洱海北部典型小流域農業氮磷流失特征的初步研究

唐 佳，李德品，姜 旭

（大理學院東喜瑪拉雅資源與環境研究所，云南大理 671003）

洱海北部典型小流域農業氮磷流失特征的初步研究

唐 佳，李德品，姜 旭

（大理學院東喜瑪拉雅資源與環境研究所，云南大理 671003）

為揭示洱海北部區域農業面源污染物氮磷流失的特征，以鳳羽河小流域為研究對象，于2011年7月對1次降雨-徑流的全過程進行了氮磷濃度的測定，分析了降雨過程中污染物負荷、濃度隨降雨-徑流變化過程的特征。結果表明，污染物負荷變化與流量變化呈現出大致相同的趨勢；污染物濃度的峰值提前于流量峰到達。今后開展相關監測時應將降雨時間間隔、上游生產生活方式考慮進來，以更好地闡釋降雨-徑流過程中鳳羽河小流域農業氮磷流失的規律性。

面源污染；降雨徑流；氮磷

農業面源污染是目前世界各國水環境的主要污染源之一〔1〕。其中，湖泊是面源污染的重災區〔2-3〕。據我國許多湖泊水體的調查，輸入湖泊的污染物約有一半以上來自面源污染，它們是通過降雨徑流等途徑進入水體〔4〕。作為云南九湖之一的洱海也因面源污染而使其水生生態環境惡化，富營養化程度也從中度逐步向高度的趨勢發展〔5〕。洱海北部3條河流是洱海污染物的主要來源，2010年洱海總入湖河流總氮（TN）、總磷（TP）負荷中僅彌苴河輸入的就分別占57%和52%〔6-7〕。因而，從源頭開展面源污染的研究對于洱海水生生態環境的保護是至關重要的。本文分析暴雨徑流過程中洱海北部鳳羽河小流域面源污染物的變化特征，為洱海北部區域面源的治理方案的制定提供一定的參考依據。

1 研究地自然社會概況及研究方法

1.1研究地概況鳳羽河流域位于云南省洱源縣西南角，發源于上游的清源洞，是洱海的源頭河流之一，屬彌苴河水系。鳳羽河由南向北流至洱源縣文強村附近折向東后與彌苴河交匯，最終匯入洱海，全長約13 km，流域面積為217 km2。流域屬于西南山地地形，地勢呈西高東低的趨勢，為點蒼山山脈北段。土地利用類型為林地、灌木林、草地和耕地，主要種植作物為油菜、水稻、玉米、蠶豆等。該地處于亞熱帶高原山地氣候，干濕季節分明，年均降雨量1 070 mm，降雨主要集中在6～10月份，多年平均氣溫13℃〔8〕。

流域涉及洱源縣鳳羽、茈碧湖2個鄉鎮的11個村委會，為典型的農業小流域，無污染型的工礦企業。根據《洱源縣國民經濟和社會發展統計年鑒（2008）》〔9〕數據，2008年末流域有9 381住戶共39 720口人；存欄大牲畜14 373頭（其中奶牛7 676頭），存欄生豬24 986頭，羊13 719頭；流域總耕地面積2 602 hm2，水田、旱地分別為1 840 hm2和752.6 hm2，人均耕地面積僅為0.065 hm2。

1.3水質分析方法水質監測指標為：總氮、總磷、可溶性總氮、可溶性總磷、氨氮、硝態氮和泥沙含量。各項水質指標測定方法如下：總氮（TN）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定（GB11894-89）；總磷（TP）用鉬酸銨分光光度法測定（GB11893-89）；可溶性總氮（TDN）用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定（GB11894-89），水樣經0.45 um濾膜過濾；可溶性總磷（TDP）用鉬酸銨分光光度法測定（GB11893-89），水樣經0.45 um濾膜過濾；硝態氮（NH3-N）用紫外分光光度法測定（GB/T8538-1995）；氨氮（NH4-N）用納氏試劑分光光度法測定（GB11893-89）〔10〕。

2 結果與討論

2.1污染負荷變化特征2011年7月13日至14日的降雨-徑流監測表明，從降雨開始至洪峰值的出現是在降雨發生后的第11小時，持續4 h后逐漸回落（圖1）。氮素各指標總負荷隨時間的變化趨勢與徑流量的變化趨勢大致相同，尤其是總氮、可溶性總氮與流量的變化趨勢較為吻合（圖1）?？偭椎呢摵煞迮c流量峰同時到達，但之后并未與流量的變化同步，而是呈現出急劇下降的趨勢?？扇苄钥偭自谡麄€降雨徑流過程中并未有明顯的峰值，在降雨開始至徑流量開始回落期間有小幅的鋸齒狀變化（圖2）。

圖1 鳳羽河暴雨徑流氮素各指標負荷過程

圖2 鳳羽河暴雨徑流磷素各指標負荷過程

氮、磷是農田生產所施化肥的主要成分，易在降雨或灌溉等產流作用下大量流失，經排水系統直接或間接進入納污水體〔11〕。氮、磷含量與降雨量的關系可以反映它們的主要來源〔12〕。鳳羽河流域為典型的農業區域，因而在農業生產過程中將不可避免地引入大量的氮、磷，成為了面源污染的主要來源。根據2008年輸入流域的氮肥、磷肥的量〔9〕進行折算，當年輸入流域的人工氮、磷（折純）分別為730 t和260 t；此外，流域畜禽糞便用于還田或未統一處理而隨意堆放（訪問調查獲取的信息），也是污染的主要組成部分。因而，降雨過程中在地表徑流的沖刷作用下農業面源污染負荷量隨降雨量的增加而增加，出現了氮、磷污染負荷峰值與徑流量峰基本同步的現象。

2.2各項污染物指標濃度變化特征在降雨-徑流過程中，總氮、可溶性總氮的濃度出現了1個峰值，均超前于流量峰，之后并未出現明顯的峰值，但總體上洪峰階段的濃度相對較高；銨態氮的濃度峰與流量峰基本吻合，而硝態氮的濃度并未有明顯的峰值，在徑流過程中有小幅的鋸齒狀變化（圖3）。總磷的濃度變化幅度較大，在降雨-徑流過程中呈現出了2個濃度峰，均早于徑流峰；可溶性總磷僅出現了1個微小的濃度峰，且超前于徑流峰（圖4）。泥沙濃度僅出現1個峰值，早于徑流峰達到（圖5）。此外，總磷第2個濃度峰值的變化趨勢與泥沙濃度峰值的變化相一致。

受面源污染影響較大的河流氮、磷濃度同時受沖刷作用和河水稀釋效應的影響，當徑流量小于一定量時地表徑流沖刷占主導地位，氮、磷濃度與之呈正相關關系，但是當徑流量繼續增大到一定程度時則河流氮、磷濃度主要受河水稀釋效應的影響，氮、磷含量隨著徑流量的增大而減小〔13〕。鳳羽河流域暴雨徑流過程中，污染物總磷的濃度隨徑流的變化趨勢就呈現類似的現象。另一方面，總磷濃度的變化可能還受徑流中泥沙含量的影響，因為洪峰到達前后的徑流過程中總磷濃度的變化與泥沙含量的變化趨勢一致（圖4、圖5）。這說明在降雨徑流過程中磷污染物主要以非溶解態的形式進行遷移，可能表現為吸附于泥沙、懸浮物等物質上隨河水遷移。影響徑流中污染物濃度的因素很多，如降雨間隔時間、上游施肥量等因素〔14〕。因此，為更合理地闡釋鳳羽河降雨-徑流過程中污染物濃度的變化特征，今后在鳳羽河流域開展相關的研究時應將上述因素考慮進來。

圖3 鳳羽河暴雨徑流氮素各指標濃度過程

圖4 鳳羽河暴雨徑流磷素各指標濃度過程

圖5 鳳羽河暴雨徑流泥沙濃度過程

3 結論

鳳羽河流域降雨-徑流過程中，氮、磷污染負荷受徑流量的影響較大；而氮、磷污染物濃度的變化除受徑流量影響外，可能還受上游生產生活方式、降雨間隔時間等因素的影響。

〔1〕鄭濤，程環珍，黃衍初，等.非點源污染控制研究進展〔J〕.環境保護，2005（2）：31-34.

〔2〕KRONVANG B，GRAESB?LLP，LARSEN S E，et al. Diffuse nutrient losses in Denmark〔J〕.Water Science and Technology，1996，33（4）：81-88.

〔3〕張榮保，姚琪，計勇，等.太湖地區非典型小流域非點源污染物流失規律：以宜興梅林小流域為例〔J〕.長江流域資源與環境，2005，14（1）：94-98.

〔4〕金相燦.湖泊富營養化控制和管理技術〔M〕.北京：化學工業出版社，2001：1-7.

〔5〕楊運星.洱海流域低碳經濟發展探析〔J〕.蘭州學刊，2011（8）：224.

〔6〕趙海超，王圣瑞，焦立新，等.洱海全湖氮負荷時空分布特征〔J〕.環境科學研究，2010，26（4）：389-395.

〔7〕焦立新，王圣瑞，趙海超，等.洱海全湖磷負荷時空分布特征〔J〕.環境科學研究，2010，26（4）：389-395.

〔8〕張召喜，羅春燕，張敬鎖，等.子流域劃分對農業面源污染模擬結果的影響〔J〕.農業環境科學學報，2012，31（10）：1986-1993.

〔9〕洱源縣統計局.洱源縣國民經濟和社會發展統計年鑒（二〇〇八年度）〔R〕.2009：22-65.

〔10〕國家環保局編委會.水和廢水監測分析方法〔M〕.4版，增補版.北京：中國環境科學出版社，2006：252-286.

〔11〕陳成廣，趙輕舟，胡保衛.雙季晚稻田灌溉徑流氮磷分布特征研究〔J〕.水利學報，2013，44（2）：238-242.

〔12〕段水旺，張申.中國主要河流控制站氮、磷含量變化規律初探〔J〕.地理科學，1999，19（5）：411-416.

〔13〕于超，儲金宇，白曉華，等．洱海入湖河流彌苴河下游氮磷季節性變化特征及主要影響因素〔J〕.生態學報，2011，31（23）：7104-7111.

〔14〕SEMHI K，SUCHET PA，CLUAER N，et al.Impact of nitrogen fertilizers on the natural weathering-erosion processes and fluvial transport in the Garonne basin〔J〕.Applied geochemistry，2000，15（6）：865-878.

（責任編輯 毛本勇）

Primary Study on Characteristics of Nitrogen and Phosphorus Losses in the Typical Small Watershed of the Northern Area of Erhai Lake

TANG Jia,LI Depin,JIANG Xu
（Institute of Eastern-Himalaya Biodiversity Research,Dali University,Dali,Yunnan 671003,China）

The relationships of pollutant concentrations and precipitation-runoff were monitored at the outlets of the Fengyu River in July 2011.The results showed that the loads of nitrogen and phosphorus increased with the increasing of flux.Furthermore,the peak of pollutant concentrations early occurred than the peak of flux.For reasonably interpreting law of no-point source pollutants losses,the interval time of rainfall as well as production and life style of upstream should be considered in the future study.

no-point source pollution;rainfall-runoff;nitrogen and phosphorus

X524

A

1672-2345（2014）06-0060-03

10.3969∕j.issn.1672-2345.2014.06.015

農業部公益性行業（農業）科研專項資助項目（201003014-6）

2014-02-27

2014-03-12

唐佳，助教，主要從事農業環境生態研究.