云南昭通地表水水质分析与评价

刘园园，查宏波，黄韦华，赵 芳，邹 萍，王 强，4，魏世强，4，木志坚，4

(1．西南大学资源环境学院，重庆 400716;2．云南省烟草公司昭通市公司，云南 昭通 657000;3．楚雄州农科所，云南 楚雄 675000;4．重庆市农业资源与环境研究重点实验室，重庆 400716)

由于人类活动和自然的原因，我国的水环境污染越来越严重［1］。地表水、地下水、土壤等都受到不同程度的污染，而水对人类和生物圈的整个生命活动起着巨大的作用［1］。但目前国内外关于陆地水水质的研究，大多集中在大江大河、湖泊和地下水方面，对于城市及乡镇的地表水水质变化研究尚不多见［2］。在大江大河、湖泊水质变化的研究中，多侧重于天然水离子的变化，而涉及水质污染指标的研究相对较少［3～7］。水质变化是水环境变化的一个方面，而时至环境污染日益严重的今日，水环境变化，特别是水质变化早已和人类社会经济发展密不可分，并且地表水污染对人们的身体健康及水资源的开发利用等造成了极大的影响。因此，地表水水质评价就显得尤为重要。事实上，我国政府对地表水水质极其重视，并颁布地表水环境质量标准 (GB3838－2002)［8］，地方行政部门也对地表水污染问题给予重视。本文对云南省昭通市地表水污染进行分析评价并提出污染防治对策，以避免污染威胁到当地居民的饮用水源和农产品品质与安全。

1 实验方法

1.1 评价点布设及采样情况

昭通市位于云南省东北部，金沙江下游，滇、川、黔三省结合部。地理坐标在东经102°52'～105°18'、北纬26°18'～28°40'。全市辖 10 县 1 区，总面积2.3万km2。由于水平位置和垂直高度的差异，使境内地形复杂，气候多变。具有明显的立体气候、立体农业的特点。不同的自然气候类型区，为昭通市提供了赖以生存和发展的条件。为了解和掌握农田地表水质量状况，于2011年4月7日至20日针对昭通市8个区县的地表水开展了采样工作，采集的水样以农业用地 (烟地)为主，共采集水样116个，主要测定pH值、氨氮、总氮、总磷、砷、汞、镉、铅等项目，并分别对这些水样进行分析与评价。

本次水质评价的区域范围包括昭通市的昭阳区、鲁甸县、巧家县、镇雄县、彝良县、威信县、大关县、永善县。根据集水区内的沟渠及水系分布特征，共布设116个地表水水体水质监测点，其中，水库17个，河水19个，井水39个，池水22个，泉水5个，山沟水7个，管网水7个。将水样带回实验室测定各种指标。

1.2 评价标准与分析方法

由于烟叶灌溉水属于农田用水，所以水质分析与评价工作应该以地表水环境质量标准 (GB3838－2002)［8］V类指标为界限 (见表1)，结合地区背景值、地表水调查水质分析资料和监测资料，本次地表水水质评价共选取pH值、氨态氮 ()、总氮(TN)、总磷 (TP)、总砷、总汞、总镉、总铅等8项参数作为评价指标。将采集的水样放入冰箱里保存好，测定时参照地表水环境质量标准［8］中各个指标的测定方法测定以上8项指标:pH值用玻璃电极法测定;总氮用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定:直接在高压釜中经碱性过硫酸钾密闭消化后(121℃，30min)，在220nm波长下用紫外可见分光光度计 (日立U－1800紫外－可见分光光度计)比色测定TN含量;总磷用钼酸铵分光光度法测定:在高压釜中经碱性过硫酸钾密闭消化后 (121℃，30min)，在880nm波长下用钼蓝比色法测定TP含量;、、浓度用离子色谱法测定:水样经0.2m醋酸纤维滤膜 (日本东洋滤纸株式会社)过滤后，滤液用离子色谱仪 (DX－120型)测定的浓度;水样加硫酸后用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法来测定总砷含量;总汞用冷原子吸收分光光度法来测定;总镉、总铅用原子吸收分光光度法 (螯合萃取法)来测定。

表1 地表水环境质量标准 (mg/L)

2 结果与讨论

2.1 昭通市水质污染概况

评价结果表明，昭通市地表水116个水样中有97.4%的pH值在6～9的范围内，只有3个采样点的pH值不在此范围内，占总数的2.6%。其中1个采样点的pH值＜6，属于弱酸性;2个采样点的pH值＞7，属于弱碱性。采集的样品中氨氮浓度在0～2.18mg/L，平均值为 0.24±0.31mg/L，有94.9%的水样中氨氮含量在Ⅲ类水质以内，0.86%超过V类水质标准，说明昭通市氨氮含量较低。总氮浓度变化范围是0.27～11.48mg/L，平均值为2.82±2.11mg/L，低于地表水环境质量Ⅲ类水质标准的样本量仅占16.3%，超过V类水质标准的则高达56%，说明该区域水体受氮素影响较严重。其中总氮由无机氮DIN(硝态氮、亚硝态氮和铵态氮)和有机氮DON组成，DON平均浓度为1.03±0.65mg/L，没有超过V类标准，DIN平均浓度为1.94±2.02mg/L，其中硝态氮浓度范围为0.00021～11.25 mg/L，平均浓度为1.71±1.99mg/L，超过V类标准的占31%，这说明总氮中主要超标的离子以硝态氮的形态存在。张炳辉等［9］报道的三峡库区主要入库河流氮营养盐特征及其来源分析中总氮的平均浓度在1.55～2.15mg/L，总体偏高，乌江武隆断面的总氮浓度最高，为2.15 mg/L;嘉陵江北碚断面次之，为1.96 mg/L;而长江朱沱断面最低，为1.55mg/L。昭通市所有采样点总氮平均浓度为2.82±2.11mg/L，均高于张炳辉等所研究地区总氮的质量浓度。总磷浓度在0.014～15.71mg/L内变化，平均浓度为0.56±1.96mg/L，低于地表水环境质量Ⅲ类水质标准的样本量占74.9%，超过V类水质标准的占13.8%，说明该区域水体受磷元素污染相对较轻。张远等［10］研究的三峡水库蓄水后氮、磷营养盐的特征分析中显示二期蓄水后水体总氮、总磷的质量浓度平均为1.56mg/L和0.083mg/L，昭通市地表水中总氮和总磷平均浓度都远远高于张远等研究地区的平均浓度。重金属中，砷浓度均值为 0.00038±0.00015mg/L，所有样本均在Ⅲ类标准以内，说明该地区地表水中砷含量较低。镉浓度范围为0.0005～0.0068 mg/L，在Ⅲ类以内的占83.6%，没有超V类的镉出现。铅的平均浓度为0.016±0.012mg/L，含量在II类以内的占45.7%，没有超过Ⅳ类的样品。重金属汞平均浓度为0.00018±0.00021mg/L，浓度范围为0.000087～0.0014mg/L，低于III类水质标准的样本量占65.5%，V类标准以内的样品量占98.3%，有2个采样点超过V类标准，说明昭通市个别区域存在汞污染，经查找发现汞超标的2个采样点分别位于镇雄县的母享乡和雨河镇。通过以上评价说明昭通市农业地表水已经受到严重污染。昭通市主要污染因子为总氮、总磷、氨氮、汞。污染程度依次为总氮、总磷、氨氮和汞。

2.2 昭通市不同水样类型主要污染物比较分析

昭通市地表水7种水样类型中的氮素为主要污染物，其次是磷素、氨氮和汞。下面针对这4个主要污染物，进一步对不同水样类型中各污染物所占比例进行比较分析。

表3为7种不同水样中主要污染物浓度的分布情况。

表2 昭通市地表水水质状况

表3 昭通市不同水样主要污染物统计表

共有22个水样为池水，铵态氮分布在Ⅲ类以内，受污染较小。TN分布在Ⅲ类以内的仅占22.7%，V类以内的占45.5%，超 V类高达54.5%，说明池水中总氮污染很严重，仅次于河水中的氮素污染程度。TP主要分布在Ⅳ类以内，占81.8%，超V类标准的有18.2%，略高于水库中磷素污染，池水中磷素污染也比较严重。池水中的汞分布在Ⅳ类标准以下。

井水为主要采集的水样类型，有39个采样点。井水的污染情况较为特殊，其中有97.4%铵态氮分布在Ⅲ类以内，有1个采样点超过V类标准，说明井水受到铵态氮污染。井水中的TN分布在V类标准以下的仅占30.8%，超V类标准的采样点高达69.2%，是所有水样类型中受到氮素污染最为严重的。井水中总氮浓度相对于其他水样类型高可能是由于井水周围分布着大量菜地，施入土壤的氮肥 (主要指硝态氮)通过水补给有关。这样便形成了农业面源污染。随着对点源污染的控制和治理，农业面源污染逐渐成为水体污染和富营养化的主要原因［11～17］。TP污染主要集中在Ⅲ类以内，占74.4%，超V类标准的占10.3%，较水库和池水中磷素污染小，较河水严重。39个采样点中汞含量主要分布在Ⅳ类标准以下，有2个采样点的汞含量超过V类标准，说明个别井水受到重金属汞的污染。这2个采样点分别分布在镇雄县母享乡和雨河镇。出现汞污染是由于赤水河的水质被流域上游化工厂、造纸厂和煤化工厂破坏，引起其水质下降和污染加剧，并且镇雄县又是赤水河的源头。对于汞污染的产生应该加强污染源控制，严禁新建化工类、造纸和煤炭等其他重污染型企业，并对污染区内其他污染型企业依法进行彻底清理整顿［18］。

山沟水和管网水均有7个采样点，并且污染情况相似。铵态氮均分布在Ⅱ类标准以下。2种水样中TN在V类标准以下的占42.9%，超V类标准的TN高达57.1%，说明氮素污染十分严重。2种水样中磷素主要分布在Ⅳ类标准以下，山沟水中超V类的占28.6%，管网水占14.3%。说明山沟水较管网水受磷素污染严重。2种水样类型的总汞均分布在Ⅳ类标准以下。

有5个采样点为泉水，5个采样点的氨氮浓度均分布在Ⅲ类以内，受污染较小。4个采样点的TN浓度分布在V类标准以下，有1个采样点浓度超过V类标准。4个采样点的TP浓度分布在Ⅲ类以内，有1个采样点的浓度超过V类标准。总汞分布在Ⅳ类标准以下。

通过以上对不同水样中污染物所占比例的比较分析，得出7种水样类型里井水中的总氮超V类标准最为严重，高达69.2%。总氮超V类标准所占比例依次为井水＞河水＞山沟水、管网水＞池水＞水库水＞泉水。山沟水中总磷超过V类标准最为严重，高达28.6%。总磷超V类标准所占比例依次为山沟水＞泉水＞池水＞水库水＞管网水＞井水＞河水。氨氮和汞含量均在Ⅳ类标准以内，超过V类标准的采样点均出现在井水中。

2.3 昭通市不同区域主要污染物比较分析

表4显示的是8个区域污染物的分布情况。从表中可知，TN浓度最小值均高于TP，浓度最大值11.48 mg/L出现在威信县。威信县的TN浓度平均值最大为6.04±3.85 mg/L，其次为镇雄县达3.78±2.32 mg/L，下面依次为鲁甸县、巧家县、昭阳区、彝良县、大关县、永善县。TN浓度平均值未超过V类标准的只有大关县和永善县。TP浓度最大值出现在彝良县高达15.71 mg/L，高于污染十分严重的TN浓度最大值11.48 mg/L，并且昭阳区和大关县的TP最大值也高于TN最大值。说明个别区域的磷素污染较为严重。昭阳区的TP浓度平均值最大，高达1.29±2.41 mg/L，其次为彝良县达1.19±3.35 mg/L，下面依次为鲁甸县、大关县、永善县、镇雄县、巧家县、威信县。TP浓度平均值未超过V类标准的有威信县、巧家县、镇雄县、永善县。

表4 不同区域主要污染物统计表

图1为8个区域TN、TP在本地区中超V类标准所占比例的百分比堆积图。图中显示出TN超V类比例最高值出现在威信县达100%，其次是镇雄县高达80%，下面依次是昭阳区、巧家县、彝良县、大关县、永善县、鲁甸县。8个地区中有一半地区的氮素污染比例超过50%，说明氮素污染分布现已出现大范围的趋势，并具有污染程度高的特点。TP超V类比例最高值出现在永善县达50%，其次是鲁甸县达28.6%，下面依次为彝良县、昭阳区、大关县、镇雄县。巧家县和威信县TP并未出现超V类情况，说明磷素对8个区域造成的污染并不十分严重，但在个别采样点中的浓度极高，甚至高于TN浓度。本项目的采样时间由于是在2011年4月7日至20日，正值农作物生长季节，造成总氮和总磷污染程度明显的主要原因与农业活动密切相关。四月的农作物处于生长旺盛期，对肥料的需求量较大，施肥较多，降雨时流失的氮磷肥进入水体，造成水体富营养化。并且相关资料显示，昭通市平均每亩施用化肥量达31.94kg，比全省平均施用23.5kg多出8.44kg。而昭通市个别县是全县平均值的二倍以上，如彝良县59.82kg［19］。这说明昭通市8个区域污染严重的主要原因来源于化肥的过量施用。

3 小结

(1)本次研究的水样中总氮浓度超过V类标准的占56%，总磷浓度超过V类标准的占13.8%，昭通市地表水受到总氮 (主要为硝态氮)污染非常严重，总磷污染则相对较轻。有个别采样点受到铵态氮和总汞的污染。

(2)井水中的总氮超V类标准最为严重，高达69.2%。7种水样类型中总氮超V类标准所占比例依次为井水＞河水＞山沟水、管网水＞池水＞水库水＞泉水。山沟水中总磷超过V类标准最为严重，高达28.6%。7种水样类型中总磷超V类标准所占比例依次为山沟水＞泉水＞池水＞水库水＞管网水＞井水＞河水。各水样类型中的氨氮和汞含量均在Ⅳ类标准以内，超过V类标准的采样点均出现在井水中。

(3)8个区县中威信县总氮污染最为严重，其浓度最大值为11.48 mg/L，是所有区域最高的，并且平均值最大值6.04±3.85mg/L、超V类比例最大值100%均出现在威信县。TP浓度最大值出现在彝良县高达15.71 mg/L，浓度平均值最大值1.29±2.41 mg/L出现在昭阳区，超V类比例最高值出现在永善县达50%。总体上总氮污染高于总磷，但个别区域的磷素污染较为严重。

［1］黎华，李方林．巴东北部地区地表水的环境化学特征及水质评价 ［J］．地质与资源，2002，11(3):168－172．

［2］张勇，王云，叶文虎．上海市地表水水质近20年的变化［J］．环境科学学报，2002，22(2):247－251．

［3］陈静生．陆地水水质变化研究国内外进展［J］．环境科学学报，2000，20(1):10－15．

［4］ Meybeck M，Chapman D，Helmet(Editors)．Global Freshwater Quality: A First Assessment ［M］． London: Blackwell，1989．:310．

［5］陈静生、夏星辉．川贵地区长江干支流河水主要离子含量变化趋势及分析 ［J］．中国环境科学，1998，18(2):131－135．

［6］陈利顶，李俊然．蓟运河流域地表水质时空变化特征分析［J］．环境科学，2000，21(6):61－64．

［7］张慧，马英杰．塔里木河地表及地下水中氟离子的分布和变化规律 ［J］．环境科学学报，2000，20(5):579－583．

［8］GB/3838－2002，中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准 ［S］．

［9］郑炳辉，秦延文，曹承进，等．三峡库区主要入库河流氮营养盐特征及其来源分析［J］．环境科学，2008，29(1):1－6．

［9］张福珠，熊先哲，戴同顺．应用15N研究土壤－植物系统中氮素淋失动态［J］．环境科学，1984，5(1):21－24．

［10］张远，郑炳辉，刘鸿亮，等．三峡水库蓄水后氮、磷营养盐的特征分析 ［J］．水资源保护，2005，21(6):23－26．

［10］段水旺，章申，陈喜保，等．长江下游氮磷含量变化及其输送量的估计 ［J］．环境科学，2000，21(1):53－56．

［11］陈蕾，邱凉，翟红娟．赤水河流域水资源保护研究 ［J］．人民长江，2011，42(2):67－70．

［12］贺缠生．非点源污染管理及控制．环境科学，1998，19(5):87－91．

［13］ Line D E － ．Nonpoint sources pollution．Wat．Environ ［J］．Res．，1998，70(4):895 －911．

［14］鲍全胜．我国水环境非点源污染研究与展望．地理科学，1996，16(1):66－71．

［15］杜桂森，孟繁艳，李学东，等．密云水库水质现状及发展趋势 ［J］．环境科学，1999，20(2):110－112．

［16］何萍，王家骥．非点源污染控制与管理研究现状、困境与挑战 ［J］．农业环境保护，1999，18(5):234－237．

［17］陈利顶，傅伯杰．农田生态系统管理与非点源污染 ［J］．环境科学，2000，21(2):98－100．

［18］谢迎新，熊正琴，赵旭，等．富营养化河水灌溉对稻田土壤氮磷养分贡献的影响—以太湖地区黄泥土为例 ［J］．生态学报，2008，28(8):3618－3625．

［19］阮荣辉．论昭通市农业面源污染现状及防治措施 ［J］．新农民，2010，(11):185－187．