?沅江八形汊長河流域農業面源污染“減源-循環-控污”治理及其實施效果?

曾勇　朱堅　何鐘響　張瑛　孟卓　李嘗君

摘要：農業面源污染是影響流域水質和水生態的重要污染源，該研究基于“減源-循環-控污”的治理模式，在湖南省沅江市八形汊長河流域實施農業面源污染的綜合治理工程，并對實施效果進行監測與評價。結果表明：治理工程實施前，流域內主要農業面源污染源為畜禽養殖，地表徑流、種植業與水產養殖污染物排放貢獻率較小，分別占比6.3%、6.9%和4.2%；通過對不同治理措施開展連續監測，發現研究治理區主要污染物總氮、總磷和化學需氧量的總排放量分別減排約472.69、66.10和1 866.47 t/a，減排比例分別為88.21%、92.36%和78.84%；各污染防治工程對水體化學需氧量、氨氮、總氮和總磷攔截凈化效果較好，平均去除率分別為58.22%、74.33%、60.11%和61.05%，流域出水水質相對穩定。總體而言，“減源-循環-控污”治理模式在沅江八形汊長河流域應用效果較好，有效降低了農業面源污染對流域的影響，為后續洞庭湖區小流域面源污染治理提供借鑒。

關鍵詞：農業面源污染；化學需氧量；總氮；總磷

中圖分類號：X52文獻標識碼：A文章編號：1006-060X（2024）05-0011-05

Treatment of Agricultural Non-Point Source Pollution in the Baxingcha Branch of Yuanjiang River by Source Reduction–Circulation–Pollution Control

ZENG Yong1，ZHU Jian2，HE Zhong-xiang2，ZHANG Ying2，MENG Zhuo3，LI Chang-jun2

（1. Yuanjiang Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Yuanjiang 413100， PRC; 2. Hunan Institute of Agricultural Environment and Ecology， Ministry of Agriculture Key Laboratory of Agri-Environment in the Middle Reach Plain of Yangtze River， Hunan Dongting Lake Basin Engineering Research Center for Agricultural Non-Point Pollution Control， Changsha 410125， PRC;

3. Comprehensive Agricultural Service Center of Caowei Town， Yuanjiang 413100， PRC）

Abstract： Agricultural non-point source pollution is a major source of pollution affecting the water quality and ecosystem of rivers. In this study， the treatment mode of source reduction–circulation–pollution control was implemented for agricultural non-point source pollution in the Baxingcha branch of Yuanjiang River， and the treatment effect was monitored and evaluated. The results showed that before treatment， animal breeding was the major source of pollution， while the pollution from surface runoff， planting， and aquaculture only accounted for 6.3%， 6.9%， and 4.2%， respectively. After treatment， the emissions of total nitrogen （TN）， total phosphorus （TP）， and chemical oxygen demand （COD） decreased by 472.69， 66.10， and 1 866.47 t/a （88.21%， 92.36%， and 78.84%）， respectively. The treatment demonstrated satisfactory interception and purification of COD， NH4+-N， TN， and TP in the water， which showcased the average removal rates of 58.22%， 74.33%， 60.11%， and 61.05%， respectively. Furthermore， the water quality remained stable after treatment. In summary， the treatment of source reduction–circulation–pollution control reduces agricultural non-point source pollution in the Baxingcha branch of Yuanjiang River， which provides a reference for treating non-point source pollution of small river branches in Dongting Lake area.

Key words： agricultural non-point source pollution; chemical oxygen demand; total nitrogen; total phosphorus

農業面源污染指在農業生產和農村生活一定區域內的氮、磷等營養鹽及其他污染物受水力驅動以隨機、分散、無固定方式進入水體，從而引起水質惡化或水體污染的現象[1]。農業面源污染引起的水體污染在世界絕大數國家超過了總水體污染的50%[2]，我國也不例外。2020年《第二次全國污染源普查公報》顯示，我國農業污染源中的化學需氧量（COD）、總氮（TN）和總磷（TP）分別占同類污染物排放的49.77%、46.52%和67.22%[3]。洞庭湖平原作為長江流域的重要平原之一，是我國重要的商品糧和大宗農產品生產基地。因農戶長期不合理的農業生產活動，以及資源開發強度大、歷史欠賬多等原因造成了較為嚴重的面源污染問題[4]。隨著這些污染對水環境持續產生影響，流域面源污染治理逐漸成為控制農業面源污染的重要措施[5-6]。

八形汊長河流域是典型的農業小流域，整體屬于洞庭湖濕地片區。八形汊長河的主要污染來源為：（1）生活污水。沿河人口分布稠密，且經濟條件相對落后，部分群眾將未經處理的生活污水直接排入八形汊長河。（2）生產污水。其流經區域為糧食主生產區，生產過程中使用的農藥、化肥殘留流入溝渠后匯入八形汊長河。（3）河湖精養。該流域有2個漁場（八形汊漁場、共華漁場），基本采取投肥投餌的精養模式，養殖過程中產生的有機污染未經處理直接流入八形汊長河。（4）畜禽養殖。流域內的部分養殖場未采取環保措施或設施不足，導致大部分畜禽排泄物未經處理直接排放入河。2020年，沅江市根據八形汊長河流域農業面源污染情況，啟動了沅江市八形汊長河流域山水林田湖草生態保護修復工程項目。據沅江市環境保護監測站監測結果顯示，項目實施前八形汊長河的水質屬于劣V類，對洞庭湖整體環境以及周圍群眾的生產生活帶來較大影響。

流域面源污染監測有利于及時對污染進行合理有效的控制[7]，該研究采取科學監測技術手段，對沅江八形汊長河流域農業面源污染綜合治理試點項目實施前后的污染狀況進行監測與調查，評價項目實施后的治理效果，為推進八形汊流域面源污染治理的可持續發展和提高典型小流域農業面源治理效果提供參考依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

八形汊長河流域位于湖南省益陽市沅江市，地處湖南省東北部、洞庭湖濱。河道全長15 km，河面寬度100～300 m，水深4～7 m，屬于洞庭湖濕地片區，是一條天然的調蓄長河；水系流向由西北流向東南，具有灌溉、調蓄等功能。研究區包括福安村、雙阜村、紫紅洲村和仁安村等治理單元，區域內農業面源污染類型主要是農業生產復合污染，畜禽養殖為主要污染源。

1.2 “減源-循環-控污”治理項目的措施

（1）減源措施主要針對種植業、畜禽養殖、水產養殖、生活污水等污染源源頭進行治理。其中種植業主要采取化肥農藥減量、農田廢棄物收集處置等措施；畜禽養殖主要根據“一場一策”思路，針對不同場舍基礎條件，因地制宜建設固液分離、厭氧發酵、氧化塘等設施處理污染源；水產養殖主要采取“魚菜共生”、水生植物種植、曝氣等技術進行治理；生活污水則是采取建設三、四格凈化池，完善垃圾分類收集等措施進行治理。

（2）循環措施主要有將畜禽養殖廢棄物堆漚或厭氧發酵后循環利用或經水田旱地安全消納、秸稈還田和秸稈收集預處理用于制作飼料或二次加工利用等。

（3）控污措施主要為合理建設生態溝渠、生態塘、生態濕地等生態系統，對面源污染集中區域進行梯級控污，在遷移過程中對污染物進行凈化。

1.3 研究方法

1.3.1 污染現狀調查 采用現場調查與資料收集相結合的辦法在治理工程實施前對研究區域進行面源污染情況的調查與分析，參考《第二次全國污染源普查產排污系數手冊（生活源）》和《第二次全國污染源普查產排污系數手冊（農業源）》估算研究區域面源污染負荷情況。

1.3.2 監測采樣 針對研究區域內畜禽養殖、水產養殖、農田排水以及居民生活污水排放等典型污染源分布特征布設監測點，每個監測點位按照進、出水口或前段、中段、末段采集1～3處樣品，完成監測采樣任務共計3次，分別于2020年1月8日、2020年12月2日、2021年1月25日進行第一次、第二次、第三次樣品采集。第一次樣品為項目建設前各分項治理工程采集的水質對照樣品，第二、三次樣品分別為項目建設中、建設后相同地點采集的治理后樣品。

1.3.3 樣品檢測與數據分析 COD、TN、TP、氨氮（NH4+-N）分別采用重鉻酸鹽法、過硫酸鉀紫外分光光度法、鉬酸銨分光光度法、納氏試劑分光光度法進行檢測。采用Excel、SPSS軟件對數據進行分析，使用GraphPad進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 治理前農業面源污染排放量與分布情況

研究區內常住人口約7 318人，土地總面積1 066.67 hm2，其中耕地面積939.53 hm2，以種植水稻、油菜為主。2020年，畜禽養殖生豬年存欄總量28 170頭，鴨存欄9 380羽，肉牛存欄量110頭，年產四大家魚約3 478 t。由表1可知，流域內TN、TP和COD污染物排放總量為2 974.73 t/a，其中TN、TP和COD排放量分別為535.89、71.57和2 367.27 t/a；畜禽養殖、地表徑流、種植業和水產養殖污染物排放量占比分別為82.6%、6.3%、6.9%和4.2%，主要的農業面源污染源是畜禽養殖。

2.2 減源技術措施實施效果

減源技術措施包含畜禽養殖、水產養殖、地表徑流源頭污染的減排。由圖1可知，治理項目實施前，養殖場排水第一次水質監測COD、NH4+-N、TN和TP的排放濃度分別為140.00、15.10、25.50和2.74 mg/L，污染物濃度已遠超過地表水V類環境標準。畜禽養殖污染防治工程項目實施后，經過厭氧發酵、氧化塘等設備的處理，養殖場排水污染物濃度顯著降低，第三次水質監測結果顯示COD、NH4+-N、TN和TP的排放濃度分別為25.00、0.94、1.90和0.09 mg/L，較項目實施前分別降低82.14%、93.77%、92.55%和96.72%。

由圖2可知，項目實施前，水產養殖尾水第一次水質監測COD、NH4+-N、TN和TP的排放濃度分別為56.00、1.62、7.40和0.38 mg/L，生態水產養殖工程實施后，通過實施“魚菜共生”、種植浮水植物等措施，魚塘水質顯著改善，第三次水質監測結果顯示COD、NH4+-N、TN和TP濃度分別為28.00、0.40、2.21和0.20 mg/L，較項目實施前分別降低50.00%、75.31%、70.14%和47.37%。

由圖3可知，生活污水在經四格凈化池處理后污染物濃度顯著降低。進水口COD、NH4+-N、TN和TP濃度分別為2 610.00、66.70、99.80和30.10 mg/L，而出水口濃度分別為67.00、14.40、28.10和1.47 mg/L，去除率分別為97.43%、78.41%、71.84%和95.12%，表明建設四格凈化池能從源頭有效降低面源污染排放濃度。

2.3 循環技術措施實施效果

調查顯示，研究區內畜禽養殖可利用糞便約12 132.82 t（以生豬計），參考《全國規模化畜禽養殖業污染情況調查及防治對策》及其他學者研究[8]，生豬豬糞中N、P和COD平均含量分別為5.88、3.14和57.03 kg/t。經核算，通過畜禽糞便循環技術，研究區可再利用N、P養分分別達71.34 t和38.09 t，循環利用后COD排放量可減少691.93 t。

2.4 控污技術措施實施效果

控污技術措施指通過構建生態塘、生態溝、生態濕地等對地表徑流、種植業、水產養殖面源污染物進行攔截與控制。由圖4可知，項目實施后生態塘水體中COD、NH4+-N、TN和TP平均去除率分別為16.70%、32.96%、37.71%和19.88%。

由圖5可知，生態溝各段污染物濃度呈波動狀態，但總體呈現降低趨勢。在第三次采樣中，生態溝末端水體中COD、NH4+-N、TN和TP濃度較前端分別降低44.83%、91.20%、28.29%和46.15%。

研究區3處人工濕地主要用于滯留消納水產養殖魚塘干塘時排放的尾水，由表2可知，濕地建成后的水質監測結果顯示不同濕地出水水質均達到地表水V類水標準，農業面源污染物去除效果顯著。

2.5 農業面源污染綜合削減量

根據表3可知，通過“減源-循環-控污”治理模式，研究治理區主要污染物TN、TP和COD總排放量分別減排約472.69、66.10和1 866.47 t/a，減排比例分別為88.21%、92.36%和78.84%。

3 結論與討論

目前針對小流域面源污染的治理以源頭預防為主，根據主要面源污染類型進行側重治理，受區域經濟發展水平、農業產業結構差異的影響，不同流域農業面源污染類型也不盡相同[2]。

八形汊長河流域畜禽養殖規模較大，流域內以畜禽養殖污染為最主要污染源，通過采取“糞污資源化利用為主，達標排放為輔”的處理方式，合理規劃糞污利用途徑，減輕糞污處理設備負荷，降低運維成本，項目實施后養殖排水已達到DB43/1665—2019湖南省農村生活污水處理設施水污染物排放標準的一級標準。

因研究區居民居住較分散，村域地表徑流污染采取四格凈化池與生態塘協同處理的方式，該技術具有建設成本低、無動力和易維護的特點[9]。從處理效果來看，四格凈化池出水達到了農村生活污水處理設施排放二級標準，與田日昌等[10]的研究監測結果相似，后續四格凈化池出水還可用于菜地、植物的灌溉。

研究通過對生態溝渠、生態塘、生態濕地等進行合理的植物配置和生態改造，對徑流污染物進行 攔截消納[11]。不少研究表明，生態處理系統對TN、TP、COD有較好的凈化效果。例如：王迪等[12]對生態溝渠凈化攔截效果進行了持續監測，發現生態溝渠對TN和NH4+-N的平均去除率分別為48.7%和58.3%；蔣倩文等[13]的研究結果表明，生態濕地對農田排水TN、TP去除率均大于85%。該研究中生態處理系統對COD、NH4+-N、TN和TP的綜合去除率分別為58.22%、74.33%、60.11%和61.05%，略低于蔣倩文等[14]的研究，可能是由于采樣時間均為寒冷的冬季，水生植物部分枯萎或代謝降低，導致系統整體去污能力降低，但總體攔截凈化效果較好，流域出水水質相對穩定。在第三次生態溝監測采樣任務中，溝渠中段污染物濃度驟升，推測是部分收尾工程擾動了底泥導致。

總體而言，“減源-循環-控污”治理模式在沅江八形汊長河流域應用效果較好，有效降低了農業面源污染對流域的影響，為后續洞庭湖區小流域面源污染治理提供借鑒。

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（責任編輯：王婷）

收稿日期：2023-12-06

基金項目：湖南省農業科技創新資金項目（2022CX80）

作者簡介：曾勇（1977—），男，湖南沅江市人，農藝師，研究方向為農業資源與環境利用。

通信作者：李嘗君