慶陽市馬蓮河、蒲河流域總氮總磷污染特征及其控制策略

摘要：對2007—2013年甘肅省慶陽市主要河流馬蓮河和蒲河流域的面源污染因子進(jìn)行了分析，總結(jié)出了該流域非點(diǎn)源污染的特征。結(jié)果表明，兩條河流均為劣V類水體，七年內(nèi)兩條河流TN均值呈下降趨勢，TP均值馬蓮河略有上漲，蒲河呈下降趨勢，水質(zhì)總體上有所好轉(zhuǎn)，提出了源頭-末端控制區(qū)域面源污染的措施，如緩解農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染技術(shù)，完善面源污染控制相應(yīng)的法律、法規(guī)和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；實(shí)施鄉(xiāng)村清潔生產(chǎn)以及實(shí)施清潔畜禽養(yǎng)殖等策略。

關(guān)鍵詞：城市/農(nóng)業(yè)面源污染；控制策略；慶陽市；甘肅省

中圖分類號：X522 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）17-4460-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.027

Abstract：Non-point source pollution factors of the Malian River and Pu River basin in Qingyang city of Gansu province in 2007-2013 seven years were analyzed and the characteristics of non point source pollution were summarized in the watershed.The results showed that the two rivers were inferior to the V class water bodies. In seven years the TN of two rivers showed a declined tendency，the TP of Malian River rosed slightly while Puhe was decreased，and the water quality overall improved.At last，the measures of controlling the source pollution from the source to the end of the area were proposed，such as easing of agricultural non-point source pollution technology，improving the relevant laws，regulations and technical standards of the pollution control of the surface， implementing the strategy of rural cleaner production and cleaning process in raising animals.

Key words： city/agricultural non-point source pollution；control strategy；Qingyang city；Gansu province

隨著工業(yè)點(diǎn)源污染被越來越多的重視與控制，面源污染的嚴(yán)重性已逐漸顯現(xiàn)出來，面源污染的監(jiān)控已經(jīng)提到了環(huán)境管理日程上。20世紀(jì)70年代，西方國家就開始普遍關(guān)注和重視面源污染，對于面源污染過程的研究和監(jiān)測，從簡單經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶l(fā)展到復(fù)雜的機(jī)理模型[1-5]。相對國外而言，中國農(nóng)業(yè)面源污染的研究較晚，分析土地利用方式與非點(diǎn)源污染的關(guān)系[6]，對湖泊、水庫等地表水體的富營養(yǎng)化調(diào)查及流域水質(zhì)規(guī)劃開啟了中國面源污染領(lǐng)域的相關(guān)研究[7]，較好地掌握面源污染的發(fā)生狀況，為湖泊、河流的水質(zhì)規(guī)劃與流域發(fā)展規(guī)劃提供了可靠的依據(jù)。鄭粉莉等[8]、牟信剛等[9]指出采取有效的水土保持措施是面源污染控制的主要內(nèi)容。

本研究選擇了典型缺水的黃土高原地區(qū)能源型城市甘肅省慶陽市作為研究對象，對其水體污染尤其是面源污染進(jìn)行了研究，對于能源大市的環(huán)境安全有一定的警示意義。

1 研究區(qū)概況

慶陽市位于甘肅省東部，介于東經(jīng)106°20′-108°45′與北緯35°15′-37°10′之間，屬黃河中游內(nèi)陸地區(qū)，是陜甘寧三省區(qū)的交會處。全市土地總面積27 119 km2，總?cè)丝?61萬人，其中城鎮(zhèn)人口48.024萬人，城鎮(zhèn)化水平達(dá)到18.4%。慶陽市素有“隴東糧倉”之稱，解放初期至今，在國家和地方的關(guān)懷和支持下，經(jīng)濟(jì)狀況有了明顯改善。特別是在環(huán)縣、華池、慶城、西峰、正寧境內(nèi)現(xiàn)已探明具有豐富的石油、天然氣和煤炭等資源，2012年慶陽市原油產(chǎn)量達(dá)到575萬t，目前已探明慶陽市油氣總儲量40億t，煤炭資源預(yù)測總儲量2 360億t，這些豐富資源的開發(fā)利用有力地推動了國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，同時(shí)也較好地帶動了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)生活的發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)來源及計(jì)算方法

慶陽市主要河流均不同程度地受到了污染，為明確馬蓮河、蒲河水體的沿程分布特征，在對馬蓮河、蒲河資料的收集和實(shí)地調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沿岸的工業(yè)布局以及人口分布情況，布設(shè)了具有代表性的水和沉積物采樣點(diǎn)位，分別為馬蓮河主河道的3個(gè)采樣點(diǎn)（環(huán)縣曲子大橋、慶城縣韓家灣、寧縣橋頭）、蒲河主河道的2個(gè)采樣點(diǎn)（鎮(zhèn)原縣姚新莊、西峰區(qū)馬頭坡），圖1為研究區(qū)流域采樣點(diǎn)分布。

于2007—2013年每年的奇數(shù)月采集水樣，反映不同時(shí)間水體污染的情況和水體中特征污染物的時(shí)間分布特征。水樣的采集位于河流中心線水面下10 cm處，所采水樣存放于聚乙烯桶。為避免由于環(huán)境條件的變化，微生物新陳代謝活動和化學(xué)作用的影響引起水樣中的物理參數(shù)及化學(xué)組分的變化，根據(jù)要求對采集的樣品采取適宜的保存措施。測定TN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-89），TP采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-89）測定。

總氮的計(jì)算：用紫外分光光度法于波長220、275 nm處，分別測出吸光度A220 nm及A275 nm，求出校正吸光度A，A=A220 nm-2A275 nm，查校準(zhǔn)曲線并計(jì)算總氮（以NO3-N計(jì)）含量。

總磷的計(jì)算：總磷酸鹽P（mg/L）=m/v。

式中，m為試樣測得含磷（P）量（μg），由校準(zhǔn)曲線計(jì)算獲得；v為測定用試樣體積（mL）。

3 TN、TP污染時(shí)間空間格局分析

3.1 水體總氮污染的時(shí)間變化

由圖2可知，馬蓮河與蒲河水體TN濃度常年超V類標(biāo)準(zhǔn)，屬于嚴(yán)重超標(biāo)。2007—2013年，TN的平均濃度呈下降趨勢，尤其是蒲河的TN濃度，得到了很大改善，這主要得益于鎮(zhèn)原縣政府對于污染企業(yè)的關(guān)停和改造，使得2011年的蒲河TN濃度接近Ⅲ類限值。

由圖3、圖4可見，2011年馬蓮河和蒲河的總氮濃度在3～11月發(fā)生了較大變化，其他時(shí)間相對穩(wěn)定， 變化不大；峰值出現(xiàn)在3～5月，正是冬小麥返青追施氮肥的時(shí)間，氮肥受雨水沖刷流入馬蓮河和蒲河，污染水體。11月需對果樹增施底肥，期間伴隨養(yǎng)分流失，TN變化有上升的趨勢。由此可見，農(nóng)業(yè)面源污染已成為該地水體總氮污染的主要原因。

3.2 水體總氮污染的空間變化

圖5、圖6為2007—2013年馬蓮河與蒲河各監(jiān)測點(diǎn)TN的平均濃度變化，按河流流向自西向東呈降低的趨勢，上游環(huán)縣處于峰值，由于環(huán)縣多為山地，植被覆蓋面積少，農(nóng)業(yè)種植導(dǎo)致水土流失大，另外受到油區(qū)注水污染的影響；下游隨著含油注水的回注達(dá)標(biāo)和中油慶化集團(tuán)公司污水治理工程的運(yùn)行，同時(shí)政府部門逐步清查取締了不符合國家產(chǎn)業(yè)政策的小造紙廠，工業(yè)廢水排放明顯減少，使得TN濃度在下游得到了控制。

3.3 水體總磷污染的時(shí)間變化

由圖7可知，蒲河、馬蓮河水體TP濃度常年處于Ⅲ類限值以下，屬于正常。2007—2013年，馬蓮河TP的平均濃度卻呈上升趨勢，尤其是2011年馬蓮河TP平均濃度達(dá)到了Ⅲ類限值，是居住區(qū)生活污水排放量逐年增加的結(jié)果。

由圖8、圖9可見，馬蓮河水體TP濃度在1～8月超出Ⅲ類限值（0.2 mg/L），在7月達(dá)到峰值，其原因是7月為豐水期，含磷化合物隨地表徑流進(jìn)入水體造成水體中總磷含量超標(biāo)。蒲河TP濃度均在正常范圍內(nèi)。

3.4 水體總磷污染的空間變化

圖10、圖11為2007—2013年馬蓮河、蒲河流域主要監(jiān)測點(diǎn)總磷平均濃度變化，按河流流向自西向東，從上游到下游呈遞減趨勢，這與城市污水處理工程的落實(shí)有關(guān)。蒲河流域總磷平均濃度均在Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)之下，但從上游到下游呈小幅度遞增。

4 TN、TP污染特征

4.1 水體總氮污染特征

在一個(gè)流域內(nèi)，河岸兩邊的植被類型、人口數(shù)量和工業(yè)布局是影響河流氮素污染的重要因素。種植業(yè)、山地與城市徑流污染源主要受降雨徑流的影響，變化劇烈[10]。農(nóng)業(yè)面源中各形態(tài)氮肥施入土壤后，在微生物作用下，會通過硝化作用形成NO3--N。土壤顆粒和膠體對NO3-N的吸附作用很強(qiáng)，對NO3--N的吸附作用很弱，因此NO3--N易隨雨水或灌溉水淋洗而進(jìn)入地下水或通過徑流、侵蝕等匯入地表水，對水體造成污染[11，12]?？偟獫舛鹊姆逯稻霈F(xiàn)在農(nóng)業(yè)種植施肥期間，可見農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為慶陽市水體總氮污染的主要原因。在慶陽市水體中總氮污染比較嚴(yán)重，與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）相比，慶陽市主要水體中馬蓮河總氮平均濃度超過Ⅴ類上限的9.2倍，第二大河蒲河總氮平均濃度超過Ⅴ類上限的6.4倍，說明周邊水體氮污染已非常嚴(yán)重，屬劣Ⅴ類水。在地表徑流方面，農(nóng)業(yè)化肥的利用率普遍不高，一般作物最多只能吸收30%～40%，未被利用的部分會通過淋溶、滲漏等方式以地表和地下徑流的形式將大量氨氮和硝酸鹽氮帶入到水體中造成氮污染。在部分河段，當(dāng)?shù)鼐用裣蚝又腥我鈦G棄包括糞便等廢物，并且隨意傾倒生活污水，導(dǎo)致含有尿素、氨氮等氮形態(tài)的生活污水和人畜糞便在受到雨水沖刷后大量排入水體，破壞水體中正常的氮、磷比例。

4.2 水體總磷污染特征

在調(diào)查點(diǎn)，馬蓮河、蒲河TP的變化范圍在0.063～0.192 mg/L，未超出Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）。TP沿程變化不明顯，這與沿岸居民隨意排污有一定的關(guān)系。城市水體中過量的磷一方面來源于肥料、農(nóng)業(yè)廢棄物和城市污水，進(jìn)入水體的磷酸鹽有60%來自城市污水。在城市污水中磷酸鹽的主要來源是洗滌劑，它會使水體產(chǎn)生大量泡沫并引起水體富營養(yǎng)化；另一方面還有其內(nèi)源作用，水體中的底泥在還原狀態(tài)下會釋放出磷酸鹽，從而增加磷的含量，特別是在一些因城市污水排放引起的富營養(yǎng)化水體中，多年來在底部沉積了大量富含磷酸鹽的沉淀物使該系統(tǒng)迅速惡化，此時(shí)即便停止加入磷酸鹽，問題也不會解決。

5 面源污染控制策略

5.1 城市面源污染控制

城市面源污染控制可分為源頭控制和末端控制。①對于新建的屋頂采用環(huán)保型無毒材料，已有的瀝青油氈平屋頂可實(shí)施平改坡工程，并選取環(huán)保型涂料；②道路要盡可能采用透水型鋪裝，這種鋪裝多以礫石和無砂混凝土為墊層，對于路面徑流中的懸浮物和顆粒污染物有很好的過濾和截留作用；③建設(shè)徑流入滲的場所，通過滲透、集蓄處理雨水，如下凹式綠地。在末端控制中主要以構(gòu)建人工濕地為主[13，14]，同時(shí)，建造污水處理廠，并增大其污水處理量和污水凈化率[15]。

5.2 農(nóng)業(yè)面源污染控制

農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源治理工程首先要調(diào)整流域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)模式從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以禁養(yǎng)和減少化肥施用量為重點(diǎn)，以有效控制和根本減少農(nóng)業(yè)面源污染對慶陽市水體的影響為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活方式和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的根本轉(zhuǎn)變[16]。目前，國家尚缺乏與農(nóng)業(yè)面源污染控制相應(yīng)的法律、法規(guī)和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立和實(shí)施國家清潔生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)范體系。在經(jīng)濟(jì)政策方面，經(jīng)濟(jì)學(xué)家提倡通過市場工具來有效地緩解農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染[17]，然而，由于非點(diǎn)源污染的不確定性和信息不對稱性，相應(yīng)政策則有可能比經(jīng)濟(jì)刺激措施更為適合農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的防治。

5.3 實(shí)施鄉(xiāng)村清潔生產(chǎn)

嚴(yán)格落實(shí)對于新建、擴(kuò)建、改建的規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場的環(huán)境影響評價(jià)制度，并對日后運(yùn)行進(jìn)行持續(xù)地監(jiān)督。對目前已經(jīng)生產(chǎn)經(jīng)營的規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場必須嚴(yán)格按照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行必要的整改。目前，慶陽市在面源污染控制上的投入仍不多，面源污染物總量削減具有較大的潛力。隨著政府對環(huán)境問題的高度重視及大力投入，相信在不久的將來，慶陽市農(nóng)業(yè)面源污染防治將會得到很大改善。

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