东洞庭湖区域非点源农业污染负荷评估

欧阳劲进, 颜文洪

(湖南理工学院 科技处, 湖南 岳阳 414006)

东洞庭湖区域非点源农业污染负荷评估

欧阳劲进, 颜文洪

(湖南理工学院 科技处, 湖南 岳阳 414006)

在我国, 规模农业面源污染已成为影响湖泊流域水环境质量与环境状况的重要原因之一. 本文通过相关污染系数与污染源统计的方法对东洞庭湖流域的非点源污染总量与污染负荷进行了估算, 分别对农田、生活、畜禽养殖、水产养殖等不同类型非点源污染源的污染负荷进行了计算. 研究结果表明, 畜禽养殖和生活污染是东洞庭湖流域非点源污染的主要负荷来源, 特别是畜禽养殖的TN、TP、COD污染负荷占该区域总污染负荷的63.1%、82.2%、62.5%, 其次是城市和农村生活污染负荷. 今后东洞庭湖区域应将畜禽养殖业以及生活污染作为该区域非点源污染控制的重点对象, 并完善相关农业环境保护政策.

东洞庭湖; 农业; 污染负荷; 估算

引言

国内外大量研究表明, 与点源污染相比, 区域性非点源污染对N、P等营养盐类污染物的贡献率更大,往往占主导地位[1]. 随着我国传统农业的转型升级, 关于非点源污染负荷估算越来越受到重视. 非点源污染来源广泛, 污染负荷量难以通过直接的监测获得相关数据, 国内外研究大多通过构建非点源相关污染模型, 对非点源污染负荷进行分析计算. 目前国外已经开发出一系列相对成熟的非点源污染负荷计算模型和软件包, 如美国开发使用的SWAT和AGNPS模型是较成功的[2～4]. 我国也有学者运用这些模型在部分地区开展了相关研究[5～9], 但这些模型在我国的应用需要改进.

1 研究地概况

洞庭湖位于中国湖南省北部, 长江荆江河段以南, 介于北纬28°30′～30°20′、东经110°40′～113°10′.洞庭湖是中国第二大淡水湖, 湖区面积2820km2(1998年), 天然湖面4040平方公里, 另有内湖1200平方公里. 原为古云梦大泽的一部分, 洞庭湖南纳湘、资、沅、澧四水汇入, 北与长江相连, 也是长江中游重要吞吐湖泊. 洞庭湖现是长江流域最重要的集水、蓄洪湖盆. 洞庭湖因泥沙淤积严重, 现已分割为东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖三个部分. 东洞庭湖是洞庭湖湖系中最大的湖泊, 年平均过湖水量达3126亿立方米, 常年湖容量178亿立方米, 水深4.22m, 其地貌呈沟港纵横的湿地景观,土壤为湖沼土和河沼土. 洞庭湖湿地为亚洲最大湿地, 其中858.9 km2列入国际湿地名录, 洞庭湖湿地在保持长江流域生态平衡、减轻自然危害、确保生态安全方面发挥了重要的作用. 洞庭湖流域也是重要的物种基因库, 其生物多样性在世界上占有极其重要的作用, 是鲥鱼、白鲟等珍贵动物的产卵场和洄游繁育地.

新世纪以来, 随着东洞庭湖区域人口增加和城镇化进程加快带来的生活污染、农业污染、环湖地区工业及养殖业的发展造成的污染, 湖泊严重萎缩、水质越来越差、生态环境遭受严重破坏、生物多样性受到严重威胁. 尤其近几年, 湖泊水体全部超过国家Ⅲ类水质标准, 2010年, 根据桂花园控制断面和南湖的水质监测显示, Ⅳ类、Ⅴ类分别占到52%、37%. 在东洞庭湖退耕还湖的背景下, 探讨该区域农业非点源污染负荷具有现实意义, 可为今后环洞庭湖区域进行综合开发和污染治理提供依据和借鉴.

2 分析方法

2.1 污染系数的确定

(1) 土地利用方式与产污系数[10].

东洞庭湖区域以水田、旱地、果园为主, 利用岳阳市环保局相关连续监测1年的数据, 收集相关土地利用类型的排水, 利用地下水装置收集地下水进行监测, 结合资料调研, 估算得到相关土地利用类型的产污系数(表1).

表1 土地利用类型与产污系数(kg·ha·a-1)

(2) 畜禽养殖方式与产污系数.

以岳阳县麻塘镇为调查点, 选择3个养殖场为现场监测点,包括牛、猪、鸡3个畜禽种类. 根据畜禽种类、养殖类型、饲养模式等设置不同类型的监测以获得不同种类、不同阶段畜禽饲料使用量、粪便和污水产生量及其主要特征污染物浓度等数据, 结合刘庄[10]等人的数据, 确定不同种类畜禽的特征污染物产污系数(表2).

表2 不同畜禽养殖类型的产污系数(kg·只-1·a-1)

(3) 水产养殖产污系数.

环洞庭湖区域有多处大型养殖场包括鱼类、河蟹及其他等多种养殖模式. 作为封闭的人工生态系统, 池塘养殖所产生的污染物总量与排放量与污染物通量直接相关. 产污系数取决于补给水水质、排水水质以及污水排放总量. 至于开放式的水产养殖模式可以采用投入产出和物料平衡的方法进行测算. 再对水质状况和底泥成分进行分析, 再对水域单位面积、相关产污系数进行确定(表3).

表3 水产养殖类型的产污系数(kg·ha·a-1)

(4) 农村与城镇生活污染产污系数.

对于农村生活污染产污系数, 采用经验公式与数据, 采用刘庄等人的数据[10,11]; 对于城镇生活污染产污系数, 采用《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》中的COD、TN、TP对应数据(表4).

表4 生活污染产污系数(kg·人-1·a-1)

2.2 污染负荷量计算

水田、旱地、果园等不同土地利用类型的面积与土地利用类型的产污系数相乘, 得出相应的年污染负荷量; 畜禽数量与畜禽养殖的产污系数相乘, 获得畜禽养殖年污染负荷量; 不同类型水产养殖面积与水产养殖的产污系数相乘, 获得水产养殖年污染负荷量. 区域城镇和农村人口数量分别与生活污染的产污系数相乘, 获得生活污染年污染负荷量[12,13].

3 调查结果及分析

结果表明, 近年来随着经济的发展和人们生活水平的提高, 人们对肉、蛋、奶等畜禽产品的需求量增大, 畜禽养殖业得到较快的发展. 畜禽养殖业污染源相对集中, 但对区域性污染有加重趋势. 分散养殖的畜禽粪尿不容易收集, 利用率很低; 此外大多数小型规模的养殖场没有科学合理的处理手段, 大畜禽粪尿不经过无害化处理而直接随意排放, 不仅浪费了有用的有机肥料, 也污染了环境. 畜禽养殖已经成为东洞庭湖区域最大的非点源农业污染源, TN、TP、COD污染负荷分别达到了63.1%、82.2%、62.5%; 水产养殖业污染负荷最小; 在生活污染方面, 城镇居民的污染负荷远大于农村居民, 见表5、表6、表7.

表5 东洞庭湖各县市区域污染负荷(105 kg)

表6 东洞庭湖各类别污染量(105 kg)

表7 东洞庭湖各类别污染负荷(%)

4 东洞庭湖区域非点源农业污染控制措施

4.1 规范畜禽养殖, 加大畜禽污染防治

首先要规范畜禽养殖, 科学布局畜禽禁养区和宜养区, 以减少蓄禽养殖业对水环境的污染. 在禁养区内不得新建和扩建各类规模化畜禽养殖场, 已有规模化畜禽养殖场逐步实现关停转迁. 在宜养区内合理规划和适度发展畜禽养殖业, 建立畜禽养殖场、养殖小区, 其建设项目必须经环保部门审批, 符合国家规定的动物防疫条件, 并办理排污申报登记. 其次, 需要加大畜禽污染防治, 对现有的各类畜禽养殖场必须规范处置固体废弃物, 畜禽排放的污染物浓度以及总量须达到国家或地方规定的控制标准, 新建改建扩建项目一定要经环保部门审批.

4.2 加强生活污染治理力度

我国生活污染治理率远低于发达国家, 在传统上不太注重生活污染的处理. 进入现代社会后, 生活污染成为工业污染之外的重要污染源. 在没有建设集中污水处理设施的农村, 不宜推广使用水冲式厕所, 以避免造成污水直接集中排放, 在上述地区鼓励推广非水冲式卫生厕所. 对于分散居住的农户, 鼓励采用低能耗小型分散式污水处理; 在土地资源相对丰富、气候条件适宜的农村, 鼓励采用集中自然处理; 人口密集、污水排放相对集中的村落, 宜采用集中处理. 鼓励采用粪便与生活杂排水分离的新型生态排水处理系统. 宜采用沼气池处理粪便, 采用氧化塘、湿地、快速渗滤及一体化装置等技术处理生活杂排水.

4.3 完善农业环境保护政策

可以借鉴国外在农业环境立法的先进经验, 通过制订严格的农业环境保护立法, 使农业生产者的生产行为自觉转向环境友好型农业技术的应用上来. 制定以促进清洁生产、循环农业为核心的农业财政补贴新政策, 将财政对农业生产的支持与保护环境进行结合, 逐步使农业补贴转化为对农业环境有利的补贴.鼓励对畜禽粪便、农作物秸秆等农业资源进行综合开发利用; 对规模化畜禽养殖场废水处理达排放标准的,或通过种养结合生态循环模式自行消纳的, 实行免收排污费或补贴等优惠政策; 对生态农业生产给予财政支持.

[1] QUAN W M, YAN L J.Effects of Agricultural Non-Point Source Pollution on Eutrophication of Water Body and Its Control Measure[J]. Acta Ecologica Sinica, 2002(3): 291～299

[2] NEITSCH S L, ARNOLD J G, KINIRY J R,et al.Soil and Water Assessment Tool User’s Manua[R]. Texas, USA: Blachland Research Center Texas Agricultural Experiment Station, 2001

[3] LUZIOM D, SRINIVASAB R, ARNOLD J.ArcView Interface for SWAT2000, User’s Guide[R]. Texas, USA: Blachl and Research Center Texas Agricultural Experiment Station, 2001

[4] 秦福来, 王晓燕, 张美华. 基于GIS的流域水文模型SWAT模型的动态研究[J]. 首都师范大学学报: 自然科学版, 2006 (1): 81～85

[5] 樊在义, 宋兵魁, 杨 勇, 等. 非点源污染负荷估算方法探讨[J]. 环境科学导刊. 2011(3): 1～6

[6] 王艳艳, 孙 勇, 赵言文. 江苏省太湖流域农业面源污染现状分析及防治措施[J]. 江西农业学报. 2008(20): 118～121

[7] 郝芳华. 非点源污染负荷分布式摸拟研究-以黄河下游洛河流域为例[D]. 北京: 北京师范大学, 2003

[8] 孙 峰, 郝芳华. 基于GIS的官厅水库流域非点源污染负荷计算研究[J]. 北京水利科技, 2004

[9] 郝芳华, 程红光, 杨胜天. 非点源污染模型-理论方法与应用[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2006: 121～244

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[11] 张忠明, 周立军, 宋明顺, 等. 太湖苕溪流域农业面源污染评价及对策[J]. 环境污染与防治. 2012(34): 105～109

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[13] 洪华生, 张玉珍, 曹文志. 九龙江五川流域农业非点源污染研究[M]. 北京: 科学出版社, 2007

Estimation of the Agricultural Non-Point Source Pollution Loads of Eastern Dongting Lake Region

OUYANG Jing-jin, YAN Wen-hong
(Scientific Research and Management Dept, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

The scale agriculture noodles source pollution has become one of the important factors of influencing eastern river valley water in Dongting Lake environment quality. By use of viable method to carry on to estimate non-point source pollution of the eastern Dongting Lake region, farmland- life- livestock farming and marine products farming were computed respectively to the pollution load. The related calculation result expresses that the TN, TP and COD of livestock farming pollution load were 63.1%, 82.2% and 62.5% respectively. Secondly is living pollution load. From now on, in Eastern Dongting Lake district, livestock farming industry and life's polluting will become key elements to control non-point source pollution. And agriculture environmental protection policy should be perfected.

Eastern Dongting Lake; agriculture; pollution load; assessment

X131

A

1672-5298(2012)02-0051-04

2012-03-28

湖南省教育厅科研项目(08C394; 11A042)

欧阳劲进(1971- ), 女, 湖南岳阳人, 硕士, 湖南理工学院科技处工程师. 主要研究方向: 环境监测