徐州市农村水环境现状及风险评价

王海棠　刘 浩　陆启伟

(1. 徐州市环境监测中心站， 江苏　徐州　221006； 2. 徐州市铜山区发展改革委员会， 江苏　徐州　221100)



徐州市农村水环境现状及风险评价

王海棠1刘 浩1陆启伟2

(1. 徐州市环境监测中心站， 江苏徐州221006； 2. 徐州市铜山区发展改革委员会， 江苏徐州221100)

摘要：为了解徐州市农村地表水污染现状，选取市区周边8个具有代表性行政村，近五年来检出率较高的20种污染因子进行监测，利用单因子指数和内梅罗综合污染指数法对其进行分析，并对其环境风险进行了评价。结果表明，所选取的8个采样点耗氧量、氨氮、总氮、总磷、邻苯二甲酸酯类指标超标严重，重金属污染特征不明显；该市农村地表水总体处于中度和重度污染水平，对该地的地下水、农作物、土壤均存在环境风险。

关键词：农村；水环境；污染现状；风险

农村水资源是广大农民赖以生存发展的重要资源，既是农民生活用水的重要来源，也是农业灌溉用水的主要来源，还承担着维系农村生态平衡的重要作用。近年来，随着农村经济的发展，承载农村水资源的河流、地层、沟渠、河塘等水环境也在发生重大变化，不少沟渠、河塘消失、断流或被工业废水、生活垃圾、农资用品所污染，致使农村水环境不断恶化。徐州市是水资源相对缺乏的城市，多年人均拥有水资源量不到400 m3，低于江苏省水平，远低于全国平均水平，和国际上1 700 m3/人更是差距明显；特别是作为老工业基地、资源型城市，在经济高速发展的同时，农村的水环境问题也慢慢凸显出来。对该地区地下水污染研究的较多，有文献[1]报道，徐州北郊地下水中含有大量的重金属，其中85%的水样铅浓度超过饮用水标准，最严重的超标12倍，55%的样本中锰含量超标3倍以上，最严重的超标77倍；而农村地区的地表水，尤其是不在功能区的地表水研究较少，本研究通过选取有代表性的、与农民生活息息相关的地表水进行采样分析，客观评价农村的水质问题，并进一步分析由水污染问题导致的环境风险，为农村水环境的改善、农村经济社会和环境协调发展提供参考。

1　徐州农村水环境质量现状

1.1监测范围

根据对徐州市周边50个行政村进行调查，考虑到主要类型区域、主要污染源分布，主要包括农村地表水环境功能区划未覆盖的乡镇河道、农村水环境功能区划未覆盖的行政村水环境，选取有代表性的8个行政村的沟渠地表水进行采样，1个行政村原则上布设 1 个水环境监测点位，点位的选择要基本上能代表该行政村的水环境质量，或是流经该村的主要河流，或是水面比较大的塘，采水面下 0.5m水样。具体为：1#为位于该市的东部某村，在该村养殖场旁边的水渠采样；2#位于该市西南某村，在该村农副产品加工厂旁边的水渠采样；3#位于该市东南某村，在该村靠近农田沟渠采样；4#位于该市南部某村，在该村居民集中生活区采样；5#位于该市东北某村，采样水潭主要接纳石头加工厂污水；6#位于该市北部某村，采样地点附近有几家钢铁厂；7#位于该市西边某村，该采样点主要接纳牛羊、生猪屠宰厂污水；8#位于该市西北某村，该采样点周围有几家电动车装配企业。采样点布设见图1。

图1　徐州市农村地表水水质监测点位

1.2监测时间及监测项目

本次调查为2015年7月、12月各一次，每个水期调查一次，每次调查3天；监测项目为徐州市近五年地表水检出率较高的20种：pH、 COD、BOD5、TN、TP、NH3-N、F-、Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As、Fe、Mn、阿特拉津、苯、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(乙基己基)酯。

1.3主要实验仪器及分析方法

吹扫捕集气相色谱-质谱连用仪Agilent7890B-5977C；Agilent7890A-5975C气质联用仪，配 EI源 ，带7693自动进样器，分流/不分流进样口；液相色谱仪Agilent HPLC-1200；电感耦合等离子质谱仪Agilent 7500 ICP-MS。

pH、COD、BOD5、TN、TP、NH3-N、F-采用GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中规定的方法；苯系物采用HJ 639—2012《水质 挥发性有机物的测定 吹扫捕集/气相色谱质谱法》；阿特拉津采用HJ 587—2010《水质 阿特拉津的测定 高效液相色谱法》；邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(乙基己基)酯采用《水和废水监测分析方法》(第四版)气相色谱质谱法；Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As、Fe、Mn采用HJ 700—2014《水质65种元素的测定 电感耦合等离子质谱法》。

2　水质分析及评价

本文水质依据标准GB 3838—2002进行评价。由于所评价水质用途多样，基本水质因子按GB3838-2002中V类水质进行评价，其他项目按照饮用水源水特定项目进行评价，评价方法为2种，一种是最为常见的单因子水质评价法，该评价方法能准确描述水质因子各类参数的超标程度，采用的公式为

(1)

另一种是内梅罗水污染指标，该指标能综合反映某个水域的污染程度，采用公式

(2)

其中公式1和2中ρi为第i种污染物实测浓度，Si为第i种污染物水质标准[2]；8个监测点位的水质监测结果及用单因子指数法计算的标准指数I值和内梅罗综合污染指数PI值见表1和表2。

2.1耗氧量

化学需氧量COD和生化需氧量BOD5是反映水体中有机污染物的综合指标，从表1可以看出，8个采样点需氧量超标率达100%，其中1#、2# COD 和BOD5分别高达140、152 mg/L和80、72 mg/L，分别是地表水V类标准的3～8倍，且B/C大于0.45，可生化性较好，其他点位的B/C值也在0.4～0.5之间。原因主要在于原来农村地区沟渠主要用于农民生活用水和灌溉用水，后来有了手压井，甚至是自来水，农村的沟渠不再当作生活用水，村头的沟渠河塘与村民生活不再息息相关，沟渠慢慢的成为粪便的排泄场、垃圾的填埋场、污水的排放场。据统计农村人口每人每天产生生活垃圾1.0 kg[3]，而2015年徐州全市农村人口每天可产生400万kg垃圾，每年可产生生活垃圾约146万t，农村垃圾无害化处理率较低，不到50%，生活污水排放量7 000万t，占全市废水排放总量的57%。而且随着农民生活方式的城市化，生活垃圾的复杂化，加上农村污水处理厂建设投入不足，排向室外的污水或在街道上漫流，或沿排水明沟流到低洼处、沟塘水库及河流。长此以往，严重污染了地表水。

表1　主要污染物数值、单因子污染指数I值及内梅罗综合污染指标PI值(一)

表2　主要污染物数值及单因子污染指数I值(二)

注：①nd表示未检出，除pH之外，其他污染物数值单位均为mg/L；②所有污染物监测数据均为2015年7月、12月两次监测的平均值

2.2氨氮、总氮、总磷

从表1可以看出，8个点位氨氮和总氮平均浓度分别为3.2 mg/L和4.75 mg/L，分别超标1.6倍和2.2倍，其中1#、3#、7#超标较为严重，1#、7#分别是养殖厂和牲畜屠宰场，主要超标原因是畜禽粪便，3#是农业面源污染。据统计[4]，2010年我国畜禽养殖业主要水污染排放量中氨氮排放量是当年工业源排放量的2.3倍，《第一次全国污染源普查公报》中畜禽养殖业的氨氮排放量占农业源氨氮排放量的78%，占全国氨氮排放量的41.5%。2015年，徐州农业源氨氮排放量占全市氨氮排放总量的30%；对太湖、巢湖、滇池“三湖”富营养化的成因分析表明，造成水体富营养化的污染源主要来自生活污水和农田的氮流失，工业废水对TN的贡献率仅占10%～16%[5]。按照商品猪160天生长期内，每头猪每天产总氮30～50g计算，徐州每年生猪出栏量600万头；每年可排放总氮240t[6]。8个点位总磷平均浓度0.72 mg/L，超标1.8倍，超标较高的点位为6#和7#，可能是生活污水排放和部分工业污染；8#总磷超标较多，考虑可能是附近集中的电动车装配企业酸洗磷化废水污染所致，磷化废水磷酸盐浓度达100 mg/L[7]。5#较为清洁，主要是该点位位于石头加工企业附近，该地方人员相对稀少，而且在石头加工过程中主要工艺是打磨，不需要用到化学药剂，主要污染物为非溶解态物质，因此其他指标也不超标。

2.3重金属及氟化物

从表1、2数据可以看出农村水质重金属含量水平低，对于Se、 As、 Cr、 Pb四种金属，除了6#点检出微量总铬、Pb接近标准值外，其它点位这4种金属均检查出。可能由于皮革加工厂在铬糅过程中，少量废水渗入所致。而对于Cu、Fe、Zn、Mn均有检出，但都不超标， 6# Fe、Mn接近标准；可能是地质原因所致，徐州地质状况属于岩溶地区，水质硬度大，含氟量高[8]，而6#由于附近的几个钢铁加工厂排放的废水，Fe和Mn均接近标准值，Pb虽然不超标，但是也接近标准限值；另外8个采样点的含氟量虽然都不超标，但是比其他地区明显要高，平均值为0.94mg/L，含氟较多。

2.4有机污染物

阿特拉津是目前使用较为普遍的一种除草剂，使用量很大，半衰期为85天，由于其被认定为内分泌干扰物质，目前也受到关注[9]。资料显示，只有10%～20%的农药附着在农作物上 ，而80%～90%则流失在土壤 、水体和空气中，在灌溉和降水的作用下污染地表水，目前在饮用水中也有检出[9]，本研究监测3#点位虽然位于农田区，但随着其他高效低毒除草剂使用，代替了阿特拉津，因此并未检出。而对于苯、甲苯，虽然目前农村装修、建材中也经常使用，但由于其密度比水小，而且不溶于水，也未被检出；从表2中可以看到两种酯类物质超标严重，最高超标了20多倍，酯类是增塑剂，具有生物和生殖毒性，目前在农村反季蔬菜种植中大量使用，而且其被反复使用的难度较大，一般都是一次性使用，污染极为严重，需要引起重视。

2.5综合风险评价

内梅罗综合污染指数是反映水体综合污染水平的指标，可以反映水体对人类健康影响的综合水平和水体重复利用的价值，本文从地表水基本项目出发，利用公式2计算出的8个点位的内梅罗综合污染指数见表1，结合表3[2]，可以看出，在所调查的8个农村地表水中，处于严重污染的水体3个，占37.5%，其余5个为轻污染，污染等级属于清洁和轻清洁的水比例为0，水体污染现状堪忧。主要存在3种风险：一是土壤风险，土壤污染主要是重金属污染和有机污染，虽然几个水样中检出的重金属含量并不高，但是由于重金属的迁移转化率低，通常残留量很大，而且在土壤中移动性差、滞留时间长、不易被微生物降解；因此很容易在土壤中产生大量积累，污染土壤；二是农作物风险，本文8个监测点氨氮和总氮含量均超标，而且超标较高，而农村地区的水渠用量最多的就是灌溉，而水中的氨氮会影响农作物生长，氮含量过高导致作物徒长、晚熟、易患病虫害，而且作物根系吸收硝酸盐氮在钼的作用下转化为氨基酸和蛋白质，若钼的含量不足，导致硝酸盐氮在作物体内大量积累，硝酸盐氮是亚硝酸来源，含量过多引起高铁血红蛋白症，在一定条件下转化为亚硝胺，引起人体或者动物的恶性肿瘤；三是地下水风险，污染物通过渗漏、淋溶等途径进入地下含水层，造成地下水污染，沟渠河道对地下水的带状污染，加上徐州又是岩溶地区，地下水总硬度本底值高，一旦污染，其地下水质将更差。

表3　污染等级与综合质量指数PI关系

3　结论

徐州农村地表水耗氧量、氨氮、总氮、总磷、邻苯二甲酸酯类指标超标严重，平均超标2～5倍，邻苯二甲酸酯类超标高达20倍以上；重金属污染特征不明显，但本底值较高，抗风险能力弱；利用单因子指数法和内罗梅综合污染因子评价徐州市地表水总体处于中度和重度污染水平，对该地的地下水、农作物、土壤均存在环境风险。因此必须多措并举，因地制宜的对农村污染从管理、投入、法律、技术等各个层面进行治理，才能从根本上保持农村经济的可持续发展。

参考文献

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[2]李洪良, 黄鑫, 管郑颖, 等. 污水灌溉对地表水污染风险的量化分析[J]. 水利科技与经济, 2011, 17(8): 1-3.

[3]姚伟, 曲晓光, 李洪兴, 等. 我国农村垃圾产生量及垃圾收集处理现状[J]. 环境与健康杂志, 2009, 26(1): 10-12.

[4]孟祥海, 张俊飚, 李鹏, 等. 畜牧业环境污染形势与环境治理政策综述[J]. 生态与农村环境学报, 2014, 30(1): 1-8.

[5]王振兴, 许振成, 等. 畜禽养殖业氨氮总量控制减排技术评估研究[J]. 环境科学与管理, 2014, 39(3): 53-58.

[6]徐州统计局. 徐州市国民经济和社会发展统计公报[R]. 2014.

[7]张会展, 赵明军, 吴值坚. 酸洗磷化废水处理工程实例[J]. 工业用水与废水, 2009, 40(6): 93-94.

[8]李玉前.徐州城市饮用水源地水质安全保障评价及保护措施[J]. 能源技术与安全, 2009, (1): 87-89.

[9]李绍峰, 朱静, 李铁晶. 阿特拉津降解菌株的分离、鉴定及降解特性研究[J]. 环境科学, 2016, 33(9): 3214-3219.

收稿日期：2016-02-23；2016-04-21修回

作者简介：王海棠，女，1983年生，硕士，工程师。研究方向：环境有机类污染物监测研究。E-mail:45477213@qq.com

中图分类号：X824

文献标志码：A

A study on the status quo of water environmental quality and the risk assessment in rural areas of Xuzhou City

Wang Haitang1, Liu Hao1, Lu Qiwei2

(1.Xuzhou Central Environmental Monitoring Station, Xuzhou 221006;2.Tongshan District Committee of Development and Reform , Xuzhou 221100)

Abstract:In order to understand the status quo of surface water pollution in rural areas of Xuzhou, eight representative villages were selected to monitor 20 pollutants with high detection rate in the past five years. The single factor index and the Nemerow pollution index method were used to analyze and evaluate the environmental risk. The results showed that COD, BOD, NH3-N, TN, TP and phthalic acid ester greatly exceeded the relevant standards for samples in 8 sampling points selected, while the heavy metals pollution was not significant. Generally, surface water in rural areas of the city is at medium and severe pollution levels, posing environmental risks to the ground water, crops and soil in the areas.

Keywords:rural area; water environment quality; status quos; risk