淳安县农作物种植对千岛湖水质的影响

陈琴，冯晓飞，沈海萍，黄笑逸

(浙江省生态环境科学设计研究院，浙江 杭州 310007)

农作物种植所产生的面源污染，是指在农业生产中使用的化肥、农药等物质由于使用量较大，超出作物的生长利用率和自然降解率，剩余的物质进入水体，给水环境带来的严重影响[1]。千岛湖水库坝址以上的流域面积达10 442 km2，其中60%的流域面积(汇水区)在安徽省境内[2]。安徽段和浙江段(淳安县)对千岛湖水体的氮磷污染贡献比与其水量贡献比基本上呈正相关[3]。因此，要改善千岛湖水质，对淳安本地的污染进行治理也是十分重要的一面。

淳安县是一个山区农业大县，农业人口众多。近年来，当地工业占比不断降低，工业排放量也显著减少，而农业面源污染仍然量大面广。农业生产、农民生活所带来的农业面源污染是当前千岛湖水质受污染的最大因素。化肥施用量的持续增加导致随农田径流流失的氮、磷不断上升，水质质量也受到严重威胁[4-5]。同时，农业作为淳安大量农民的主要收入来源，其重要性在未来的很长一段时间仍十分突出。新形势下，千岛湖的主要功能从发电、旅游变为饮用水源地。2019年9月，浙江省宣布全面启动淳安特别生态功能区建设。与此同时，千岛湖配供水工程正式通水。千岛湖的保护直接关系到长三角大量人口的饮用水安全，因此，加强淳安县的农业面源污染控制迫在眉睫。本文重点关注淳安县农作物种植情况，分析其对千岛湖水质的影响，并提出相应对策建议。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

淳安县位于浙江省西部，面积4 427 km2，是浙江省陆域面积最大的县。淳安县拥有一流的生态环境资源和旅游资源，千岛湖被誉为“天下第一秀水”，水质在全国61个重点监测的湖泊(水库)中名列前茅。淳安县自然资源丰富，山林面积35.8万hm2，林木蓄积量全省第一。独特的湖区小气候孕育了蚕桑、茶叶、干果等众多优质农产品，被评为全省农业综合强县。

1.1.1 淳安县农业产业现状

2013—2017年，全县地区生产总值从173.3亿元增长到255.70亿元，第一产业增加值逐年缓慢上升，从28.66亿元提高至36.25亿元。全县农业以茶叶、蚕桑、水果、中药材为主，但人均耕地少，多为山地、坡地。2017年全县农作物种植面积为4.17万hm2，茶园面积为1.24万hm2，蚕桑面积为0.59万hm2，果园面积0.85万hm2。粮食总产量为8.43万t，茶叶产量4 591 t，蚕茧产量2 284 t，水果产量11.76万t。

1.1.2 千岛湖水质现状

根据2014—2018年的水质监测情况，千岛湖全湖平均水质指标中：高锰酸盐指数和氨氮都属于Ⅰ类；总磷在前期保持为Ⅰ类，但在2016年和2018年下降到了Ⅱ类；总氮在2014年为Ⅲ类，但之后几年都是Ⅳ类。2014—2018年千岛湖的水质变化情况如表1所示。

表1 2014—2018年千岛湖全湖平均水质变化情况

在水质营养状态方面，近年来千岛湖水质均达到湖库Ⅱ类标准，全湖平均透明度保持稳定，但营养状态指数有所升高。2015—2018年千岛湖的水质营养状态如图1所示。

图1 2015—2018年千岛湖水质营养状态

1.1.3 淳安县地表水水质现状

淳安县对23个乡镇的主要入湖溪流进行交接断面水质考核。在这23个乡镇交接断面中，有19个断面是千岛湖入湖断面，其中：2014—2018年，入湖断面全部达到河流Ⅱ类水质标准，其中达到Ⅰ类标准的断面数量：2014年15个，2015年10个，2016年14个，2017年18个，2018年11个。入湖水质呈现一定波动。

2018年，23个乡镇交接断面中Ⅰ类水质断面14个(占60.9%)，Ⅱ类水质断面9个(占39.1%)，定类因子为总磷，入湖溪流水质在部分断面有所下降。2018年总磷>0.2 mg·L-1的断面有9个，总磷较2017年升高的断面有17个，占73.9%；2018年总氮>1.5 mg·L-1的断面有5个，多于2017年的4个，2018年总氮较2017年升高的断面有10个，占43.5%。2014—2018年淳安县入湖断面水质变化情况如图2所示。

图2 2014—2018年淳安县入湖断面水质变化情况

1.2 分析方法

皮尔逊(Pearson)相关系数(r)主要用于度量区间变量(x与y)间的线性相关[6-7]，值越接近于1，表明x与y的相关程度越高。其中：若r=-1，表明x和y之间为完全负线性相关的关系；若r=1，表明x和y之间为完全正线性相关的关系；若r=0，表明x和y之间不存在线性相关关系。

本文采用SPSS 19.0软件对淳安县农作物种植情况和乡镇交接断面水质指标进行Pearson相关系数分析。

2 结果与分析

2.1 茶叶、蚕桑、果园、粮食种植与水质的相关性

本研究收集了淳安县23个乡镇2013—2017年的粮食作物、茶叶、蚕桑、果园的播种面积和总产量数据，以及2013—2017年23个乡镇交接断面的水质指标，包括pH值、高锰酸盐指数，以及氨氮、总磷、总氮含量，并开展Pearson相关性分析，结果如表2所示。

表2 淳安县各乡镇农作物种植指标与水质指标的相关性分析

粮食作物的播种面积分别与高锰酸盐指数和氨氮含量呈显著正相关，茶叶的播种面积与高锰酸盐指数、总磷含量、总氮含量呈现出显著负相关性，蚕桑的播种面积与氨氮含量呈现显著正相关，果园的播种面积与高锰酸盐指数、氨氮含量、总磷含量、总氮含量呈现出极显著正相关性。但上述各项相关系数的绝对值均小于0.4。

粮食作物的总产量与高猛酸盐指数呈极显著正相关，与氨氮含量呈显著正相关；茶叶的总产量与pH值呈现显著负相关；蚕桑的总产量与氨氮含量呈现极显著正相关，与总氮含量呈现显著正相关；果园的总产量与氨氮含量、总磷含量、总氮含量呈现极显著正相关。以上各项相关系数中，仅果园的总产量与总氮含量的相关系数的绝对值大于0.5，说明果园的总产量与总氮含量的相关性最为紧密。

2.2 原因分析

相关性分析结果显示，果园的规模，包括播种面积和产量，与部分水质指标显著相关，其中，果园的总产量与总氮的关系更值得关注，果园的总产量越高，水质指标中的总氮含量越高。分析其原因，氮和磷都是果树成长中所需的重要元素。氮元素是植物体内氨基酸的组成部分，是构成蛋白质的成分，也是叶绿素的组成部分。施用氮肥不仅能提高农产品的产量，还能提高农产品的质量。磷肥的主要作用是加速作物根系的生长，促进作物对水分和养分的吸收，促进果树等作物的花芽分化和开花结实，提高作物结果率，还可以增加作物的抗逆性，提高其抗寒、抗旱、抗盐碱和抗病的能力。在现行的生产工艺和生产模式下，果园产量一般与化肥和农药的施用量有直接关系。因此，果园产量对水质指标的变化有较大贡献。这也间接反映出了化肥、农药施用对水质的较大影响。

相关性结果还表明，茶叶的播种面积与水质指标有一定的负关联。分析其原因，可能是因为茶叶种植过程中通常会形成规模化的茶园，当茶树种植形成了规模化的茶园之后，便能够有效控制水流的速度，在一定程度上能预防水土流失，起到截留拦截作用，减少对水体的污染[8]。

3 讨论

本研究围绕淳安县的农作物种植情况与千岛湖水质指标进行相关性分析，发现当地农作物的种植规模和总产量与水质指标的变化存在一定的相关性，其中，果园的播种面积、总产量与水质指标的相关性最为明显。

有鉴于此，特提出如下对策建议。

3.1 进一步控制化肥农药施用量

进一步健全化肥、农药双控制度，通过政策激励和利益引导，严格控制化学农药和化学肥料的施用量，从源头减少氮磷污染负荷。结合生态循环农业[9-10]，逐步在千岛湖沿岸缓冲区内的耕地、园地上开展科学施肥，减少面源污染直接入湖。密切关注水体总氮、总磷的变化趋势，开展全流域总氮、总磷排放监测调查与统计，实现精准防控。开展绿色农产品生产基地建设，全面推广分区限量施肥、病虫草害综合防治等农业清洁生产技术。提高森林质量，稳定森林覆盖率，减少因水土流失引起的氮、磷入湖，保护千岛湖水质不受影响。

3.2 加强河流下游、河口段的生态拦截

在主要出流径流地段采取建设生态滞留带、梯级湿地等措施，改善园地水流条件，延长园地出水停留时间，减少径流携带污染物的入湖量，切实减少园地对水体的污染。在小坡度的平缓地区，采取农田尾水生态净化措施，提升农田沟渠、塘坝的生态自净功能。采取园地生草、植物篱、秸秆覆盖等措施，增加地表覆盖率，提高土壤水源涵养力，实行径流生态拦截。同时，优化园地排水系统设计，减少水土流失。