松华坝水源区面源污染N、P负荷解析研究

郝 斐，史 静，张乃明，胡兴钢

（云南农业大学资源与环境学院，云南昆明650201）

松华坝水源区面源污染N、P负荷解析研究

郝 斐，史 静，张乃明，胡兴钢

（云南农业大学资源与环境学院，云南昆明650201）

采用资料收集、现场调查及实验分析的方法，明确了水库库区的农业面源污染负荷及比例。研究结果表明：农业面源污染产生的入库TN量为7532.3 t／a，其中农田化肥的TN产生负荷量为3365 t，占比最大，为44.7%，农村生活污水的TN产生负荷量为22.7 t，占比最小，为0.3%；农业面源污染产生的入库TP量为2781.01 t／a，产生负荷量最大的污染源为农田化肥，为203.1 t，占73%。

农业面源；污染；氮；磷；解析；松华坝

随着人类活动对水资源影响的不断深入，水质恶化和用水资源短缺等问题已严重威胁人类的生存和发展。水环境污染分为点源污染和面源污染，在各国的积极治理和控制下，点源污染控制水平达到了一定程度，但面源污染对水质的影响却日益严重。据美国、日本等国家报道，点源污染全面控制之后，江河的水质达标率为65%，湖泊的水质达标率为42%，海域水质达标率为78%，湖泊、水库及河口的水体富营养化主要来源于非点源污染［1］。研究显示，面源污染占美国所有河流和湖泊营养物质的负荷总量分别为64%和57%；丹麦270条河流中94%的氮负荷、52%的磷负荷由面源污染引起［2］。在我国，湖泊及水库富营养化日趋加剧，面源污染的负荷比重逐年上升。根据第一次全国污染源普查公报，2007年度全国农业源TN、TP和化学耗氧量 （COD）的排放量分别占各种来源排放总量的57.19%、67.27%和43.71%［3］。

松华坝水库是昆明市重要的优质饮用水源地之一，占市区供水总量的50%，承担着昆明城区300万人口的供水任务［4］。随着近年来以蔬菜、花卉为主的经济和粮食作物生产中化肥和农药施用量的增加，流域水质持续下降［5］。昆明市重点水源保护委员会办公室提供的《2008年松华坝水源保护区基础数据》、《云南环境科学—松华坝水库水体营养状况评价》指出现阶段水库水体富营养化程度逐渐加深。从 “十五”开始，松华坝水库水质常年为Ⅲ类水，水质已不能达到Ⅱ类水水质保护目标要求，水体受到氮磷等营养盐污染；农业面源污染是引起水库水体富营养化的主要原因［6］。因此本研究对松华坝水库水源保护区面源污染负荷进行解析，为探明水库农业面源污染负荷及构成提供科学依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

松华坝水库位于昆明市盘龙区，既是一个集中式城市饮用水水源地，也是昆明市不可替代的城市供水水源［7］。水源保护区面积629.8 km2，总库容2.19×108m3，其中正常蓄水库容1.05×108m3，属长江流域金沙江滇池水系。上游径流区主要有牧羊河和冷水河两条支流，在小河村东南汇合后称盘龙江，最终注入松华坝水库［8］。牧羊河为盘龙江正源，长约50km，多年平均径流量8370×104m3；冷水河长约29.4km，多年平均径流量8900× 104m3。松华坝水源保护区地质条件比较复杂，地貌结构多样，气候属山地季风气候，植被类型较为丰富，以常绿针叶林、灌丛为主，现保护区森林覆盖率为62.97%［9］。保护区多年平均降雨量为998.6mm，多年平均气温15.1℃。其保护范围行政区划涉及盘龙区的双龙乡及松华乡、滇源镇及阿子营乡［10］。保护区农业人口占96.6%，产业结构主要以种植业和养殖业为主，种植业主要以粮食作物、蔬菜瓜果和烤烟为主，其中坝区主要种植水稻、包谷、小麦、大豆、烤烟、洋芋、蚕豆、花卉；养殖业主要以畜禽养殖为主，主要有牛、马、羊、猪、鸡、鸭等，是典型的山地农业流域。

1.2 研究方法

收集整理了2004—2010年《中国农村统计年鉴》、《云南统计年鉴》及农业统计资料等，对松华坝流域的自然环境、主要产业结构、污染源等情况进行详细调查，并对流域内水样进行采集分析。

1.3 采样与分析

昆明地区降水特点为：每年2—5月为枯水期，6—9月为丰水期［9］。枯水期基本没有降水及径流产生，径流小区及生活污水处理池基本处于干涸状态，无农田径流和农村生活污水汇入牧羊河、冷水河。在丰水期，由于降水与径流的产生，农田径流和农村生活污水汇入牧羊河［11］、冷水河。因此，本研究在丰水期对水源区的农田径流、农田生活污水、牧羊河、冷水河及松华坝库区等进行取样监测，分析不同污染源、不同种植类型以及居民生活污染对河道水质的影响。分析方法均采用国标法［12］，总氮 （TN）用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，总磷 （TP）用过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法。

1.4 污染负荷计算方法

养殖业污染负荷＝畜禽年养殖量×畜禽粪尿年污染物排放量×污染物流失率［13］；种植业污染负荷＝肥料养分投入总量×养分流失率；农村生活污水排污量＝农村人均生活污染排放量×农村总人口［14］。

2 结果分析

2.1 农业面源污染来源

2.1.1 农村生活污染

生活污染源包括居民产生的生活污水和人粪尿。松花坝水库水源保护区的村民基本不使用水冲厕所，以旱厕为主，农村人口产生的粪便在水源区内绝大部分以旱厕及堆肥的形式进入农田，再通过农田进入水体［15］。村落污水非汛期常以高浓度状态聚集于村落洼地及沟渠之中，汛期暴雨将其一起携带入库，直接污染库区水体，所以雨季过后经常形成水库周边水域的高污染带。

据调查，松华坝水源保护区人均日用水量在40L／人以上，按照生活污水排放系数0.85计算，则人均日排放到环境中的污水有34L。2010年水源保护区人口总数为76648人，城镇人口数为3300人，按照每人每天平均排粪0.25kg、尿2kg计算［15］，可知松华坝水源区生活污染负荷为：污水量73.6×104t，TN 416.3t，TP 186.01t，COD 2 252.9t（表1）。

表1 生活污染负荷统计 （t／a）

2.1.2 农村生活垃圾

松华坝水源保护区内按每人每天产生生活垃圾0.286～0.6kg（数据来源于2003年《滇池流域面源污染控制技术研究—农村固体废弃物调查报告》，昆明市环境监测中心）计算，每年生活垃圾产生量为8001～16786t。根据统计，2010年保护区内非农业人口3300人，占保护区人口的4.3%，因此未处置生活垃圾总量占生活垃圾产生量的95.7%，为7657～16064 t，水库水源区农村生活污染年产生污染物负荷为TN 292 t、TP 146t。

通过实地调查，水源区大部分村落垃圾进行了处理，但还有一部分未得到妥善处置 （其中混杂有一些农业生产废弃物如：农用薄膜、农药瓶等），同时农户习惯将农家肥在田边、沟渠、路边堆砌，这种没有任何处理、防护措施的现象相当普遍，由此产生的渗滤液、细菌、农药残留物和一些较难降解的塑料类垃圾，雨季在降雨的冲刷下均进入水体，是造成保护区面源污染的一个重要因素。

2.1.3 农业种植固废

农业固废主要指在农业生产过程中产生的、不能有效利用，但可能会对环境造成污染的物质。经调查，这些农业固废都是直接堆放在田间。这些废弃物在自然条件下分解后产生的腐殖质通过地表径流进入水体，对水体环境造成一定的氮磷污染负荷，因此需要计算农业固废的污染负荷量。

根据白邑乡 “秸秆还田实验项目”得到的各类农作物废物产生系数计算，全区种植作物固体废弃物产生量为31160t／a，其中玉米所占比例最大，为43.0%，其次为小麦、大麦及蔬菜，分别占24.4%、11.8%。水库水源区农业种植固废年产生污染物负荷为TN 1 403 t、TP 184 t。具体种植固废产生量构成如图1。

2.1.4 农田化肥

保护区种植业主要以粮食作物、蔬菜瓜果和烤烟为主，其中坝区主要种植水稻、包谷、小麦、大豆、烤烟、洋芋、蚕豆、花卉。区域内农业生产主要施用尿素、三元复合肥、硝酸钾、碳酸氢铵、普钙、有机肥等，氮肥、磷肥平均施用量 （均为折纯量）分别为3099.5t／a、1751.0t／a［16］。据统计：水源区每年使用化肥量为6535.34t；农药使用量为138.96t；水库水源区农田化肥施用年产生污染物负荷为TN 3365t、TP 2031t。

化肥的使用有力地推动了农作物增产，但过量、不均衡施肥，不仅降低了农产品品质，还会增加“温室气体”，加剧水体的 “富营养化”，给环境带来严重污染。为改善生活质量，松华坝水库上游大多采取“高化肥、高农药”的传统种植方式，这些来自农田中过量的化肥被暴雨冲刷后汇入河道水体最终进入到松华坝水库，对饮用水水质及饮水安全造成影响［17］。对水库流域区的调查显示，氮肥与磷肥的施用量尤为突出，是导致水库氮磷污染的重要因素。具体的磷肥、氮肥施用空间分布见图2和图3。

2.1.5 畜禽粪便

水库周边畜禽养殖主要有牛、马、羊、猪、鸡、鸭等，目前仍以农户散养为主，集约化程度较低，饲养期相对较长，产生的污染物也较多。畜禽粪便虽然大部分可以作为农家肥还田，但营养物的转化率低，粪便中氮、磷及其它营养物会因降雨淋溶到土壤环境中，最终在地表径流和侵蚀泥沙的携带下进入到地表水体中。

2010年松华坝水源区有牛19789头、猪116583头、羊39581只、鸡218267只、鸭3508只。根据抽样调查，松华坝水源区农村畜禽粪尿综合排放利用率为77.1%～96.7%，利用方式以还田为主，核算松华坝水源区2010年畜禽养殖排放污染负荷为：粪尿1.96×104t，化学需氧量373.0 t，总氮排放量132.6 t，总磷排放量35.7 t。由以上数据汇总整理可知水库水源区畜禽粪便年产生污染物负荷为TN 2 048.1 t，占27.3%；TP 491.3 t，占8.4%。

表2 松华坝水源保护区主要畜禽养殖污染物核算汇总 （t／a）

2.2 水质分析

通过对松华坝水源区的水样进行实验整理，可得到各采样点的分析结果 （表3）。从表3可以看出：农田种植小区内的TN浓度明显高于其它采样点；排水口由于靠近种植园，生活污水、垃圾等的流入，导致TN、TP浓度高；冷水河上、中游的TN浓度呈明显上升趋势，在下游入库口稍有下降，TP浓度在上游即冷水河源头青龙潭最低，随着农田径流、生活污水、人粪尿等的排入以及人类的社会活动而程递增趋势，在入库口浓度值最高；牧羊河的TN浓度从上游至下游波动上升，说明降雨冲刷导致氮的升高强于降雨稀释及河道降解，总磷从上游至下游依次降解，说明降雨稀释和河道降解作用明显，这种变化趋势说明，牧羊河流域水土流失严重，由此产生的污染物浓度较高；库区主要是TN浓度超标，由此可见，研究区农业面源污染以氮素污染为主。

表3 松华坝水源区各采样点水质指标值 （mg／L）

2.3 农业面源污染氮磷负荷解析

2.3.1 总氮负荷解析

产生量：农村生活污水氮产生量以实测值计算；人粪便含氮0.65%；牲畜粪便含氮0.55%，农田化肥氮磷以2010年农村综合统计报表量计算；农业种植废弃物含氮4.5%；生活垃圾含氮1.74%。经统计估算，2010年流域总氮产生量7532 t／a，其中农田化肥占44.7%，畜禽粪便占27.3%，农业种植固废占18.6%。

流失量：未利用的氮通过各种途径流失到面源中对环境造成影响。各污染源氮流失率分别为：农村生活污水按产生量计；人粪便氮10%，牲畜粪便氮10%，农田化肥氮50%，农业种植废弃物氮5%；生活垃圾95.7%。经统计估算，2010年流域总氮流失量2227t／a，其中农田化肥占75.6%，生活垃圾占12.5%。总氮污染负荷构成见图4。

2.3.2 总磷负荷解析

产生量：农村生活污水磷产生量以实测值计算；人粪便含磷0.3%；牲畜粪便含磷0.13%；农田化肥磷以2010年农村综合统计报表量计算；农业种植废弃物含磷0.59%；生活垃圾含磷0.87%。经统计估算，2010年流域总磷产生量2781t／a，其中农田化肥占73.0%。总磷污染负荷构成见图5。

2.3.3 氮磷污染来源贡献及流失统计

在流域氮磷产生和流失量的构成中，农田化肥污染负荷的贡献比例最大，具体见表4。

表4 松华坝流域区氮磷污染来源贡献及流失统计

3 结论

（1）TN负荷为7532.3t／a。其中农田化肥的TN年污染负荷产生量为3365t，在总的污染负荷量中所占比例最大，为44.7%。而农村生活污水的TN年污染负荷产生量为22.7 t，在TN污染负荷量中所占比例最小，为0.3%。各污染源产生的TN负荷大小顺序为：农田化肥＞畜禽粪便＞农业种植固废＞人粪便＞农村生活垃圾＞农村生活污水。

（2）TP负荷为2781.01t／a。TP的年污染负荷产生量最大的污染源为农田化肥，其值为203.1 t，占总污染负荷量的73%。而农村生活污水的TP年污染负荷为4.31 t，在TP污染负荷产生量中所占比例最小，为0.2%。各污染源产生的TP负荷大小顺序为：农田化肥＞畜禽粪便＞农业种植固废＞人粪便＞农村生活垃圾 ＞农村生活污水。

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Research of Nitrogen and Phosphorus Pollution Load from Non－point Source in the Songhuaba Reservoir Basin

HAO Fei，SHIJing，ZHANG Nai－ming，HU Xing－gang
（Department of Resources and Environment Science，Yunnan Agricultural University，Kunming Yunnan 650201 China）

Agricultural non－point source pollution load and its percentage in the Songhuaba Reservoir Basin were calculatedbased on collecting base date，field survey，and test in the lab.The results showed that the total amount of total nitrogen（TN）entering into thewater body was7532.3 tons per year.The amountof TN from fertilizerswas 3364 tons accounting for 44.7%with the highest percentage among all pollution sources.The amount of TN from the domestic wastewater accounted least for 0.3%with 22.7 tons.Two thousands seven hundreds and eighty－one tones of total phosphorus entered into thewater body per year.The fertilizer has become one of themost contributors with 203.1 tons（73%）per year.

agricultural non－point source；pollution；nitrogen；phosphorus；Songhuaba reservoir

X52

A

1673－9655（2014）06－0010－05

2014－05－13

云南省教育厅重大项目（ZD2011001）。

郝斐 （1987－），女，在读研究生，主要从事水环境与农业面源污染研究。

张乃明 （1963－），男，汉族，教授，博士生导师，主要从事湖泊治理与面源污染控制研究。