農田進退水水質監測

蘇 云，李炎淵，金紹榮，耿艷麗，畢麗萍

（1.昆明市官渡區農業綜合管理服務中心，云南 昆明 650214；2.昆明市官渡區六甲街道辦事處，云南 昆明 650200；3.昆明市官渡區關上街道辦事處，云南 昆明 650200）

農業生產過程中，化肥對農作物產量的提高確實做出了重要貢獻，但同時也帶來了耕地土壤、地下水污染及農產品質量下降，對消費者健康造成負面影響等一系列問題。農業種植業化肥、農藥等農用物資的不合理和過量使用，經降水或灌溉，污染物通過農田地表徑流、農田排水和地下滲透進入附近水體，引起水體污染已形成共識。有效地評價和預測農業退水水質，有助于準確提出控制退水污染水體的技術措施。為了研究農田退水可能引起的地表水水質變化情況，對灌區氮、磷污染負荷和氮、磷投入情況，農田退水的水量、水質等方面的監測非常必要。通過近兩個月的站點建設實地踏勘篩選，在昆明市官渡區矣六街道辦事處矣六社區矣六村選擇一個代表性的地塊進行農田退水水質監測站點建設并實施年度監測，區域面積約6.36 hm2。

1 監測區域基本情況

1.1 地理位置

矣六街道位于昆明市區東南郊，距市中心15 km，北連小板橋街道，西接官渡街道，東與呈貢區接壤，南臨滇池。昆玉高速公路、昆河鐵路、彩云路、昆洛路、廣福路及昆明南繞城線高速公路、環湖公路、城市輕軌穿境而過。轄矣六一組、矣六二組2個村民小組，農民收入主要以種植業為主，主要產業為花卉種植，銷往斗南市場。

1.2 地形地貌

矣六街道轄區面積30.38 km2，地處滇池東岸，距滇池約700 m，隔環湖東路為滇池王官濕地。項目區村莊占地面積41.93 hm2，其中居住區面積6.36 hm2，農田面積35.57 hm2。區域總體地勢北高南低，海拔1 886～1 889 m 。主要地貌有村莊、農田、溝渠、河流等類型，張家溝、張半家溝等農灌及污水溝從片區由東向西流入滇池。

1.3 氣候氣象

項目實施區屬于亞熱帶高原季風氣候，冬暖夏涼，年平均氣溫14.9 ℃，極端最高氣溫31.5 ℃，極端最低氣溫-7.8 ℃。年降雨量1 000.5 mm，月最大降雨量208.3 mm，日最大降雨量153.3 mm，降雨主要集中在5—9月。年日照時數2 327.5 h，年蒸發量1 856.4 mm。最大風速40 m/s，多為西南風。相對濕度76%。

1.4 地表水系

本項目涉及馬料河，全長約20.5 km，流經經開區、呈貢區、官渡區匯入滇池。

2 技術路線

首先通過抽樣調查獲取各類種植模式面積、土壤氮磷總量、氮磷肥施用量、作物收獲物量、廢棄物量與養分含量等基礎數據；其次通過周年連續原位監測（定位監測）耕地降雨、灌溉水、產流量及其特征污染物濃度，計算涵蓋主要種植模式的耕地徑流氮磷流失量，在抽樣調查的結果基礎上，開展原位監測點建設和監測，提供成果驗收報告。

2.1 原位監測站點監測周期

以1年為1個監測周期，不僅包括作物生長階段，也包括耕地非種植時段。一般情況下，1個監測周期從首季作物種植前整地開始，到下一年度同一時間段為止。

2.2 監測地塊基礎信息采集

監測期間詳細記錄監測區域各地塊基本信息表、監測地塊施肥情況調查表、種植情況記錄表、種植季與作物對應表、作物栽培基本信息（耕作、降雨或灌溉、施肥等田間管理措施）記錄表、土壤（基礎土壤、監測期土壤）樣品表、地塊產流記載表及水樣樣品記錄表等。

3 主要措施

3.1 科學合理選擇進水、退水監測點

農田面源污染退水監測包括監測地塊進水、退水監測點建設和監測設施運行（進水、退水）自動采樣器、土壤墑情、在線明渠流量計及微型氣象監測站（降雨量）等建設環節。監測點應具備代表性、安全性、可操作性、抗干擾性及輸入與排出可控等特性。即監測地塊的土壤類型、種植制度、耕作方式、栽培模式、灌排方式等在滇池流域有一定代表性，地塊土壤肥力和作物產量水平能夠代表所在區域的正常水平。為確保不受到人為破壞、土地征用或土地使用糾紛，監測點需布設在擁有土地產權的試驗站或農場。監測點的選擇要兼顧交通、工程建設和監測設施維護。監測地塊盡可能選擇在地形開闊的地方，遠離村莊、建筑、道路、河流、主干溝渠。監測區域以匯水區為單元，匯水路線閉合，即入水和出水途徑單一，可控可測。監測區域內生產投入（水源、肥料、農藥）數量及基礎信息明確。

3.2 確定監測指標

3.2.1 監測目的

農田面源污染原位監測的目的是要明確特定種植模式下，氮、磷等水污染物在農田生態系統中的遷移過程和遷移規律。對主要種植模式農田監測點發生的降雨、灌水、施肥及秸稈還田等過程實時實地監測，明確氮磷進入農田系統的形態特征及規律；通過對該監測點種植周期內作物收獲物實時監測，明確作物收獲物中籽粒等經濟產量部分、秸稈等廢棄物部分攜帶出農田系統的氮磷總量；通過對該監測點農田每一次發生的地表徑流、地下淋溶實時監測，明確以地表徑流形式進入地表水體和以地下淋溶形式進入地下水體的氮、磷污染物的形態特征及流失規律；通過對種植周期前后土壤中各種形態氮磷的監測，明確特定種植模式下，氮磷在土壤中殘留積累特征及變化規律。對以上農田生態系統中氮磷污染物循環特征及遷移變化規律分析與總結，即可明確田塊尺度下，不同種植模式農田面源氮磷污染物發生規律、形態特性及對地表水、地下水水質的影響，從而為制定農田面源防控技術措施提供參考。

3.2.2 樣品種類

為達到監測目的，需對上述每個環節及過程實時實地監測，采集每一過程中不同的樣品，分析其中污染物形態特征和數量。因此，農田面源污染原位監測需要測試分析的樣品有各類水樣、土壤樣品和植株樣品等。

（1）水樣種類。有降雨水樣、灌溉水樣、地表徑流水樣和地下淋溶水樣。在采集水量的基礎上，還需要測試分析的項目有水量、pH值、總氮（TN）、可溶性總氮（TDN）、硝態氮（NO3--N）、銨態氮（NH4+-N）、總磷（TP）、可溶性總磷（TDP）、正磷酸鹽（P043+-P）。水樣中顆粒態氮（PN）、顆粒態磷（PP）可以分別用差減法獲得，PN=TN-TDN、PP=TP-TDP。

（2）土壤樣品。分為監測開始前的基礎土樣和監測過程中的土樣。按照測試項目的不同要求，又可以分為風干土樣和新鮮土樣。風干土樣測試有機質、全氮、全磷、全鉀、陽離子交換量（CEC）、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH值、電導率；新鮮土樣測試硝態氮、銨態氮、含水率等。

（3）植株樣品。主要是花卉樣品，除了需要稱量所有植株樣品的干重外，還需測試樣品中的全氮、全磷、全鉀含量。

3.3 監測質量控制

3.3.1 實時采樣監測

為實時掌握監測點的降水、產流情況，應在每個監測站點產生徑流時，對監測點進行樣品采集與檢測。開展監測時，樣品的采集、運輸、保存、測試等環節都必須按要求實時進行，否則測試結果的可靠性和真實性均得不到根本保證；在監測區作物管理、代表性樣品的采集、休閑期降雨與產流觀測、樣品測試、監測結果報告等方面都必須嚴格按技術規范操作，不允許隨意更改監測頻率、內容和步驟。此外，要保證監測的及時性和規范性，還必須配置固定的、熟練的田間小區監測實施人員和技術管理人員，并且所有人員都必須對規范的內容和監測的目的有充分的了解。

3.3.2 檢測控制

為保證監測點樣品測試的準確性，采取加標樣和復測的方式對監測樣品測試數據的質量進行控制。統一原位監測點的水樣、土樣及植株標準樣用于抽樣復檢質量控制。水樣、土樣及植株標準樣按照3%比例穿插標樣，為了控制樣品分析的質量，按照10%的比例對總樣品量進行復測。

3.3.3 現場檢查

為了保證原位監測的質量，聘請相關專家對包括監測設施、試驗人員、試驗記錄等全面檢查并對監測技術人員進行技術指導。

3.3.4 實驗室質量控制

采用空白實驗、校準曲線的核查、加標樣分析等手段控制實驗室內質量，以發現和消除實驗室存在的系統誤差。

4 結果分析

4.1 提灌水樣數據偏高

馬料河提灌水總氮、可溶性總氮、銨態氮、硝態氮、總磷、可溶性總磷等指標跟項目區域雨水檢測結果對比，提灌水樣數據偏高（見下表）。

4.2 水體總氮、總磷等指標偏高

流經項目區域內的灌溉用水，在流經項目區域后，匯合出水口流出后，從檢測結果可看出進水口水樣各指標均低于出水口水樣，說明灌溉水流經項目區域后可能由于項目區域內種植習慣、施肥習慣及灌溉方式，造成水體總氮、總磷等指標偏高（見下表）。

檢測結果平均值比較表（mg/L）

5 存在問題及措施

5.1 存在問題

農田面源污染退水監測存在方法不統一、設施建設成本高、操作難度大、結果難以比對等問題，因此監測站點設施建設、監測過程管理、觀測記錄、樣品采集、分析測試、監測質量控制、監測結果報告等各個環節應制定嚴格的操作技術規范，建立一套較為統一的農田面源污染退水監測技術體系。

5.2 解決措施

5.2.1 明確規定監測基本內容

明確規定農田面源污染監測過程中監測地塊小區管理、觀測記錄、樣品采集、樣品測試、監測質量控制、監測結果報告等基本內容。樣品分析測試環節明確規定監測地點、監測項目及采樣范圍、監測時間、監測布點、監測采樣人員管理、監測采樣質量控制、樣品分析（室內）質量控制、監測結果報告等內容。

5.2.2 保證及時性和規范性

開展監測時，保證監測過程的及時性和規范性。及時性主要指在樣品采集、運輸、保存、測試等環節都必須按要求實時進行，否則測試結果的可靠性和真實性均得不到根本保證。規范性主要指在小區作物管理、代表性樣品采集、休閑期降雨與產流觀測、樣品測試、監測結果報告等方面都必須嚴格按技術規范操作，不允許隨意更改監測頻率、內容和步驟。

5.2.3 配備專職管理人員

要保證監測工作及時性和規范性，還必須配置固定的、熟練的田間小區監測實施人員和技術管理人員，并且所有人員都必須對規范的內容和監測的目的有充分的了解。本項目僅開展了一年度的監測周期，有不足之處，需要進一步完善。