農村非點源污染對赤田水庫營養化水平的影響研究

楊 波，王文，陳文術，任丙南，耿 靜

(三亞學院理工學院，海南三亞572022)

1 引言

水資源是基礎性的自然資源，淡水資源的匱乏，往往是限制島嶼經濟發展的重要因素之一。海南島四面環海，與大陸沒有水域聯系，水庫是其主要的水源之一，也是調節島內水資源分配和蓄水的主要途徑。因此，保護水庫水體的健康，對當地的經濟發展和生態環境的保護起著舉足輕重的作用。

湖庫水質下降，最常見的表現形式就是水體的富營養化。水體富營養化不但直接危害漁業和水資源的利用，還嚴重地影響工農業生產的可持續發展。進入20世紀以來，大量工業廢水和生活污水的排放，逐步增加的化肥施用量及肥料流失造成水體富營養化日趨嚴重［1，2］。水體富營養化主要是由于水體中 N、P濃度增加造成的，因此防治的注意力大多放在控制營養物質的來源上，特別是點源污染，例如對重污染企業進行徹底整治和城市污水集中處理等，這些措施有效地降低了水體營養物質的負荷量，但水體營養狀態并沒有得到明顯改善［3］。人們逐漸意識到農業非點源污染在水體富營養化中同樣扮演著重要角色，特別是農業生產大量的使用工業化肥，加上環境惡化而造成的水土流失，給受納水體帶來了大量的營養物質［4～6］。所以，農業非點源污染對水體富營養化的影響十分重大，已成為水體富營養化最主要的污染源之一。

本研究以三亞市最大的供水水庫——赤田水庫為研究對象，在分析了赤田水庫庫區周邊非點源污染概況、水庫水質的環境特征和預測模型的基礎上，對水庫的營養狀況進行了預測，就農村非點源污染對水庫的營養狀態的貢獻率進行了探討，以期望對赤田水庫水質保護措施和管理提供一些有效的信息，同時，為評估農村非點源污染對水庫水體營養化水平影響提供一些參考。

2 赤田水庫概況

赤田水庫位于三亞市東北部藤橋鎮境內藤橋西河的下游，壩址距三亞市區46 km，是一座集供水、防洪、灌溉等多種功能于一體的綜合利用型水利工程。壩址以上河流長29.9 km，控制流域面積220.6 km2，總庫容7710萬 m3，正常庫容5960萬 m3，相應水位23m，水面面積6.1 km2。水庫實際供水量超過3 456萬m3/年，占三亞市實際總供水量的16.9%以上，是該市目前最大的供水水庫，在該市的社會和經濟發展中具有舉足輕重的作用。

3 庫區水體污染源分析

本研究中，對于污染源所造成的污染分析，統一采用化學需氧量(COD)、總磷(TP)和總氮(TN)等3個指標來進行量化研究。

3.1 點源污染

點源污染包括集中排放的生活污水和工業廢水。目前，水庫上游有國營三道農場，人口分布集中，居民生活污水排放也相對集中，可將其視為點源污染。三道農場現有人口7350人，污水排放量21.82萬 t/年，污染物排放量 COD為 43.85 t/年，TP為 1.18 t/年，TN為13.37 t/年。庫區工業污染主要為三道農場橡膠加工廠產生的制膠廢水，廢水排放量40992 t/年，主要污染物排放量COD為1.35 t/年、TP為0.11 t/年。

3.2 非點源污染

3.2.1 農業生產活動產生的污染

庫區農業種植地坡度大部分在25°以下，水果以荔枝、芒果、紅毛丹和無膠菠蘿蜜為主，經濟林以橡膠、檳榔為主，蔬菜以反季節瓜菜為主，種植總面積為4527.6 hm2，其中經濟林 2365.3 hm2，水果 1064.7 hm2、蔬菜167.1 hm2、水稻 744.3 hm2、其他作物 187.2 hm2。該地區土壤以壤土為主，化肥使用氮、磷、鉀肥，化肥使用量2635.9 t/年。因農業活動而進入水庫的非點源污染物總量采用土地輸出系數法進行估算［7］。經計算，污染負荷COD、TN和TP分別為:756.8 t/年、110.3 t/年和8.5 t/年。

3.2.2 禽畜養殖污染

目前，庫區養殖家禽68726只、豬2.47萬頭、牛137頭、羊1799頭。畜禽養殖污染物產生量按原環境保護總局給出的、統一的畜禽糞尿排泄量和污染物排放量計算方法［8，9］(表 1 和表 2)估算。

表1 畜禽糞尿排泄量

表2 畜禽糞便中污染物平均質量比w(kg/t)

經計算，庫區禽畜養殖污染物產生量:COD為1486.1 t/年、TP 為 99.3 t/年、TN 為 251.4 t/年。參考相關研究資料［10］，禽畜糞尿總體流失率取為6%，則進入水庫的禽畜養殖污染物:COD為89.2 t/年、TP為6.0 t/年、TN 為 15.1 t/年。

3.2.3 農村生活污染

水庫流域內除上游三道農場居民外，還有分布在三道鎮、南林鎮、國營南田農場的居民，共12365人。這部分人在庫區分布較分散，其日常生活產生的污染物的排放也相對分散，可視作非點源污染。通過經驗方法估算，進入水庫的污染負荷:COD為71.9 t/年，TP為1.9 t/年，TN 為 21.5 t/年。

3.2.4 農村非點源污染各類型對污染總量的貢獻率

根據上述赤田水庫水體污染源的分析結果，對點源污染和各類型農村非點源污染占整個庫區污染的貢獻比例(貢獻率)進行統計和計算，結果見表3。

表3 赤田水庫庫區污染統計和各類型非點源污染貢獻率

統計和分析結果表明，赤田水庫庫區的污染源絕大部分來自于農村的非點源污染，其污染物COD、TN和TP的貢獻率分別達到了95.3%、91.6%和93.2%。非點源污染中，農業生產為主要的非點源污染來源，經計算，其污染貢獻為82.5%，畜禽養殖和農村生活污染貢獻相對較小，其污染貢獻分別為9.3%和8.2%。

4 庫區非點源污染對水庫富營養化水平的影響

赤田水庫蓄水于1994年，年代較新，且周邊沒有大的點源污染，底泥污染并不嚴重，水體和底泥之間的營養交換暫不做重點考慮。在本研究中，采用狄隆模型來預測庫區農村非點源污染對水庫水體穩定時N、P的平均濃度的貢獻負荷。模型如下［11］:

N或P負荷量為庫區內所有非點源排污進入水庫的N或P所產生的負荷量，水量采用90%保證率的年徑流量。根據模型和前述的非點源污染分析結果進行計算可以得到，由于庫區農村非點源污染對赤田水庫TN質量濃度的貢獻為0.236 mg/L，TP質量濃度的貢獻為 0.008 6 mg/L。

本研究中，采用預測的非點源污染對赤田水庫水體TN和TP濃度的貢獻跟實際的水庫水質監測結果進行比較，計算得出由于非點源污染造成的營養鹽濃度占整個水庫水體營養鹽水平的比例，從而來預測和表達庫區非點源污染對赤田水庫營養化水平的影響。

赤田水庫水體的TN和TP的測定分別采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和鉬酸鹽分光光度法進行測定，所測項目的水樣均在水面0.5m下采樣。由于三亞干濕季節明顯，所以全年分別在豐水期和枯水期兩次采樣，取兩次水樣的平均值作為監測結果。TN、TP監測結果見表4。

表4 赤田水庫TN、TP監測結果

從檢測結果可以看出，赤田水庫的水質達到國家地表水環境質量標準Ⅱ類標準，根據相關研究，赤田水庫的TN、TP水平處于中營養后期狀態。本研究中，采用預測的農村非點源污染對赤田水庫水體TN、TP的貢獻濃度與實際監測的濃度之比，來表示農村非點源污染對赤田水庫水體營養化水平的貢獻率。據此可以計算得出，農村非點源污染的TN和TP對水庫的營養化水平的貢獻率分別為72.9%和71.3%。從這個結果可以推測，農村非點源污染對于赤田水庫營養化水平的影響占比較大，達到了70%以上。目前，赤田水庫水質并沒有處于富營養化水平，但是，已經處于中營養狀態的后期，富營養化趨勢較明顯，而非點源污染對營養化的貢獻率較高，因此，庫區農村非點源污染的控制顯得尤為重要。而非點源污染當中，以農業生產活動造成的污染占比最大，達到了82.5%，因此，必須嚴格控制農業生產活動造成的非點源污染。

5 結語

(1)通過對赤田水庫庫區農村非點源污染進行分析和研究，發現赤田水庫庫區的污染源絕大部分來自于農村的非點源污染，其污染物COD、TN和TP的貢獻率分別達到了95.3%、91.6%和93.2%。非點源污染中，農業生產為主要的非點源污染來源，經計算，其污染貢獻為82.5%，畜禽養殖和農村生活污染貢獻相對較小，其污染貢獻分別為9.3%和8.2%。

(2)根據模型和非點源污染分析結果，計算得出庫區農村非點源污染對赤田水庫TN質量濃度的貢獻為0.236 mg/L，TP 質量濃度的貢獻為0.0086 mg/L。

(3)采用預測的農村非點源污染對赤田水庫水體TN、TP的貢獻濃度與實際監測的濃度之比，來表示農村非點源污染對赤田水庫水體營養化水平的貢獻率。結果表明，農村非點源污染的TN和TP對水庫的營養化水平的貢獻率分別為72.9%和71.3%，農村非點源污染是庫區的主要污染源，而主要污染類型為農業生產活動。

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