河北山地典型小流域面源污染特點分析

史亞梅 曹寒 馬香玲 王雄賓

摘要：選取河北省圍場縣灤河上游4個典型小流域進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，利用輸出系數(shù)模型對其面源污染負(fù)荷（TN和TP）進(jìn)行了估算。結(jié)果表明4條小流域的面源污染負(fù)荷TN主要來自于種植土地和畜禽養(yǎng)殖，面源污染負(fù)荷TP主要來自于種植土地和人口。在農(nóng)業(yè)面源污水進(jìn)入河流之前，應(yīng)使其先流經(jīng)河岸緩沖帶，以減少對河水富營養(yǎng)化程度。

Abstract： 4 typical small watersheds in the upper reaches of Luanhe River in Weichang County of Hebei Province were selected for field investigation， and the non-point source pollution load （TN and TP） was estimated by using the output coefficient model. The results showed that TN of non-point source pollution was mainly from planting land and livestock breeding， TP of non-point source pollution was mainly from planting land and population. Before the agricultural non-point source sewage enters into the river， it should flow through the bank buffer zone to reduce the degree of eutrophication of the river.

關(guān)鍵詞：典型小流域;面源污染負(fù)荷;面源污染特點;河北山地

Key words： typical small watersheds;non-point source pollution load;characteristics of non-point source pollution;Hebei mountainous area

中圖分類號：TV882.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）20-0217-03

0? 引言

當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，面源污染對水體造成的惡劣影響已不容忽視，成為人們急需解決的問題[1，2]。面源污染是指污染物在降水和徑流沖刷作用下從整個集水面上匯入受納水體而引起的水體污染[2]。河北山地面源污染主要包括村鎮(zhèn)生活污水及生活垃圾、畜禽糞便污染、農(nóng)田化肥農(nóng)藥不合理使用、水土流失等。本研究對河北省圍場縣灤河上游4個典型小流域進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，分析其面源污染特點，為該區(qū)域小流域生態(tài)治理提供科學(xué)依據(jù)。

1? 研究地概況

所調(diào)查區(qū)域位于河北省圍場縣，多年平均降雨量454mm，其中6-9月份的降雨量占全年總量的80%左右，汛期雨量集中，暴雨和大暴雨多在7月下旬至8月上旬出現(xiàn)，加之部分區(qū)域坡度大、土層薄，極易形成水土流失。所調(diào)查小流域內(nèi)土壤侵蝕類型以水蝕為主，降水對地表土壤沖刷作用強(qiáng)，造成大量表土被沖刷帶走，土壤中N、P、K流失，地力下降，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量低而不穩(wěn)，嚴(yán)重影響農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。此外不合理施用化肥造成的氮、磷流失，有機(jī)糞肥中殘效氮、磷的流失，以及大量動植物殘體分解產(chǎn)生的氮、磷等污染物也隨地表徑流和泥沙流入地表水體。

2? 研究方法

2.1 流域調(diào)查方法及內(nèi)容

在調(diào)查中采用了普查、重點調(diào)查及訪問相結(jié)合的方法，對不同來源的資料，特別是對一些出入較大的數(shù)據(jù)深入到實地進(jìn)行調(diào)查，弄清數(shù)據(jù)不同的原因，然后進(jìn)行分析處理，驗證資料的可靠性，分析確定合理的數(shù)據(jù)。主要調(diào)查內(nèi)容包括土地利用類型、水土流失狀況、作物種植、化肥農(nóng)藥的使用情況、村鎮(zhèn)生活污水及生活垃圾等[3]。

2.2 流域面源污染物輸出模型

面源污染物是指流域內(nèi)的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，計算模型采用輸出系數(shù)模型，引用相關(guān)文獻(xiàn)[3]其輸出系數(shù)模型可表述為：

■ （1）

式中：L—營養(yǎng)物質(zhì)的流失量;Ei—第i種營養(yǎng)源的輸出系數(shù);Ai—第i類土地利用類型的面積或畜禽數(shù)量或人口數(shù)量;Ii—第i類營養(yǎng)源的營養(yǎng)物質(zhì)輸入量;p—降雨輸入的營養(yǎng)物量。

3? 面源污染現(xiàn)狀調(diào)查分析

3.1 化肥農(nóng)藥

①化肥、農(nóng)藥品種?；势贩N：項目區(qū)內(nèi)施用的化肥以氮肥、磷肥和鉀肥為主，主要包括尿素、碳銨、過磷酸鈣、磷酸二氫鉀和復(fù)混肥等。

②施肥藥時間及施肥藥量。所調(diào)查小流域內(nèi)作物主要有玉米和胡蘿卜、馬鈴薯等露地蔬菜。

玉米施肥品種為尿素，施肥時間為7月，施肥量1125kg·hm-2·a-1。露地蔬菜施肥主要為尿素和磷酸二氫鉀，施肥量N為170kg·hm-2·a-1，P2O5為60kg·hm-2·a-1，K2O為70kg·hm-2·a-1。

從施肥水平來看，作物生長季節(jié)施肥量比較高，但化肥的利用率比較低，流失量比較大，是農(nóng)村面源污染治理的重點之一。使用農(nóng)藥的作物平均噴藥量7.5kg·hm-2·a-1，使用時間以7月和8月為主。

③施肥方式。所調(diào)查流域內(nèi)農(nóng)民施肥大部分采用傳統(tǒng)的施肥灌溉方式：部分化肥和農(nóng)家肥作為底肥撒施到土壤表層，然后隨耕作與土壤顆?；旌鲜┤氲揭欢ㄉ疃鹊耐翆觾?nèi)，然后在作物關(guān)鍵生育期隨溝灌或畦灌進(jìn)行一定量的追肥;旱地則考慮在下雨之前在作物根部撒施肥料。這種傳統(tǒng)的灌溉施肥方式不僅會造成肥料的浪費，而且導(dǎo)致大部分肥料隨灌溉產(chǎn)生深層滲漏流失，直接污染地下水或者在汛期污染地表水。

④化肥農(nóng)藥施用現(xiàn)狀存在的問題。一是化肥投入量比較多，而有機(jī)肥施用量很少，化肥和有機(jī)肥施用不平衡。二是氮、磷、鉀施用比例不合理，以氮肥為主。三是施用方法不合理，主要以表施、撒施為主，深施、穴施、葉面施肥應(yīng)用得很少。四是氮肥中又以易揮發(fā)性的碳銨為主，尿素和生物復(fù)合肥施用少，導(dǎo)致氮肥利用率不高。

3.2 農(nóng)村生活排污情況

①農(nóng)村垃圾排放情況。農(nóng)村垃圾主要有生活垃圾和牲畜糞便和建筑垃圾。據(jù)典型農(nóng)戶調(diào)查，平均每戶每天生活垃圾產(chǎn)生量為1kg，牲畜糞便產(chǎn)生量為2kg，土、人畜糞便等一般用來墊圈，以后用于農(nóng)田。

通過調(diào)查，各村雖然建立了生活垃圾清運制度，但有些村民仍然將生活垃圾隨意堆放，農(nóng)村的村口、路旁、河邊偶有垃圾堆放，一遇降雨，水面上會各種漂浮物，雨天污水橫流，對環(huán)境污染比較嚴(yán)重。

②農(nóng)村生活污水排放情況。流域內(nèi)的生活用水主要是開采淺層地下水，平均每人每天用水20L，每人每天污水排放量為10L，占用水量的50%。

流域內(nèi)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)比較落后，村莊沒有污水收集管網(wǎng)，剩飯、泔水等用于喂豬，洗滌廢水一般潑灑到豬圈圈場，或者隨意潑灑在院內(nèi)、街道，人糞尿收集后堆放在田邊，這些生活污水非汛期直接污染淺層地下水，汛期隨徑流排入河道污染地表水，對環(huán)境造成了較大污染。

③牲畜養(yǎng)殖情況。所調(diào)查流域內(nèi)有大牲畜88頭，小牲畜156頭（僅包括豬、羊），分散在流域的村落。目前各家各戶中豬的養(yǎng)殖還是采用傳統(tǒng)的“連茅圈”（茅坑連著豬圈）養(yǎng)殖方式。雞散養(yǎng)，衛(wèi)生狀況較差，一遇暴雨，這些儲存在地表和土壤中的污染物隨著降雨徑流排向河道，成為面源污染物的重要組成部分。

4? 流域水土流失及面源污染綜合評價

4.1 面源污染輸出系數(shù)確定

由式（1）可以看出，面源污染物估算的關(guān)鍵是確定輸出系數(shù)的種類及其取值。影響輸出系數(shù)的主要因素包括：地形地貌、水文、氣候、土地利用、土壤類型和結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、植被、管理措施以及人類活動等。按照土地利用情況將流域劃分為三大類：即種植土地、村鎮(zhèn)土地和自然土地;從活動來講，又分為牲畜和人，其輸出系數(shù)分別為EA、EU、EN、EL和EP。

①種植土地輸出系數(shù)EA。種植土地主要包括水澆地、菜田、果園及旱地，主要研究農(nóng)業(yè)種植對水體造成的非點源污染程度。

氮肥：氮肥施入農(nóng)田后，其氮元素的去向有：被作物吸收、殘留于土壤及通過各種途徑損失。據(jù)調(diào)查，項目區(qū)平均施用氮肥150kg·hm-2·a-1，而大量的研究表明，氮肥的當(dāng)季利用率僅為35%左右[3]，氮肥的損失包括氨的揮發(fā)、淋洗、硝化與反硝化及地表徑流等。種植土地的輸出系數(shù)與氮素的地表徑流損失量相當(dāng)，參考國內(nèi)外不同區(qū)域研究成果，結(jié)合本項目的實際情況，確定種植土地N輸出系數(shù)見表1。

磷肥：磷肥進(jìn)入土壤后其磷元素去向主要為徑流損失和少量的淋洗。磷肥當(dāng)季利用率為30%以上，確定種植土地磷輸出系數(shù)見表1。

■

②村莊土地輸出系數(shù)。鑒于村莊用地的復(fù)雜性、易變性，其輸出系數(shù)的取值，研究還很不完善，參考相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果[3]，并結(jié)合流域的具體情況，確定項目區(qū)城鎮(zhèn)土地氮輸出系為10kg·hm-2·a-1，磷的輸出系數(shù)為1kg·hm-2·a-1。

③牲畜排泄物輸出系數(shù)。牲畜糞尿排量與動物種類、品種、生長期、飼料等因素相關(guān)。牛、豬、羊和家禽排泄物中氮的輸出比例分別為16.71%、16.43%、17.68%和18%，磷的輸出比例分別為2.85%、2.55%、3%和3.2%。因此得出畜禽排泄物氮、磷的輸出系數(shù)見表2。

■

④人的排泄物輸出系數(shù)。參考相關(guān)文獻(xiàn)，人的排泄物氮、磷的輸出系數(shù)分別為2.0kg·人-1·a-1和0.38kg/·人-1·a-1。

4.2 面源污染負(fù)荷估算

鑒于森林、草地等對面源污染有一定防控作用，其自然土地輸出系數(shù)較小，降雨輸入營養(yǎng)物質(zhì)較少，本研究未對所調(diào)查小流域中森林、草地的面源污染負(fù)荷和降水污染負(fù)荷進(jìn)行估算。

①污染負(fù)荷輸出量。根據(jù)流域的土地利用現(xiàn)狀、人口、畜禽養(yǎng)殖等情況，計算面源污染負(fù)荷，所調(diào)查TN輸出負(fù)荷分別為1275.56kg·a-1、1632.78kg·a-1、3751.35kg·a-1和33238.79kg·a-1，TP輸出負(fù)荷為120.97kg·a-1、136.48kg·a-1、282.93kg·a-1和302.94kg·a-1。

②面源污染評價。從表3中看出，所調(diào)查4個小流域的面源污染負(fù)荷TN主要來自于種植土地和畜禽養(yǎng)殖，畜禽養(yǎng)殖所占百分比介于50.12～64.53%，種植土地所占百分比介于23.29～34.72%。4個小流域的面源污染負(fù)荷TP主要來自于種植土地和人口，種植土地所占百分比介于41.80～55.67%，人口所占百分比介于27.53～36.75%，畜禽養(yǎng)殖所占比例介于15.03～23.95%。

鑒于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣，大部分畜禽養(yǎng)殖所產(chǎn)生的糞便會用做農(nóng)家肥使用于農(nóng)田，農(nóng)田帶來的面源污染負(fù)荷比例較大，防治所調(diào)查小流域面源污染，應(yīng)重點消除種植土地帶來的污染負(fù)荷。

■

5? 結(jié)論與討論

①所調(diào)查小流域農(nóng)用化肥種類以尿素和磷酸二氫鉀為主，農(nóng)田所產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)面源污染以氮（NH4+）和磷（PO43-）為主。

②4條小流域的面源污染負(fù)荷TN主要來自于種植土地和畜禽養(yǎng)殖，面源污染負(fù)荷TP主要來自于種植土地和人口。鑒于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣，大部分畜禽養(yǎng)殖所產(chǎn)生的糞便會用做農(nóng)家肥使用于農(nóng)田，農(nóng)田帶來的面源污染負(fù)荷比例較大，防治所調(diào)查小流域面源污染，應(yīng)重點消除種植土地帶來的污染負(fù)荷。

③農(nóng)業(yè)面源污水在流經(jīng)河岸緩沖帶時，河岸緩沖帶通過過濾、吸收、滯留、沉積等作用，使地表徑流和壤中流的污染程度降低。在農(nóng)業(yè)面源污水進(jìn)入河流之前，應(yīng)使其先流經(jīng)河岸緩沖帶，以減少對河水富營養(yǎng)化程度[4]。

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