玉米和草药种植对地表径流污染状况调查研究

张雷

（辽宁省生态环境监测中心，辽宁 沈阳 110161）

1 引言

农田面源污染地表径流主要指借助灌溉、降水、退水等将农田土壤表面或土体中的氮、磷等水污染物向地表水体径向迁移的过程，是农田面源污染产生的重要途径之一［1］。国内对面源污染着重于理论方面的现状和对策研究，缺少能够确定污染程度的相关数据支撑［2-6］。本研究开展对旱田作物由于降雨产生的地表径流水质的监测，分析辽宁省典型区域农田面源污染地表水基本情况，了解农业面源对水环境的影响程度，为环境管理提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 监测区块基本情况

结合监测区块的典型性（监测地块应位于粮食作物主产区）、代表性（监测地块的地形、土壤类型、肥力水平、耕作方式、灌排方式、种植方式应具有较强代表性）、抗干扰性（监测地块应相对独立），最终确定大石沟村草药有机种植区块及孤山子塘坝玉米种植区块为研究对象。

大石沟村草药有机种植区块位于抚顺市清原满族自治县英额门镇砬子前村松树沟。汇水面积约30 万m2，地势高程在400～470 m 之间，水流处最低，西北方向地势最高。农田面积约4.5 万m2，承包农户9 家。

孤山子塘坝玉米种植区块位于抚顺市清原满族自治县英额门镇孤山子村。汇水面积约135 万m2，地势高程在330～430 m 之间，水流北侧最低，东南侧较高，地块南侧地势最高。农田面积约20 万m2，承包农户35 家。

2.2 监测方案

本次调查研究从2020 年4 月中旬开始，截至10 月初，覆盖农作物的整个生长周期。河流、降雨的具体监测方案见表1。

表1 监测方案

2.3 化肥农药施加情况

2 个种植区块分别施肥2 次，未施药，详见表2。

表2 肥料施加情况

2.4 现场监测情况

降雨形成径流后，通过对雨水背景值及流经监测区块河流上、中、下游的水质开展布点监测，研究期间共监测了12 次降雨样品，其中前3 次降雨未形成径流，其余降雨均形成径流。

3 结果与讨论

3.1 农田径流污染物分布规律分析

由抚顺市草药和玉米种植区块在降雨过程中前期、中期和后期径流的水质监测结果可知，总体上径流中期污染物浓度高于前期和后期；降雨主要对化学需氧量、高锰酸盐指数、总磷和氨氮浓度影响较大，径流中期两地块4 项污染物平均浓度与前期和后期的均值相比依次升高65.5%，47.5%，141%，275%，见表3。

表3 监测区块径流前、中、后期污染物浓度变化 mg/L

3.2 河流上下游污染物浓度变化分析

根据草药和玉米种植区块附近河流的上游和下游水质监测结果可知，草药和玉米种植在降雨过程中对河流水质有一定的影响，其中总氮最为突出，两地块河流下游比上游总氮浓度平均升高36.2%；对化学需氧量和高锰酸盐指数影响不明显。草药区块上下游污染物浓度变化见图1。

图1 草药区块上下游污染物浓度变化

玉米区块上下游污染物浓度变化见图2。

图2 玉米区块上下游污染物浓度变化

3.3 生长周期内降雨影响分析

在作物生长周期内，共监测到12 次降雨，其中，2020 年7 月11 日降雨为首次形成径流；8 月31 日降雨受台风影响，强度最大。对每次降雨的水质及农田径流水质进行比对分析可见，草药和玉米种植在降雨时对形成的径流水质有影响，与种植种类无关，化学需氧量、高锰酸盐指数、总磷和总氮4 项污染物浓度显著升高，尤其在8 月31 日强降雨时表现明显，4 项污染物两个地块的平均浓度较降雨背景值依次提升340%，1 570%，1 175%，3 889%，对氨氮基本无影响，见表4。

表4 降雨背景值与径流水质污染物浓度值 mg/L

4 结论

（1）草药和玉米种植在降雨时对形成的径流水质有影响，与降雨强度成正比，与种植种类无关；（2）径流过程中，表现为径流中期污染物浓度高于前期和后期；（3）施肥后，其首次降雨产生的径流水质受污染程度最大，其后随着时间的推移受污染程度逐渐减小，化学需氧量、高锰酸盐指数、总磷和总氮4 项污染指标浓度显著升高，对氨氮基本无影响；（4）降雨形成径流对河流水质有一定的影响，其中总氮最为突出。