昆明市松华坝水库流域氮磷非点源污染产生负荷估算

包 立，康宏 宇，胡兴钢，张乃明，，4，赵学通，徐红娇（1.云南省土壤培肥与污染修复工程实验室，云南 昆明 650201；2.云南农业大学植物保护学院，云南 昆明650201；.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明650201；4.微生物菌种筛选与应用国家地方联合工程研究中心，云南 昆明 650217）

昆明市松华坝水库流域氮磷非点源污染产生负荷估算

包 立1，2，康宏 宇1，3，胡兴钢3，张乃明1，2，3，4，赵学通1，3，徐红娇1，3
（1.云南省土壤培肥与污染修复工程实验室，云南 昆明 650201；2.云南农业大学植物保护学院，云南 昆明650201；3.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明650201；4.微生物菌种筛选与应用国家地方联合工程研究中心，云南 昆明 650217）

以松华坝水库为研究对象，对水库水源区污染负荷产生量和入库量进行估算，结果表明：水源区各种污染源产生的负荷量为：TN＝527.41t／a，TP＝144.24t／a。畜禽粪便是流域氮磷非点源污染的最大产生源。各污染源产生的TN负荷量排列为：畜禽粪便＞农业固废＞生活垃圾＞化肥流失＞水土流失＞生活污水；TP负荷量情况排列为：畜禽粪便＞农业固废＞化肥流失＞水土流失＞生活垃圾＞生活污水。

氮磷污染；非点源污染；负荷；估算；松华坝水库；昆明

0 引言

非点源污染是指在较大范围内，在降雨径流的冲刷和淋溶作用下，大气、地面和土壤中的污染物以分散的、微量的形式进入地下或地表水体，并在水体中富集，从而导致水环境的污染［1，2］。对于城市集中式饮用水源地，非点源污染是影响水库水质的主要污染来源［3］。

昆明是我国重要的旅游、商贸城市，年人均占有水资源量301m3，仅为全国年人均占有量的11％，是全国14个严重缺水的城市之一［4］。松华坝水库既是昆明市最早开辟的饮用水源地，也是一个较为理想的集中式城市饮用水水源地［5］。水库位于昆明市北郊，盘龙江中游，属长江流域金沙江水系。松华坝水库每年为昆明市供水1.5～1.6亿m3，保证率达95％。近年来松华坝水库水质下降趋势明显，主要污染物是非点源带来的磷和氮［6］。从2013年的检测数据看，松华坝水库水质为II类，但是在雨季有时会出现藻类“水华”现象。造成水库局部水质下降和出现蓝藻的污染物主要来自农业非点源污染。就目前情况而言，对松华坝水库库区的基本状况、基础数据的调查与收集还远远不够，对水库水质变化原因、污染来源与贡献、水质演变机理、水环境容量及库区农业非点源污染控制技术等都缺乏系统研究。松华坝水库的水质关系着昆明市的饮水安全，必须高度警惕并采取有效措施加强水源区保护。为保障水库向昆明市供给饮用水的安全，针对松华坝水库水源保护区的非点源污染负荷的解析以及水库水环境容量的基础研究就显得极其重要。

1 材料与方法

1.1 松华坝水库研究区域概况

1.1.1 自然环境概况

松华坝水库位于昆明主城区东北部，南北长36km，东西宽24km，总面积约629.8km2。松华坝水库流域为盘龙江上游，属滇池流域金沙江水系，发源于阿子营乡的白沙坡，流入松华坝水库后，流经昆明市注入滇池，全长104km。松华坝水库面积8.07km2，多年平均径流量2.01亿m3，设计正常水位1965.8m，相应库容1.05亿m3，牧羊河与冷水河是流域内常年流水河流，基本控制全流域地表水，牧羊河、冷水河及其支流和龙潭构成了流域内水系的基本形态。牧羊河与冷水河以梁王山为分界岭，左边是牧羊河为盘龙江正源，右支是冷水河。牧羊河发源于梁王山西北的碴啦箐，流经牧羊坝子，经马军、迤者、回龙村至黄石岩进入盘龙区小河村汇入冷水河，始称盘龙江，全长 57.6km，径流面积386km2。冷水河发源于嵩明县的白邑乡秧田冲村后山，于小河村东南相交牧羊河后入盘龙江，全长28.4km，径流面积144km2。

图1 松花坝水库流域地理位置水系图

1.1.2 行政区规划及人口

松华坝流域包括滇源镇（18个村委会）、阿子营乡（14个村委会）、松华乡（8个村委会）、龙泉办事处、双龙乡5个乡（镇），共计45个村委会，325个村小组，分属昆明市嵩明县和盘龙区。根据2013年统计数据，流域共有家庭21808户，人口82653人，其中，农业人口占96.6％。

1.2 样品采集方法

生活污水：在水库径流区选取代表性农户收集自家生活污水到桶中，3d后进行污水量测量和采样分析，共收集12次。

生活垃圾：在水库径流区选取代表性农户，每户分发2个垃圾桶，1个垃圾桶用于收集农户自己的有机垃圾（包括厨房垃圾等），另一个垃圾桶用于收集农户自己的可回收垃圾（包括塑料、玻璃瓶、金属等）和有害垃圾（包括废旧电池、电路板等），共收集12次。

畜禽粪便：采集具有代表性的新鲜粪便样品共24个。

1.3 分析项目与测定方法

土壤全氮：半微量开氏法；土壤全磷：NaOH熔融钼锑抗比色法［7］。水样全氮：过硫酸钾氧化—紫外分光光度法；水样总磷：过硫酸钾氧化—钼蓝比色法［8］。畜禽粪便全氮：H2SO4—H2O2消煮—靛酚蓝比色法；畜禽粪便全磷：H2SO4—H2O2消煮—钒钼黄比色法。生活垃圾全氮：凯式定氮法［9］；生活垃圾全磷：钼酸铵比色法。

1.4 数据统计分析方法

本文数据采用EXCEL软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 松华坝流域农村生活非点源污染氮磷产生量负荷量

2.1.1 生活污水

由于在水源区，农业人口占总人口的比例达到了96.6％，比例非常高，所以水源区居民产生的生活污染可以按农村居民产生的农村生活污染来计算。通过在水源区采样的生活污水的统计数据，可得到农户污水产生量及污水排放量如表1。

通过人均污水排放量和氮磷污染负荷产生量，对农村生活污水氮磷污染负荷进行估算，得到水源区内居民生活污水中TN、TP的年产生量，具体数据见表2。水库水源区农村生活污水年产生污染物负荷TN为25.64t，TP为4.70t。

表1 人均污水产生量及氮磷排污系数

表2 居民生活污水污染负荷

2.1.2 生活垃圾

通过在水源区采样的生活垃圾的统计，可得到农户垃圾产生系数如表3。

考虑水源区产生的大部分生活垃圾得到处理，取垃圾流失率20％，则水源区生活垃圾产生量及污染产生量情况见表4。水库水源区农村生活垃圾年产生污染物负荷 TN为 79.38t，TP 为4.44t。

表4 生活垃圾污染负荷产生量

2.2 松华坝流域农业生产非点源污染氮磷产生量、负荷量

2.2.1 农业固废

取农业生产固废产生量为1000kg／亩·a，农业废弃物的综合利用率为95.00％，流失量为5.00％，TN的污染排放系数为1.00％，TP的污染排放系数为0.40％。可以根据水源区统计资料计算得到水库水源区农业固废年产生污染物负荷TN 为97.50t，TP为39.00t。

2.2.2 畜禽粪便

通过实地调查统计得到每头牛每天的粪便量为18.0kg，测得含水量为78.25％；每头猪每天粪便量为2.5kg，测得含水量为63.71％；每只羊每天产生的粪便量为1.0kg，测得含水量为65.42％；每只鸡每天粪便量为0.1kg，测得含水量为74.59％。通过对畜禽粪便的氮磷含量测算，以牛粪代表大牲畜粪便，鸡粪代表禽类粪便，人的排放系数参照云南省近年来开展的污染源调查结果，可得到水库径流区畜禽粪便排放系数如表5所示。

表5 粪便氮磷含量及日排放系数

水库周边畜禽养殖主要有牛、马、羊、猪、鸡、鸭等，根据2013年统计数据可得到松华坝径流区粪便污染负荷，见表6。水库水源区畜禽粪便年产生污染物负荷TN为317.75t，TP为95.65t。粪便TN污染负荷产生量为大牲畜＞猪＞羊＞禽类；粪便TP污染负荷产生量为大牲畜＞羊＞猪＞禽类。由于人及禽畜粪便污染负荷产生量与人口及畜禽的数量有关，因此人口多、畜禽数量多其产生的污染负荷量自然也就也大。

表6 禽畜粪便污染负荷产生量

2.2.3 农田排水

松华坝水库上游大多采取“高化肥、高农药”的传统种植方式，其中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。从资料中可知松华坝水库水源区农田的面积约为2627hm2，通过对相关资料和松华坝水库实际情况的分析得到单位农田排水污染负荷产生的总氮为2kg／亩·a，总磷为0.3kg／亩·a。农田排水污染负荷产生量＝单位农田污染负荷产生量×农田面积。通过计算得到农田排水年产生的污染负荷TN为78.81t，TP 为11.82t。

2.2.4 水土流失

水土流失污染负荷是指在土壤侵蚀条件下，积累在土壤中的氮磷随着水土流失过程而发生转移，最终进入一个水体从而产生污染负荷。因此它的主要过程是以土壤侵蚀过程为基础，并在其上耦合进入水体的污染过程［65］。因此，在参考相关文献的基础［66］上，采用如下负荷模型计算：

Ca＝A×Qa×η×10-6

式中：Ca—吸附态非点源污染物流失量（t／a）；A—土壤侵蚀量（t／a）；Qa—流失土壤中的氮磷污染物背景含量（mg／kg）；η—污染物富集比（无量纲）。

据研究，氮和磷的富积比通常在2附近变动，因此，本文选用2为富积比。

通过对水源区采集土样的分析，得出水源区土壤中氮的背景值为86.98mg／kg，磷的背景值为17.25mg／kg。2013年统计调查数据显示松华坝水源区水土流失面积158.95km2，其中，68.75％为轻度流失；25.70％为中度流失；4.53％为强度流失；1.02％为极强度流失；松华坝水库流域土壤侵蚀量为19.5万t／a。根据负荷模型，得到水土流失年污染负荷产生量，分别为 TN33.92t、TP6.73t。

表7 各污染源氮磷年负荷汇总

图2 送花坝水库流域非点源氨磷负荷产生比例

2.3 松华坝水库污染负荷解析

松华坝水库流域每年TN的产生量为527.41t，TP的产生量为144.24t。非点源TN主要来源是畜禽粪便，占40.23％；生活垃圾、农业固废、农田排水所占比例超过10％；生活垃圾和水土流失的贡献较少。非点源TP的主要来源也是畜禽粪便，占53.76％，农业固废是第二来源，占27.04％，其余的来源较少，都在10％以下。

3 讨论

在水库区研究中，国内已经有一些学者对区域内非点源污染的宏观特征与污染负荷量计算模型进行了初步研究。施为光等［10］在研究四川清平水库时，把流域非点源污染负荷分成地面径流污染负荷、地下径流污染负荷和壤中流污染负荷，并用水文学方法找出典型年河水中地下径流成分，然后分割出壤中流和地面径流，再根据实测的水质和流量资料计算出流域非点源污染负荷；刘瑞民等根据土地利用及覆盖变化对长江上游非点源污染进行研究［11］；龙天渝等对三峡库区非点源氮磷负荷进行计算后做出了预测［12］；刘亚琼等对北京地区农业非点源污染负荷做出估算［13］；耿润哲等对密云水库［14］和北运河［15］下游非点源污染负荷做出估算。针对滇池流域也有部分研究［16-17］。以上研究结果与本研究一致，充分证明流域非点源负荷模拟计算较为准确实用。

但是由于非点源污染具有空间上的广泛性，时间上的不确定性、滞后性、模糊性、潜伏性，信息获取难度大，危害规模大，研究、控制与管理难度大等特点，所以各污染源进入水库的途径错综复杂，相互交织，导致了在负荷估算中出现了部分污染物的负荷被重复计算，部分污染源的污染负荷量计算存在遗漏。本文在总结前人研究的基础上将水库水源区的非点源污染分成了农业非点源污染、大气沉降污染和水库内源污染三方面，然后再将农业非点源污染细分为农村生活污水、农业固废、畜禽粪便、农田排水、化肥流失和水土流失，然后通过这样的非点源污染负荷构成来估算非点源污染负荷。虽然污染物的来源已经分得很细，但仍然有计算遗漏的污染负荷部分，如浮游动物及鱼类的排泄物、藻类以及浮游动物残体在一定条件下分解释放氮磷回归水体，这些被遗漏的污染负荷对水库的污染负荷贡献与机理都有待进一步的研究。对于各污染源的污染负荷产生系数，在现阶段其实没有统一标准，而且这样的问题也表现在污染负荷入库系数方面，这增加了非点源污染负荷估算的难度。但如果在一个区域对所有污染源污染负荷产生系数和污染负荷入库系数都进行实验来获得又不太现实。因此希望今后能在一个比较大的区域进行污染负荷产生系数和污染负荷入库系数的研究，并从中找到一些共性的东西，让研究结果能应用到相似地区的污染负荷估算研究课题上。

4 结论

松华坝水库水源区非点源氮磷负荷量：TN为527.41t／a，TP为144.24t／a。

畜禽粪便的TN年污染负荷产生量最多为212.16t，在产生的TN污染负荷量中所占比例为40.23％。各污染源产生的TN年负荷量大小顺序为：畜禽粪便＞农业固废＞生活垃圾＞农田排水＞水土流失＞生活污水。

TP年污染负荷产生量最大的污染源也是畜禽粪便，为77.55t，占产生的TP污染负荷量的53.76％，而库区生活垃圾的TP年污染负荷量最少，为4.44t，在总的TP污染负荷产生量中所占比例为3.08％。各污染源产生的TP年负荷量顺序为：畜禽粪便＞农业固废＞农田排水＞水土流失＞生活污水＞生活垃圾。

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TheLoadEstimationofNitrogenandPhosphorusfromNon-point SourcesintheSonghuabaReservoirWatershed

BAOLi1，2，KANGHong-yu1，3，HUXing-gang3，ZHANGNai-ming1，2，3，4，
ZHAOXue-tong1，3，XuHong-jiao1，3
（1.YunnanSoilFertilizerandPrepairEngineeringLaboratory，YunnanAgriculturalUniversity，KunmingYunnan650201，China）

Theloadsofnitrogenandphosphorusgeneratedfromnon-pointsourcesintheSonghuabaReservoirwatershedwereestimated.Theresultsshowedthattheloadsofnitrogenandphosphoruswere527.41tonsperyear and144.24tonsperyearrespectively.Livestockandpoultrymanurewasthemajornon-pointsourcesofnitrogen andphosphorus.Livestockandpoultrymanurecontributedthemostnitrogen，followedbytheagriculturalsolid wastesandthedomesticwastesandthefertilizerlossanddomesticwastewater.Themostcontributorofphosphorus waslivestockandpoultrymanureaswell，followedbytheagriculturalsolidwastes.Thefertilizerlossandthewater andsoillosscontributedlesstothephosphoruspollution.Thedomesticwastesandwastewaterweretheleastcontributors.

nitrogenandphosphoruspollution；non-pointsourcepollution；load；estimationSonghuabaReservoir；Kunming

X52

A

1673-9655（2015）03-0001-06

2014-11-11

云南省教育厅科学研究基金项目—松华坝水库水源区面源污染负荷解析与控制机理研究（ZD2011001）。

张乃明，男，教授，博士生导师。