云南昭通地表水水質(zhì)分析與評價

劉園園，查宏波，黃韋華，趙 芳，鄒 萍，王 強，4，魏世強，4，木志堅，4

(1．西南大學資源環(huán)境學院，重慶 400716;2．云南省煙草公司昭通市公司，云南 昭通 657000;3．楚雄州農(nóng)科所，云南 楚雄 675000;4．重慶市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究重點實驗室，重慶 400716)

由于人類活動和自然的原因，我國的水環(huán)境污染越來越嚴重［1］。地表水、地下水、土壤等都受到不同程度的污染，而水對人類和生物圈的整個生命活動起著巨大的作用［1］。但目前國內(nèi)外關(guān)于陸地水水質(zhì)的研究，大多集中在大江大河、湖泊和地下水方面，對于城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地表水水質(zhì)變化研究尚不多見［2］。在大江大河、湖泊水質(zhì)變化的研究中，多側(cè)重于天然水離子的變化，而涉及水質(zhì)污染指標的研究相對較少［3～7］。水質(zhì)變化是水環(huán)境變化的一個方面，而時至環(huán)境污染日益嚴重的今日，水環(huán)境變化，特別是水質(zhì)變化早已和人類社會經(jīng)濟發(fā)展密不可分，并且地表水污染對人們的身體健康及水資源的開發(fā)利用等造成了極大的影響。因此，地表水水質(zhì)評價就顯得尤為重要。事實上，我國政府對地表水水質(zhì)極其重視，并頒布地表水環(huán)境質(zhì)量標準 (GB3838－2002)［8］，地方行政部門也對地表水污染問題給予重視。本文對云南省昭通市地表水污染進行分析評價并提出污染防治對策，以避免污染威脅到當?shù)鼐用竦娘嬘盟春娃r(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全。

1 實驗方法

1.1 評價點布設及采樣情況

昭通市位于云南省東北部，金沙江下游，滇、川、黔三省結(jié)合部。地理坐標在東經(jīng)102°52'～105°18'、北緯26°18'～28°40'。全市轄 10 縣 1 區(qū)，總面積2.3萬km2。由于水平位置和垂直高度的差異，使境內(nèi)地形復雜，氣候多變。具有明顯的立體氣候、立體農(nóng)業(yè)的特點。不同的自然氣候類型區(qū)，為昭通市提供了賴以生存和發(fā)展的條件。為了解和掌握農(nóng)田地表水質(zhì)量狀況，于2011年4月7日至20日針對昭通市8個區(qū)縣的地表水開展了采樣工作，采集的水樣以農(nóng)業(yè)用地 (煙地)為主，共采集水樣116個，主要測定pH值、氨氮、總氮、總磷、砷、汞、鎘、鉛等項目，并分別對這些水樣進行分析與評價。

本次水質(zhì)評價的區(qū)域范圍包括昭通市的昭陽區(qū)、魯?shù)榭h、巧家縣、鎮(zhèn)雄縣、彝良縣、威信縣、大關(guān)縣、永善縣。根據(jù)集水區(qū)內(nèi)的溝渠及水系分布特征，共布設116個地表水水體水質(zhì)監(jiān)測點，其中，水庫17個，河水19個，井水39個，池水22個，泉水5個，山溝水7個，管網(wǎng)水7個。將水樣帶回實驗室測定各種指標。

1.2 評價標準與分析方法

由于煙葉灌溉水屬于農(nóng)田用水，所以水質(zhì)分析與評價工作應該以地表水環(huán)境質(zhì)量標準 (GB3838－2002)［8］V類指標為界限 (見表1)，結(jié)合地區(qū)背景值、地表水調(diào)查水質(zhì)分析資料和監(jiān)測資料，本次地表水水質(zhì)評價共選取pH值、氨態(tài)氮 ()、總氮(TN)、總磷 (TP)、總砷、總汞、總鎘、總鉛等8項參數(shù)作為評價指標。將采集的水樣放入冰箱里保存好，測定時參照地表水環(huán)境質(zhì)量標準［8］中各個指標的測定方法測定以上8項指標:pH值用玻璃電極法測定;總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定:直接在高壓釜中經(jīng)堿性過硫酸鉀密閉消化后(121℃，30min)，在220nm波長下用紫外可見分光光度計 (日立U－1800紫外－可見分光光度計)比色測定TN含量;總磷用鉬酸銨分光光度法測定:在高壓釜中經(jīng)堿性過硫酸鉀密閉消化后 (121℃，30min)，在880nm波長下用鉬藍比色法測定TP含量;、、濃度用離子色譜法測定:水樣經(jīng)0.2m醋酸纖維濾膜 (日本東洋濾紙株式會社)過濾后，濾液用離子色譜儀 (DX－120型)測定的濃度;水樣加硫酸后用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法來測定總砷含量;總汞用冷原子吸收分光光度法來測定;總鎘、總鉛用原子吸收分光光度法 (螯合萃取法)來測定。

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標準 (mg/L)

2 結(jié)果與討論

2.1 昭通市水質(zhì)污染概況

評價結(jié)果表明，昭通市地表水116個水樣中有97.4%的pH值在6～9的范圍內(nèi)，只有3個采樣點的pH值不在此范圍內(nèi)，占總數(shù)的2.6%。其中1個采樣點的pH值＜6，屬于弱酸性;2個采樣點的pH值＞7，屬于弱堿性。采集的樣品中氨氮濃度在0～2.18mg/L，平均值為 0.24±0.31mg/L，有94.9%的水樣中氨氮含量在Ⅲ類水質(zhì)以內(nèi)，0.86%超過V類水質(zhì)標準，說明昭通市氨氮含量較低?？偟獫舛茸兓秶?.27～11.48mg/L，平均值為2.82±2.11mg/L，低于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水質(zhì)標準的樣本量僅占16.3%，超過V類水質(zhì)標準的則高達56%，說明該區(qū)域水體受氮素影響較嚴重。其中總氮由無機氮DIN(硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和銨態(tài)氮)和有機氮DON組成，DON平均濃度為1.03±0.65mg/L，沒有超過V類標準，DIN平均濃度為1.94±2.02mg/L，其中硝態(tài)氮濃度范圍為0.00021～11.25 mg/L，平均濃度為1.71±1.99mg/L，超過V類標準的占31%，這說明總氮中主要超標的離子以硝態(tài)氮的形態(tài)存在。張炳輝等［9］報道的三峽庫區(qū)主要入庫河流氮營養(yǎng)鹽特征及其來源分析中總氮的平均濃度在1.55～2.15mg/L，總體偏高，烏江武隆斷面的總氮濃度最高，為2.15 mg/L;嘉陵江北碚斷面次之，為1.96 mg/L;而長江朱沱斷面最低，為1.55mg/L。昭通市所有采樣點總氮平均濃度為2.82±2.11mg/L，均高于張炳輝等所研究地區(qū)總氮的質(zhì)量濃度?？偭诐舛仍?.014～15.71mg/L內(nèi)變化，平均濃度為0.56±1.96mg/L，低于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水質(zhì)標準的樣本量占74.9%，超過V類水質(zhì)標準的占13.8%，說明該區(qū)域水體受磷元素污染相對較輕。張遠等［10］研究的三峽水庫蓄水后氮、磷營養(yǎng)鹽的特征分析中顯示二期蓄水后水體總氮、總磷的質(zhì)量濃度平均為1.56mg/L和0.083mg/L，昭通市地表水中總氮和總磷平均濃度都遠遠高于張遠等研究地區(qū)的平均濃度。重金屬中，砷濃度均值為 0.00038±0.00015mg/L，所有樣本均在Ⅲ類標準以內(nèi)，說明該地區(qū)地表水中砷含量較低。鎘濃度范圍為0.0005～0.0068 mg/L，在Ⅲ類以內(nèi)的占83.6%，沒有超V類的鎘出現(xiàn)。鉛的平均濃度為0.016±0.012mg/L，含量在II類以內(nèi)的占45.7%，沒有超過Ⅳ類的樣品。重金屬汞平均濃度為0.00018±0.00021mg/L，濃度范圍為0.000087～0.0014mg/L，低于III類水質(zhì)標準的樣本量占65.5%，V類標準以內(nèi)的樣品量占98.3%，有2個采樣點超過V類標準，說明昭通市個別區(qū)域存在汞污染，經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)汞超標的2個采樣點分別位于鎮(zhèn)雄縣的母享鄉(xiāng)和雨河鎮(zhèn)。通過以上評價說明昭通市農(nóng)業(yè)地表水已經(jīng)受到嚴重污染。昭通市主要污染因子為總氮、總磷、氨氮、汞。污染程度依次為總氮、總磷、氨氮和汞。

2.2 昭通市不同水樣類型主要污染物比較分析

昭通市地表水7種水樣類型中的氮素為主要污染物，其次是磷素、氨氮和汞。下面針對這4個主要污染物，進一步對不同水樣類型中各污染物所占比例進行比較分析。

表3為7種不同水樣中主要污染物濃度的分布情況。

表2 昭通市地表水水質(zhì)狀況

表3 昭通市不同水樣主要污染物統(tǒng)計表

共有22個水樣為池水，銨態(tài)氮分布在Ⅲ類以內(nèi)，受污染較小。TN分布在Ⅲ類以內(nèi)的僅占22.7%，V類以內(nèi)的占45.5%，超 V類高達54.5%，說明池水中總氮污染很嚴重，僅次于河水中的氮素污染程度。TP主要分布在Ⅳ類以內(nèi)，占81.8%，超V類標準的有18.2%，略高于水庫中磷素污染，池水中磷素污染也比較嚴重。池水中的汞分布在Ⅳ類標準以下。

井水為主要采集的水樣類型，有39個采樣點。井水的污染情況較為特殊，其中有97.4%銨態(tài)氮分布在Ⅲ類以內(nèi)，有1個采樣點超過V類標準，說明井水受到銨態(tài)氮污染。井水中的TN分布在V類標準以下的僅占30.8%，超V類標準的采樣點高達69.2%，是所有水樣類型中受到氮素污染最為嚴重的。井水中總氮濃度相對于其他水樣類型高可能是由于井水周圍分布著大量菜地，施入土壤的氮肥 (主要指硝態(tài)氮)通過水補給有關(guān)。這樣便形成了農(nóng)業(yè)面源污染。隨著對點源污染的控制和治理，農(nóng)業(yè)面源污染逐漸成為水體污染和富營養(yǎng)化的主要原因［11～17］。TP污染主要集中在Ⅲ類以內(nèi)，占74.4%，超V類標準的占10.3%，較水庫和池水中磷素污染小，較河水嚴重。39個采樣點中汞含量主要分布在Ⅳ類標準以下，有2個采樣點的汞含量超過V類標準，說明個別井水受到重金屬汞的污染。這2個采樣點分別分布在鎮(zhèn)雄縣母享鄉(xiāng)和雨河鎮(zhèn)。出現(xiàn)汞污染是由于赤水河的水質(zhì)被流域上游化工廠、造紙廠和煤化工廠破壞，引起其水質(zhì)下降和污染加劇，并且鎮(zhèn)雄縣又是赤水河的源頭。對于汞污染的產(chǎn)生應該加強污染源控制，嚴禁新建化工類、造紙和煤炭等其他重污染型企業(yè)，并對污染區(qū)內(nèi)其他污染型企業(yè)依法進行徹底清理整頓［18］。

山溝水和管網(wǎng)水均有7個采樣點，并且污染情況相似。銨態(tài)氮均分布在Ⅱ類標準以下。2種水樣中TN在V類標準以下的占42.9%，超V類標準的TN高達57.1%，說明氮素污染十分嚴重。2種水樣中磷素主要分布在Ⅳ類標準以下，山溝水中超V類的占28.6%，管網(wǎng)水占14.3%。說明山溝水較管網(wǎng)水受磷素污染嚴重。2種水樣類型的總汞均分布在Ⅳ類標準以下。

有5個采樣點為泉水，5個采樣點的氨氮濃度均分布在Ⅲ類以內(nèi)，受污染較小。4個采樣點的TN濃度分布在V類標準以下，有1個采樣點濃度超過V類標準。4個采樣點的TP濃度分布在Ⅲ類以內(nèi)，有1個采樣點的濃度超過V類標準?？偣植荚冖纛悩藴室韵?。

通過以上對不同水樣中污染物所占比例的比較分析，得出7種水樣類型里井水中的總氮超V類標準最為嚴重，高達69.2%?？偟琕類標準所占比例依次為井水＞河水＞山溝水、管網(wǎng)水＞池水＞水庫水＞泉水。山溝水中總磷超過V類標準最為嚴重，高達28.6%?？偭壮琕類標準所占比例依次為山溝水＞泉水＞池水＞水庫水＞管網(wǎng)水＞井水＞河水。氨氮和汞含量均在Ⅳ類標準以內(nèi)，超過V類標準的采樣點均出現(xiàn)在井水中。

2.3 昭通市不同區(qū)域主要污染物比較分析

表4顯示的是8個區(qū)域污染物的分布情況。從表中可知，TN濃度最小值均高于TP，濃度最大值11.48 mg/L出現(xiàn)在威信縣。威信縣的TN濃度平均值最大為6.04±3.85 mg/L，其次為鎮(zhèn)雄縣達3.78±2.32 mg/L，下面依次為魯?shù)榭h、巧家縣、昭陽區(qū)、彝良縣、大關(guān)縣、永善縣。TN濃度平均值未超過V類標準的只有大關(guān)縣和永善縣。TP濃度最大值出現(xiàn)在彝良縣高達15.71 mg/L，高于污染十分嚴重的TN濃度最大值11.48 mg/L，并且昭陽區(qū)和大關(guān)縣的TP最大值也高于TN最大值。說明個別區(qū)域的磷素污染較為嚴重。昭陽區(qū)的TP濃度平均值最大，高達1.29±2.41 mg/L，其次為彝良縣達1.19±3.35 mg/L，下面依次為魯?shù)榭h、大關(guān)縣、永善縣、鎮(zhèn)雄縣、巧家縣、威信縣。TP濃度平均值未超過V類標準的有威信縣、巧家縣、鎮(zhèn)雄縣、永善縣。

表4 不同區(qū)域主要污染物統(tǒng)計表

圖1為8個區(qū)域TN、TP在本地區(qū)中超V類標準所占比例的百分比堆積圖。圖中顯示出TN超V類比例最高值出現(xiàn)在威信縣達100%，其次是鎮(zhèn)雄縣高達80%，下面依次是昭陽區(qū)、巧家縣、彝良縣、大關(guān)縣、永善縣、魯?shù)榭h。8個地區(qū)中有一半地區(qū)的氮素污染比例超過50%，說明氮素污染分布現(xiàn)已出現(xiàn)大范圍的趨勢，并具有污染程度高的特點。TP超V類比例最高值出現(xiàn)在永善縣達50%，其次是魯?shù)榭h達28.6%，下面依次為彝良縣、昭陽區(qū)、大關(guān)縣、鎮(zhèn)雄縣。巧家縣和威信縣TP并未出現(xiàn)超V類情況，說明磷素對8個區(qū)域造成的污染并不十分嚴重，但在個別采樣點中的濃度極高，甚至高于TN濃度。本項目的采樣時間由于是在2011年4月7日至20日，正值農(nóng)作物生長季節(jié)，造成總氮和總磷污染程度明顯的主要原因與農(nóng)業(yè)活動密切相關(guān)。四月的農(nóng)作物處于生長旺盛期，對肥料的需求量較大，施肥較多，降雨時流失的氮磷肥進入水體，造成水體富營養(yǎng)化。并且相關(guān)資料顯示，昭通市平均每畝施用化肥量達31.94kg，比全省平均施用23.5kg多出8.44kg。而昭通市個別縣是全縣平均值的二倍以上，如彝良縣59.82kg［19］。這說明昭通市8個區(qū)域污染嚴重的主要原因來源于化肥的過量施用。

3 小結(jié)

(1)本次研究的水樣中總氮濃度超過V類標準的占56%，總磷濃度超過V類標準的占13.8%，昭通市地表水受到總氮 (主要為硝態(tài)氮)污染非常嚴重，總磷污染則相對較輕。有個別采樣點受到銨態(tài)氮和總汞的污染。

(2)井水中的總氮超V類標準最為嚴重，高達69.2%。7種水樣類型中總氮超V類標準所占比例依次為井水＞河水＞山溝水、管網(wǎng)水＞池水＞水庫水＞泉水。山溝水中總磷超過V類標準最為嚴重，高達28.6%。7種水樣類型中總磷超V類標準所占比例依次為山溝水＞泉水＞池水＞水庫水＞管網(wǎng)水＞井水＞河水。各水樣類型中的氨氮和汞含量均在Ⅳ類標準以內(nèi)，超過V類標準的采樣點均出現(xiàn)在井水中。

(3)8個區(qū)縣中威信縣總氮污染最為嚴重，其濃度最大值為11.48 mg/L，是所有區(qū)域最高的，并且平均值最大值6.04±3.85mg/L、超V類比例最大值100%均出現(xiàn)在威信縣。TP濃度最大值出現(xiàn)在彝良縣高達15.71 mg/L，濃度平均值最大值1.29±2.41 mg/L出現(xiàn)在昭陽區(qū)，超V類比例最高值出現(xiàn)在永善縣達50%。總體上總氮污染高于總磷，但個別區(qū)域的磷素污染較為嚴重。

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