周增榮

(漳州市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，福建 漳州 363000)

河口海灣的環(huán)境污染問(wèn)題是陸地和海洋相互作用的研究?jī)?nèi)容之一，也是全球環(huán)境變化研究的重點(diǎn)問(wèn)題。近幾十年來(lái)，隨著日益頻繁的人類活動(dòng)，以及河口地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大量的污染物質(zhì)進(jìn)入近岸海域，導(dǎo)致近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化、赤潮災(zāi)害頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)退化、服務(wù)功能顯著下降等問(wèn)題日益突出，亟需開展入海污染物排放總量控制。入海污染物排放總量控制是水環(huán)境總量的重要組成部分，也是控制改善海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的有效手段。我國(guó)的水環(huán)境污染總量控制始于20世紀(jì)70年代，在經(jīng)過(guò)濃度控制、目標(biāo)總量控制兩個(gè)階段之后，已逐漸進(jìn)入到容量總量控制階段[1]。在海洋污染物總量控制方面，由于污染源入?？偭康牟淮_定性和海洋自然環(huán)境的復(fù)雜性，目前仍需要更多的研究應(yīng)用案例以完善入海污染物排放總量控制的制度、技術(shù)與方法[2-3]。

入海污染物通量估算是入海污染物總量控制的關(guān)鍵，此前國(guó)內(nèi)已有大量的污染物入海通量研究，關(guān)于流域污染物入海通量的估算方法，富國(guó)等[4-5]根據(jù)Webb B W等[6]于1997年提出的估算污染物入海通量的5種方法進(jìn)行總結(jié)，提出針對(duì)不同的點(diǎn)源、非點(diǎn)源污染應(yīng)采用不同的估算公式。王衛(wèi)平等[7]采用這5種方法分別對(duì)九龍江污染物入海通量進(jìn)行估算，分析比較各種估算方法的利弊和適用性。隨著污染物入海通量研究方法的成熟，越來(lái)越多研究從科學(xué)研究過(guò)渡為實(shí)際應(yīng)用。涂振順等[8]利用GIS和RS技術(shù)，解譯海灣的土地利用類型，劃分匯水單元，并利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸浪汴懺次廴疚锶牒Ｍ俊Ａ挚×嫉萚9]利用公報(bào)統(tǒng)計(jì)了近十年廣西北部灣主要河流的污染物入海通量，認(rèn)為污染物入海通量與流域人均GDP有較好的正相關(guān)關(guān)系。李莉等[10]和陳曉鋒等[11]分別對(duì)環(huán)膠州灣和北部灣各河流進(jìn)行布點(diǎn)采樣分析，并統(tǒng)計(jì)各類污水排放情況和化肥施用情況，討論各個(gè)河流對(duì)于污染物入海通量的貢獻(xiàn)率，從而提出有針對(duì)性的管理方案。劉瑜婷等[12]采用單因子評(píng)價(jià)法和Spearman秩相關(guān)分析討論了2008—2017年小清河污染物入海通量與徑流量、污染物濃度的相關(guān)性，以及各個(gè)污染物單因子指數(shù)年際變化，得到不同水文時(shí)期的主要污染物情況。關(guān)于內(nèi)陸湖區(qū)入湖通量的研究同樣對(duì)入海污染物通量有一定的借鑒意義，呂文等[13]監(jiān)測(cè)了湖區(qū)水質(zhì)和主要入湖河流斷面水質(zhì)，采用GIS空間插值和統(tǒng)計(jì)分析的方法，討論入湖水量、水質(zhì)與湖區(qū)水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系。朱昕陽(yáng)等[14]優(yōu)化了傳統(tǒng)通量計(jì)算方法，通過(guò)更高頻率的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析太湖流域污染物月通量以及水質(zhì)、水量與湖區(qū)污染物濃度的相關(guān)性。

自2017年以來(lái)，福建省實(shí)施九龍江-廈門灣污染物總量控制試點(diǎn)工作，開展了城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)升級(jí)改造、農(nóng)村生活污水處理設(shè)施建設(shè)、農(nóng)業(yè)面源污染治理、重點(diǎn)直排海企業(yè)減排等工作，取得一定的成效，已進(jìn)一步遏制區(qū)域水環(huán)境惡化?，F(xiàn)有研究根據(jù)入海口斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)九龍江河口不同污染物的養(yǎng)分通量進(jìn)行估算分析[15]，缺乏對(duì)各個(gè)排污口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析以及與全國(guó)其他河流的討論[16]，因此本文估算了2011—2020年九龍江總氮、總磷污染物入海通量，分析年際通量變化以及2018年北溪、西溪和南溪月際通量的空間變化，探討了陸源入海污染物對(duì)九龍江入海水質(zhì)的影響，提出控制九龍江-廈門灣有關(guān)污染物的措施建議，旨在為當(dāng)?shù)卣龊弥攸c(diǎn)河流污染物總量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

九龍江是福建第二大河流(圖1)，流域面積約14 741 km2，約占福建省土地面積的12%。九龍江流經(jīng)龍巖市、漳州市，從廈門市入海進(jìn)入廈門灣，九龍江是上述三地市的飲用水源，是支撐閩西南經(jīng)濟(jì)合作核心區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)性資源，是保障該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要保障。隨著九龍江流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，九龍江-廈門灣環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，已嚴(yán)重阻礙當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

1.2 研究數(shù)據(jù)

1.2.1 水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

九龍江北溪、西溪和南溪入?？诟浇謩e設(shè)有浦南、鄭店水文監(jiān)測(cè)站和南溪浮宮橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其徑流量基本可代表九龍江北溪、西溪和南溪的入海徑流量，本研究選取上述三個(gè)水文監(jiān)測(cè)站(點(diǎn))(2011—2019年)的年平均徑流量數(shù)據(jù)，其中2018年有月際徑流量數(shù)據(jù)，作為九龍江入海通量計(jì)算的水量分量。

1.2.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

九龍江北溪、西溪和南溪分別設(shè)置國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)龍海江東橋、河口和南溪浮宮橋，三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2011—2019年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括總氮、總磷。其中2011—2015年為逢單月監(jiān)測(cè)，即每年1、3、5、7、9、11月監(jiān)測(cè)，2016—2019年為每月監(jiān)測(cè)。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)

人口、國(guó)民生產(chǎn)總值、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、化肥施用和工業(yè)廢水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于漳州、龍巖市2011—2020年統(tǒng)計(jì)年鑒。其中，以畜禽出欄數(shù)(個(gè))代表畜禽養(yǎng)殖量，水產(chǎn)養(yǎng)殖量(t)代表水產(chǎn)養(yǎng)殖總量，農(nóng)村化肥總施用量(t)代表化肥施用量，工業(yè)廢水總排放量(t)代表工業(yè)廢水量。

1.3 入海通量計(jì)算方法

鑒于九龍江流域污染物以農(nóng)業(yè)面源污染為主，王衛(wèi)平等[7]認(rèn)為采用瞬時(shí)濃度Ci的平均值與時(shí)段平均流量的乘積計(jì)算方法較為科學(xué)，故本文采用該文在九龍江流域推薦的通量計(jì)算公式估算九龍江污染物入海通量，計(jì)算公式如下：

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 年際變化

由圖2(a)可知，北溪總氮通量的變化范圍為(1.1～2.0)×104t·a-1，平均值為1.5×104t·a-1；總磷通量的變化范圍為(4.9～8.9)×102t·a-1，平均值為6.5×102t·a-1。北溪的總氮和總磷入海通量隨時(shí)間推移呈遞減趨勢(shì)，在2011至2020年間，總氮通量由1.9×104t· a-1降低至1.1×104t· a-1。西溪總氮通量的變化范圍為9.7×103～2.7×104t·a-1，平均值為1.8×104t·a-1；總磷通量的變化從5.1×102t·a-1升高至1.0×103t·a-1，平均值為7.8×102t·a-1[圖2(b)]。南溪總氮通量為(1.7～2.8)×103t·a-1，平均值為1.8×103t·a-1；總磷通量為78.1～115.5 t·a-1，平均值為76.6 t·a-1[圖2(c)]。

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析九龍江口的養(yǎng)分通量。2011—2020年九龍江北溪總氮、總磷養(yǎng)分通量呈現(xiàn)波動(dòng)變化，與吳高杰等關(guān)于九龍江河口養(yǎng)分通量變化趨勢(shì)基本一致[17-18]。2011—2020年九龍江西溪總磷通量和南溪總氮通量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這些結(jié)果有幾種可能的解釋，養(yǎng)分入海通量主要受到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)入海口的養(yǎng)分濃度的影響，2011—2020年污染物濃度具有下降的趨勢(shì)，這與通量變化保持一致。另外，入海通量主要受徑流量影響?？偟恐饕獮橄醯浚赡苁且?yàn)槭芘璧刂腥祟惢顒?dòng)的影響[19-20]?？偭淄肯啾扔诳偟康呢暙I(xiàn)率要低，這與磷趨向于沉積的性質(zhì)有關(guān)。九龍江河口總磷通量與化肥施用呈顯著正相關(guān)，這是由于九龍江流域中的磷主要源于磷肥施用。從西溪2011—2020年間的總氮及總磷入海通量變化圖上看[圖2(b)]，總氮通量自2015年后顯著降低，總磷通量自2016年后顯著降低，這一現(xiàn)象可能與2015年后九龍江的化肥使用量減少有關(guān)(表1)。

表1 2011—2019九龍江社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

注：(a)北溪；(b)西溪；(c)南溪。

關(guān)于九龍江流域養(yǎng)分通量與中國(guó)其他流域的對(duì)比，先前的結(jié)果表明[21-23]，從1963年到2012年，長(zhǎng)江的養(yǎng)分通量呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。1998—2007年，黃河的養(yǎng)分通量增加，2007—2012年養(yǎng)分通量減少，黃河的這一趨勢(shì)與九龍江的相一致。中國(guó)主要河流的養(yǎng)分率高于世界主要河流，但人均養(yǎng)分率低于世界主要河流。此外，與幾條大河相比，一些小流域(如九龍江)的養(yǎng)分率較高。因此，小集水區(qū)中的養(yǎng)分通量值得進(jìn)一步研究。有研究表明與中國(guó)其他河流的通量相比，九龍江地區(qū)養(yǎng)分通量的面產(chǎn)率較高[18]。盡管九龍河的徑流僅為長(zhǎng)江的1.3%、珠江的2.4%、黃河的2.0%，徑流量等水文因素影響其養(yǎng)分通量值也相比較低，但九龍河流域的區(qū)域總氮和總磷通量面產(chǎn)率是長(zhǎng)江流域的4.1和4.5倍、黃河流域的20.8和154.0倍[24-25]。九龍江流域由于近年來(lái)大量農(nóng)業(yè)化肥施用、畜禽養(yǎng)殖及市政和工業(yè)污水排放等人類活動(dòng)，導(dǎo)致水體總氮、總磷濃度較高，同時(shí)高養(yǎng)分通量會(huì)對(duì)河口和近海環(huán)境產(chǎn)生顯著影響，對(duì)于廈門灣海域水環(huán)境和水生態(tài)造成嚴(yán)重影響。

2.2 2018年各支流月際變化

由2018年九龍江營(yíng)養(yǎng)鹽入海通量月際分析可知(圖4)，北溪龍海江東橋污染物指標(biāo)為單月監(jiān)測(cè)[圖4(a)]，9月總氮和總磷的入海通量最高，分別為2.9×103、1.7×102t·mon-1；11月總氮和3月總磷的入海通量最低，分別為7.6×102、24.5 t·mon-1；全年總氮和總磷平均通量分別為2.0×103、75.8 t·mon-1，且5—7月氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的入海通量高于1、3、11月。西溪的入海通量結(jié)果表明：9月總氮和10月總磷的入海通量最高[圖4(b)]，分別為2.4×103、1.1×102t·mon-1；4月總氮和總磷的入海通量最低，分別為8.7×102、31.7 t·mon-1，全年總氮和總磷平均通量分別為1.7×103、69.6 t·mon-1。南溪的入海通量結(jié)果表明：9月總氮和7月總磷的入海通量最高[圖4(c)]，分別為6.8×102、39.3 t·mon-1；6月總氮和總磷的入海通量最低，分別為48.2、2.9 t·mon-1；其中7—11月營(yíng)養(yǎng)鹽通量處于較高水平，1—6月、12月營(yíng)養(yǎng)鹽通量處于較低水平，全年總氮和總磷平均通量分別為3.0×102、12.5 t·mon-1。

表2 2018年九龍江入海監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度及河流徑流量

3 結(jié)論

本研究初步估算2011—2019年九龍江總氮、總磷污染物入海通量，分析年際通量變化以及2018年北溪、西溪和南溪月際通量的空間變化，探討可能的影響因素，其主要結(jié)論如下。

1)2011—2020年間，九龍江總氮和總磷的入海通量呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，但仍具有較高養(yǎng)分通量的特點(diǎn)，總氮和總磷的入海通量排放主要受到畜禽養(yǎng)殖和化肥施用等人為活動(dòng)的影響，與水產(chǎn)養(yǎng)殖的相關(guān)性較小。

2)2018年九龍江北溪的總氮通量最高，西溪的總磷通量最高，南溪最低。入海通量的空間差異主要與徑流量有關(guān)，且北溪的畜禽養(yǎng)殖和西溪的化肥施用也是導(dǎo)致養(yǎng)分入海的主要因素。

4 總量控制建議

1)摸清流域污染物來(lái)源。開展九龍江入河排污口排查，掌握九龍江入河污染類型、數(shù)量狀況和溯源工作，為下一步實(shí)施九龍江綜合整治提供更精準(zhǔn)的決策依據(jù)。

2)突出污染物整治重點(diǎn)。九龍江-廈門灣氮磷污染物入海通量的總量控制應(yīng)重點(diǎn)從畜禽養(yǎng)殖和化肥施用兩方面進(jìn)行管理。堅(jiān)持生態(tài)先行，疏堵結(jié)合，控制養(yǎng)殖總量，嚴(yán)格準(zhǔn)入門檻。新建、改建、擴(kuò)建規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)(小區(qū))要實(shí)施雨污分流、糞便污水資源化利用。推廣低毒、低殘留農(nóng)藥使用，開展農(nóng)作物病蟲害綠色防控和統(tǒng)防統(tǒng)治。推廣測(cè)土配方施肥，提高化肥利用率，開展化肥減量化行動(dòng)。