興山縣香溪河流域農業面源污染現狀分析

王家，夏穎，陳瓊星，范先鵬，吳茂前，張富林，劉冬碧，張繼銘

摘要：采用清單分析法和等標負荷法，研究了湖北省興山縣香溪河流域農業面源污染現狀，為綜合防控興山縣農業面源污染提供數據支撐。結果表明，流域內等標污染總負荷為1 116.7 m3/a，主要污染源是種植業和畜禽養殖業，其次是農村生活污染源，種植業源等標污染負荷為639.9 m3/a，畜禽養殖業源為425.5 m3/a，農村生活源為51.3 m3/a，等標負荷比分別為57%、38%和5%，主要污染物是TN和TP，其次是COD和NH4+-N，其等標污染負荷分別為570.92、368.00、90.68、87.10 m3/a，等標污染負荷比分別為51.1%、33.4%、8.1%和7.8%;主要污染區域為古夫鎮、黃糧鎮，其等標污染負荷為178.12 m3/a和207.23 m3/a，兩者污染負荷比的和占區域總負荷的34.5%。綜上，導致湖北省興山縣香溪河流域水質環境惡化的主要成因是種植業和畜禽養殖業;控制排放的主要污染物TN和TP;防控重點區域為黃糧鎮和古夫鎮。

關鍵詞：面源污染;等標污染負荷法;興山縣

中圖分類號：X524 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? 文章編號：0439-8114（2014）23-5724-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.025

在國內外，水環境面源污染越來越受到廣泛關注，面源污染問題的研究也隨之成為更加引人注目的領域[1]。三峽工程是全國水利水電的重大項目，其對生態環境造成的影響受到國內外廣泛關注，香溪河是三峽水庫在湖北最大的支流，所以香溪河流域面源污染的防治不容忽視。

研究表明，造成大規模流域中氮、磷元素超標的主要原因是農業面源的污染，其貢獻率大大超過了來自城市的生活廢水和工業廢水的點源污染[2]。隨著中國人口的不斷增長，全國因廢棄物而被占用和損毀的農田面積已經超過1.33萬hm2，3億多農村人口面臨著飲水不安全問題[3]。農村的生產生活已經受到嚴重影響，所以流域農業面源污染的防治是以后環境保護工作的首要任務之一。

三峽水庫及其主要支流水域N、P等營養鹽的含量都已經超過國際公認標準，已導致富營養化發生藻類水華[4]。為此，以香溪河流域為例，通過對各個鄉鎮污染現狀進行調查，采用輸出系數模型[5，6]和清單分析方法[7]對香溪河流域主要鄉鎮不同污染源的各污染物指標負荷進行估算，用等標污染負荷法[4]確定流域內主要鄉鎮的主要污染源類型，由此提出香溪河流域農業面源污染的針對性防治對策。

1 ?香溪河流域概況

香溪河是三峽水庫湖北庫區最大的支流，干流長94 km，流域總面積3 099 km2，其中流經興山縣內78 km，最后進入秭歸縣內。該水系分為東西兩大源流。東源在神農架林區騾馬店，叫東河（深渡河），全長64.5 km;西源在大神農架山南，叫西河（白沙河），河長54 km;東西兩河在興山縣高陽鎮昭君村前的響灘匯合后，經過香溪鎮進入長江干流[8]。研究區域圖見圖1。

在興山縣香溪河流域，居住人口分布并不均勻，比如在神農架林區基本無人居住，所以主要以興山縣內人口密集的香溪河流域部分地區為主要調查范圍，對古夫鎮、南陽鎮、高陽鎮、峽口鎮等8個鄉鎮進行了污染源的數據調查分析。興山縣戶籍常住人口117 438人，總耕地面積13 070.7 hm2，其中旱地10 647.8 hm2，水田2 423.1 hm2，平均年化肥使用量11 704.11 t，其中折純氮肥為8 329.92 t，磷肥3 374.15 t。表1是2007年統計的興山縣香溪河流域各鄉鎮基本概況。

2 ?數據調查與處理

2.1 ?數據調查

文中使用的數據均來自2007年全國污染源普查數據平臺，選取古夫鎮、高陽鎮、峽口鎮、南陽鎮、黃糧鎮、水月寺鎮、高橋鄉和榛子鄉8個鄉鎮作為研究區進行數據分析，其中包括種植業源、畜禽養殖業源、農村生活源三個主要農村污染源。

2.1.1 ?種植業源 ?興山縣8個鄉鎮總耕地面積13 070.7 hm2，其中包括旱地、水田以及園地，肥料使用量共計11 704.11 t。種植業源的調查采取分類、隨機抽樣的方法。在以鄉鎮為單位的抽樣調查中，以農戶作為抽樣對象，對該農戶的一個典型地塊進行調查。調查內容包括耕地基本情況、肥料以及農藥的使用等信息。

2.1.2 ?畜禽養殖業源 ?興山縣共有養殖場13個，養殖小區3個，養殖專業戶201戶，主要飼養豬、牛和雞。畜禽養殖業污染源的調查內容主要包括畜禽種類、存欄量、出欄量、飼養階段、污染物的產生與排放情況，及清糞和污水處理方式（表2）。

2.1.3 ?農村生活源 ?興山縣鄉鎮包含109個行政村，戶籍人口總數為140 380人，戶籍常住人口117 438 人。農村生活產生的污水和垃圾很少經過處理，直接排放到環境中，生活污水和生活垃圾的產生總量分別為77.08 t/a和2.28萬 t/a，排放總量分別為19.05 t/a和1.75萬t/a。農村生活源主要調查統計農村常住人口和外來人口數量，農戶的用水情況、經濟收入狀況以及生活垃圾和生活污水處理方式。

2.2 ?數據處理

通過對調查對象的數據結果匯總與對應污染物產排系數[9]（表3至表5）相結合，以此按照排污系數模型[10]測算出農村生活源排放污染物的情況，然后通過等標污染負荷法，以行政單元匯總，計算出各污染物在環境中的等標污染負荷。

2.2.1 ?輸出系數法 ?Johns等建立了輸出系數模型，可以有效避開面源污染的發生過程，從而降低了對流域內檢測數據的要求，適用于中國很多地區缺乏面源污染檢測資料的情況[5]。其模型方程為

Li=■=EijAj+P0 （1）

式（1）中，Li為污染物i的負荷量，kg/a;Eij為污染物i在第j種土地利用類型中的輸出系數[kg/（ca·a）]或第j種畜禽養殖的污染物i的輸出系數[kg/（ca·a）]或人口因素導致的污染物i的輸出系數[kg/（ca·a）];Aj為第j種土地利用類型的面積（hm2）或第j種畜禽養殖的數量（ca）或人口數量（ca）;P0為降雨輸入的污染物總量，kg/a;m為流域內污染源數量。

輸出系數一般通過現場監測和查閱文獻獲取。現場檢測可以獲取較高精度的參數，但是工作量大、耗時長、費用高;查閱文獻是利用前人的研究成果，便于獲得，但所得輸出系數地域特征明顯，模型系數精度有限[11]。本研究中模型均根據流域實際情況并結合第一次全國污染源普查數據管理系統軟件進行計算。

2.2.2 ?污染負荷計算方法 ?對一個系統中多個污染源及其排放的多種污染物進行評價，以確定主要污染源和主要污染物，在此過程中通常采用等標污染負荷作為統一比較的尺度，對各污染源和各污染物的環境影響大小進行比較。

Pi=■×10-6（2）

Ki=■×100%（3）

式（2）中，Pi為污染物i的等標污染負荷量，單位為m3/a;Qi為污染物i的排放量，單位為t/a;Coi為污染物i基于水環境功能分區的水質控制類別標準值（地表水環境質量標準GB3838-2002），單位為mg/L;式（3）中，Ki為污染物i的等標污染負荷比。

在等標污染負荷計算中水質控制類別標準值均采用地表水環境質量標準Ⅱ類功能區對應的標準限值，COD為15 mg/L，NH4+-N和TN均為0.5 mg/L，TP為0.1 mg/L。

3 ?結果與分析

3.1 ?各污染源污染分析

3.1.1 ?種植業源 ?在種植業源中，TN和TP的流失總量分別為197.16 t/a和22.79 t/a，是種植業源產生的主要污染物。鄉鎮之間污染物流失量趨勢基本相同，從小到大為高橋鄉、高陽鎮、南陽鎮、榛子鄉、水月寺鎮、峽口鎮、古夫鎮、黃糧鎮。其結果與各鄉鎮肥料施用量基本相似（表6）。

3.1.2 ?畜禽養殖業源分析 ?在畜禽養殖業源中對環境排放的主要污染物有TN、TP和COD三種。畜禽養殖業排放的總污染物等標負荷為425.51 m3/a（表7），黃糧鎮畜禽養殖業排放污染物的等標污染負荷最多，為94.57 m3/a，其中主要污染物為TN，等標污染負荷為42.16 m3/a，等標污染負荷比為44.58%。

3.1.3 ?農村生活源分析 ?排放的生活污水和生活垃圾中污染物主要包括TN、TP和COD。農村生活源排放的污染物等標污染負荷為51.33 m3/a（表8）。TN、TP、NH4+-N和COD的等標污染負荷比分別為29%、19%、12%和41%。各鎮之間等標污染負荷比也存在差異，從大到小為古夫鎮、水月寺鎮、峽口鎮、黃糧鎮、高陽鎮、南陽鎮、高橋鄉、榛子鄉。

3.2 ?興山縣香溪河流域農業面源污染現狀

從表9可知，2007年香溪河流域興山縣鄉鎮污染物排放的TN、TP、NH4+-N和COD的總量分別為285.46、36.8、43.55、1 360.18 t/a。興山縣各污染物之間的變化從小到大依次為TP、TN、NH4+-N、COD。COD、TN、TP的最大值均出現在黃糧鎮，這是因為黃糧鎮常住人口和耕地面積高于其他鄉鎮，是南陽鎮的一倍多。農業面源污染的排放量與該鄉鎮的耕地面積、農村常住人口和化肥使用量分布基本吻合，因為農業面源污染與這些因子的相關系數都達到了顯著水平（表10）。

4種污染物最小值也出現在榛子鄉，這是因為榛子鄉相對于其他鄉鎮偏離縣城中心，城鎮化程度低，常住人口少，林地面積大，森林覆蓋率高達88.8%，在榛子鄉西面的麻林河流域也是香溪河的發源地之一，水資源豐富。

3.3 ?農業面源污染綜合評價分析

3.3.1 ?主要污染物分析 ?由表11可以得出，興山縣香溪河流域農業面源污染等標污染總負荷為1116.7 m3/a，其中TN為570.92 m3/a，TP為368 m3/a，COD為90.678 7 m3/a，NH4+-N為87.1 m3/a;污染負荷比分別為51.1%、33.0%、8.1%、7.8%;TN污染負荷比分別是COD污染負荷比和NH4+-N污染負荷比的6.3倍和6.5倍;TP污染負荷比分別是COD污染負荷比和NH4+-N污染負荷比的4倍和4.2倍。各污染物排放規律基本一致，TP和TN的等標污染負荷相對于其他兩類污染物較大，尤其在黃糧鎮TN是最主要排放污染物，所以TP和TN是該區域的主要污染物。主要污染區域為水月寺鎮、峽口鎮、古夫鎮、黃糧鎮，占區域總污染負荷的64.18%，其中黃糧鎮和古夫鎮最高，兩者之和占總污染負荷的34.5%。因此，黃糧鎮和古夫鎮是主要的兩個污染物排放區域。

3.3.2 ?主要污染源分析 ?由表12可知，興山縣境內香溪河流域主要地區農業面源污染源中植業源等標污染負荷為639.9 m3/a，畜禽養殖業為425.5 m3/a，農村生活為51.3 m3/a，其等標負荷比分別為57%、38%和5%。由此得出種植業為興山縣主要污染源，其次是畜禽養殖業。

在4類污染物中，TP和TN的等標污染負荷是570.9 m3/a和368.0 m3/a，等標負荷比分別為51%和33%，由此可以看出，TP和TN是造成香溪河流域面源污染的主要污染物。

結果表明，湖北省香溪河流域農業面源污染主要污染源為種植業和畜禽養殖業，農村生活也不容忽視，主要污染物為TN和TP，說明香溪河流域農業面源污染屬于生產與生活復合型污染。而通過表5可以直觀地看出主要污染源對各污染指標貢獻的比例。從香溪河上游至下游，各鄉鎮對TN、TP的貢獻逐漸增多，農業人口、畜禽養殖的貢獻逐漸增加，這是因為從香溪河上游到匯入長江耕地面積逐漸增多，人口、畜禽養殖數量也逐漸增加。種植業和畜禽養殖業是主要污染源，原因為興山縣地貌區劃屬秦嶺大巴山體系，山脈走向從東向西，由南向北逐漸升高，所以農業產業結構主要以種植和畜禽養殖為主，各鄉鎮農村缺少集約化生活垃圾以及生活污水處理設施，農村生活對污染貢獻比例只占有一小部分。農業面源的主要污染物是TN和TP，林秀春等[12]對萩蘆溪流域的研究結果相近，可見農業面源污染中N和P是主要污染物，控制N和P排放量是防治香溪河流域農業面源污染的有效手段。

湖北省興山縣07年N肥的平均施用量為615.9 kg/hm2，遠遠高出全國平均施用量（158 kg/hm2）[13]，從施肥體系上可以看出[14]，合理使用化肥和農藥是香溪河流域農業面源污染的主要防治重點。在對各污染源及其排放的污染物的等標污染負荷進行分析時，發現各污染源的主要污染物均為TN和TP，其中種植業中TN和TP的等標污染負荷比最大，說明TN和TP主要來源于種植業;種植業無COD排放，COD主要來源于畜禽養殖業;農村生活污染源對流域內的貢獻最小。

4 ?小結與討論

2007年香溪河流域主要鄉鎮的農業面源污染TN、TP和COD的排放量分別為285、36.8、1360.18 t/a;主要污染物是TN和TP，其等標負荷分別為570.92、368 m3/a，污染負荷比分別為51.1%和33.0%。

香溪河流域的主要污染源為種植業、畜禽養殖業、農村生活污染，各污染源等標污染負荷比分別為57%、38%和5%，種植業對香溪河流域農業面源污染貢獻最大，應該是重點治理對象。4個鄉鎮的等標污染負荷比有所不同，趨勢基本相同，從小到大為高陽鎮、榛子鄉、南陽鎮、高陽鎮、水月寺鎮、峽口鎮、古夫鎮、黃糧鎮。

N、P污染主要來源于種植業。畜禽養殖業排放的主要污染物是COD;重點防控區域為古夫鎮和黃糧鎮。在種植業中，主要使用N肥、P肥來促進農作物生長，所以COD污染物的排放量極少，幾乎無排放，所以植物業源對COD污染物負荷的貢獻率是很少的。在農村生活源中，污染物的排量也只占很少一部分，農村地區的經濟尚未跟上，大部分地區尚無下水管道，所以大部分污染物都是以地表處理或者直接以田間利用的方式處理。

針對種植業和畜禽業污染，目前發達國家對農田種植業和畜禽養殖業面源污染的主要控制技術有農田綜合農業管理模式、等高線條帶種植、農業水土保持技術措施[15]、清潔養殖技術等，在興山縣可以借鑒的國內的有效實施的方法有以下3種。

1）農田生態培肥技術。增施有機肥、生物肥，實行用地養地結合，提高土壤肥力水平。有機肥以各種農家肥（如高溫堆肥、秸稈、餅肥）和商品有機肥、復混肥為主，生物肥以各種微生物肥（如磷細菌肥、復合微生物肥）、腐植酸類肥為主[16]。

2）化學農藥污染控制技術。大力推廣機械物理防治法。利用人工器械進行捕殺，利用昆蟲的趨光性使用黑光燈、高壓汞燈進行滅殺[17]，利用昆蟲對某些特定植物的趨性進行植物誘殺，利用昆蟲性外激素誘殺。

3）清潔養殖技術。推行清潔養殖是治理養殖業污染的重要關鍵。以沼氣為紐帶的畜禽糞便綜合利用是我國大中型畜禽場糞便的主要途徑，同時要減少畜禽欄舍沖洗水量，分別處理畜禽場的固、液糞污。

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