淳安縣農(nóng)作物種植對(duì)千島湖水質(zhì)的影響

陳琴，馮曉飛，沈海萍，黃笑逸

(浙江省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310007)

農(nóng)作物種植所產(chǎn)生的面源污染，是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥、農(nóng)藥等物質(zhì)由于使用量較大，超出作物的生長(zhǎng)利用率和自然降解率，剩余的物質(zhì)進(jìn)入水體，給水環(huán)境帶來(lái)的嚴(yán)重影響[1]。千島湖水庫(kù)壩址以上的流域面積達(dá)10 442 km2，其中60%的流域面積(匯水區(qū))在安徽省境內(nèi)[2]。安徽段和浙江段(淳安縣)對(duì)千島湖水體的氮磷污染貢獻(xiàn)比與其水量貢獻(xiàn)比基本上呈正相關(guān)[3]。因此，要改善千島湖水質(zhì)，對(duì)淳安本地的污染進(jìn)行治理也是十分重要的一面。

淳安縣是一個(gè)山區(qū)農(nóng)業(yè)大縣，農(nóng)業(yè)人口眾多。近年來(lái)，當(dāng)?shù)毓I(yè)占比不斷降低，工業(yè)排放量也顯著減少，而農(nóng)業(yè)面源污染仍然量大面廣。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民生活所帶來(lái)的農(nóng)業(yè)面源污染是當(dāng)前千島湖水質(zhì)受污染的最大因素。化肥施用量的持續(xù)增加導(dǎo)致隨農(nóng)田徑流流失的氮、磷不斷上升，水質(zhì)質(zhì)量也受到嚴(yán)重威脅[4-5]。同時(shí)，農(nóng)業(yè)作為淳安大量農(nóng)民的主要收入來(lái)源，其重要性在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間仍十分突出。新形勢(shì)下，千島湖的主要功能從發(fā)電、旅游變?yōu)轱嬘盟吹亍?019年9月，浙江省宣布全面啟動(dòng)淳安特別生態(tài)功能區(qū)建設(shè)。與此同時(shí)，千島湖配供水工程正式通水。千島湖的保護(hù)直接關(guān)系到長(zhǎng)三角大量人口的飲用水安全，因此，加強(qiáng)淳安縣的農(nóng)業(yè)面源污染控制迫在眉睫。本文重點(diǎn)關(guān)注淳安縣農(nóng)作物種植情況，分析其對(duì)千島湖水質(zhì)的影響，并提出相應(yīng)對(duì)策建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

淳安縣位于浙江省西部，面積4 427 km2，是浙江省陸域面積最大的縣。淳安縣擁有一流的生態(tài)環(huán)境資源和旅游資源，千島湖被譽(yù)為“天下第一秀水”，水質(zhì)在全國(guó)61個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的湖泊(水庫(kù))中名列前茅。淳安縣自然資源豐富，山林面積35.8萬(wàn)hm2，林木蓄積量全省第一。獨(dú)特的湖區(qū)小氣候孕育了蠶桑、茶葉、干果等眾多優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品，被評(píng)為全省農(nóng)業(yè)綜合強(qiáng)縣。

1.1.1 淳安縣農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

2013—2017年，全縣地區(qū)生產(chǎn)總值從173.3億元增長(zhǎng)到255.70億元，第一產(chǎn)業(yè)增加值逐年緩慢上升，從28.66億元提高至36.25億元。全縣農(nóng)業(yè)以茶葉、蠶桑、水果、中藥材為主，但人均耕地少，多為山地、坡地。2017年全縣農(nóng)作物種植面積為4.17萬(wàn)hm2，茶園面積為1.24萬(wàn)hm2，蠶桑面積為0.59萬(wàn)hm2，果園面積0.85萬(wàn)hm2。糧食總產(chǎn)量為8.43萬(wàn)t，茶葉產(chǎn)量4 591 t，蠶繭產(chǎn)量2 284 t，水果產(chǎn)量11.76萬(wàn)t。

1.1.2 千島湖水質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)2014—2018年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況，千島湖全湖平均水質(zhì)指標(biāo)中：高錳酸鹽指數(shù)和氨氮都屬于Ⅰ類；總磷在前期保持為Ⅰ類，但在2016年和2018年下降到了Ⅱ類；總氮在2014年為Ⅲ類，但之后幾年都是Ⅳ類。2014—2018年千島湖的水質(zhì)變化情況如表1所示。

表1 2014—2018年千島湖全湖平均水質(zhì)變化情況

在水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)方面，近年來(lái)千島湖水質(zhì)均達(dá)到湖庫(kù)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，全湖平均透明度保持穩(wěn)定，但營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)有所升高。2015—2018年千島湖的水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)如圖1所示。

圖1 2015—2018年千島湖水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)

1.1.3 淳安縣地表水水質(zhì)現(xiàn)狀

淳安縣對(duì)23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要入湖溪流進(jìn)行交接斷面水質(zhì)考核。在這23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)交接斷面中，有19個(gè)斷面是千島湖入湖斷面，其中：2014—2018年，入湖斷面全部達(dá)到河流Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)的斷面數(shù)量：2014年15個(gè)，2015年10個(gè)，2016年14個(gè)，2017年18個(gè)，2018年11個(gè)。入湖水質(zhì)呈現(xiàn)一定波動(dòng)。

2018年，23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)交接斷面中Ⅰ類水質(zhì)斷面14個(gè)(占60.9%)，Ⅱ類水質(zhì)斷面9個(gè)(占39.1%)，定類因子為總磷，入湖溪流水質(zhì)在部分?jǐn)嗝嬗兴陆怠?018年總磷>0.2 mg·L-1的斷面有9個(gè)，總磷較2017年升高的斷面有17個(gè)，占73.9%；2018年總氮>1.5 mg·L-1的斷面有5個(gè)，多于2017年的4個(gè)，2018年總氮較2017年升高的斷面有10個(gè)，占43.5%。2014—2018年淳安縣入湖斷面水質(zhì)變化情況如圖2所示。

圖2 2014—2018年淳安縣入湖斷面水質(zhì)變化情況

1.2 分析方法

皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)(r)主要用于度量區(qū)間變量(x與y)間的線性相關(guān)[6-7]，值越接近于1，表明x與y的相關(guān)程度越高。其中：若r=-1，表明x和y之間為完全負(fù)線性相關(guān)的關(guān)系；若r=1，表明x和y之間為完全正線性相關(guān)的關(guān)系；若r=0，表明x和y之間不存在線性相關(guān)關(guān)系。

本文采用SPSS 19.0軟件對(duì)淳安縣農(nóng)作物種植情況和鄉(xiāng)鎮(zhèn)交接斷面水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)系數(shù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶葉、蠶桑、果園、糧食種植與水質(zhì)的相關(guān)性

本研究收集了淳安縣23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)2013—2017年的糧食作物、茶葉、蠶桑、果園的播種面積和總產(chǎn)量數(shù)據(jù)，以及2013—2017年23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)交接斷面的水質(zhì)指標(biāo)，包括pH值、高錳酸鹽指數(shù)，以及氨氮、總磷、總氮含量，并開(kāi)展Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。

表2 淳安縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)作物種植指標(biāo)與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

糧食作物的播種面積分別與高錳酸鹽指數(shù)和氨氮含量呈顯著正相關(guān)，茶葉的播種面積與高錳酸鹽指數(shù)、總磷含量、總氮含量呈現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)性，蠶桑的播種面積與氨氮含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，果園的播種面積與高錳酸鹽指數(shù)、氨氮含量、總磷含量、總氮含量呈現(xiàn)出極顯著正相關(guān)性。但上述各項(xiàng)相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值均小于0.4。

糧食作物的總產(chǎn)量與高猛酸鹽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與氨氮含量呈顯著正相關(guān)；茶葉的總產(chǎn)量與pH值呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)；蠶桑的總產(chǎn)量與氨氮含量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，與總氮含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)；果園的總產(chǎn)量與氨氮含量、總磷含量、總氮含量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)。以上各項(xiàng)相關(guān)系數(shù)中，僅果園的總產(chǎn)量與總氮含量的相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值大于0.5，說(shuō)明果園的總產(chǎn)量與總氮含量的相關(guān)性最為緊密。

2.2 原因分析

相關(guān)性分析結(jié)果顯示，果園的規(guī)模，包括播種面積和產(chǎn)量，與部分水質(zhì)指標(biāo)顯著相關(guān)，其中，果園的總產(chǎn)量與總氮的關(guān)系更值得關(guān)注，果園的總產(chǎn)量越高，水質(zhì)指標(biāo)中的總氮含量越高。分析其原因，氮和磷都是果樹(shù)成長(zhǎng)中所需的重要元素。氮元素是植物體內(nèi)氨基酸的組成部分，是構(gòu)成蛋白質(zhì)的成分，也是葉綠素的組成部分。施用氮肥不僅能提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，還能提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。磷肥的主要作用是加速作物根系的生長(zhǎng)，促進(jìn)作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)果樹(shù)等作物的花芽分化和開(kāi)花結(jié)實(shí)，提高作物結(jié)果率，還可以增加作物的抗逆性，提高其抗寒、抗旱、抗鹽堿和抗病的能力。在現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)模式下，果園產(chǎn)量一般與化肥和農(nóng)藥的施用量有直接關(guān)系。因此，果園產(chǎn)量對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的變化有較大貢獻(xiàn)。這也間接反映出了化肥、農(nóng)藥施用對(duì)水質(zhì)的較大影響。

相關(guān)性結(jié)果還表明，茶葉的播種面積與水質(zhì)指標(biāo)有一定的負(fù)關(guān)聯(lián)。分析其原因，可能是因?yàn)椴枞~種植過(guò)程中通常會(huì)形成規(guī)模化的茶園，當(dāng)茶樹(shù)種植形成了規(guī)模化的茶園之后，便能夠有效控制水流的速度，在一定程度上能預(yù)防水土流失，起到截留攔截作用，減少對(duì)水體的污染[8]。

3 討論

本研究圍繞淳安縣的農(nóng)作物種植情況與千島湖水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的種植規(guī)模和總產(chǎn)量與水質(zhì)指標(biāo)的變化存在一定的相關(guān)性，其中，果園的播種面積、總產(chǎn)量與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性最為明顯。

有鑒于此，特提出如下對(duì)策建議。

3.1 進(jìn)一步控制化肥農(nóng)藥施用量

進(jìn)一步健全化肥、農(nóng)藥雙控制度，通過(guò)政策激勵(lì)和利益引導(dǎo)，嚴(yán)格控制化學(xué)農(nóng)藥和化學(xué)肥料的施用量，從源頭減少氮磷污染負(fù)荷。結(jié)合生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)[9-10]，逐步在千島湖沿岸緩沖區(qū)內(nèi)的耕地、園地上開(kāi)展科學(xué)施肥，減少面源污染直接入湖。密切關(guān)注水體總氮、總磷的變化趨勢(shì)，開(kāi)展全流域總氮、總磷排放監(jiān)測(cè)調(diào)查與統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)防控。開(kāi)展綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地建設(shè)，全面推廣分區(qū)限量施肥、病蟲(chóng)草害綜合防治等農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)。提高森林質(zhì)量，穩(wěn)定森林覆蓋率，減少因水土流失引起的氮、磷入湖，保護(hù)千島湖水質(zhì)不受影響。

3.2 加強(qiáng)河流下游、河口段的生態(tài)攔截

在主要出流徑流地段采取建設(shè)生態(tài)滯留帶、梯級(jí)濕地等措施，改善園地水流條件，延長(zhǎng)園地出水停留時(shí)間，減少?gòu)搅鲾y帶污染物的入湖量，切實(shí)減少園地對(duì)水體的污染。在小坡度的平緩地區(qū)，采取農(nóng)田尾水生態(tài)凈化措施，提升農(nóng)田溝渠、塘壩的生態(tài)自凈功能。采取園地生草、植物籬、秸稈覆蓋等措施，增加地表覆蓋率，提高土壤水源涵養(yǎng)力，實(shí)行徑流生態(tài)攔截。同時(shí)，優(yōu)化園地排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少水土流失。