洪湖流域农业面源污染调查与污染负荷核算

第4期收稿日期:2012-05-29
基金项目:国家自然科学基金项目(21173026);湖北省环保科研项目
作者简介:马玉宝(1987-),男,湖北襄阳人,硕士,主要从事水处理方面研究,(电话)152********(电子信箱)765741661@;
通讯作者,戴
捷(1969-),男,湖北荆州人,教授,博士,主要从事农业面源污染控制及生态修复方面研究,(电话)180********
(电子信箱)824373297@。

第52卷第4期2013年2月
湖北农业科学Hubei Agricultural Sciences
Vol.52No.4
Feb.,2013
洪湖位于湖北省中南部,地处长江中游北岸,横跨洪湖市和监利县,现有面积348.33km 2,是湖北省第一大湖泊
[1]。

水面范围位于29°40′-29°58′N,
113°12′-113°26′E,集水面积8265km 2,在长江中下游浅水湖泊中具有代表意义。

洪湖多年平均降水量1289mm,年均径流量22.16亿m 3。

全年的降水
量集中分布在4~10月,约占77%,7~8月份降水量充足,主要农作物为棉花、水稻[2]。

近几年洪湖水质监测结果表明,其水中COD Cr 、TN 和TP 等指标严重
超标,并呈现出持续恶化的趋势,目前已处于劣Ⅳ
类至Ⅴ类水平,达不到水功能区划(Ⅱ类)标准。

随着对洪湖点源污染的有效控制,农业面源在水体污染中所占的比例不断增加,贡献率超过70%,公认农业面源污染是洪湖水体污染的第一大污染源。

洪湖流域农业面源污染源由农村生活污染源、畜禽养殖污染源、农田径流污染源、水产养殖污染源等组成。

面源污染危害大,加速水体的富营养化、威胁地下水、淤积水体、降低水体功能、污染饮用水源等[3]。

因此,针对洪湖流域农业面源污染负荷进行核算,可为洪湖流域面源污染防治提供科学依据。

洪湖流域农业面源污染调查与污染负荷核算
马玉宝1,陈丽雯1,刘静静1,邓楚洲2,吴忠2,张业中1,戴捷1
(1.长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州
434023;2.湖北省荆州市环境保护局,湖北荆州434000)
摘要:针对洪湖流域农业面源污染负荷进行了核算研究,并确定了不同污染源对水环境的贡献率。

结果
表明,洪湖流域入湖污染物总量为COD Cr 38372.26t /年、NH 3-N 787.667t /年、TN 4349.054t /年、TP 396.106t /年,农业面源污染负荷估算值为畜禽养殖>水产养殖>居民生活>农田种植,它们对水环境的贡献率分别为39.33%、32.92%、23.33%、4.41%;畜禽养殖COD Cr 、TN 、TP 面源污染负荷量最高,分别为
18642.69、2749.99、296.72t /年,水产养殖NH 3-N 面源污染所占比例最大。

关键词:洪湖流域;农业面源污染;污染负荷;畜禽养殖;水产养殖中图分类号:X508
文献标识码:A
文章编号:0439-8114(2013)04-0803-04
Investigation of Agricultural Non-Point Source Pollution and Estimation of Pollution
Loads in Honghu Valley
MA Yu-bao 1,CHEN Li-wen 1,LIU Jing-jing 1,DENG Chu-zhou 2,WU Zhong 2,ZHANG Ye-zhong 1,DAI Jie 1
(1.College of Chemistry and Environmental Engineering,Yangtze University,Jingzhou 434023,Hubei,China;
2.Environmental Protection Bureau of Jingzhou,Jingzhou 434000,Hubei,China)
Abstract :The load of agricultural non-point source pollution and the contribution of different pollution sources to water envi⁃
ronment of Honghu valley were studied.The results showed that the total amount of COD Cr ,NH 3-N,TN,and TP into Honghu valley were 38372.26t /a,787.667t /a,4349.054t /a,and 396.106t /a respectively.The order of pollution load of different agricultural sources was livestock and poultry >aquaculture >residents life >planting farmland.The contributions of these four agricultural sources were 39.33%,32.92%,23.33%and 4.41%respectively.The load of COD Cr ,TN,and TP of livestock and poultry were highest,were 18642.69t /a,2749.99t /a and 296.72t /a respectively,the NH 3-N load of aqua⁃culture was the largest.
Key words :Honghu valley;agricultural non-point source pollution;pollution load;livestock and poultry breeding;aquaculture
. All Rights Reserved.
湖北农业科学2013年
1材料与方法
1.1材料
仪器:紫外可见分光光度计、手提式不锈钢蒸汽消毒器、COD Cr恒温加热器等仪器;试剂:过硫酸钾、氢氧化钠、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑钾、碘化钾、碘化汞、酒石酸钾钠、重铬酸钾、邻菲啰啉、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸锰等。

1.2方法
1.2.1计算方法农村生活和畜禽养殖污染源的计算采用查阅资料与直接调查相结合的方法,对洪湖流域内相关的村庄和养殖场进行调查,按实际农村人口、养殖存栏数、排放系数、入水率等进行入湖污染物计算;农田种植污染负荷的计算采用典型地块监测法,按实测值计算污染物入湖量;水产养殖污染负荷的计算采用实地采样分析法,按实测值计算污染物入湖量。

1.2.2水质监测方法COD Cr采用重铬酸盐法(GB11914-1989)测定、NH3-N采用纳氏试剂比色法(GB7479-1987)测定、TN采用碱性过硫酸钾消解紫外可见分光光度法(GB11894-1989)测定、TP采用钼酸铵消煮紫外可见分光光度法(GB11893-1989)测定。

1.2.3水质监测方案研究区域界定为洪湖流域中上游,以洪湖上游的福田寺镇杜刘村水稻和棉花种植区作为水田以及旱田试验区,在2010年7~8月,对不同的降雨状况下的污染物进行监测与分析。

以洪湖中游的瞿家湾镇、沙口镇、滨湖办事处精养池塘(四大家鱼、河蟹)为水产养殖试验区,进行一个养殖周期(2010年2~11月)的水质跟踪监测。

2结果与分析
2.1农村生活污染负荷核算结果
农村生活污水排放系数为150kg/(人·d), COD Cr排放系数为64g/(人·d)、NH3-N排放系数为7.4g/(人·d)、TN排放系数为10.3g/(人·d)、TP排放系数为0.72g/(人·d),入水率0.05。

农村生活污染源排入洪湖的COD Cr1905.24t/年、NH3-N220.30 t/年、TN306.63t/年、TP21.43t/年(表1)。

2.2畜禽养殖污染负荷核算结果
截至2010年底,洪湖流域分散养殖存栏奶牛84头,肉牛5140头,生猪60.70万头,蛋鸡320.95万只,肉鸡1151.31万只。

畜禽养殖产污系数及畜禽粪尿污染物的入水率分别见表2、表3。

按畜禽养殖产污系数及入水率对污染物入湖量进行计算,畜禽养殖污染源排入洪湖的COD Cr18642.69t/年、NH3-N168.27t/年、TN2749.99t/年、TP296.72t/年。

2.3农田径流污染负荷核算结果
洪湖流域主要降雨季节在每年的7~8月,时间相对较短,便于监测。

通过对洪湖流域典型农田在2010年7~8月降雨径流时的现场采样及实验室分析,得出不同下雨状况下的试验结果见表4。

按公式C=
n
i=1
∑(C i×H i)/n i=1∑H i()进行农田径流主
要污染物的加权平均浓度计算,式中,C为降雨某污染物平均浓度;H i为某次降雨的降雨量;C i为某次降雨某污染物监测浓度[4,5]。

计算结果为水田径流COD Cr36.9mg/L、NH3-N2.21mg/L、TN6.95mg/L、TP0.86mg/L;旱地径流COD Cr64.5mg/L、NH3-N 2.57mg/L、TN7.98mg/L、TP1.35mg/L。

洪湖流域耕地面积16.61万hm2,其中水田7.98万hm2,旱地8.63万hm2。

洪湖流域农田径流产生情况见表5。

入水率按10%计算,农田径流污染源排入
表1农村生活污染负荷核算数据
行政区划
监利县洪湖市合计人口//万
105.81
57.31
163.12
COD Cr
1235.86
669.38
1905.24
NH3-N
142.90
77.40
220.30
TN
198.90
107.73
306.63
TP
13.90
7.53
21.43
排放量//t/年
注:数据来源《荆州市环境保护“十二五”规划》。

表2畜禽养殖产污系数{单位:kg/[头(只)·年]}种类
COD Cr
NH3-N
TN
TP
生猪
132.45
1.80
14.08
2.39
奶牛
1846.51
2.85
90.01
16.14
肉牛
880.16
7.52
24.06
3.84
蛋鸡
7.73
0.10
0.39
0.07
肉鸡
4.76
0.02
0.26
0.02
表3畜禽粪尿污染物的入水率(单位:%)项目
入水率
COD Cr
11.32
NH3-N
10.00
TN
21.28
TP
15.40
注:数据来源《第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册》。

表4农田径流污染物浓度
时间
7月5日
7月12日
7月26日
8月3日
8月18日
8月29日
COD Cr
46.5
41.8
34.3
37.1
39.4
26.3
NH3-N
3.09
2.46
1.98
1.86
2.17
1.82
TN
9.31
8.42
6.91
6.52
7.23
4.30
TP
1.38
1.04
0.70
0.69
0.83
0.61
水田径流污染物浓度
mg/L
COD Cr
76.7
67.9
61.7
61.1
63.9
58.1
NH3-N
3.94
2.96
2.22
1.97
2.74
1.89
TN
10.33
8.72
8.05
7.76
7.85
5.90
TP
1.89
1.68
1.26
1.05
1.58
0.84
降雨量
mm
106.69
102.99
104.35
107.66
90.53
143.19
旱田径流污染物浓度
mg/L
804
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第4期图1洪湖流域不同类型面源污染贡献率
洪湖的COD Cr 1066.325t /年、NH 3-N 50.267t /年、TN 157.004t /年、TP 23.236t /年。

2.4水产养殖污染负荷核算
2010年5~10月的COD Cr 、NH 3-N、TN、TP 监测值以及进出水污染物浓度变化情况见表6。

采用化
学分析法[6-10]对污染负荷进行核算,计算公式如下:P=Q (C out -C int ),式中,P 为污染物排放负荷量;Q 为排
出池塘的水量;C out 、C int 分别为池塘出水和进水的污染物浓度。

一般情况下,5~10月养殖池塘换水频繁,占总换水量90%,共换水约27次。

水产养殖面积共
11.39万hm 2,大约每次换水深度0.2m,年外排水量约6.84×109m 3,则水产养殖污染物排入洪湖的COD Cr 16758.00t /年、NH 3-N 348.84t /年、TN 1135.44t /年、TP 54.72t /年。

2.5各类污染源对洪湖污染的贡献率
通过对农村生活、畜禽养殖污染源产污系数的调查分析及农田种植、水产养殖污染源的跟踪监测,对洪湖流域面源污染负荷进行核算,其面源污染贡献率见图1。

由图1可见,水产养殖和畜禽养殖是洪湖流域农业面源污染的主要来源,洪湖流域内来自畜禽养殖的COD Cr 、TN、TP 面源污染负荷量最高,分别为18642.69t /年、2749.99t /年、296.72t /年,大大超出了其他污染源;水产养殖NH 3-N 污
染所占比例最大,占44.29%。

农村生活和农田种植
的面源污染贡献率不大,农田种植COD Cr 、NH 3-N、TN、TP 的面源污染贡献率仅有2.78%、6.38%、
3.61%、5.87%,远远小于其他污染源。

这与当地的生活水平、生产方式以及养殖模式等密切相关,计算结果基本反应了洪湖流域面源污染的实际状况。

3结论
1)洪湖流域农业面源污染负荷估算值为畜禽养殖>水产养殖>农村生活>农田种植,排入洪湖的污染物总量为COD Cr 38372.26t /年、NH 3-N
表5洪湖流域农田径流产生量
(单位:t/年)
污染物COD Cr
NH 3-N TN TP 水田3880.415232.404730.86490.421
旱田6782.839270.262839.179141.940
合计10663.254502.666
1570.043232.361表6
水产养殖进、出水污染物浓度
(单位:mg/L)月份56789
10平均值
进水38.6239.2336.4836.6833.0245.76
出水42.9639.8738.4837.2237.5448.42
增量4.340.642.000.544.522.662.45
进水0.1960.2530.2260.2580.3230.312
COD Cr
NH 3-N TN
TP
出水0.2620.2740.2590.3180.3970.362
增量0.0660.0210.0330.0600.0740.0500.051
进水2.0131.6591.5331.3211.6131.503
出水2.1271.9101.5491.7551.6791.617
增量0.1140.2510.0160.4340.0660.1140.166
进水0.0500.0460.0560.0660.0630.052
出水0.0600.0560.0640.0690.0710.061
增量0.0100.0100.0080.0030.0080.009
0.008
COD Cr
NH 3-N
TN TP
马玉宝等:洪湖流域农业面源污染调查与污染负荷核算
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湖北农业科学2013年(上接第802页)
果进行验证,结合毕节市土肥站、赫章县土肥站等相关专家实地抽样调查分析,结果表明此次赫章县耕地地力评价结果符合赫章县耕地地力实际情况,具有科学的指导意义。

5小结
赫章县地处乌江源头,山高坡陡,沟谷纵横,耕地利用障碍因素多,耕地地力等级较低,中低产田面积所占比例较大。

根据评价结果显示:
一级地、二级地土壤发育熟化程度好,生产性能好。

在用地过程中应注意合理利用,实施秸秆还田和增施有机肥,以保证土壤养分的均衡,确保综合生产能力的稳步提高。

三级地、四级地是赫章县综合生产力中等偏上耕地。

耕地土壤速效钾和有效磷含量较低,对于作物产量的提高和品质的改善有较大影响,应加强土壤培肥措施,科学管理经营,生产上应重点防止土壤肥力的衰退,做到用、养结合,增加有机肥的施用比例。

五、六等级地面积所占比例较大。

土壤养分含量除有机质含量较高外,其余养分含量均处于中等偏下水平。

耕地利用障碍因素总体可以归结为酸、冷、瘦、薄、石、沙、黏。

应重点抓好地力培肥,防止重用轻养,开展围绕林业经济的开发,加快特色中药材如半夏、天麻,特色农产品如核桃等产业的发展。

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(责任编辑郑威)
787.67t/年、TN4349.05t/年、TP396.12t/年。

2)水产养殖和畜禽养殖是洪湖流域农业面源污染的主要来源,需要重点控制。

畜禽养殖面源污染贡献率最大,其中TN、TP的贡献率超过60%,主要由分散养殖畜禽粪尿的随意排放以及规模化养殖场的大量出现引起,有较大的治理难度,应引起政府的高度重视;农田种植面源污染贡献率最小。

3)洪湖流域水田径流源强系数为COD Cr48.630 kg/(hm2·年)、NH3-N2.910kg/(hm2·年)、TN9.165 kg/(hm2·年)、TP1.140kg/(hm2·年);旱田径流源强系数为COD Cr78.450kg/(hm2·年)、NH3-N3.120 kg/(hm2·年)、TN9.705kg/(hm2·年)、TP1.635 kg/(hm2·年)。

此数据可作为江汉平原地区农田径流计算的污染源源强系数。

4)农业面源污染与人类活动、自然地理、社会经济等密切相关,随着社会经济的迅速发展,人口、生产方式、养殖模式等均在不断变化。

因此,应及时校正相关计算模型及计算参数,从而更加准确核算洪湖流域面源污染负荷。

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(责任编辑郑威)
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