蟒河流域農(nóng)林地表徑流氮磷流失狀況研究

付燕利 成永霞 邱坤艷

(河南省濟(jì)源市環(huán)境監(jiān)測(cè)站)

水資源對(duì)城市的發(fā)展起著舉足輕重的作用,然而,伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,水環(huán)境污染已成為制約城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素[1]。濟(jì)源市河流主要有黃河、沁河和蟒河,蟒河源出山西省陽城縣蟒山,總長(zhǎng)度 130 km,流經(jīng)濟(jì)源市境內(nèi)有 46 km,穿越市城區(qū),不僅為三面環(huán)山的濟(jì)源增添了靈秀之氣,而且還是濟(jì)源市的主要納污河。在點(diǎn)污染源(如工業(yè)廢水排放、生活污水排放等)被有效控制后,面源污染成為蟒河流域水環(huán)境污染的重要因素之一,且具有上升趨勢(shì)快、分布面廣、污染物隨機(jī)性強(qiáng)和治理難度大等特點(diǎn)[2]。有關(guān)資料表明,60%的水污染源于非點(diǎn)源污染,因而面源污染已成為水環(huán)境污染的主要原因[3];受納水體污染負(fù)荷的 40%-80%來自雨洪產(chǎn)生的徑流[4]。已有研究表明,城市地表徑流的大部分水質(zhì)指標(biāo)已達(dá)到了污水綜合排放的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),地表徑流面源污染以及雨天污水溢流已成為城區(qū)河流的主要污染源[5,6]。所以,降雨引起的地表徑流面源污染應(yīng)引起足夠的重視,農(nóng)田、林地氮、磷流失將加劇水體的富營(yíng)養(yǎng)化[7]。為此,我們?cè)跐?jì)源市蟒河流域開展了為期 2 a的農(nóng)林地表降雨徑流監(jiān)測(cè),總結(jié)分析了蟒河流域農(nóng)田、林地氮、磷流失現(xiàn)狀,為水環(huán)境面源污染調(diào)查提供了有力的數(shù)據(jù)。

1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置與樣品采集處理

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的選擇

1.1.1 農(nóng)田地表徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)濟(jì)源市蟒河流域的地形特點(diǎn),選取有代表性的天然黃土丘陵區(qū)。

農(nóng)田徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于軹城鄉(xiāng)賈莊村,本區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫 14.6℃,多年平均降水量 630 mm,主要集中在 7、8、9三個(gè)月。測(cè)點(diǎn)控制面為東西最長(zhǎng)處 2000 m,平均坡度 2.3°,南北最寬處 514 m,平均坡度 15°,面積 1.3 km2。土壤母質(zhì)為第四紀(jì)黃土,土壤類型為褐土。

1.1.2 林地徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)

林地徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于承留鄉(xiāng)虎嶺村,面積6.36 km2。流域內(nèi)山巒起伏,西高東低,海拔高程325-1150 m。植被組成上有栓皮櫟、麻櫟等喬木,棠梨、黃荊等灌木,葛藤、野葡葡等藤本和黃背草、白草等草木。本區(qū)屬溫帶季風(fēng)性大陸型氣候,四季分明,年均氣溫 13.8℃,年均降水量 815 mm。

1.2 樣品的采集和處理

2006年和 2007年在農(nóng)林兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行降雨、徑流、水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)。在降雨產(chǎn)流時(shí)采樣,采樣間隔 5 min,同時(shí)記錄降雨徑流的流速、水位和流量;降雨歷時(shí)較長(zhǎng)時(shí),采樣間隔 30 min,每場(chǎng)降雨均采集降雨—徑流的全過程樣品。

由于流失的土壤養(yǎng)分多溶于水中,泥沙和懸浮物在水流平緩處或下游水庫中沉淀,不能進(jìn)入自然水體,因而按照地表水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范要求,對(duì)水樣進(jìn)行自然沉降 30 min的前處理。

1.3 監(jiān)測(cè)儀器與測(cè)定方法

采用溢流堰(薄壁三角堰、矩形堰測(cè)流量)測(cè)降雨徑流量,在監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置水位標(biāo)尺和自記雨量計(jì),監(jiān)測(cè)水位和記錄監(jiān)測(cè)期間全年各單次的降雨量。

所采水樣的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有 pH、總氮、氨氮、硝酸鹽氮、總磷及磷酸鹽等,監(jiān)測(cè)方法[8]如表 1。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方法

2 結(jié)果與討論

2.1 農(nóng)林地表徑流水質(zhì)比較

根據(jù)連續(xù) 2 a的 16次降雨水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),農(nóng)林兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的結(jié)果比較如表 2。

表2 農(nóng)林地降雨地表徑流水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果比較

將表 2中的農(nóng)田徑流和林地徑流的污染物濃度與我國(guó) 2002年發(fā)布的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較,可得出以下結(jié)論:以平均值為依據(jù),農(nóng)田降雨徑流和林地降雨徑流的總氮濃度超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(2.0 mg/L);氨氮濃度農(nóng)田降雨徑流超過了Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(1.0 mg/L),林地降雨徑流也接近此值;總磷濃度農(nóng)田降雨徑流超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.4 mg/L),林地降雨徑流略低于此值。由此可見,農(nóng)田和林地降雨地表徑流水質(zhì)指標(biāo)處在Ⅴ類水質(zhì)基礎(chǔ)上,應(yīng)積極采取相應(yīng)措施降低農(nóng)田地表徑流氮磷濃度,以免流入蟒河造成水環(huán)境污染。

2.2 賈莊農(nóng)田單次降雨徑流過程中不同監(jiān)測(cè)時(shí)段的水質(zhì)變化

圖1為 2007年 7月 22日賈莊的一次降雨過程中,間隔1 h采一次水樣所測(cè)得的水質(zhì)結(jié)果。由圖 1可見,農(nóng)田徑流水偏堿性,平均 pH值為 7.63,這與每年施用的氮肥、磷肥有關(guān),銨鹽和磷酸鹽溶于雨水使形成的徑流水體 pH值升高。由于總氮受氨氮和硝酸鹽氮,土壤含氮量和雨水含氮量的雙重影響,總氮濃度在降雨過程中起伏不定;而總磷的濃度趨于穩(wěn)定,沒有隨降雨時(shí)間的延長(zhǎng)大幅度增大和降低。降雨過程中總氮濃度遠(yuǎn)高于總磷,說明在每次降雨中氮流失大于磷流失,年際降雨氮污染負(fù)荷就遠(yuǎn)大于磷污染負(fù)荷。

2.3 賈莊農(nóng)田多次降雨氮磷流失狀況

圖1 單次降雨過程中不同監(jiān)測(cè)時(shí)間的水質(zhì)結(jié)果

圖2 賈莊農(nóng)田多次降雨氮磷的流失

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,年際徑流氮、磷流失量相差懸殊。2006年,農(nóng)田監(jiān)測(cè)點(diǎn)全年徑流 141.5 m3,流失氨氮 102 g,硝酸鹽氮 459 g;2007年,2次降雨監(jiān)測(cè)徑流 2914.0 m3,流失氨氮 3199 g,硝酸鹽氮4013 g。因此,農(nóng)林面源污染具有污染源時(shí)空分布的離散性和不均一性、污染源和污染成分監(jiān)控的困難性等特征,致使我們測(cè)定的污染物濃度結(jié)果在時(shí)空上變化幅度較大。圖 2所反映的是 5次降雨中降雨量、總氮總磷濃度和氮磷流失量的相關(guān)變化圖,由圖 2可見,當(dāng)降水量大時(shí),農(nóng)田形成的徑流量大,氮磷濃度低,但流失量就未必比降雨量小的時(shí)候大,如圖 2中第二次和第五次降雨的比較;農(nóng)田降雨量少時(shí),氮磷濃度較大,但受徑流量的影響,氮磷流失未達(dá)到最大,如第二、第三次降雨和第四次降雨的比較;5次降雨總氮濃度均高于總磷濃度,說明氮的流失量遠(yuǎn)大于磷流失量。據(jù)統(tǒng)計(jì),2 a中的 16次降雨,氨氮流失量為 3301 g,硝酸鹽氮流失量為 4472 g,總氮流失7773 g,總磷流失 963 g,超出水體自凈能力,給蟒河流域水環(huán)境帶來富營(yíng)養(yǎng)化,使水體受到污染。

3 結(jié)論

2a有代表性的農(nóng)林地降雨地表徑流監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,蟒河流域承受地表降雨污染負(fù)荷高,其中農(nóng)田地表徑流占較大比例;農(nóng)田地表徑流氮流失量遠(yuǎn)高于磷流失量。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位軹城鄉(xiāng)賈莊村化肥施用歷史悠久,因此,必須加大農(nóng)業(yè)面源污染的治理力度,提高農(nóng)家肥和復(fù)合肥的施用水平,逐步減少和停止施用化肥,控制水溶性的銨氮和顆粒態(tài)磷,保護(hù)蟒河流域水環(huán)境。

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