秦嶺北麓小流域地面水質(zhì)特征及農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷

王 莉，黃懿梅,丁 瑤，肖 禮，楊 帆

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100)

秦嶺北麓小流域地面水質(zhì)特征及農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷

王 莉，黃懿梅,丁 瑤，肖 禮，楊 帆

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100)

【目的】 研究農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)秦嶺北麓河流水質(zhì)的影響及其面源污染負(fù)荷，為更科學(xué)有效地治理水環(huán)境及促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考?！痉椒ā?以陜西周至余家河竹峪鄉(xiāng)段流域?yàn)楸O(jiān)測(cè)對(duì)象，從上游到下游共布設(shè)了8個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分析2012-10-2013-10水質(zhì)基本性質(zhì)(流量、水溫、pH、總懸浮物、溶解氧、電導(dǎo)率)和面源污染指標(biāo)(總氮(TN)、總磷(TP)和化學(xué)需氧量(COD))的變化，并在此基礎(chǔ)上，采用排污系數(shù)法和等標(biāo)污染負(fù)荷法計(jì)算各污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷，從而確定出該區(qū)域主要農(nóng)業(yè)面源污染來源?！窘Y(jié)果】 2012-10-2013-10，余家河流域水體TN質(zhì)量濃度逐漸降低；TP質(zhì)量濃度春季較高，其次是秋季和冬季；水體COD質(zhì)量濃度呈波動(dòng)性變化，在2013年由春季進(jìn)入夏季后，總體呈下降趨勢(shì)。各水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中，除TN質(zhì)量濃度嚴(yán)重超標(biāo)(最高超標(biāo)9.6倍)外，其他指標(biāo)均符合地表水Ⅲ～Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。余家河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中排放到河流中的TN、TP及COD等標(biāo)污染負(fù)荷總量分別為2.167 0×10-6，0.617 0×10-6，0.670 0×10-6m3/年，污染物貢獻(xiàn)率依次是TN>COD>TP，主要污染源貢獻(xiàn)率依次為生活污水>種植業(yè)>畜禽養(yǎng)殖?！窘Y(jié)論】 陜西周至余家河流域的農(nóng)業(yè)面源污染屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活的復(fù)合污染。

余家河；農(nóng)業(yè)面源污染；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；水質(zhì)評(píng)價(jià)；污染負(fù)荷

近年來我國(guó)農(nóng)村地表水環(huán)境質(zhì)量普遍很差，已嚴(yán)重影響到農(nóng)村居民的居住環(huán)境，甚至造成了地下水污染[1]，其中，農(nóng)業(yè)面源污染是導(dǎo)致河流、湖泊等水體水質(zhì)惡化的重要原因，這同時(shí)也影響制約著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，危害群眾身心健康。因此，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染管理對(duì)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的進(jìn)程和人類生活環(huán)境起著重要作用[2]。農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥以及其他有機(jī)或無機(jī)污染物質(zhì)，通過農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏形成的環(huán)境污染，主要包括化肥污染、農(nóng)藥污染、畜禽糞便污染等[3]。近年來，太湖、滇池等流域的調(diào)查結(jié)果顯示，水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要來源是農(nóng)田大量化肥的流失，工業(yè)廢水貢獻(xiàn)率不大，僅占10%～16%[4-5]。還有文獻(xiàn)報(bào)道，我國(guó)農(nóng)藥使用量達(dá)50萬～60萬t，其中，近80%的農(nóng)藥經(jīng)過各種途徑進(jìn)入環(huán)境中，而大部分農(nóng)藥最后匯集進(jìn)入水體中，造成各種水體的污染[6]。自20世紀(jì)60年代以來，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)始終保持高速發(fā)展的勢(shì)頭，使得農(nóng)村一些村鎮(zhèn)的人畜禽糞便產(chǎn)生量大大超出當(dāng)?shù)剞r(nóng)田的承載負(fù)荷，成為水體的重要污染源[7]。

隨著秦嶺生態(tài)旅游業(yè)的帶動(dòng)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人類活動(dòng)使秦嶺北麓生態(tài)環(huán)境遭受破環(huán)。秦嶺北麓水源作為陜西周至西南地區(qū)生活用水的主要來源，水源保護(hù)重要性顯而易見。目前關(guān)于秦嶺北麓的研究主要集中在生物多樣性保護(hù)和水土保持研究方面，而關(guān)于水質(zhì)特征和面源污染的相關(guān)研究甚少。因此，本試驗(yàn)選取陜西秦嶺北麓的小流域——余家河流域作為研究對(duì)象，對(duì)其水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)分析該地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷，以期確定農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)余家河流域水質(zhì)的影響以及該地區(qū)主要的農(nóng)業(yè)污染源，旨在為更科學(xué)有效地治理水環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

余家河位于陜西周至縣西南方向，距離西安約80 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)107°39′～108°37′，北緯33°42′～34°14′。研究區(qū)域人口2.3萬人，農(nóng)用耕地面積1 541 hm2。山區(qū)主溝長(zhǎng)8 127.51 m，流域面積為4.12 km2，峪口建有余家河水利樞紐工程，可灌溉竹峪大片農(nóng)田，水環(huán)境功能分區(qū)為Ⅴ類。研究區(qū)南依秦嶺，北瀕渭水，屬暖溫帶大陸性氣候，年均氣溫13.2 ℃，年降雨量809.5 mm，無霜期225 d。研究區(qū)域地貌特征為關(guān)中平原盆地，主要以種植業(yè)為主，經(jīng)濟(jì)作物以獼猴桃為主。

1.2 采樣點(diǎn)布設(shè)

采用GPS定位，在余家河竹峪鄉(xiāng)段流域選擇8個(gè)具有代表性的采樣點(diǎn)(具體位置見圖1)，從上游到下游(由南往北)依次為白仙溝、丹陽(yáng)村1、丹陽(yáng)村2、丹陽(yáng)村3、嶺梅村1、嶺梅村2、嶺梅村3、楊家莊。

于2012-10-2013-10進(jìn)行為期1年的定位采樣。每個(gè)斷面設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)，由于河水較淺，使用有機(jī)玻璃采樣器采集水體表層50 cm水樣，水樣置于聚乙烯塑料瓶中，帶回實(shí)驗(yàn)室靜置30 min后立即分析。采樣時(shí)間定在每次降雨后第2天。2012年采樣時(shí)間為10-12、10-29、11-18；2013年采樣時(shí)間為03-13、04-10、05-07、08-29、09-26、10-21，共采集9次。采樣點(diǎn)信息見表1。

1.3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法

1.3.1 水質(zhì)指標(biāo)及其測(cè)定方法 監(jiān)測(cè)指標(biāo)共有9項(xiàng)，其中基本水質(zhì)指標(biāo)6項(xiàng)：流量、水溫、總懸浮物(SS)、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率(EC)和pH，用于表征水質(zhì)的基本性狀；面源污染指標(biāo)3項(xiàng)：總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)需氧量(COD)，用于表征農(nóng)業(yè)面源污染[8]。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)重復(fù)。

測(cè)定方法：水溫、pH、DO及EC采用便攜式水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定并記錄；SS采用重量法測(cè)定；流量采用浮標(biāo)法測(cè)定；總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定；總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定；COD采用重鉻酸鹽法測(cè)定[9]。

1.3.2 農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的估算及評(píng)價(jià)方法 目前，農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷估算方法包括實(shí)測(cè)法[10-11]、模型法[12-13]和排污系數(shù)法[14-20]，其中排污系數(shù)法由于對(duì)參數(shù)要求低、可操作性強(qiáng)，使用相對(duì)簡(jiǎn)單，在缺乏試驗(yàn)條件的情況下也可以對(duì)污染負(fù)荷進(jìn)行估算。因此，本文采用排污系數(shù)法估算農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷，通過將研究區(qū)域調(diào)查結(jié)果與污染源污染物產(chǎn)排系數(shù)相結(jié)合，估算主要面源污染來源及其主要污染物。

根據(jù)水樣中TN、TP及COD質(zhì)量濃度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合河流的年徑流量，采用排污系數(shù)法計(jì)算水體中污染物年污染負(fù)荷的總量。最后，采用等標(biāo)污染負(fù)荷法[21]對(duì)各種污染物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。具體計(jì)算公式如下：

Pi=Qi/C0i×10-6，

(1)

Ki=Pi/∑Pi×100%。

(2)

式中：Pi為污染物i的等標(biāo)污染負(fù)荷量，m3/年；Qi為污染物i的排放量，t/年；C0i為污染物i基于水環(huán)境功能分區(qū)的水質(zhì)控制類別標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L；Ki為污染物i的等標(biāo)污染負(fù)荷比。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2003對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理及作圖，采用spss18.0軟件S-N-K檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 余家河流域水體基本水質(zhì)指標(biāo)的時(shí)空變化

余家河流域各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)隨空間和時(shí)間的變化如表2和表3所示。由表2可知，監(jiān)測(cè)期間各水質(zhì)指標(biāo)隨時(shí)間變化具有顯著性差異。余家河竹峪鄉(xiāng)段平均流量在0.048 4～0.125 0 L/s，河水流量偏小且穩(wěn)定性不高，極容易受到氣候條件影響，降雨量少使得原本流量小的河流更加缺水，旱季采樣時(shí)出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。水溫隨季節(jié)的變化而變化，河流平均水溫以2013年8月最高，3月最低，最大溫差達(dá)到11.3 ℃，平均溫度13.2 ℃，與當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁叵嘁恢?。不同采樣時(shí)間水體SS質(zhì)量濃度為10～269 mg/L，9月最高，3月最低，最大相差259 mg/L。余家河監(jiān)測(cè)段水體pH值為6.05～8.72，達(dá)到了地表水Ⅰ～Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，2013年3、4、5月水體呈弱酸性，其他時(shí)期水體呈弱堿性，這主要是因?yàn)殡S著監(jiān)測(cè)期間季節(jié)變化，由冬季到春季，溫度升高，水生生物開始繁殖，以厭氧呼吸為主要方式，產(chǎn)生了一定量的酸，導(dǎo)致水體pH降低，在3、4、5月呈弱酸性[22]。水體DO為3.70～9.24 mg/L，含量偏低，平均值為5.90 mg/L，介于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)Ⅲ～Ⅳ類水體。一般家用自來水的EC介于125～1 250 μS/cm，純凈水的EC≤10 μS/cm，EC越低，說明水質(zhì)越純凈；相反，EC越高，說明水中礦物質(zhì)含量越高。在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，余家河水體的EC為360～539 μS/cm，可見河水純度屬于中等。

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)。表3同。

Note:Data in each column with different letters show significant difference (P<0.05).The same table 3.

由表3可知，監(jiān)測(cè)期間8個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)隨空間變化不大，這主要是由水體的流動(dòng)性造成的。個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)SS的差異性則是由于河流周圍環(huán)境和采樣天氣的影響。例如，在監(jiān)測(cè)過程中嶺梅村1監(jiān)測(cè)點(diǎn)有施工現(xiàn)象，受其影響SS較其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)高；同時(shí)SS也會(huì)受采樣天氣影響，下雨天水體受干擾程度大，較晴天采集的高，如9次采樣中只有2013年5月是在降雨過程中采樣，SS比同年3、4月較高，該指標(biāo)介于地表水資源環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(SL 63-1994)Ⅳ～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)之間。

注：各采樣點(diǎn)的名稱同表1。

Note:The name of each sampling point is the same as in table 1.

2.2 余家河流域水體面源污染指標(biāo)的時(shí)空變化

2.2.1 總 氮 從圖2可以看出，不同采樣點(diǎn)河水TN平均質(zhì)量濃度為7.85～19.13 mg/L。9次水樣平均TN質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)在丹陽(yáng)村1，最低值出現(xiàn)在白仙溝。丹陽(yáng)村1采樣點(diǎn)位于另一條支流上，其TN質(zhì)量濃度平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這與上游排入的污染物和周圍種植的農(nóng)作物種類有關(guān)。流經(jīng)4個(gè)村子余家河水體TN質(zhì)量濃度表現(xiàn)為嶺梅村>楊家莊>丹陽(yáng)村>白仙溝。根據(jù)我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)，各采樣點(diǎn)水體中TN質(zhì)量濃度平均值都嚴(yán)重超標(biāo)，其中丹陽(yáng)村1水體超標(biāo)最為嚴(yán)重，是超Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的9.6倍，白仙溝采樣點(diǎn)水體超標(biāo)最輕，是超Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的3.9倍。8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體TN質(zhì)量濃度平均值為14.24 mg/L，是超Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的7.1倍。

從圖3可以看出，監(jiān)測(cè)期間余家河水體平均TN質(zhì)量濃度整體呈逐漸下降趨勢(shì)，以2012年10月份最高，2013年10月最低，二者相差19.72 mg/L。查閱降雨資料可知，2012-10-2013-05，降雨減少，河流進(jìn)入枯水期，一定程度上減弱了降雨對(duì)土壤氮素的淋洗；2013-06-2013-09，降雨較多，河流進(jìn)入豐水期，此時(shí)降雨對(duì)河流的稀釋作用大于其對(duì)地表的沖刷作用。再結(jié)合表2河水流量變化可知，2012年和2013年的10月TN質(zhì)量濃度相差較大主要是由降雨量差異引起的。

2.2.2 總 磷 從圖4可以看出，8個(gè)采樣點(diǎn)的TP平均質(zhì)量濃度為0.033 0～0.070 0 mg/L，均符合我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)要求。監(jiān)測(cè)期間水體平均TP質(zhì)量濃度最高出現(xiàn)在嶺梅村3采樣點(diǎn)，最低出現(xiàn)在丹陽(yáng)村1采樣點(diǎn)，二者相差0.04 mg/L。流經(jīng)4個(gè)村子余家河流域水體中TP質(zhì)量濃度表現(xiàn)為嶺梅村>楊家莊>丹陽(yáng)村>白仙溝。下游水體中TP平均質(zhì)量濃度總體大于上游水體。

從圖5可以看出，監(jiān)測(cè)期間水體中TP的平均質(zhì)量濃度隨采樣季節(jié)不同而變化，呈先升高后下降的趨勢(shì)。2013年4月水體中TP質(zhì)量濃度最高，2012年10月最低。2012年11月和2013年5月水體中TP平均質(zhì)量濃度屬于Ⅰ～Ⅱ類，2013年3、4月水體中TP質(zhì)量濃度為Ⅱ～Ⅳ類，其他時(shí)間水質(zhì)均屬于Ⅰ類，監(jiān)測(cè)期間水體TP質(zhì)量濃度平均值為 0.064 2 mg/L，介于Ⅰ～Ⅱ類。比較可知，春季水體中TP質(zhì)量濃度最高，其次是秋季和冬季，這與其他相關(guān)研究結(jié)果不同。陳永川等[23]對(duì)滇池流域水體TP質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，但總體表現(xiàn)為夏季較高，冬季較低。這可能是因?yàn)橄募居晁^多，導(dǎo)致城市污水、農(nóng)田養(yǎng)分及山地水土流失等外部磷隨雨水遷移到滇池中，引起水體TP質(zhì)量濃度增加。還有資料顯示，夏季降雨多，沖刷作用明顯，會(huì)導(dǎo)致水體中TP質(zhì)量濃度夏季高，秋冬低[24-25]。本研究區(qū)距離城市較遠(yuǎn)，受城市污水影響可能性不大，同時(shí)研究區(qū)附近大部分為農(nóng)田土壤，也不存在磷礦。因此，可以推斷研究區(qū)水體TP質(zhì)量濃度春季高，秋冬低的原因與當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤養(yǎng)分流失有關(guān)。據(jù)調(diào)查，研究區(qū)主要種植獼猴桃，每年3-4月份開始栽種，并且施用一定有機(jī)肥和磷肥，這時(shí)經(jīng)農(nóng)業(yè)地表徑流，匯入流域的TP質(zhì)量濃度增加。此外，蘇國(guó)營(yíng)[26]在獼猴桃施肥技術(shù)要點(diǎn)中提到，獼猴桃對(duì)磷肥需求量較小，因此，與TN相比而言，這可能是該流域TP負(fù)荷偏小的一個(gè)原因。

2.2.3 COD 圖6顯示，余家河不同采樣點(diǎn)水體中COD平均質(zhì)量濃度為11.96～19.10 mg/L，COD的平均質(zhì)量濃度最高出現(xiàn)在嶺梅村1采樣點(diǎn)，最低出現(xiàn)在丹陽(yáng)村2采樣點(diǎn)，二者相差8.00 mg/L。流經(jīng)4個(gè)村子余家河水體中COD質(zhì)量濃度表現(xiàn)為嶺梅村>白仙溝>楊家莊>丹陽(yáng)村?？傮w而言，白仙溝、丹陽(yáng)村3以及嶺梅村1、2采樣點(diǎn)COD質(zhì)量濃度介于Ⅲ～Ⅳ類，嶺梅村3、丹陽(yáng)村1、2及楊家莊采樣點(diǎn)COD質(zhì)量濃度介于Ⅱ～Ⅲ類。

從圖7可以看出，監(jiān)測(cè)期間水體COD質(zhì)量濃度呈波動(dòng)性變化，其中水體平均COD質(zhì)量濃度在2012-10-29達(dá)到最高，2013-10-21最低,二者差值達(dá)到 25.15 mg/L。監(jiān)測(cè)期間水體COD質(zhì)量濃度平均值為19.57 mg/L，介于Ⅱ～Ⅲ類。COD質(zhì)量濃度反映了水體中受還原性物質(zhì)污染的程度，這些物質(zhì)包括有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等，但一般水及廢水中無機(jī)還原性物質(zhì)的數(shù)量相對(duì)不大，而被有機(jī)物污染是很普遍的。因此，COD可作為表征有機(jī)物相對(duì)含量高低的一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。從整體上看，2013年由春季進(jìn)入夏季，由于雨水增加，降雨對(duì)河流中有機(jī)物含量的稀釋作用大于其通過地表徑流的沖刷作用，所以水體COD質(zhì)量濃度呈下降趨勢(shì)。

2.3 余家河流域農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷分析

根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，余家河流域主要污染源有種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水3種，故本研究對(duì)這3種污染源進(jìn)行分析計(jì)算。

2.3.1 種植業(yè)污染負(fù)荷 研究區(qū)域農(nóng)用耕地面積1 541 hm2，調(diào)查顯示該地區(qū)相對(duì)應(yīng)的氮肥(以純N計(jì))、磷肥(以P2O5計(jì))的施用總量分別為1 021.78，5.97 t/年，平均施用量分別為 663.06，3.87 kg/hm2。根據(jù)表4中數(shù)據(jù)和王曉鳳等[27]的研究以及種植業(yè)肥料入河系數(shù)0.05計(jì)算得知，研究區(qū)域TN、TP入河總量(對(duì)應(yīng)公式(1)中Qi)分別為14.02，0.68 kg/年。

注：數(shù)據(jù)來源于《第一次全國(guó)污染源普查肥料流失系數(shù)手冊(cè)》[28]。

Note:Data from the first national pollution census based manual of fertilizer loss coefficients[28].

2.3.2 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染負(fù)荷 研究區(qū)域畜禽養(yǎng)殖情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。從表5可以看出，研究區(qū)豬的實(shí)際養(yǎng)殖數(shù)量?jī)H有20頭，沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，故不考慮其污染負(fù)荷。由于肉雞養(yǎng)殖是農(nóng)戶飼養(yǎng)，根據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[29]可知，肉雞養(yǎng)殖中采用干清糞工藝時(shí)，污染物COD、TN、TP的排污系數(shù)均為0。所以本研究中畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染負(fù)荷也為0。

2.3.3 農(nóng)村生活污水污染負(fù)荷 研究區(qū)域常住人口2.3萬人，參照馬玉寶[30]對(duì)洪湖流域農(nóng)業(yè)面源污染的研究可知，農(nóng)村生活污水排放系數(shù)為150 kg/(人·d)，COD、TN、TP排放系數(shù)分別為64，10.3，0.72 g/(人·d)，入河系數(shù)為0.05。計(jì)算得知，由農(nóng)村生活污水所產(chǎn)生的COD、TN、TP入河總量(對(duì)應(yīng)公式(1)中Qi)分別為26.86，4.32，0.30 t/年。

2.3.4 農(nóng)業(yè)面源污染評(píng)價(jià) 根據(jù)1.3.2中農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷評(píng)價(jià)方法，計(jì)算余家河竹峪鄉(xiāng)段流域農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷，結(jié)果如表6所示。從表6可以看出，研究區(qū)主要污染物為TN，其等標(biāo)污染負(fù)荷量為2.167 0×10-6m3/年，主要是由農(nóng)村生活污水引起的，主要污染物貢獻(xiàn)率依次是TN>COD>TP。余家河流域主要污染來源為農(nóng)村生活污水，其等標(biāo)污染負(fù)荷比為99.8%，其次是種植業(yè)污染。

注：“-”代表無。

Note:“-” means nothing.

本研究結(jié)果顯示，陜西省余家河竹峪鄉(xiāng)段流域農(nóng)業(yè)面源污染主要由農(nóng)業(yè)徑流、生活污水及畜禽養(yǎng)殖業(yè)3類組成，其中農(nóng)村生活污染在當(dāng)?shù)乇容^突出，不容忽視。由表6可以看出，研究區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物為TN，其次為COD和TP污染，其中這3類污染主要來源于生活污水，其次來源于種植業(yè)，這與調(diào)查結(jié)果相一致，屬于農(nóng)業(yè)生活生產(chǎn)復(fù)合污染類型。張忠明[31]對(duì)太湖苕溪流域農(nóng)業(yè)面源污染的調(diào)查和評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，TN污染負(fù)荷率主要來自種植業(yè)，TP、 COD污染負(fù)荷率則主要來自畜禽養(yǎng)殖糞便。蔡金洲[32]對(duì)湖北省三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染解析發(fā)現(xiàn)，種植業(yè)是TN、TP 污染的主要來源，COD 主要來源于畜禽養(yǎng)殖業(yè)。周軍[33]對(duì)牡丹江流域農(nóng)業(yè)面源污染研究發(fā)現(xiàn)，TN、TP污染的最大貢獻(xiàn)者是農(nóng)田化肥。這與本研究結(jié)果不同。本研究中，余家河流域位于山區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)單一，主要以種植獼猴桃為主，農(nóng)業(yè)面源污染主要來源于農(nóng)村生活污水；由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施落后，缺少生活垃圾和污水處理處置設(shè)備，而且通過農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷計(jì)算結(jié)果可知，畜禽養(yǎng)殖業(yè)對(duì)河流中的COD貢獻(xiàn)率基本為0，也說明了該監(jiān)測(cè)區(qū)域COD的主要來源并不是畜禽污染，而是生活污水污染。這與當(dāng)?shù)氐奶赜械姆N植業(yè)和不健全的管理制度是分不開的。

3 結(jié) 論

1)余家河水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的空間變化不大，但隨著時(shí)間變化具有明顯差異，其中，除TN嚴(yán)重超標(biāo)(最高超標(biāo)9.6倍)外，其他指標(biāo)均符合地表水Ⅲ～Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2)2012-2013年，余家河流域TN質(zhì)量濃度平均值逐漸減少；TP質(zhì)量濃度呈先升高后降低趨勢(shì)，表現(xiàn)為春季較高，秋季和冬季較低；水體COD質(zhì)量濃度呈波動(dòng)性變化，但在2013年由春季進(jìn)入夏季后，其總體呈下降趨勢(shì)。

3)4個(gè)村子河水COD質(zhì)量濃度由高到低表現(xiàn)為嶺梅村>白仙溝>楊家莊>丹陽(yáng)村；TN、TP質(zhì)量濃度均為嶺梅村>楊家莊>丹陽(yáng)村>白仙溝。綜合來看，嶺梅村農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷是最嚴(yán)重的。

4)余家河竹峪鄉(xiāng)段流域農(nóng)業(yè)面源污染流失及排放到河流中的TN、TP及COD等標(biāo)污染負(fù)荷總量分別為2.167 0×10-6，0.617 0×10-6，0.670 0×10-6m3/年，污染物貢獻(xiàn)率依次是TN>COD>TP，主要污染源貢獻(xiàn)率依次為生活污水>種植業(yè)>畜禽養(yǎng)殖；污染類型屬于農(nóng)業(yè)生活和生產(chǎn)的復(fù)合污染。

志 謝：西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院2012級(jí)碩士研究生韋安勝同學(xué)為本論文提供了采樣點(diǎn)布設(shè)示意圖，在此表示感謝。

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Characteristics of surface water quality and agricultural area source pollution load of a small watershed in northern Qinling Mountains

WANG Li,HUANG Yi-mei,DING Yao,XIAO Li,YANG Fan

(CollegeofResourceandEnvironment,DepartmentofAgricultureofNorthwestAgricultureKeyLaboratoryofPlantNutritionandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study explored the effects of agricultural area sources on surface water quality and the pollution levels of a small watershed in northern Qinling Mountains.【Method】 Eight river segments were selected as monitoring sites along Yujia River in Zhouzhi,Shaanxi Province.Basic water physicochemical indexes including flow,temperature,pH,suspended solids,dissolved oxygen,and electrical conductivity and area source pollution indexes including total nitrogen (TN),total phosphorus (TP),chemical oxygen demand (COD),were determined from October 2012 to October 2013.Pollutant emission coefficients were used to estimate area source pollution load in the area,and the equivalent standard pollution load method was applied to evaluate the agricultural area source pollution status.【Result】 TN concentration gradually reduced from October 2012 to October 2013.TP content was highest in spring,followed by autumn and winter.COD content showed fluctuations,and gradually reduced from spring to summer in 2013.Except TN concentration which seriously exceed the Ⅳ grade of surface water quality standard (up to 9.6 times),other water quality indexes were in the Ⅲ-Ⅳ grades of standards.Total exports of TN,TP and COD were 2.167 0×10-6m3/a,0.617 0×10-6m3/a,and 0.670 0×10-6m3/a in Yujia River watershed from October 2012 to October 2013,respectively.The pollution loads were in a decreasing order of TN>COD>TP.The contributions of main area sources were in a decreasing order of sewage>planting>livestock farming.【Conclusion】 The pollution in this area was compound pollution of agricultural production and residential activities.

Yujia River;agricultural non-point source pollution;water quality monitoring;water quality assessment;pollution load

2014-05-04

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“秦嶺山地農(nóng)業(yè)面源污染防控關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(2012BAD15BO4-4-3)

王 莉(1989-)，女，陜西周至人，在讀碩士，主要從事環(huán)境化學(xué)研究。E-mail:wl_1014@126.com

黃懿梅(1971-)，女，四川大竹人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境化學(xué)與環(huán)境生態(tài)工程研究。 E-mail:ymhuang1971@nwsuaf.edu.cn

時(shí)間:2014-12-12 09:30

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.01.016

X522

A

1671-9387(2015)01-0159-10

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