西溪和南溪分別設置國控監測點龍海江東橋、河口和南溪浮宮橋，三個監測點2011—2019年的監測數據，監測項目包括總氮、總磷。其中2011—2015年為逢單月監測，即每年1、3、5、7、9、11月監測，2016—2019年為每月監測。

1.2.3 經濟社會數據

人口、國民生產總值、畜禽養殖、水產養殖、化肥施用和工業廢水數據來源于漳州、龍巖市2011—2020年統計年鑒。其中，以畜禽出欄數(個)代表畜禽養殖量，水產養殖量(t)代表水產養殖總量，農村化肥總施用量(t)代表化肥施用量，工業廢水總排放量(t)代表工業廢水量。

1.3 入海通量計算方法

鑒于九龍江流域污染物以農業面源污染為主，王衛平等[7]認為采用瞬時濃度Ci的平均值與時段平均流量的乘積計算方法較為科學，故本文采用該文在九龍江流域推薦的通量計算公式估算九龍江污染物入海通量，計算公式如下：

(1)

2 結果與討論

2.1 年際變化

由圖2(a)可知，北溪總氮通量的變化范圍為(1.1～2.0)×104t·a-1，平均值為1.5×104t·a-1；總磷通量的變化范圍為(4.9～8.9)×102t·a-1，平均值為6.5×102t·a-1。北溪的總氮和總磷入海通量隨時間推移呈遞減趨勢，在2011至2020年間，總氮通量由1.9×104t· a-1降低至1.1×104t· a-1。西溪總氮通量的變化范圍為9.7×103～2.7×104t·a-1，平均值為1.8×104t·a-1；總磷通量的變化從5.1×102t·a-1升高至1.0×103t·a-1，平均值為7.8×102t·a-1[圖2(b)]。南溪總氮通量為(1.7～2.8)×103t·a-1，平均值為1.8×103t·a-1；總磷通量為78.1～115.5 t·a-1，平均值為76.6 t·a-1[圖2(c)]。

根據歷史數據和實測數據分析九龍江口的養分通量。2011—2020年九龍江北溪總氮、總磷養分通量呈現波動變化，與吳高杰等關于九龍江河口養分通量變化趨勢基本一致[17-18]。2011—2020年九龍江西溪總磷通量和南溪總氮通量呈現下降趨勢。這些結果有幾種可能的解釋，養分入海通量主要受到各監測點入海口的養分濃度的影響，2011—2020年污染物濃度具有下降的趨勢，這與通量變化保持一致。另外，入海通量主要受徑流量影響。總氮通量主要為硝氮通量，可能是因為受盆地中人類活動的影響[19-20]。總磷通量相比于總氮通量的貢獻率要低，這與磷趨向于沉積的性質有關。九龍江河口總磷通量與化肥施用呈顯著正相關，這是由于九龍江流域中的磷主要源于磷肥施用。從西溪2011—2020年間的總氮及總磷入海通量變化圖上看[圖2(b)]，總氮通量自2015年后顯著降低，總磷通量自2016年后顯著降低，這一現象可能與2015年后九龍江的化肥使用量減少有關(表1)。

表1 2011—2019九龍江社會經濟數據統計表

注：(a)北溪；(b)西溪；(c)南溪。

關于九龍江流域養分通量與中國其他流域的對比，先前的結果表明[21-23]，從1963年到2012年，長江的養分通量呈現逐年上升趨勢。1998—2007年，黃河的養分通量增加，2007—2012年養分通量減少，黃河的這一趨勢與九龍江的相一致。中國主要河流的養分率高于世界主要河流，但人均養分率低于世界主要河流。此外，與幾條大河相比，一些小流域(如九龍江)的養分率較高。因此，小集水區中的養分通量值得進一步研究。有研究表明與中國其他河流的通量相比，九龍江地區養分通量的面產率較高[18]。盡管九龍河的徑流僅為長江的1.3%、珠江的2.4%、黃河的2.0%，徑流量等水文因素影響其養分通量值也相比較低，但九龍河流域的區域總氮和總磷通量面產率是長江流域的4.1和4.5倍、黃河流域的20.8和154.0倍[24-25]。九龍江流域由于近年來大量農業化肥施用、畜禽養殖及市政和工業污水排放等人類活動，導致水體總氮、總磷濃度較高，同時高養分通量會對河口和近海環境產生顯著影響，對于廈門灣海域水環境和水生態造成嚴重影響。

2.2 2018年各支流月際變化

由2018年九龍江營養鹽入海通量月際分析可知(圖4)，北溪龍海江東橋污染物指標為單月監測[圖4(a)]，9月總氮和總磷的入海通量最高，分別為2.9×103、1.7×102t·mon-1；11月總氮和3月總磷的入海通量最低，分別為7.6×102、24.5 t·mon-1；全年總氮和總磷平均通量分別為2.0×103、75.8 t·mon-1，且5—7月氮磷營養鹽的入海通量高于1、3、11月。西溪的入海通量結果表明：9月總氮和10月總磷的入海通量最高[圖4(b)]，分別為2.4×103、1.1×102t·mon-1；4月總氮和總磷的入海通量最低，分別為8.7×102、31.7 t·mon-1，全年總氮和總磷平均通量分別為1.7×103、69.6 t·mon-1。南溪的入海通量結果表明：9月總氮和7月總磷的入海通量最高[圖4(c)]，分別為6.8×102、39.3 t·mon-1；6月總氮和總磷的入海通量最低，分別為48.2、2.9 t·mon-1；其中7—11月營養鹽通量處于較高水平，1—6月、12月營養鹽通量處于較低水平，全年總氮和總磷平均通量分別為3.0×102、12.5 t·mon-1。

表2 2018年九龍江入海監測營養鹽濃度及河流徑流量

3 結論

本研究初步估算2011—2019年九龍江總氮、總磷污染物入海通量，分析年際通量變化以及2018年北溪、西溪和南溪月際通量的空間變化，探討可能的影響因素，其主要結論如下。

1)2011—2020年間，九龍江總氮和總磷的入海通量呈現遞減趨勢，但仍具有較高養分通量的特點，總氮和總磷的入海通量排放主要受到畜禽養殖和化肥施用等人為活動的影響，與水產養殖的相關性較小。

2)2018年九龍江北溪的總氮通量最高，西溪的總磷通量最高，南溪最低。入海通量的空間差異主要與徑流量有關，且北溪的畜禽養殖和西溪的化肥施用也是導致養分入海的主要因素。

4 總量控制建議

1)摸清流域污染物來源。開展九龍江入河排污口排查，掌握九龍江入河污染類型、數量狀況和溯源工作，為下一步實施九龍江綜合整治提供更精準的決策依據。

2)突出污染物整治重點。九龍江-廈門灣氮磷污染物入海通量的總量控制應重點從畜禽養殖和化肥施用兩方面進行管理。堅持生態先行，疏堵結合，控制養殖總量，嚴格準入門檻。新建、改建、擴建規模化畜禽養殖場(小區)要實施雨污分流、糞便污水資源化利用。推廣低毒、低殘留農藥使用，開展農作物病蟲害綠色防控和統防統治。推廣測土配方施肥，提高化肥利用率，開展化肥減量化行動。