林秀春，張 宇，江明坤

(莆田學院環(huán)境與生命科學系，福建莆田 351100)

萩蘆溪是莆田市第二大溪流，近年來萩蘆溪流域特別是作為涵江區(qū)重要城市集中式飲用水源地的外度水庫水質(zhì)呈現(xiàn)變差的趨勢，直接影響到流域內(nèi)群眾的生活飲用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水安全，而農(nóng)業(yè)面源污染正是導致其水質(zhì)變差的主要原因［1-3］。污染負荷研究是農(nóng)業(yè)面源污染治理的關(guān)鍵，近年來國內(nèi)學者多采用流域水文分割法［4］、多模型方法［5］、輸出系數(shù)法［6-8］、PCRaster［9］、污染等標負荷法［10］等對流域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染負荷進行研究。由于農(nóng)業(yè)面源污染是水體富營養(yǎng)化的主要貢獻者，而氮磷元素又是水體富營養(yǎng)化的限制因素，因此本研究先采用輸出系數(shù)模型對萩蘆溪流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同污染源的TN、TP負荷進行估算，再用等標污染負荷法確定流域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要污染源類型，其結(jié)果可為防治萩蘆溪流域農(nóng)業(yè)面源污染、保障莆田市飲用水安全提供參考。

1 流域概況

萩蘆溪位于莆田市涵江區(qū)，地理坐標N25°29'—25°38'、E119°00'—119°12'，發(fā)源于莊邊鎮(zhèn)黃龍村，經(jīng)莊邊鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)、萩蘆鎮(zhèn)等于江口鎮(zhèn)注入興化灣，流域面積709 km2，主河道長60 km，河道平均坡降5.6‰，主要有湘溪、東泉溪、深溪和三叉溪4條支流。流域多年平均水資源總量6.02億m3，人均水資源占有量3 490 m3，高于全國平均水平(2 128 m3/人)，但低于全省平均水平(4 080 m3/人)。從數(shù)字上看，萩蘆溪流域?qū)儆谌珖Y源相對豐富的地區(qū)，流域內(nèi)建有外度水庫、東方紅水庫及涵江區(qū)飲用水源取水口，供應(yīng)涵江區(qū)等地50多萬人的生活飲用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

經(jīng)過調(diào)查，選取江口鎮(zhèn)、三江口鎮(zhèn)、國歡鎮(zhèn)、梧塘鎮(zhèn)、萩蘆鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)、莊邊鎮(zhèn)、新縣鎮(zhèn)和大洋鄉(xiāng)等9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為研究區(qū)進行數(shù)據(jù)收集。收集的數(shù)據(jù)包括土地總面積、農(nóng)業(yè)用地面積、農(nóng)村人口數(shù)量及畜禽養(yǎng)殖數(shù)量等，主要來自2010年《涵江統(tǒng)計年鑒》和涵江區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 輸出系數(shù)法

采用Johns等人建立的輸出系數(shù)模型對萩蘆溪流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的TN、TP污染負荷進行估算。輸出系數(shù)法避開了面源污染的發(fā)生發(fā)展過程［7］，從而降低了對流域內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)的要求，適用于我國很多地區(qū)缺乏面源污染監(jiān)測資料的情況。其模型方程為

式中：Li為污染物i的負荷量，kg/a;Eij為污染物i在第j種土地利用類型中的輸出系數(shù)〔kg/(hm2·a)〕或第j種畜禽養(yǎng)殖導致的污染物i的輸出系數(shù)〔kg/(ca·a)〕或人口因素導致的污染物i的輸出系數(shù)〔kg/(ca·a)〕;Aj為第j種土地利用類型的面積(hm2)或第j種畜禽養(yǎng)殖的數(shù)量(ca)或人口數(shù)量(ca);P0為降雨輸入的污染物總量，kg/a;m為流域內(nèi)污染源數(shù)量。

應(yīng)用輸出系數(shù)模型的關(guān)鍵是確定輸出系數(shù)值。流域地形地貌、水文、氣候、土地利用、土壤類型、植被覆蓋及人類活動等均會對輸出系數(shù)產(chǎn)生影響。獲得輸出系數(shù)的常用方法有現(xiàn)場監(jiān)測和查閱文獻。兩種方法各有利弊，前者可以獲取較高精度的參數(shù)，但耗時長、費用高;后者利用前人的研究成果，便于獲得，但所得輸出系數(shù)地域特征明顯，模擬精度有限［11］。本研究根據(jù)流域?qū)嶋H并結(jié)合獲得的數(shù)據(jù)，選用查閱文獻法確定輸出系數(shù)。輸出系數(shù)選取參考已有研究成果［8］，見表1。

表1 輸出系數(shù)分類及取值

2.2.2 等標污染負荷法

利用等標污染負荷法可以對農(nóng)業(yè)面源污染源進行綜合分析，主要反映污染源本身潛在的污染水平。該方法是用污染物的排放量除以國家規(guī)定的污染物限量標準，將污染物的排放量轉(zhuǎn)化為“把污染物全部稀釋到評價標準所需的介質(zhì)量”，使同一污染源排放的不同污染物之間、不同污染源之間在對環(huán)境的潛在影響上的比較成為可能。該方法能通過計算等標排放量、等標污染負荷和等標污染負荷比，得到主要污染物和污染源［12］。

污染物等標排放量的計算公式為

式中：Pi為污染物i的等標排放量，106m3/a;Li為污染物i的負荷量，kg/a;C0為污染物i在 GB 3838—2002中Ⅲ類標準系列閾濃度，其中TN為1 mg/L、TP為0.2 mg/L。

假設(shè)某地有m個污染源，每個污染源有n種污染物，則該地區(qū)等標污染負荷的計算公式為

式中：P為等標排放量，106m3/a;Pj為第j個污染源的等標排放量，106m3/a;Pij為第j個污染源污染物i的等標排放量，106m3/a;其余符號意義同上。

第j個污染源和污染物i的等標負荷比計算公式分別為

上二式中：Kj為第j個污染源的等標污染負荷比;Ki為污染物i的等標污染負荷比;其余符號意義同上。

按評價區(qū)域內(nèi)污染源的等標污染負荷比從大到小排列，將累計百分比大于80%且最接近80%的污染源確定為主要污染源;按評價區(qū)域內(nèi)污染物的等標污染負荷比從大到小排列，將累計百分比大于80%且最接近80%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)確定為主要污染貢獻鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 TN、TP負荷

利用輸出系數(shù)法，得到萩蘆溪流域TN、TP負荷主要來自耕地、園地、林地、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村人口，由于降雨輸入的污染物總量與其他污染物總量相比明顯較小，因此計算時忽略了降雨輸入的污染物總量，計算結(jié)果見表 2、3。

表2 萩蘆溪流域TN負荷估算kg/a

3.2 TN、TP等標污染負荷

3.2.1 等標排放量計算結(jié)果及分析

先利用輸出系數(shù)法計算萩蘆溪流域TN、TP負荷，再運用等標污染負荷法計算等標排放量(圖1)。由圖1(a)知，萩蘆溪流域TN等標排放量最大的是江口鎮(zhèn);TP等標排放量最大的是三江口鎮(zhèn);除國歡鎮(zhèn)對TN、TP貢獻均較小外，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)對TN、TP貢獻都比較大。具體來說，江口鎮(zhèn)和三江口鎮(zhèn)對農(nóng)業(yè)面源污染的TN、TP貢獻最大，其中江口鎮(zhèn)對TN、TP的貢獻排名分別為第一和第二，主要原因是其地理位置優(yōu)越，人口密度大，畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達，林地和園地面積少，工業(yè)總產(chǎn)值和農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值遠大于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn);三江口鎮(zhèn)對TN、TP的貢獻排名分別為第二和第一，主要是因為其位于沿海地區(qū)，農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值較高，畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達，人口密度大，故產(chǎn)生污染物量較大。另外，莊邊鎮(zhèn)雖然人口密度小，但耕地面積較大，大量化肥的施用導致耕地對TN貢獻增加;新縣鎮(zhèn)由于畜禽養(yǎng)殖業(yè)相對發(fā)達，故對TP貢獻較大。由圖1(b)知，萩蘆溪流域主要污染源對TN貢獻從大到小依次為農(nóng)村人口、畜禽養(yǎng)殖、耕地、林地、園地;對TP貢獻從大到小依次為畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村人口、耕地、園地、林地。

表3 萩蘆溪流域TP負荷估算kg/a

圖1 萩蘆溪流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)及主要污染源等標排放量比較

3.2.2 等標污染負荷比計算結(jié)果及分析

利用Mapinfo軟件，將萩蘆溪流域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、主要污染源TN、TP等標排放量及等標污染負荷比計算結(jié)果繪制成專題地圖，見圖2—5，其中餅狀圖可直觀地表示出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、主要污染源對TN、TP貢獻的比例。從北部山區(qū)到南部沿海，萩蘆溪流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地對TN、TP的貢獻逐漸減少，農(nóng)業(yè)人口、畜禽養(yǎng)殖的貢獻逐漸增加，這是因為從山區(qū)到沿海耕地面積逐漸減少，而人口、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量卻逐漸增加。

根據(jù)等標污染負荷比累加大于且最接近80%，確定萩蘆溪流域TN的主要污染源為農(nóng)村人口、畜禽養(yǎng)殖和耕地，污染主要來自江口鎮(zhèn)、三江口鎮(zhèn)、莊邊鎮(zhèn)、新縣鎮(zhèn)、萩蘆鎮(zhèn)、大洋鄉(xiāng)、白沙鎮(zhèn);TP的主要污染源為畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村人口，污染主要來自三江口鎮(zhèn)、江口鎮(zhèn)、新縣鎮(zhèn)、梧塘鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)、莊邊鎮(zhèn)、萩蘆鎮(zhèn)?？梢?，人口因素對TN的貢獻較其對TP的貢獻大，畜禽養(yǎng)殖對TP的貢獻較其對TN的貢獻大，耕地僅對TN貢獻較大。

4 農(nóng)業(yè)面源污染防治建議

萩蘆溪流域畜禽養(yǎng)殖對TN、TP的貢獻率分別為30%、67%，對農(nóng)業(yè)面源污染影響最大，原因是部分規(guī)?；B(yǎng)豬場建設(shè)不規(guī)范，環(huán)保設(shè)施簡陋，糞便和污水只經(jīng)沼氣池簡易處理后便直接外排，污水進入河道、農(nóng)田、溝渠，經(jīng)滲透、徑流匯入萩蘆溪，而家庭養(yǎng)殖的畜禽糞便更是直接排放，因此要治理萩蘆溪流域農(nóng)業(yè)面源污染，當務(wù)之急是加強對畜禽養(yǎng)殖的管理，例如開展生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、合理選址規(guī)?；B(yǎng)殖場、提高畜禽糞便綜合利用率等。

農(nóng)業(yè)人口對TN、TP的貢獻分別為31%、16%，對農(nóng)業(yè)面源污染影響較大。其原因，一方面是流域人口密度大，另一方面是農(nóng)村生活污水未經(jīng)處理就直接排放。由于修建污水處理廠費用高，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)財政無力負擔，因此可采用穩(wěn)定塘系統(tǒng)和污水土地處理系統(tǒng)來處理農(nóng)村生活污水。值得注意的是，流域內(nèi)任何一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村人口對TP的貢獻率均未超過25%，而畜禽養(yǎng)殖則是TP的最大貢獻者。

耕地對TN、TP的貢獻率分別為22%、7%，其產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染的根本原因在于化肥、農(nóng)藥的不合理使用，因此要注重流域內(nèi)耕地化肥、農(nóng)藥的科學使用，施肥要選擇適宜的施用量和施用時間，且施用肥料要多元化。

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