亞熱帶小流域COD負(fù)荷及影響因子分析

劉夢(mèng)霞，周腳根，黃新，謝可軍，李冀，呂殿青，李裕元

（1. 湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081；2. 中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3. 湖南省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)管理站，湖南 長(zhǎng)沙 410005）

亞熱帶小流域COD負(fù)荷及影響因子分析

劉夢(mèng)霞1,2，周腳根2*，黃新3，謝可軍3，李冀3，呂殿青1，李裕元2

（1. 湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081；2. 中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3. 湖南省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)管理站，湖南 長(zhǎng)沙 410005）

化學(xué)需氧量（COD）是農(nóng)業(yè)面源污染的重要方面。以湖南省長(zhǎng)沙縣9個(gè)典型小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，利用連續(xù)5 a（2011-2015）的定位觀測(cè)資料，系統(tǒng)分析了亞熱帶典型小流域COD濃度與負(fù)荷的時(shí)空變化特征及其主要影響因素。結(jié)果表明：1）研究區(qū)近5 a來(lái)COD濃度的變化范圍為0.31-42.63 mg/L，平均值為12.95 mg/L。不同類(lèi)型小流域COD平均濃度的變化順序?yàn)椋悍N養(yǎng)＞養(yǎng)殖＞森林-種植＞森林，從季節(jié)變化來(lái)看，COD濃度夏秋季節(jié)較高，而冬季與春季相對(duì)較低；從年際變化來(lái)看，從2011年到2015年COD濃度總體上呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。2）COD月負(fù)荷的變化范圍為3.15-1 086.6 kg/hm2，研究區(qū)平均值為152.06 kg/hm2，不同類(lèi)型小流域COD負(fù)荷時(shí)空變化規(guī)律與濃度基本一致。3）COD濃度主要與畜禽養(yǎng)殖密度及人口密度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.86（P＜0.05）和0.69（P＜0.05）；COD負(fù)荷則與養(yǎng)殖密度、種植比例、徑流深等因子呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.87（P＜0.05）、0.69（P＜0.05）和0.54（P＜0.05）。適當(dāng)控制畜禽養(yǎng)殖密度、加強(qiáng)小流域生活污水治理以及促進(jìn)養(yǎng)殖廢棄物資源化利用是控制亞熱帶小流域COD排放的關(guān)鍵途徑。

亞熱帶小流域；化學(xué)需氧量（COD）；COD負(fù)荷；時(shí)空變化；影響因素

隨著工業(yè)廢水和生活污水等點(diǎn)源污染的有效控制，非點(diǎn)源污染尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活活動(dòng)引起的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染，已經(jīng)成為水環(huán)境污染的重要來(lái)源[1-2]。農(nóng)業(yè)面源污染研究中，對(duì)氮磷污染的關(guān)注相對(duì)較多[3-4]，而對(duì)化學(xué)需氧量（COD）的關(guān)注則較少，其主要原因在于觀測(cè)資料缺乏。而COD反映了水中有機(jī)污染物的含量，對(duì)水體溶氧和魚(yú)、螺等水體浮游及底棲動(dòng)物的生存有重要影響，是衡量水質(zhì)好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，COD越大，說(shuō)明水體受有機(jī)物污染越嚴(yán)重，其溶氧量越低，水質(zhì)越差[5]。根據(jù)全國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，2015年COD排放總量為2 352.7萬(wàn)t，其中工業(yè)源319.5萬(wàn)t（占13.58%），農(nóng)業(yè)源1 125.7萬(wàn)t（占47.84%），生活源889.8萬(wàn)t（占37.82%），集中式污染治理設(shè)施17.7萬(wàn)t（占0.75%），說(shuō)明農(nóng)業(yè)源與生活源是當(dāng)前環(huán)境COD的最主要來(lái)源，合計(jì)占85.66%。根據(jù)第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)顯示，農(nóng)業(yè)源COD中有85.7%來(lái)自于畜禽養(yǎng)殖業(yè)，4.2%來(lái)自于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)；生活源COD中有43.6%來(lái)自于城鎮(zhèn)居民生活，36.2%來(lái)自于餐飲業(yè)，由此可見(jiàn)，畜禽養(yǎng)殖及居民生活對(duì)COD污染影響較大。海河流域COD污染受種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活影響，其中畜禽養(yǎng)殖與農(nóng)村生活是COD的主要來(lái)源[6]；福建海灣COD污染主要來(lái)源于陸域，而農(nóng)業(yè)污染是最大的貢獻(xiàn)者[7]；三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)村COD污染受農(nóng)資使用、畜禽養(yǎng)殖、土地利用類(lèi)型的影響[8]。養(yǎng)殖業(yè)的養(yǎng)殖密度、管理方式是影響農(nóng)業(yè)面源污染，尤其是COD污染的重要方式[9-11]。

國(guó)內(nèi)外在水環(huán)境領(lǐng)域研究主要集中在湖泊、水庫(kù)、河口或?yàn)I海等大型水域[12-14]，河流末端是目前水環(huán)境研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一，而在流域或集水區(qū)尺度上的相關(guān)研究相對(duì)薄弱，特別是在流域源頭研究較少，然而，河流污染物來(lái)源于流域的源頭區(qū)，對(duì)流域下游水域危害嚴(yán)重，故有效控制流域COD面源污染關(guān)鍵在于源頭區(qū)，研究流域源頭區(qū)地表水COD污染與負(fù)荷情況，有利于輔助流域COD面源污染防控。

因此，本文以金井河9個(gè)典型小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，利用長(zhǎng)期定位觀測(cè)資料系統(tǒng)分析亞熱帶典型小流域COD濃度及負(fù)荷的時(shí)空變化特征，并探尋主要影響因素，以期為流域農(nóng)業(yè)面源污染的定量評(píng)價(jià)與科學(xué)防控提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省長(zhǎng)沙縣東北部的金井鎮(zhèn)境內(nèi)（圖1），地理坐標(biāo)為27o55′-28o40′N(xiāo)、112o56′-113o30′E，9個(gè)目標(biāo)小流域均位于湘江一級(jí)支流撈刀河的上游，其中澗山河與脫甲河為撈刀河的1級(jí)子流域，伏嶺、觀佳河、團(tuán)結(jié)、軍民、撥茅田、水壩、東山橋等為撈刀河的2級(jí)子小流域，各小流域的基本信息見(jiàn)表1。研究區(qū)內(nèi)年平均降水量1 200-1 500 mm，主要集中在4-10月，年平均氣溫17.2 ℃ ，無(wú)霜期274 d，年日照時(shí)數(shù)1 663 h，相對(duì)濕度80% 左右，屬于典型亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。地勢(shì)北高南低，相對(duì)高差一般在100 m以?xún)?nèi)，海拔43-460m，地貌類(lèi)型以山地丘陵為主，是典型南方紅壤丘陵地貌。流域內(nèi)主要土壤類(lèi)型為紅壤和水稻土，林地為主要的土地利用方式，占65.5%，農(nóng)田所占比例較低，為26.6%。其中，稻田、菜地和茶園分別占16.7%、9.9%和2.4%。

圖1 研究區(qū)9個(gè)小流域及采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Locations of the nine watersheds and sampling point

研究區(qū)主要農(nóng)作物為水稻與油菜，經(jīng)濟(jì)林主要為茶園，主要牲畜種類(lèi)有豬、牛，以圈養(yǎng)為主，生豬養(yǎng)殖由來(lái)已久，且?guī)缀醺鲬?hù)均有養(yǎng)殖，少則十余頭，多則上百頭。2015年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查結(jié)果顯示：區(qū)內(nèi)120頭以上的集約化養(yǎng)殖場(chǎng)有100余家，農(nóng)村養(yǎng)殖密度較高。根據(jù)前期結(jié)果，依據(jù)9個(gè)小流域的土地利用構(gòu)成及畜禽養(yǎng)殖業(yè)的分布情況，將其劃分為4個(gè)類(lèi)型：森林小流域（伏嶺）、森林+種植小流域（澗山、觀佳、撥茅田）、養(yǎng)殖小流域（團(tuán)結(jié)、軍民）、種植+養(yǎng)殖小流域（水壩、脫甲、東山橋）[15]，其中森林小流域森林比例為100%，無(wú)居民居住，無(wú)農(nóng)田分布；森林+種植小流域森林比例較大，且農(nóng)田比例在15%-25%，養(yǎng)殖密度小于0.4AU/hm2；種植+養(yǎng)殖小流域農(nóng)田比例在30%以上，且養(yǎng)殖密度大于0.9 AU/hm2；養(yǎng)殖小流域農(nóng)田比例小于25%，且養(yǎng)殖密度大于1.2 AU/hm2。

表1 研究區(qū)典型小流域基本信息Table 1 The basic information of each small watershed

1.2 數(shù)據(jù)采集與計(jì)算

1.2.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)搜集 2011-2015年對(duì)金井全鎮(zhèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況進(jìn)行了全面抽樣調(diào)查，抽樣數(shù)占各村家庭總數(shù)的10%，主要調(diào)查了家庭總?cè)丝谂c常住人口、土地面積與利用類(lèi)型、化肥投入的品種與數(shù)量、畜禽養(yǎng)殖的種類(lèi)與年出欄數(shù)量、糞便處理情況等方面的數(shù)據(jù)，最后統(tǒng)一匯總整理和分析，部分?jǐn)?shù)據(jù)(各流域的人口數(shù)量與耕地面積等)來(lái)源于金井鎮(zhèn)政府當(dāng)年的統(tǒng)計(jì)年報(bào)。

1.2.2 水文觀測(cè)與水質(zhì)測(cè)定 在各個(gè)小流域出口分別設(shè)置水文實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用Simpson’s Parabolic Rule方法使用流速儀(LS25 3 C2型螺旋杯式流速儀)實(shí)測(cè)而得，系統(tǒng)每10 min自動(dòng)采集記錄流量數(shù)據(jù)，據(jù)此計(jì)算流域研究時(shí)段內(nèi)的逐日和累積徑流量。水質(zhì)觀測(cè)期從2011年1月至2015年12月（5 a），每月的8、18、28號(hào)進(jìn)行水樣采集與分析，COD樣品分析采用的是重鉻酸鉀-紫外分光光度法。

1.2.3 畜禽養(yǎng)殖密度計(jì)算 根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，將畜禽數(shù)量換算成國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)畜禽單元AU。畜禽養(yǎng)殖密度是指區(qū)域內(nèi)單位土地面積的平均畜禽單元數(shù)，其計(jì)算公式[16]為：

式中：D為畜禽養(yǎng)殖密度（AU/hm2）；Ni為第i種畜禽年存欄量（頭或只）；ei為該種畜禽的單元畜禽數(shù)量（一個(gè)畜禽單元等于454 kg畜禽活體重量）；S為耕地面積（hm2）。

1.2.4 COD負(fù)荷及其強(qiáng)度計(jì)算 COD負(fù)荷及其強(qiáng)度的計(jì)算方法[17-18]為：

式中：L為小流域COD年排放總負(fù)荷（kg/月）；Ci為COD月平均濃度（mg/L），n為每月的采樣次數(shù)；Qj為小流域月累計(jì)徑流量（m3/月），j為月份；I為負(fù)荷強(qiáng)度（kg/hm2）；A為小流域面積（hm2）。

表2 亞熱帶典型小流域水體COD濃度變化特征(mg/L)Table 2 The characteristics of COD concentration of typical subtropical watershed water

2 結(jié)果與分析

2.1 小流域C O D變化特征

2.1.1 COD濃度的變化特征 由表2可知，COD平均濃度的變化范圍為0.31-42.63 mg/L，平均值為12.95 mg/L，總體上達(dá)到國(guó)家I類(lèi)及Ⅱ類(lèi)（COD≤15 mg/L）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，部分流域水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)，COD＞ 20 mg/L。不同類(lèi)型小流域COD濃度存在一定的差異性。森林小流域COD濃度最低，為5.98 mg/L；森林-種植小流域COD濃度為0.31-24.68 mg/L，均值為10.23 mg/L；種植-養(yǎng)殖小流域COD濃度最高，為5.22-37.10 mg/L，均值達(dá)15.96 mg/L；養(yǎng)殖小流域COD濃度為1.34-42.36 mg/L，均值為14.01 mg/L，COD濃度表現(xiàn)為：種植-養(yǎng)殖小流域＞養(yǎng)殖小流域＞森林-種植小流域＞森林小流域。這主要是因?yàn)樯中×饔蛉丝谙∈?，幾乎沒(méi)有種植及養(yǎng)殖，COD主要是由于枯枝落葉的分解，故COD濃度相對(duì)較低；森林-種植小流域人類(lèi)的生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)污染物，并隨生活污水與農(nóng)田排污進(jìn)入河流，使得有機(jī)污染加重，COD濃度較高；養(yǎng)殖小流域由于養(yǎng)殖密度較高，畜禽養(yǎng)殖廢水隨意排放進(jìn)入河流，而養(yǎng)殖廢水是COD濃度升高的重要影響因素，故COD濃度很高；種植-養(yǎng)殖小流域在人類(lèi)生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜禽養(yǎng)殖的共同作用下，而養(yǎng)殖與種植脫節(jié)嚴(yán)重，養(yǎng)殖廢棄物未能作為有機(jī)肥料有效利用，資源化程度低，故COD濃度最高。

從季節(jié)變化來(lái)看（圖2），COD濃度總體表現(xiàn)為夏秋季節(jié)較高，而冬季與春季相對(duì)較低。這主要是因?yàn)闇囟容^高時(shí)，動(dòng)植物生長(zhǎng)旺盛，微生物的分解作用也相對(duì)較強(qiáng)，分解速度較快，需氧量隨之增加。森林小流域COD濃度冬季最高，春季最低，季節(jié)差異較大；森林-種植小流域夏季最高，冬季最低，季節(jié)間差異不明顯；種植-養(yǎng)殖小流域與養(yǎng)殖小流域COD濃度夏季最高，春季最低。

從年際變化來(lái)看（圖3），2011-2015年COD濃度總體上是波動(dòng)上升的，COD濃度2011年最低，2014年最高。從2011年到2012年COD濃度增加較快，說(shuō)明隨著人類(lèi)生產(chǎn)生活的發(fā)展與變化，整個(gè)流域的污染情況在加重；從2012年到2013年水體COD增加的速度放緩，這是受上一年養(yǎng)殖利潤(rùn)下降的影響，部分養(yǎng)殖戶(hù)減小了養(yǎng)殖規(guī)模；從2013年到2014年水體COD濃度升高，僅觀佳呈下降趨勢(shì)；從2014年到2015年水體COD濃度總體下降，其中養(yǎng)殖小流域與種植-養(yǎng)殖小流域下降最為明顯，主要因?yàn)檎疄楦纳扑w環(huán)境質(zhì)量，出臺(tái)了相關(guān)政策，限制當(dāng)?shù)氐男笄蒺B(yǎng)殖。

圖2 亞熱帶典型小流域水體COD濃度季節(jié)變化(2011-2015)Fig. 2 The seasonal changes in COD concentrations in the nine typical subtropical watersheds (2011-2015)

圖3 亞熱帶典型小流域水體COD濃度的年際變化(2011-2015)Fig. 3 Interannual changes in the variability of COD concentrations in nine subtropical watersheds(2011-2015)

表3 亞熱帶典型小流域COD負(fù)荷變化特征比較 (kg/hm2)Table 3 The characteristics of COD loads of typical subtropical watershed water (kg/hm2)

2.1.2 COD月負(fù)荷的變化特征 由表3可知，不同流域COD月負(fù)荷的變化范圍為3.15-1 086.6 kg/hm2，平均值為152.06 kg/hm2。森林小流域COD月負(fù)荷較低，為111.32 kg/hm2；森林-種植小流域COD月負(fù)荷最低，為3.15-582.14 kg/hm2，均值為104.96 kg/hm2；種植-養(yǎng)殖小流域COD月負(fù)荷最高，為10.07-1 086.6kg/hm2，均值為243.19 kg/hm2；養(yǎng)殖小流域COD月負(fù)荷為7.91-856.75 kg/hm2，均值為151.99 kg/hm2。種植-養(yǎng)殖小流域及養(yǎng)殖小流域COD月負(fù)荷最大，其余小流域差別較小，主要集中在100 kg/hm2左右。

從季節(jié)變化來(lái)看（圖4），各小流域COD負(fù)荷有較大的差別，總體表現(xiàn)為夏季較高，而冬季與春季相對(duì)較低。一方面，COD濃度在夏季較高；另一方面，夏季降水多，有機(jī)物得到有效擴(kuò)散，隨降雨及徑流匯集到河流，增加了COD負(fù)荷。森林小流域COD負(fù)荷夏季最高，秋季最低，秋冬季節(jié)差別較?。簧?種植小流域夏季最高，春季最低，澗山、撥茅田季節(jié)間差異較大；種植-養(yǎng)殖小流域COD負(fù)荷夏季最高，春季最低，季節(jié)性變化明顯；養(yǎng)殖小流域COD負(fù)荷季節(jié)性變化較小。

圖4 亞熱帶典型小流域水體COD負(fù)荷的季節(jié)變化 (2011-2015)Fig. 4 The seasonal changes of COD load of typical subtropical watershed water (2011-2015)

從年際變化來(lái)看（圖5），2011-2015年COD負(fù)荷總體上是先上升，后下降，從2011年到2012年各類(lèi)型小流域COD負(fù)荷均迅速增加，其中養(yǎng)殖小流域增加速度最快。從2012年到2015年COD負(fù)荷總體下降。從2012年到2013年COD負(fù)荷急劇下降，其中養(yǎng)殖小流域與種植-養(yǎng)殖小流域下降相對(duì)明顯。從2013年到2014年COD負(fù)荷在森林小流域、森林—種植小流域、養(yǎng)殖小流域均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，養(yǎng)殖小流域還是繼續(xù)下降。從2014年到2015年COD負(fù)荷在各流域總體變化較小，略有下降。

2.2 C O D影響因子分析

根據(jù)中華人民共和國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）的規(guī)定，研究區(qū)流域地表水存在輕度有機(jī)物質(zhì)污染。不同區(qū)域的COD污染來(lái)源不同，選取人口密度、徑流深、種植比例、養(yǎng)殖密度進(jìn)行分析，分別繪制其與COD年負(fù)荷關(guān)系的散點(diǎn)圖（圖6）。由圖6可見(jiàn)，COD負(fù)荷與種植比例、養(yǎng)殖密度的相關(guān)系數(shù)分別為0.690（P＜0.05）、0.870（P＜0.05），COD濃度主要與養(yǎng)殖密度、人口密度有關(guān)。在不同的流域種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)對(duì)COD產(chǎn)生的影響略有差異，但是結(jié)果均表明種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)對(duì)COD有較大影響。

圖7中以箭頭的夾角來(lái)判斷兩者之間的相關(guān)性，兩射線(xiàn)之間的相關(guān)系數(shù)在數(shù)值上等于夾角的余弦值，夾角越接近于直角則兩者的相關(guān)性越低。由此可知，COD濃度及負(fù)荷均與養(yǎng)殖密度密切相關(guān)。人口密度的箭頭較短是由于在整個(gè)研究區(qū)不同小流域間人口密度的變化不大，因而導(dǎo)致COD變化相對(duì)較弱。

圖5 亞熱帶典型小流域水體COD負(fù)荷的年際變化 (2011-2015)Fig. 5 The interannual variability of COD load at typical subtropical watershed water (2011-2015)

3 討論

3.1 種植業(yè)對(duì)C O D的影響

人類(lèi)土地利用是對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的一種強(qiáng)烈干擾[19]。土地利用/覆蓋變化（LUCC）與人類(lèi)的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，它是引起地表地理過(guò)程變化的主要原因之一，也是影響區(qū)域環(huán)境演變的重要組成部分[20-21]。流域水體COD水平受種植比例的影響較大，可以通過(guò)改變土地利用方式達(dá)到控制COD污染的目的。

土地利用與流域水體COD水平之間的關(guān)系可能是非線(xiàn)性的[22]，當(dāng)某土地利用類(lèi)型的面積比例超過(guò)某一臨界值時(shí)，其對(duì)流域水體的COD水平的影響變得明顯，尤其是種植地與COD污染關(guān)系密切。種植業(yè)內(nèi)部的農(nóng)藥化肥施用、田間管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物的處理則是COD污染的重要原因，而水田區(qū)的灌排水過(guò)程是COD污染物遷移、轉(zhuǎn)化以及匯集的主要形式[23]。農(nóng)田中的COD進(jìn)入田間灌排水系統(tǒng)后，逐級(jí)向主干排水系統(tǒng)匯集，并最終進(jìn)入河流，形成流域的COD負(fù)荷增加。

圖6 COD年負(fù)荷與各因子的關(guān)系Fig. 6 The relationship of annual COD load and each factor

圖7 COD負(fù)荷強(qiáng)度與各影響因子的主成分分析（PCA）結(jié)果Fig. 7 PCA results of the relationship of COD load and the infuencing factors

3.2 養(yǎng)殖業(yè)對(duì)C O D的影響

畜禽糞便和清糞污水隨地表徑流流失，對(duì)水體環(huán)境造成嚴(yán)重污染，固態(tài)糞污中污染物進(jìn)入水體的流失率處于2%-8%的水平，而液體排泄物中污染物進(jìn)入水體的流失率達(dá)到了50%[24]。根據(jù)已有研究[25]，畜禽糞便中約有25%-30%進(jìn)入水體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。朱兆良等[26]認(rèn)為目前我國(guó)實(shí)際用于農(nóng)業(yè)的有機(jī)肥料數(shù)量折合養(yǎng)分約為1 800萬(wàn)t左右，僅占資源總量約34%，占農(nóng)田養(yǎng)分投入總量中約30%，未被利用的部分或已成為環(huán)境污染的重要來(lái)源。根據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩諿27]對(duì)太湖流域的研究，2004年畜禽糞便流入水體的COD總量約為7.34萬(wàn)t/a，占總污染負(fù)荷的7.13%。根據(jù)2007年“黃浦江水環(huán)境綜合整治研究”的結(jié)果[28-29]，黃浦江畜禽糞尿產(chǎn)生量達(dá)640萬(wàn)t，畜禽污染物中COD產(chǎn)生量為27.4萬(wàn)t，可能進(jìn)入水體之中的COD約為6.86萬(wàn)t，己占黃浦江上游COD污染總負(fù)荷的36%，而居民生活、農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)的COD污染負(fù)荷分別為33.8%、19.2%和6.4%。由此可見(jiàn)，畜禽養(yǎng)殖已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)諸多地區(qū)COD的主要來(lái)源。

3.3 居民生活污水對(duì)C O D的影響

農(nóng)村生活污水是COD的重要來(lái)源，主要包括生活污水、生活垃圾和人糞尿等三部分[30]。生活污水主要來(lái)源于洗衣、做飯、洗浴及其他零散用水，含少量污染物。生活垃圾尤其是廚余垃圾以有機(jī)物為主，一部分能通過(guò)自然循環(huán)降解，另一部分隨水進(jìn)入水體造成COD污染。人體糞尿中含有大量有機(jī)污染物及病原微生物，不合理的排放也會(huì)使水體COD濃度升高。通過(guò)實(shí)施農(nóng)村改廁、垃圾分類(lèi)等措施[30]，是降低農(nóng)村居民生活原COD排放的關(guān)鍵。也可通過(guò)生態(tài)溝渠濕地消納等方式有效降低水體COD負(fù)荷[31]。

3.4 徑流對(duì)C O D的影響

地表徑流是污染物遷移的直接介質(zhì)，本文結(jié)果表明，徑流量與COD濃度的關(guān)系并不十分密切（P＞0.05），但徑流深對(duì)COD負(fù)荷強(qiáng)度有著高度線(xiàn)性相關(guān)性（圖6），表明COD的輸移主要通過(guò)地表徑流的遷移向下游輸送，這也正是農(nóng)業(yè)面源污染的顯著特點(diǎn)[31]，因此根據(jù)不同流域的自然條件特點(diǎn)，強(qiáng)化養(yǎng)殖廢水、生活污水等COD來(lái)源的管理[32]，從而降低總排放量是控制流域COD污染的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

1）亞熱帶丘陵區(qū)小流域水體COD月平均濃度變化范圍為0.31-42.63 mg/L，小流域COD月平均負(fù)荷為3.15-1 086.6 kg/hm2。不同類(lèi)型小流域COD排放負(fù)荷變化順序?yàn)椋悍N植-養(yǎng)殖小流域＞養(yǎng)殖小流域＞森林-種植小流域＞森林小流域。

2）COD排放具有顯著的季節(jié)變化規(guī)律，夏秋季節(jié)是COD排放的主要階段，而冬季與春季排放負(fù)荷相對(duì)較低。

3）畜禽養(yǎng)殖密度、人口密度及徑流量是影響小流域COD排放的主要因素，因此適當(dāng)控制畜禽養(yǎng)殖規(guī)模、加強(qiáng)小流域生活污水治理以及促進(jìn)養(yǎng)殖廢棄物資源化利用等，是控制亞熱帶丘陵區(qū)小流域COD排放的主要途徑。

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（責(zé)任編輯：王育花）

Analysis of the COD load and impact factor in subtropical watersheds

LIU Meng-xia1,2, ZHOU Jiao-gen2*, HUANG Xin3, XIE Ke-jun3, LI Ji3, Lü Dian-qing1, LI Yu-yuan2
（1. College of Resources and Environmental Sciences, Hunan Normal University, Changsha, Hunan 410081, China; 2. Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha, Hunan 410125, China; 3. Agricultural Resources and Environment Protection and Administration Station in Hunan Province, Changsha, Hunan 410005, China）

Chemical oxygen demand (COD) is an important aspect of agricultural non-point source pollution. Nine subtropical typical small watersheds were selected in Changsha County of Hunan Province. The characteristics of COD concentration and its spatial-temporal variation and their main infuencing factors were analyzed using the fve-year’s observation data (2011-2015). The results showed that: 1) The COD concentrations in the study area varied in a range of 0.31-42.63 mg/L and the average was 12.95 mg/L in the past fve years. For the different types of small watersheds, the averaged COD concentration sorted in the following order: cropping-livestock ＞ livestock ＞ forest-cropping ＞ forest. The COD concentrations were higher in summer and autumn than those in winter and spring, and generally increased from 2011 to 2015. 2) The monthly COD loads ranged from 3.15 to 1,086.6 kg/hm2, with average value of 152.06 kg/hm2. The characteristics of spatial-temporal and variation of COD loads were similar to COD concentrations in different watersheds. 3) The COD concentrations were signifcantly correlated with the densities of livestock and poultry as well as the resident population, with the correlation coeffcients of 0.86 (P＜0.05) and 0.69 (P＜0.05), respectively. The COD loads were positively correlated with the livestock and poultry density, cropping area ratio, and runoff depth. The correlation coeffcients were 0.87 (P＜0.05), 0.69 (P＜0.05) and 0.54 (P＜0.05), respectively. Appropriate controlling the scale of livestock and poultry breeding, strengthening the domestic sewage treatment in watersheds, and promoting the recycling use of livestock waste are the critical approaches in reducing discharge of COD in the small subtropical watersheds.

small watershed in subtropics; chemical oxygen demand (COD); COD load; spatial-temporal change; infuencing factors

Zhou Jiaogen: E-mail: zhoujg@isa.ac.cn.

X522

A

1000-0275（2017）01-0168-08

10.13872/j.1000-0275.2016.0149

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水利部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201501055)；湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015NK3055)；湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（16A129）。

劉夢(mèng)霞（1990-），女，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)研究，E-mail：516680984@qq.com；通訊作者：周腳根（1978-），男，江西吉水人，博士，副研究員，主要從事流域農(nóng)業(yè)面源污染防控研究，E-mail：zhoujg@isa.ac.cn。

2016-10-10，接受日期：2016-12-26

Foundation item: Special Scientifc Research Fund of Public welfare Profession of the Ministry of Water Resources, China(201501055); Science and Technology Project of Hunan Province (2015NK3055), Key Projects of the Education Department of Hunan Province(16A129).

Abstract 10 October, 2016;Accept 26 December, 2016