赤水河干流水環(huán)境影響因素分析

張 為，楊 斌

(貴州師范大學(xué)喀斯特生態(tài)文明研究中心，貴州貴陽(yáng) 550025)

赤水河是長(zhǎng)江上游一級(jí)重要的支流，其發(fā)源于云南省鎮(zhèn)雄縣,經(jīng)貴州省畢節(jié)、大方、金沙、遵義、仁懷等，至四川省合江縣入長(zhǎng)江，流經(jīng)滇、黔、川3省13縣市。由于特殊的自然地理?xiàng)l件，赤水河流域的生物資源豐富，截至2006年底，在赤水河流域已劃分形成了多個(gè)自然保護(hù)區(qū)，其中國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)3個(gè)，市縣級(jí)保護(hù)區(qū)11個(gè)[1]。全流域共有珍稀保護(hù)動(dòng)植物77余種，其中國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)植物39種，國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物38種[2]。據(jù)中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所2007年調(diào)查資料顯示，赤水河棲息的131種魚類中有37種是長(zhǎng)江上游特有的[3]。同時(shí)赤水河還被稱為“美酒河”，在以貴州省仁懷市、習(xí)水縣和四川省古藺縣為主的赤水河流域中下游數(shù)十千米的河段內(nèi)分布著400多家酒類生產(chǎn)企業(yè)[4]，培育了茅臺(tái)、習(xí)酒、瀘州老窖、郎酒等國(guó)內(nèi)外知名的白酒品牌，酒類企業(yè)已經(jīng)成為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力[5]。以仁懷市為例，2013年仁懷市完成白酒規(guī)模工業(yè)增加值357.3億元，占全市生產(chǎn)總值的90%以上。

赤水河的水生態(tài)環(huán)境對(duì)茅臺(tái)等白酒工業(yè)的發(fā)展和長(zhǎng)江上游生物多樣性保護(hù)起著十分重要的作用。2017年10月《國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)(貴州)實(shí)施方案》公布，方案中明確提出了建立長(zhǎng)江珠江上游綠色屏障建設(shè)示范區(qū)的戰(zhàn)略定位。赤水河生態(tài)環(huán)境整體保持較好，水質(zhì)整體在II類以上，但是隨著赤水河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，其生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)了一定程度的破壞，上游茅臺(tái)站枯水期的氨氮(NH3-N)和豐水期、平水期的糞大腸菌群均超出水環(huán)境功能區(qū)要求[6]，支流鹽津河的水質(zhì)甚至達(dá)到了劣V類[7]。因此，該研究通過(guò)對(duì)赤水河干流主要污染物[總氮(NH3-N)、硫酸根(SO42-)、重金屬等]特征及其形成原因的總結(jié)，為赤水河流域管理和保護(hù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展和貴州生態(tài)文明建設(shè)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 赤水河干流水環(huán)境現(xiàn)狀

學(xué)者們對(duì)赤水河的水化學(xué)特征做了大量工作，研究發(fā)現(xiàn)赤水河水化學(xué)組成存在明顯的空間和時(shí)間分布特征。安艷玲等[8-9]、羅進(jìn)等[10]對(duì)枯水期赤水河干流的水質(zhì)做了較為全面的研究，其結(jié)果顯示赤水河干流水質(zhì)整體在II類以上，由于受到喀斯特地區(qū)碳酸鹽巖風(fēng)化作用影響，其水化學(xué)成分以Ca2+、HCO3-離子為主。但是水質(zhì)測(cè)量結(jié)果顯示河水中總氮(NH3-N)和硫酸根(SO42-)的濃度隨著赤水河空間位置的變化而變化(圖1)。赤水河上游的硫酸根離子在源頭處的云南省威信縣最大，而后迅速降低，并呈波動(dòng)緩慢上升；在赤水河中下游，硫酸根離子濃度保持緩慢上升的趨勢(shì)，在習(xí)水縣復(fù)興鎮(zhèn)達(dá)到1.1 mmol/L，而后迅速降低在赤水市降到0.6 mmol/L，隨后急劇升高至0.98 mmol/L。赤水河水體中的總氮濃度波動(dòng)相對(duì)較小，上游的總氮濃度(0.3 mmol/L)整體上略高于中游地區(qū)(0.2 mmol/L)，但是在下游赤水市急劇升高到0.75 mmol/L，隨后急劇降低到0.1 mmol/L(圖1)。

與此同時(shí)，赤水河水體中的重金屬含量也隨著空間的位置變化而變化。油秋平等[11]研究發(fā)現(xiàn)赤水河上游到下游鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu)和鉛(Pb)4種重金屬含量呈逐漸增加的趨勢(shì)。相反，汞(Hg)從上游到下游呈下降趨勢(shì)，進(jìn)入仁懷市后含量降低為零。砷(As)在上游呈上升趨勢(shì)，但下游未檢測(cè)出。綜合污染指數(shù)分析顯示，赤水河上游屬于微污染，下游及整條河流屬于輕度污染[11]。于霞等[12]采用污染負(fù)荷指數(shù)法分析赤水河表層沉積物的重金屬特征，結(jié)果顯示強(qiáng)污染點(diǎn)集中分布在上游，中等污染和無(wú)污染點(diǎn)主要分布在中下游地區(qū)，污染程度從大到小依次為上游>中游>下游。

圖1 赤水河干流總氮和硫酸根濃度隨河水流向的變化[8-10]Fig.1 Variations of total nitrogen and sulfate concentration in the main stream of Chishui River

2 赤水河干流水環(huán)境特征形成原因

赤水河河水中元素的含量主要是受水-巖反應(yīng)、巖石的風(fēng)化所控制，以Ca2+、HCO3-離子為主[8-10]。但是，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境具有重要的影響[13-14]，河水中的特征離子可以用于指示人類活動(dòng)及工業(yè)污染對(duì)水體的影響，其中SO42-主要來(lái)源于大氣酸沉降、酸性礦山廢水、含水層巖石中石膏的溶解、燃煤等；總氮(NH3-N)主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)施肥、工業(yè)活動(dòng)和汽車尾氣所產(chǎn)生的氮氧化合物等[9]。赤水河流域上下游縣市依托不同的資源稟賦制定了各自不同的發(fā)展方向，形成了不同的產(chǎn)業(yè)類型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(圖2、圖3)，也形成了不同的污染類型。

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于各縣市統(tǒng)計(jì)年鑒及政府工作報(bào)告Note:Data originated from statistical yearbook of each county and government work report圖2 2016年赤水河流域各縣市三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的構(gòu)成Fig.2 Composition of the three major industrial outputs of Chishui River Basin in 2016

2.1燃煤的影響赤水河上游地區(qū)的云南省鎮(zhèn)雄縣、威信縣，貴州省的畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)、大方縣是傳統(tǒng)的煤產(chǎn)區(qū)和礦產(chǎn)開發(fā)區(qū)，其間分布有黔北煤炭國(guó)家規(guī)劃區(qū)、畢節(jié)-大方硫鐵礦礦集區(qū)等大型礦床資源分布區(qū)(圖3)，形成了以礦產(chǎn)資源開采和選冶為主的工業(yè)體系。與此同時(shí)，燃煤也是赤水河上游地區(qū)民眾能源的重要來(lái)源。耿金等[15]研究發(fā)現(xiàn)赤水河上游地區(qū)河水中的SO42-和Ca2+呈正相關(guān)關(guān)系，認(rèn)為石膏等礦物的溶解是SO42-的主要來(lái)源之一。同時(shí)對(duì)比發(fā)現(xiàn)上游水體中SO42-的含量比1990年增加了近2倍，認(rèn)為川貴地區(qū)燃煤導(dǎo)致的水質(zhì)酸化和硫酸型酸雨對(duì)碳酸鹽礦物的溶解也是赤水河中SO42-含量增加的另一個(gè)重要因素[8,16]。

砷和汞是煤燃燒中的揮發(fā)性元素，雒昆利等[17]發(fā)現(xiàn)赤水河源頭鎮(zhèn)雄和威信兩縣的煤中砷的含量較高、煤層中黃鐵礦結(jié)核中汞的含量高。在貴州西南地區(qū)存在由于燃煤和汞礦開采而導(dǎo)致的土壤和大氣中汞的高含量富集。汞礦資源的開采導(dǎo)致赤水河流域大氣中汞含量的差異性分布，呈現(xiàn)上游含量相對(duì)較高、中游的含量相對(duì)較低的特點(diǎn)[18]。同時(shí)結(jié)合油秋平等[11]關(guān)于赤水河水體中的砷和汞在上游存在而在下游消失的空間分布特征，可以推斷赤水河上游地區(qū)云南、貴州、四川的煤燃燒揮發(fā)到大氣中的汞和砷通過(guò)降雨等大氣沉降的方式加入到赤水河上游的水體中。

2.2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響從圖1可以看出，赤水河上游地區(qū)水體中總氮含量略高于中游水體中的含量，那是因?yàn)殡m然上游地區(qū)工業(yè)結(jié)構(gòu)以煤、電行業(yè)為主，但是第一產(chǎn)業(yè)所占比重最大，占到全部總量的40%以上，是主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。例如貴州省大方縣2017年種植的蔬菜面積達(dá)33 680.00 hm2、中藥材達(dá)1.04萬(wàn)hm2、經(jīng)果林達(dá)7 093.00 hm2[19]。中游仁懷市第一產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的比例雖然很低，但是其第一產(chǎn)業(yè)的總值也達(dá)到鎮(zhèn)雄縣、大方縣和金沙縣的水平。為了滿足茅臺(tái)酒原料的供應(yīng)需求，仁懷市要求高粱和玉米種植戶盡量使用農(nóng)家肥和有機(jī)肥，但河流周邊種植業(yè)仍然大量使用化肥和農(nóng)藥[20]，過(guò)量施用的農(nóng)藥化肥通過(guò)地表徑流和淋溶等途徑進(jìn)入水體。滕智超等[6]通過(guò)因子分析后認(rèn)為高錳酸鹽指數(shù)、糞大腸菌群和氨氮的負(fù)載較高，認(rèn)為農(nóng)田徑流的面源污染也是水體的污染源之一，且赤水河上游農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)以中、低山為主，地面坡度大，人均耕地少，過(guò)度開墾導(dǎo)致的嚴(yán)重水土流失將農(nóng)藥化肥的殘留物帶入到河水中。

2.3工業(yè)污水的影響在赤水河中游地區(qū)，仁懷市經(jīng)濟(jì)總量在赤水河流域各縣市中最高，其中第二產(chǎn)業(yè)的比值占到總增加值的69%，而第一產(chǎn)業(yè)的比重占到10%以下(圖2)。與仁懷市隔河相望的四川古藺縣，雖然經(jīng)濟(jì)總量不高，但因?yàn)獒劸破髽I(yè)的存在，其第二產(chǎn)業(yè)也占到總產(chǎn)值的60%。根據(jù)醬香型白酒下沙—發(fā)酵—蒸餾—出酒的生產(chǎn)工藝流程，其中蒸餾過(guò)程中產(chǎn)生的鍋底水是含有氨氮(NH3-N)及化學(xué)需氧量(COD)的有機(jī)高濃度廢水，依據(jù)現(xiàn)在的白酒工業(yè)生產(chǎn)狀況，到2020年白酒工業(yè)的廢水排放量將達(dá)到4 320 t[5]，由此將產(chǎn)生數(shù)量龐大的氨氮等污染物。季益虎等[21]分析茅臺(tái)監(jiān)測(cè)斷面和小河口臨測(cè)斷面2001—2010年期間高錳酸鉀指數(shù)、生化需氧量和氨氮總量隨時(shí)間的變化，認(rèn)為2004年仁懷市對(duì)造紙企業(yè)及煤礦的限期治理和五馬河流域個(gè)體手工造紙業(yè)的全面取締是2005年高錳酸鉀指數(shù)和生化需氧量降低的重要原因。

2.4生活污水的影響鄒鳳釵等[7]通過(guò)對(duì)赤水河中段包括干流和支流10個(gè)斷面的水質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)雖然氨氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量、總氮、總磷和水體pH等指標(biāo)都存在明顯的空間分布特征，但是不同指標(biāo)之間存在明顯的相關(guān)性，包括支流在內(nèi)的整個(gè)河水中氨氮和總磷的相關(guān)性最好，平水期干流河水中化學(xué)需氧量和總磷相關(guān)性最好，枯水期氨氮和總磷的相關(guān)性較好。通過(guò)對(duì)各個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)性分析，認(rèn)為赤水河中段主要的排放污染源是固定的幾個(gè)，其中支流城鎮(zhèn)生活污染和白酒工業(yè)廢水的直接排放是一個(gè)主要的排放源[20]。鄒鳳釵等[7]發(fā)現(xiàn)由于支流城鎮(zhèn)居民生活污水未經(jīng)處理排放，導(dǎo)致鹽津河支流的水質(zhì)甚至達(dá)到劣V類。

圖3 赤水河流域產(chǎn)業(yè)格局(改自文獻(xiàn)[1])Fig.3 The industrial pattern of Chishui River Basin(Adapted from reference[1])

2.5土地利用方式的影響(水土流失) 蔡宏[22]通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，建設(shè)用地與總磷、氨氮、總氮呈高度正相關(guān)。根據(jù)實(shí)地調(diào)查他認(rèn)為流域內(nèi)城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點(diǎn)生活污水和生活垃圾、農(nóng)村圈養(yǎng)的家禽家畜以及工業(yè)污水的排放是水體污染的主要來(lái)源。坡度>25°的耕地與水體中氨氮、總磷呈顯著的正相關(guān)性，總氮、總磷、氨氮和化學(xué)需氧量等與水土流失呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。赤水河屬典型喀斯特地區(qū)，流域內(nèi)坡度>15°的土地面積占流域總面積的66.78%[23]，整體表現(xiàn)為坡降大、土層薄、水土流失嚴(yán)重。鄒翔等[24]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，赤水河流域水土流失面積達(dá)9 521.84 km2，占土地面積的49.85%，其中強(qiáng)烈以上的流失面積為1 410.78 km2，占土地面積的14.81%。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，氮肥和磷肥只有少量被作物吸收，而大部分營(yíng)養(yǎng)元素則因?yàn)樗亮魇П粠氲匠嗨铀w中。

赤水河上游地區(qū)云南省的鎮(zhèn)雄縣、威信縣，貴州省的畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)、大方縣，多年的礦冶活動(dòng)導(dǎo)致土壤中的污染元素含量的富集。例如上游的畢節(jié)市赫章縣野馬川屬于鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)和鎘(Cd)的重度污染區(qū)[25]，織金煤礦區(qū)的土壤已受到一定程度重金屬污染[26]。赤水河流域中游土壤的污染情況與上游有所不同，以仁懷市五馬鎮(zhèn)三元村為例的赤水河中游土壤中銅(Cu)、汞(Hg)、鎳(Ni)和鎘(Cd)均介于無(wú)污染到中度污染之間，鋅(Zn)、鉻(Cr)和砷(As)均處于無(wú)污染級(jí)，整體上土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于輕度污染、安全程度[27]。水土流失將土壤中的重金屬元素帶入到赤水河河水中，使河水中出現(xiàn)重金屬元素，而中游土壤是輕度、安全程度的重金屬含量，在水體自身的凈化作用下，重金屬含量逐漸降低。

2.6植被的截留作用因?yàn)橹参锔繉?duì)污染物的地表徑流的截流作用，林地面積與總磷、氨氮和化學(xué)需氧量等指標(biāo)呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系[22]。蔡宏[22]研究認(rèn)為，總氮、總磷、氨氮和化學(xué)需氧量等與低度植被覆蓋呈正相關(guān)關(guān)系，隨著植被覆蓋度的增加，轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)相關(guān)關(guān)系。赤水河下游的赤水市形成了以竹子為主的林業(yè)生態(tài)建設(shè)和林業(yè)產(chǎn)業(yè)建設(shè)，其竹林面積占全市國(guó)土面積的48%[28]。竹子的種植使赤水市水土流失得到有效遏制，赤水河出境泥沙含量年減少在400萬(wàn)t以上[29]。赤水市的竹林對(duì)赤水河河水中的污染物有顯著的降低作用。但是，赤水市是流域內(nèi)最大的城鎮(zhèn)，王發(fā)鵬等[30]通過(guò)赤水市河段的著生藻類的種類組成等生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行采樣調(diào)查與分析后發(fā)現(xiàn)，赤水市河段的水質(zhì)整體呈輕微污染，認(rèn)為生活污水的排放和農(nóng)藥化肥的施放是水體污染的主要原因。

3 結(jié)論與討論

赤水河發(fā)源于云南省北部鎮(zhèn)雄縣，流經(jīng)滇、黔、川三省共l3個(gè)縣市。沿河縣市依據(jù)自身的地理資源環(huán)境制定了不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，由此使得上、中、下游形成不同的主體污染類型。上游地區(qū)由于歷史時(shí)期及一直持續(xù)到現(xiàn)在的燃煤導(dǎo)致的酸雨、燃煤產(chǎn)生的揮發(fā)性重金屬的沉降，使赤水河水體中出現(xiàn)重金屬元素，且上游水體中硫酸根的含量最大；同時(shí)由于沿線縣市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中農(nóng)藥、化肥的施用，以及中游貴州省仁懷市、四川省古藺縣白酒工業(yè)的污水和赤水河沿線生活污水的無(wú)序排放導(dǎo)致水體中總氮、總磷和生化需氧量增大。同時(shí)由于赤水河屬典型喀斯特地區(qū)，坡降大、土層薄、水土流失嚴(yán)重，土壤中由于礦產(chǎn)開采產(chǎn)生的重金屬和農(nóng)藥、化肥施用產(chǎn)生的氮磷，在雨水的淋濾下，順勢(shì)流入河流，加劇了土壤中化肥、農(nóng)藥殘留和重金屬元素對(duì)水質(zhì)的影響。下游的赤水市形成了以竹子為主的林業(yè)生態(tài)建設(shè)和林業(yè)產(chǎn)業(yè)建設(shè)，起到涵養(yǎng)水源、保持水土、降低水體污染物濃度的作用，但是由于生活污水的排放和農(nóng)藥化肥的施放，以及中上游地區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)和工業(yè)污水的排放，導(dǎo)致下游水體呈輕微污染的狀態(tài)。

為了綜合協(xié)調(diào)解決赤水河流域出現(xiàn)的水環(huán)境污染問(wèn)題，黃真理[31]主張建立赤水河流域綜合性自然保護(hù)區(qū)，任曉冬[1]建議成立赤水河流域綜合保護(hù)協(xié)調(diào)委員會(huì)。為切實(shí)加強(qiáng)赤水河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，改善提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，提升赤水河干流生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)作監(jiān)管水平，貴州省仁懷、赤水、習(xí)水三縣(市)環(huán)境保護(hù)局簽訂了《跨界流域環(huán)境保護(hù)聯(lián)動(dòng)協(xié)議》；2017年9月，在中國(guó)赤水河流域保護(hù)治理發(fā)展協(xié)作推進(jìn)會(huì)之“赤水河流域市縣政協(xié)主席會(huì)議”上，赤水河16個(gè)縣(區(qū)、市)一致通過(guò)了中國(guó)赤水河流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展《仁懷宣言》,旨在探索跨區(qū)域的流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展新路，共同推進(jìn)赤水河流域生態(tài)保護(hù)、環(huán)境治理和生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2018年2月，云南、貴州、四川經(jīng)過(guò)協(xié)商后，簽訂了《赤水河流域橫向生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償協(xié)議》，并按1∶5∶4的比例，共同出資2億元人民幣，設(shè)立赤水河流域橫向補(bǔ)償資金，分配比例為3∶4∶3。以上縣(市)間和省際間的聯(lián)合協(xié)議有利于綜合系統(tǒng)的改善和赤水河水環(huán)境的保護(hù)。