川中丘陵区典型小流域治理对地表水水质的影响

杨占彪，邵继荣，杨远祥，刘慧霞，冷 燕，刘 飞，朱雪梅

(四川西晨生态环保有限公司，四川 成都 611130)

川中丘陵区典型小流域治理对地表水水质的影响

杨占彪，邵继荣，杨远祥，刘慧霞，冷 燕，刘 飞，朱雪梅

(四川西晨生态环保有限公司，四川 成都 611130)

小流域综合治理；地表水；水质评价；川中丘陵区

随着现阶段农业生产和农村经济的不断发展，农村环境污染问题越来越突出，其中水污染已经成为一个不可忽视的问题[1]。农村污水的主要污染源是农村生活污水和农业生产过用施用的农药、化肥，以及畜禽养殖产生的粪便[2]。由于农村农业生产面积较大、居民点相对分散，因此农村污水具有时空分布范围大和不确定性等特点[3-5]。川中丘陵区处于长江上游生态屏障的最前沿，是长江流域、三峡水库水环境的重要影响区[6]，小流域是该区域的基本地形地貌单元，以小流域为单元进行综合治理已成该地区农业发展的主要模式。本研究以中国科学院盐亭农业生态实验站所在的截流村小流域为例，通过分析小流域内地表水水质，对小流域综合治理后的地表水环境特征进行评价，以期为川中丘陵区小流域综合规划提供参考。

1 研究区概况

本研究选择的截流村小流域位于四川盆地中北部的盐亭县林山乡，小流域由两个行政村截流村和林园村构成，地理位置为105°27′E、31°16′N。截流村小流域地处嘉陵江一级支流——涪江支流弥江、瑞江的分水岭上，海拔400～600 m，面积约0.35 km2。该区地形为中深丘，因水平砂泥岩互层形成多级梯地，沟谷切割较深，冲沟发育，相对高差10～200 m，谷底宽50～150 m，比降1/150，两侧山坡较陡，平均坡比1 ∶3～1 ∶10[7]。该区属于亚热带湿润季风气候区，年均降水量826 mm，分布不均，春季占5.9%、夏季占65.5%、秋季占19.7%、冬季占8.9%。本区土壤类型为水稻土和钙质紫色土[6]。植被类型为桤木和柏木人工混交林，土地利用以农地为主，其中旱地比重大。农作物以玉米、小麦、油菜、水稻、甘薯为主。

20世纪60年代，该区除旱地外，大部分为荒山草坡，生长着稀疏灌丛，燃料、木料、肥料、饲料“四料”俱缺。为了得到燃料和肥料，农民挖草根、铲草皮，导致土壤裸露，侵蚀严重，水质恶化[6-8]。2008年以来，截流村小流域得到综合治理，形成了以“山顶树林、山腰旱地、沟底池塘水田”为特点的农林水复合治理模式。

2 研究方法

2.1 样点布设

于2013年3—9月在截流村小流域的上游、中游和下游共布设8个样点(上游3个、中游3个、下游2个)，样点位置见图1，样点特征见表1。

图1 地表水采样点位置

表1 样点特征描述

2.2 样品采集

根据该地区降雨状况，分别于旱季(3、5月)和雨季(7、9月)进行采样，每个样点重复3次。样品采集好后迅速带回实验室，测定pH值后立即滴加浓硫酸酸化至pH值<2，放入4 ℃冰箱中保存，并及时测定。

2.3 观测项目及测定方法

2.4 数据处理

水质各指标间采用单因素方差分析(ANOVA)进行差异性分析；数据处理软件采用SPSS 13.0。参照我国《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)对水质进行评价，评价方法采用综合污染指数法，表达式为

(1)

(2)

式中：P为综合污染指数；Pi为某污染物单项污染指数；Ci为某污染物实测浓度；Coi为某污染物标准值。评价结果根据水质等级评价标准限值进行判定，具体见表2。

表2 水质等级评价标准限值

3 结果与分析

3.1 小流域地表水pH值的时空变化特征

水体pH值对水质具有重要的调节作用，同时会影响到水质各参数之间的动态平衡[9]。截流村小流域地表水pH值变化范围为6.9～8.2，整体表现为弱碱性(图2)。总体而言，旱季地表水pH值略高于雨季，主要是因为降水携带大量氮磷等物质，对水体有酸化作用。空间上看，旱季地表水pH值最大值出现在流域上游，最小值出现在流域下游；雨季pH值最小值出现在流域中游，流域上游和下游较大。

图2 地表水pH值时空变化特征

注：图中每一系列不同字母代表存在显著差异(p<0.05)，下同。

3.2 小流域地表水氮素各形态的时空变化特征

图3 地表水氮素各形态的时空变化特征

3.3 小流域地表水TP浓度时空变化特征

图4 地表水TP浓度变化特征

3.4 小流域地表水CODMn时空变化特征

在旱季和雨季，截流村小流域上游的地表水CODMn浓度均大于中游和下游(图5)，说明小流域上游有机物与无机可氧化物经过地表径流、生物及土壤等的自净作用后，在小流域的中游和下游有所降低。但无论雨季还是旱季，截流村小流域内不同部位地表水CODMn浓度均无显著差异(P>0.05)，这可能是由于该小流域内土壤和水体中有机污染物质含量较少，因此即使经过环境的自净作用后CODMn浓度降低幅度仍然很小。

图5 地表水高锰酸盐指数(CODMn)变化特征

3.5 小流域地表水水质评价

根据国家《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，截流村小流域地表水划定为Ⅴ类，即主要适用于农业用水及一般景观用水。表3综合污染指数评价显示，旱季小流域地表水综合污染指数P值上游最小(0.45)，而流域下游最大(0.65)，其水质均达到轻度污染程度；雨季小流域地表水综合污染指数表现为下游最小，而中游最大。山区旱作农业面源污染是导致水系统氮磷浓度增加的主要原因[11]，本研究中游布设的3个样点均位于旱地下面，雨水冲刷旱地后携带的污染物对其影响较大；而下游经过径流、底泥、生物净化和流域汇集较大水量的稀释作用后，综合污染指数反而下降。总体看，雨季小流域不同部位地表水水质均为轻度污染。

表3 地表水水质综合污染指数法评价

4 结 论

(2)截流村小流域pH值整体表现为弱碱性，且旱季略高于雨季；空间上旱季表现为上游>中游>下游，雨季表现为上游>下游>中游。

(3)截流村小流域不同部位地表水水质均属于轻度污染，且污染程度旱季下游>中游>上游，雨季中游>上游>下游。小流域综合治理3年后，农田氮磷物质仍然是其地表水主要的污染源，建议加大小流域内梯田和农田防护林建设力度，提高农田防护林对农田的保护功能。

[1] 曹杨,杨乐.徐州市农村地表水环境现状及污染防治[J].环境科技,2010,23(增刊1):116-118.

[2] 袁定浩,孔一江.村镇建设中农村污水处理设施的选择[J].环境科学与管理,2010,35(2):93-94.

[3] Carpenter S R,Caraco N F,Correll D L,et al.Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen[J].Ecological Applications,1998,8(3):559-568.

[4] Leon L F,Soulis E D,Kouwen N,et al.Nonpoint source pollution:A distributed water quality modeling approach[J].Water Research,2001,35(4):997-1007.

[5] Voutsa D,Manoli E,Samara C,et al.A study of surface water quality in Macedonia Greece:Speciation of nitrogen and phosphorus[J].Water,Air,and Soil Pollution,2001,129(1-4):13-32.

[6] 朱波,汪涛,徐泰平,等.紫色丘陵区典型小流域氮素迁移及其环境效应[J].山地学报,2006,24(5):601-605.

[7] 朱波,彭奎,高美荣,等.川中丘陵区土地利用变化的生态环境效应——以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站集水区为例[J].山地学报,2001,19(增刊1):14-19.

[8] 陈克亮,方琳,朱波,等.川中丘陵区小流域非点源氮污染特征——以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站小流域为例[J].西南农业学报,2003,16(增刊1):116-121.

[9] Hou Dekun,He Jiang,Lü Changwei,et al.Spatial variations and distributions of phosphorus and nitrogen in bottom sediments from a typical north-temperate lake,China[J].Environmental Earth Sciences,2014,71(7):3063-3079.

[10] 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.

[11] 刘方,朱健,罗海波,等.贵州喀斯特山区旱作土壤—水系统中氮磷迁移的变化特征[J].中国水土保持,2013(6):47-50.

(责任编辑 徐素霞)

S157.2

A

1000-0941(2015)12-0045-04

杨占彪(1979—)，男，甘肃会宁县人，副教授，博士，主要从事水土保持规划及科学研究工作；通信作者朱雪梅(1963—)，女，四川仁寿县人，教授，博士，主要从事水土保持规划及科学研究工作。

2014-12-10