楊通銓， 喻陽華， 劉鴻雁

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 貴州 貴陽 550025； 2.貴陽市兩湖一庫管理局， 貴州 貴陽 551400； 3.仁懷市環(huán)境保護(hù)局， 貴州 仁懷 564500)

貴陽市紅楓湖飲用水源保護(hù)區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染分析

楊通銓1,2， 喻陽華3， 劉鴻雁1*

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 貴州 貴陽 550025； 2.貴陽市兩湖一庫管理局， 貴州 貴陽 551400； 3.仁懷市環(huán)境保護(hù)局， 貴州 仁懷 564500)

為紅楓湖面源污染防治提供科學(xué)依據(jù)，在對湖區(qū)農(nóng)村人口、土地類型和畜禽養(yǎng)殖規(guī)模等調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活產(chǎn)排系數(shù)、畜禽排泄系數(shù)及氮肥和磷肥流失率計算方法，研究紅楓湖飲用水源保護(hù)區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染情況。結(jié)果表明：2013年紅楓湖水源保護(hù)區(qū)內(nèi)，各污染源對紅楓湖水質(zhì)污染的貢獻(xiàn)率為畜禽養(yǎng)殖>農(nóng)村生活>農(nóng)田化肥。通過分析得出，在紅楓湖面源污染中，畜禽養(yǎng)殖污染源是紅楓湖農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源，對水環(huán)境中CODCr、TP和NH3-N貢獻(xiàn)率超過50%；農(nóng)村生活污染源是農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源，對CODCr和NH3-N貢獻(xiàn)率分別為43.49%和46.69%；農(nóng)田化肥污染源對TN和TP的貢獻(xiàn)率高于農(nóng)村生活污染源(25.87%和6.75%)，為33.76%和27.71%。應(yīng)加強(qiáng)水源保護(hù)區(qū)面源污染的治理，從源頭上控制污染。

紅楓湖； 農(nóng)業(yè)面源污染； 污染物貢獻(xiàn)率； 防治措施

農(nóng)業(yè)面源污染是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的污染物通過地表徑流、壤中流、農(nóng)田排水和地下滲漏進(jìn)入水體而形成的污染，主要包括農(nóng)田種植源、畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖源和農(nóng)村生活源等[1]。近年來，隨著工業(yè)廢水和城市生活污水等點源污染得到有效控制，農(nóng)業(yè)面源已成為水環(huán)境污染的最重要來源[2]。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究成果顯示[3]：在中國水體污染嚴(yán)重的流域，農(nóng)田、農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖和城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶的排污是造成流域水體氮(N)、磷(P)富營養(yǎng)化的主要原因，其貢獻(xiàn)大大超過來自城市地區(qū)的生活源污染和工業(yè)源污染。第一次全國污染源普查結(jié)果亦顯示[4]，農(nóng)業(yè)面源已遠(yuǎn)超工業(yè)源和城市生活源而成為污染源之首。其中，農(nóng)業(yè)面源中的化學(xué)需氧量(CODCr)、總氮(TN)和總磷(TP)排放量分別占各污染物排放總量的43.7%、57.2%和67.3%。在歐美國家，農(nóng)業(yè)面源污染同樣是造成水體污染的主要原因，如美國的農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致40%的湖泊和河流水質(zhì)不合格[5]；瑞典不同流域中氮的總輸入量60%～87%來自農(nóng)業(yè)[6]；荷蘭農(nóng)業(yè)面源污染的TN和TP分別占水污染總量的60%和40%[7]。由于農(nóng)業(yè)面源污染具有分散、隨機(jī)、潛在和難監(jiān)測等特點，增加了面源污染的識別、控制和治理難度，使得其對水體污染的影響長期被忽視[8]，導(dǎo)致我國湖泊污染的態(tài)勢日趨嚴(yán)重[9]。據(jù)對太湖、滇池等湖泊的調(diào)查，面源污染對水體污染的貢獻(xiàn)率超過70%[10-11]。紅楓湖于1960年建成，為貓?zhí)犹菁夒娬镜凝堫^水庫，屬于喀斯特高原峽谷型人工深水湖泊，位于貴州省清鎮(zhèn)市、平壩區(qū)和西秀區(qū)境內(nèi)(E：106°19′～106°28′，N：26°26′～26°35′)，1988年被國務(wù)院批準(zhǔn)為國家級風(fēng)景名勝區(qū)。該湖以紅楓湖大橋為界分為北湖和南湖，主要入湖河流有羊昌河、麻線河、后六河和桃花園河，水域面積57.2 km2，流域面積1 596 km2，最大水深45 m，平均水深10.51 m。紅楓湖流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候帶，年均氣溫14.4℃，年均降水量1 174.7～1 386.1 mm，降水主要集中在夏季(6-8月)。經(jīng)過60多年的發(fā)展，紅楓湖已從建庫時單一的調(diào)蓄功能擴(kuò)展為具有飲用水源、工農(nóng)業(yè)用水、旅游和發(fā)電等多種功能，是貴陽市的主要飲用水源，20世紀(jì)90年代末期水體污染嚴(yán)重，2008年開始綜合治理，水質(zhì)已由2007年的劣Ⅴ類提升至2014年的總體Ⅲ類和局部Ⅱ類[12-14]，但面源污染風(fēng)險程度仍然較高，影響著貴陽市120多萬人的飲水安全。為此，對紅楓湖水源保護(hù)區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染狀況進(jìn)行調(diào)查分析，并提出相應(yīng)的控制對策，以期為紅楓湖面源污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

在2013年對紅楓湖水源保護(hù)區(qū)調(diào)查基礎(chǔ)上，以紅楓湖水源地一二級保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)為單位，整理出紅楓湖保護(hù)區(qū)內(nèi)的人口數(shù)量、耕地面積、畜禽養(yǎng)殖規(guī)模及數(shù)量等與農(nóng)業(yè)面源污染直接相關(guān)的數(shù)據(jù)信息(表1)。

表1 紅楓湖農(nóng)業(yè)人口、土地類型及畜禽養(yǎng)殖情況

1.2 生活源污染物的計算

參照《第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活產(chǎn)排污系數(shù)手冊》[12]中的城鎮(zhèn)居民生活污染物排放量及生活垃圾產(chǎn)生量計算，其計算公式如下。

Gp=3650NFp

(1)

Wa=3650NFw

(2)

式中，Gp、Wa為城鎮(zhèn)居民生活污染物年排放量和生活垃圾年產(chǎn)生量，其中污水量及垃圾量單位為t/a，污染物單位為kg/a；N為城鎮(zhèn)居民常住人口，萬人；Fp為城鎮(zhèn)居民生活污染物排放系數(shù)，其中污水量系數(shù)單位為L/(人·d)，污染物系數(shù)單位為g/(人·d)；Fw為城鎮(zhèn)居民生活垃圾產(chǎn)生系數(shù)，kg/(人·d)。貴陽市城鎮(zhèn)居民生活源污染物對應(yīng)系數(shù)取值參照文獻(xiàn)[15]進(jìn)行：生活垃圾0.56 kg/(人·d)，生活污水140 L/(人·d)，CODCr72 g/(人·d)，TN 12.8 g/(人·d)，TP 1.14 g/(人·d)，NH3-N(氨氮)9.0 g/(人·d)。

農(nóng)村生活源污染物人均產(chǎn)生系數(shù)參照文獻(xiàn)[16-18](農(nóng)村居民生活污染物產(chǎn)生量是當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)居民30%～50%)的方法取40%進(jìn)行評估；農(nóng)村生活源污染物排放系數(shù)涉及地區(qū)降水強(qiáng)度、生活模式、土層結(jié)構(gòu)和污水處理程度等因素，參照文獻(xiàn)[19]的方法參考當(dāng)?shù)貜搅髁考拔恢锰攸c，并結(jié)合資料文獻(xiàn)[20]的方法選取85%為農(nóng)村生活源污染物排放系數(shù)。

1.3 養(yǎng)殖源污染物的計算

參照文獻(xiàn)[21-22]的估算方法，將豬及家禽等的存欄量看作是當(dāng)年一個相對穩(wěn)定的飼養(yǎng)量，在未考慮飼養(yǎng)周期的前提下進(jìn)行統(tǒng)計計算，計算公式如下。

D1=0.365NR

(3)

D2=D1C

(4)

q=QS=∑XT/S

(5)

式中，D1、D2為畜禽糞便產(chǎn)生量和污染物產(chǎn)生量，單位：t；N為該種畜禽存欄量，單位：頭或只；R為該種畜禽日排泄系數(shù)，單位：kg/[頭(只)·d]；C為該種畜禽糞便中污染物平均含量，單位：kg/t；q為畜禽糞便以豬糞當(dāng)量計的負(fù)荷量，單位：t/(hm2·a)；Q為各類畜禽糞便豬糞當(dāng)量總量，單位：t/a；S為有效耕地面積；單位：hm2；X為各類畜禽糞便量，單位：t/a；T為各類畜禽糞便換算成豬糞當(dāng)量的換算系數(shù)。畜禽糞便日排泄系數(shù)、污染物平均含量及豬糞當(dāng)量換算系數(shù)見表2。

表2 畜禽糞便日排泄系數(shù)、污染物平均含量及豬糞當(dāng)量換算系數(shù)

Table 2 Daily excretion coefficient of livestock and poultry, mean pollutant content and equivalent conversion coefficient of pig manure

種類Category日排泄系數(shù)Dailyexcretioncoefficient化學(xué)需氧量/(kg/t)CODCr總氮/(kg/t)TN總磷/(kg/t)TP氨氮/(kg/t)NH3?N含氮量/%w(N)豬糞當(dāng)量換算系數(shù)T豬糞Pigmanure2．0052．05．883．413．100．651．00豬尿Pigurine3．309．03．300．521．400．330．57雞糞Chickenmanure0．1245．09．845．374．781．372．10

注：畜禽糞便排泄系數(shù)是指單個動物每日排出糞便的數(shù)量，與動物的種類、品種、性別、生長期、喂養(yǎng)飼料甚至天氣條件等諸多因素有關(guān)；豬糞當(dāng)量是根據(jù)各類畜禽糞便含N量，將各種畜禽糞便統(tǒng)一換算成豬糞當(dāng)量，然后相加得到豬糞總量。研究采用《全國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對策》[23]的推薦值。

Note: The excretion coefficient of livestock and poultry means the daily excretion amount of an animal, which is related to factors of category, variety, sex, growth period, feeding fodder type and weather condition. The equivalent conversion coefficient of pig manure is used to calculate the amount from different manure of livestock and poultry according to nitrogen content in different livestock and poultry manure.

1.4 農(nóng)田化肥污染物的計算

化肥污染物排放量即化肥施入田間后隨降水、灌溉而流失、最終進(jìn)入地表水的部分。計算公式如如下[24]。

q=λQ

(6)

式中，q為農(nóng)田化肥源污染物排放量，單位：t；Q為農(nóng)田化肥施用量，單位：t；λ為農(nóng)田化肥源污染物排放系數(shù)(即流失系數(shù))。

化肥施用量為當(dāng)年區(qū)域施用化肥的折純量，按農(nóng)作物單位平均化肥施用量21.9 kg/667m2計算[25]，其中氮肥折純后即TN量，磷肥折純后為P2O5量，TP量經(jīng)換算得出，農(nóng)田化肥源污染物排放系數(shù)(流失系數(shù))綜合湖泊流域的化肥流失率，根據(jù)對氮肥和磷肥流失的文獻(xiàn)資料[20]及流域農(nóng)業(yè)種植情況，確定氮肥流失率為11%，磷肥流失率3%。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)村生活污染物

紅楓湖水源保護(hù)區(qū)內(nèi)分布有83個自然村寨12.33萬人。從表3可知，其生活污染物CODCr、TN、TP和NH3-N的排放量分別為1 047.37 t、181.37 t、15.72 t和120.74 t。隨著農(nóng)村生活水平的提高，生活污水和有機(jī)垃圾產(chǎn)生量不斷增多，加之經(jīng)濟(jì)水平低、生活污水無集中收集管網(wǎng)和生活垃圾清運機(jī)制不健全等原因，簡單處理或未經(jīng)處理的生活污染物隨意堆放、腐爛或直排，導(dǎo)致污染物隨污水滲出，經(jīng)雨水地表徑流流入湖溝渠中，使低處理率和高流失率的農(nóng)村生活污染成為紅楓湖農(nóng)業(yè)面源污染的重要污染源。

表3 2013年紅楓湖農(nóng)村生活污染物的排放情況

2.2 畜禽養(yǎng)殖污染物

目前，我國畜禽養(yǎng)殖數(shù)量每年呈增加態(tài)勢，養(yǎng)殖規(guī)模逐漸增大，由此帶來的環(huán)境污染已成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源之一[26]。在紅楓湖周邊，地方政府為增加沿湖農(nóng)民收入，鼓勵農(nóng)民自主創(chuàng)業(yè)，曾在右二、羊昌和陳亮等紅楓湖飲用水源二級保護(hù)區(qū)及準(zhǔn)保護(hù)區(qū)內(nèi)的村寨建設(shè)養(yǎng)雞場，大多建在距最高水位線500 m以內(nèi)。但其養(yǎng)殖規(guī)模小，設(shè)備簡陋，廢棄物無害化處理率及畜禽糞便還田率較低，污染物不經(jīng)處理排放，給水環(huán)境帶來一定污染。從表4看出，2013年紅楓湖周邊畜禽糞便產(chǎn)生量為31 249.85 t，CODCr1 360.55 t，TN 283.07 t，TP 152.70 t，NH3-N 137.86 t；其畜禽糞便負(fù)荷最高為26.22 t/(hm2·a)。

2.3 農(nóng)田化肥污染物

紅楓湖保護(hù)區(qū)內(nèi)耕地面積為6 552 hm2，在最高水位線1 240 m下的農(nóng)業(yè)耕作現(xiàn)象十分普遍。紅楓湖流域降水充沛，加上高強(qiáng)度的施肥，致使大部分的N、P隨地表徑流進(jìn)入水體。從表5可見，2013年因農(nóng)業(yè)化肥流失的TN為236.75 t、TP為64.57 t。我國因施肥的不均衡造成氮肥、磷肥平均利用率低，再加上超強(qiáng)度施肥，導(dǎo)致大量N、P隨雨水、徑流流失，進(jìn)入水體，造成水體中N、P濃度過高、比例失衡，從而引起流域內(nèi)湖泊的富營養(yǎng)化[28]。

表4 2013年紅楓湖畜禽糞便污染物產(chǎn)生量及污染負(fù)荷

注：畜禽糞便耕地負(fù)荷可直接反映某地區(qū)耕地消納畜禽糞便的能力，從而間接反映當(dāng)?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖密度，一般認(rèn)為土地能夠負(fù)荷的畜禽糞便為30～45 t/(hm2·a)[23,27]。

Note: The manure cropland load can reflect the capacity of digesting livestock manure in the area directly, which reflects the local livestock breeding density indirectly. The standard of livestock manure cropland load is 30～45 t/(hm2·a).

表5 2013年紅楓湖農(nóng)田化肥污染物排放量

表6 2013年紅楓湖農(nóng)業(yè)面源污染物排放量與貢獻(xiàn)率

2.4 農(nóng)業(yè)面源污染

從表6可見，2013年紅楓湖保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)村生活、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)田化肥3種污染源排放污染物共計3 600.70 t，其中，CODCr、TN、TP和NH3-N的排放量分別為2 407.92 t、701.19 t、232.99 t和258.60 t。在3種污染源中，畜禽養(yǎng)殖污染源因分散養(yǎng)殖的畜禽糞尿處理程度低，成為紅楓湖農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源，對水環(huán)境的CODCr、TP和NH3-N貢獻(xiàn)率超過50%；農(nóng)村生活污染源是農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源，對CODCr和NH3-N貢獻(xiàn)率分別為43.49%和46.69%；農(nóng)田化肥污染源對TN和TP貢獻(xiàn)率分別為33.76%和27.71%，高于農(nóng)村生活污染源(25.87%和6.75%)。通過綜合分析，各污染物排放量對農(nóng)業(yè)面源污染的貢獻(xiàn)率為畜禽養(yǎng)殖>農(nóng)村生活>農(nóng)田化肥。

3 結(jié)論

1) 在紅楓湖農(nóng)業(yè)面源污染中，畜禽養(yǎng)殖貢獻(xiàn)率最高，農(nóng)村生活次之，農(nóng)田化肥最低；2013年CODCr、TN、TP和NH3-N的排放量分別為2 407.92 t、701.19 t、232.99 t和258.60 t。

2) 畜禽養(yǎng)殖污染源是紅楓湖農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源，由于分散養(yǎng)殖畜禽糞尿處理程度低，對水環(huán)境的CODCr、TP和NH3-N貢獻(xiàn)率超過50%；農(nóng)村生活污染源是農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源，對CODCr和NH3-N貢獻(xiàn)率分別為43.49%和46.69%；農(nóng)田化肥污染源對TN和TP貢獻(xiàn)率分別為33.76%和27.71%，高于農(nóng)村生活污染源(25.87%和6.75%)。

3) 研究結(jié)果表明，紅楓湖面源污染不容忽視，污染治理刻不容緩。對于農(nóng)村生活污染源，應(yīng)實施鄉(xiāng)村清潔工程，大力推進(jìn)農(nóng)村沼氣池、改廁、改圈、改廚及濕地生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)；對于分散型的個體養(yǎng)殖污染源，應(yīng)合理布局當(dāng)?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖業(yè)，大力推廣生態(tài)養(yǎng)殖；在防治農(nóng)田化肥污染方面，應(yīng)科學(xué)施用農(nóng)藥和化肥，大力發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)等，從源頭上控制面源污染。

4 農(nóng)業(yè)面源污染治理措施

4.1 農(nóng)村生活污染治理

紅楓湖流域面積大，人口密度高，人地矛盾突出，農(nóng)村生活污水及人糞尿處理設(shè)施發(fā)展滯后，污染物只經(jīng)簡單處理或不經(jīng)處理直接排放是造成紅楓湖CODCr和NH3-N超標(biāo)的因素之一。因此，要實施鄉(xiāng)村清潔工程，促進(jìn)生活廢棄物的資源轉(zhuǎn)化，采取集中和分散相結(jié)合的模式處理生活污水[29]，大力推進(jìn)農(nóng)村沼氣池及改廁、改圈和改廚建設(shè)，并依靠紅楓湖周邊天然濕地或修建人工濕地、土地處理系統(tǒng)等濕地生態(tài)系統(tǒng)，以削減農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷。

4.2 畜禽養(yǎng)殖污染防治

紅楓湖畜禽養(yǎng)殖空間分布較為分散，主要分布在右二、羊昌、陳亮等紅楓湖飲用水源二級保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)內(nèi)，均屬于個體養(yǎng)殖戶，其養(yǎng)殖規(guī)模小，技術(shù)落后，養(yǎng)殖廢棄物污染無害化處理程度低。因此，應(yīng)制定畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和污染防治規(guī)劃，促進(jìn)當(dāng)?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖業(yè)合理布局；大力推廣生態(tài)養(yǎng)殖，根據(jù)地區(qū)農(nóng)業(yè)種植對畜禽廢棄物的消納能力，建設(shè)養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)相結(jié)合的生態(tài)工程，促進(jìn)畜禽糞便的資源化、產(chǎn)業(yè)化循環(huán)利用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)平衡[30]。

4.3 農(nóng)田化肥污染治理

做好紅楓湖周邊農(nóng)耕區(qū)的退耕工作，建立湖泊生態(tài)緩沖帶；科學(xué)施用化肥和農(nóng)藥，降低化肥和農(nóng)藥的使用量，推廣施用有機(jī)肥、高效復(fù)合肥、緩釋肥和生物肥等新型肥料，大力發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)及休閑農(nóng)業(yè)[31]，從源頭控制農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對水環(huán)境的污染；同時，應(yīng)嘗試建立農(nóng)村面源污染信息管理平臺，科學(xué)防治農(nóng)村面源污染。

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(責(zé)任編輯： 楊 林)

Agricultural Non-point Source Pollution in Dinking Water Protection Area of Hongfeng Lake, Guiyang

YANG Tongquan1,2, YU Yanghua3, LIU Hongyan1*

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550025; 2.GuiyangAdministrationoftheTwoLakesandaReservoir,Guiyang,Guizhou551400; 3.RehuaiEnvironmentalProtectionBureau,Renhuai,Guizhou564500,China)

The agricultural non-point source pollution in Drinking Water Protection Area of Hongfeng Lake was investigated by the production and discharge coefficient of rural life, excretion coefficient of livestock and poultry, and wastage rate of nitrogen and phosphorus fertilizer based on survey results of rural population, land type and livestock breeding scale in Drinking Water Protection Area of Hongfeng Lake to provide the scientific basis for control of non-point source pollution in Drinking Water Protection Area of Hongfeng Lake. Results: The contribution rate of different pollution sources to water pollution of Hongfeng Lake was livestock and poultry breeding>rural life>chemical fertilizer in Drinking Water Protection Area of Hongfeng Lake in 2013. The pollution source from livestock and poultry breeding is main source to cause agricultural non-point source pollution and its contribution rate to CODCr, TP and NH3-N in water environment is over 50%. The pollution source from rural life is the important source to cause agricultural non-point source pollution and its contribution rate to CODCrand NH3-N in water environment is 43.49% and 46.69% respectively. The contribution rate of chemical fertilizer pollution source to TN and TP in water environment is 33.76% and 27.71%, 7.89% and 20.96% higher than rural life pollution source separately.

Hongfeng Lake; agricultural non-point source pollution; pollutant contribution rate; control measure

2015-09-01； 2016-01-03修回

貴州省重大科技專項“水資源水質(zhì)保障關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”[黔科合重大專項字(2012)6013-7]

楊通銓(1984-)，男，在讀碩，研究方向：水污染控制與水源保護(hù)。E-mail:283919232@qq.com

*通訊作者：劉鴻雁(1969-)，女，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事農(nóng)業(yè)面源污染防治等方面的教學(xué)與研究。E-mail:2568510503@qq.com

1001-3601(2016)01-0042-0161-05

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