洱海北部典型小流域农业氮磷流失特征的初步研究

唐 佳，李德品，姜 旭

（大理学院东喜玛拉雅资源与环境研究所，云南大理 671003）

洱海北部典型小流域农业氮磷流失特征的初步研究

唐 佳，李德品，姜 旭

（大理学院东喜玛拉雅资源与环境研究所，云南大理 671003）

为揭示洱海北部区域农业面源污染物氮磷流失的特征，以凤羽河小流域为研究对象，于2011年7月对1次降雨-径流的全过程进行了氮磷浓度的测定，分析了降雨过程中污染物负荷、浓度随降雨-径流变化过程的特征。结果表明，污染物负荷变化与流量变化呈现出大致相同的趋势；污染物浓度的峰值提前于流量峰到达。今后开展相关监测时应将降雨时间间隔、上游生产生活方式考虑进来，以更好地阐释降雨-径流过程中凤羽河小流域农业氮磷流失的规律性。

面源污染；降雨径流；氮磷

农业面源污染是目前世界各国水环境的主要污染源之一〔1〕。其中，湖泊是面源污染的重灾区〔2-3〕。据我国许多湖泊水体的调查，输入湖泊的污染物约有一半以上来自面源污染，它们是通过降雨径流等途径进入水体〔4〕。作为云南九湖之一的洱海也因面源污染而使其水生生态环境恶化，富营养化程度也从中度逐步向高度的趋势发展〔5〕。洱海北部3条河流是洱海污染物的主要来源，2010年洱海总入湖河流总氮（TN）、总磷（TP）负荷中仅弥苴河输入的就分别占57%和52%〔6-7〕。因而，从源头开展面源污染的研究对于洱海水生生态环境的保护是至关重要的。本文分析暴雨径流过程中洱海北部凤羽河小流域面源污染物的变化特征，为洱海北部区域面源的治理方案的制定提供一定的参考依据。

1 研究地自然社会概况及研究方法

1.1研究地概况凤羽河流域位于云南省洱源县西南角，发源于上游的清源洞，是洱海的源头河流之一，属弥苴河水系。凤羽河由南向北流至洱源县文强村附近折向东后与弥苴河交汇，最终汇入洱海，全长约13 km，流域面积为217 km2。流域属于西南山地地形，地势呈西高东低的趋势，为点苍山山脉北段。土地利用类型为林地、灌木林、草地和耕地，主要种植作物为油菜、水稻、玉米、蚕豆等。该地处于亚热带高原山地气候，干湿季节分明，年均降雨量1 070 mm，降雨主要集中在6～10月份，多年平均气温13℃〔8〕。

流域涉及洱源县凤羽、茈碧湖2个乡镇的11个村委会，为典型的农业小流域，无污染型的工矿企业。根据《洱源县国民经济和社会发展统计年鉴（2008）》〔9〕数据，2008年末流域有9 381住户共39 720口人；存栏大牲畜14 373头（其中奶牛7 676头），存栏生猪24 986头，羊13 719头；流域总耕地面积2 602 hm2，水田、旱地分别为1 840 hm2和752.6 hm2，人均耕地面积仅为0.065 hm2。

1.3水质分析方法水质监测指标为：总氮、总磷、可溶性总氮、可溶性总磷、氨氮、硝态氮和泥沙含量。各项水质指标测定方法如下：总氮（TN）采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定（GB11894-89）；总磷（TP）用钼酸铵分光光度法测定（GB11893-89）；可溶性总氮（TDN）用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定（GB11894-89），水样经0.45 um滤膜过滤；可溶性总磷（TDP）用钼酸铵分光光度法测定（GB11893-89），水样经0.45 um滤膜过滤；硝态氮（NH3-N）用紫外分光光度法测定（GB/T8538-1995）；氨氮（NH4-N）用纳氏试剂分光光度法测定（GB11893-89）〔10〕。

2 结果与讨论

2.1污染负荷变化特征2011年7月13日至14日的降雨-径流监测表明，从降雨开始至洪峰值的出现是在降雨发生后的第11小时，持续4 h后逐渐回落（图1）。氮素各指标总负荷随时间的变化趋势与径流量的变化趋势大致相同，尤其是总氮、可溶性总氮与流量的变化趋势较为吻合（图1）。总磷的负荷峰与流量峰同时到达，但之后并未与流量的变化同步，而是呈现出急剧下降的趋势。可溶性总磷在整个降雨径流过程中并未有明显的峰值，在降雨开始至径流量开始回落期间有小幅的锯齿状变化（图2）。

图1 凤羽河暴雨径流氮素各指标负荷过程

图2 凤羽河暴雨径流磷素各指标负荷过程

氮、磷是农田生产所施化肥的主要成分，易在降雨或灌溉等产流作用下大量流失，经排水系统直接或间接进入纳污水体〔11〕。氮、磷含量与降雨量的关系可以反映它们的主要来源〔12〕。凤羽河流域为典型的农业区域，因而在农业生产过程中将不可避免地引入大量的氮、磷，成为了面源污染的主要来源。根据2008年输入流域的氮肥、磷肥的量〔9〕进行折算，当年输入流域的人工氮、磷（折纯）分别为730 t和260 t；此外，流域畜禽粪便用于还田或未统一处理而随意堆放（访问调查获取的信息），也是污染的主要组成部分。因而，降雨过程中在地表径流的冲刷作用下农业面源污染负荷量随降雨量的增加而增加，出现了氮、磷污染负荷峰值与径流量峰基本同步的现象。

2.2各项污染物指标浓度变化特征在降雨-径流过程中，总氮、可溶性总氮的浓度出现了1个峰值，均超前于流量峰，之后并未出现明显的峰值，但总体上洪峰阶段的浓度相对较高；铵态氮的浓度峰与流量峰基本吻合，而硝态氮的浓度并未有明显的峰值，在径流过程中有小幅的锯齿状变化（图3）。总磷的浓度变化幅度较大，在降雨-径流过程中呈现出了2个浓度峰，均早于径流峰；可溶性总磷仅出现了1个微小的浓度峰，且超前于径流峰（图4）。泥沙浓度仅出现1个峰值，早于径流峰达到（图5）。此外，总磷第2个浓度峰值的变化趋势与泥沙浓度峰值的变化相一致。

受面源污染影响较大的河流氮、磷浓度同时受冲刷作用和河水稀释效应的影响，当径流量小于一定量时地表径流冲刷占主导地位，氮、磷浓度与之呈正相关关系，但是当径流量继续增大到一定程度时则河流氮、磷浓度主要受河水稀释效应的影响，氮、磷含量随着径流量的增大而减小〔13〕。凤羽河流域暴雨径流过程中，污染物总磷的浓度随径流的变化趋势就呈现类似的现象。另一方面，总磷浓度的变化可能还受径流中泥沙含量的影响，因为洪峰到达前后的径流过程中总磷浓度的变化与泥沙含量的变化趋势一致（图4、图5）。这说明在降雨径流过程中磷污染物主要以非溶解态的形式进行迁移，可能表现为吸附于泥沙、悬浮物等物质上随河水迁移。影响径流中污染物浓度的因素很多，如降雨间隔时间、上游施肥量等因素〔14〕。因此，为更合理地阐释凤羽河降雨-径流过程中污染物浓度的变化特征，今后在凤羽河流域开展相关的研究时应将上述因素考虑进来。

图3 凤羽河暴雨径流氮素各指标浓度过程

图4 凤羽河暴雨径流磷素各指标浓度过程

图5 凤羽河暴雨径流泥沙浓度过程

3 结论

凤羽河流域降雨-径流过程中，氮、磷污染负荷受径流量的影响较大；而氮、磷污染物浓度的变化除受径流量影响外，可能还受上游生产生活方式、降雨间隔时间等因素的影响。

〔1〕郑涛，程环珍，黄衍初，等.非点源污染控制研究进展〔J〕.环境保护，2005（2）：31-34.

〔2〕KRONVANG B，GRAESBøLLP，LARSEN S E，et al. Diffuse nutrient losses in Denmark〔J〕.Water Science and Technology，1996，33（4）：81-88.

〔3〕张荣保，姚琪，计勇，等.太湖地区非典型小流域非点源污染物流失规律：以宜兴梅林小流域为例〔J〕.长江流域资源与环境，2005，14（1）：94-98.

〔4〕金相灿.湖泊富营养化控制和管理技术〔M〕.北京：化学工业出版社，2001：1-7.

〔5〕杨运星.洱海流域低碳经济发展探析〔J〕.兰州学刊，2011（8）：224.

〔6〕赵海超，王圣瑞，焦立新，等.洱海全湖氮负荷时空分布特征〔J〕.环境科学研究，2010，26（4）：389-395.

〔7〕焦立新，王圣瑞，赵海超，等.洱海全湖磷负荷时空分布特征〔J〕.环境科学研究，2010，26（4）：389-395.

〔8〕张召喜，罗春燕，张敬锁，等.子流域划分对农业面源污染模拟结果的影响〔J〕.农业环境科学学报，2012，31（10）：1986-1993.

〔9〕洱源县统计局.洱源县国民经济和社会发展统计年鉴（二〇〇八年度）〔R〕.2009：22-65.

〔10〕国家环保局编委会.水和废水监测分析方法〔M〕.4版，增补版.北京：中国环境科学出版社，2006：252-286.

〔11〕陈成广，赵轻舟，胡保卫.双季晚稻田灌溉径流氮磷分布特征研究〔J〕.水利学报，2013，44（2）：238-242.

〔12〕段水旺，张申.中国主要河流控制站氮、磷含量变化规律初探〔J〕.地理科学，1999，19（5）：411-416.

〔13〕于超，储金宇，白晓华，等．洱海入湖河流弥苴河下游氮磷季节性变化特征及主要影响因素〔J〕.生态学报，2011，31（23）：7104-7111.

〔14〕SEMHI K，SUCHET PA，CLUAER N，et al.Impact of nitrogen fertilizers on the natural weathering-erosion processes and fluvial transport in the Garonne basin〔J〕.Applied geochemistry，2000，15（6）：865-878.

（责任编辑 毛本勇）

Primary Study on Characteristics of Nitrogen and Phosphorus Losses in the Typical Small Watershed of the Northern Area of Erhai Lake

TANG Jia,LI Depin,JIANG Xu
（Institute of Eastern-Himalaya Biodiversity Research,Dali University,Dali,Yunnan 671003,China）

The relationships of pollutant concentrations and precipitation-runoff were monitored at the outlets of the Fengyu River in July 2011.The results showed that the loads of nitrogen and phosphorus increased with the increasing of flux.Furthermore,the peak of pollutant concentrations early occurred than the peak of flux.For reasonably interpreting law of no-point source pollutants losses,the interval time of rainfall as well as production and life style of upstream should be considered in the future study.

no-point source pollution;rainfall-runoff;nitrogen and phosphorus

X524

A

1672-2345（2014）06-0060-03

10.3969∕j.issn.1672-2345.2014.06.015

农业部公益性行业（农业）科研专项资助项目（201003014-6）

2014-02-27

2014-03-12

唐佳，助教，主要从事农业环境生态研究.