洞庭湖農(nóng)業(yè)面源污染排放特征及控制對(duì)策研究

盧少勇,張 萍,潘成榮,彭書傳,劉曉暉(.中國環(huán)境科學(xué)研究院,環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖泊環(huán)境研究中心,國家環(huán)境保護(hù)洞庭湖科學(xué)觀測(cè)研究站,湖泊工程技術(shù)中心,北京000；. 合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 30009；3.安徽省環(huán)境科學(xué)研究院,安徽 合肥 30009)

洞庭湖農(nóng)業(yè)面源污染排放特征及控制對(duì)策研究

盧少勇1*,張 萍1,2,潘成榮2,3,彭書傳2,劉曉暉1(1.中國環(huán)境科學(xué)研究院,環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖泊環(huán)境研究中心,國家環(huán)境保護(hù)洞庭湖科學(xué)觀測(cè)研究站,湖泊工程技術(shù)中心,北京100012；2. 合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230009；3.安徽省環(huán)境科學(xué)研究院,安徽 合肥 230009)

為明確洞庭湖農(nóng)業(yè)面源污染狀況,運(yùn)用輸出系數(shù)法和等標(biāo)污染負(fù)荷法分析、評(píng)價(jià)了洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷,運(yùn)用 GIS軟件繪制面源污染負(fù)荷空間分布狀況,運(yùn)用聚類分析劃分污染類型,結(jié)果表明：2010和 2014年洞庭湖區(qū) TN、TP年輸出負(fù)荷總量分別為104556.9t,12719.02t;103643.71t,13032.79t;不同類型污染源產(chǎn)生 TN負(fù)荷量大小順序?yàn)椋汉档兀舅铮拘笄蒺B(yǎng)殖＞農(nóng)村生活＞林地,不同類型污染源 TP污染負(fù)荷量大小順序?yàn)椋盒笄蒺B(yǎng)殖＞旱地＞水田＞農(nóng)村生活＞林地;農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷主要來源是旱地和畜禽養(yǎng)殖,在空間上 TN、TP污染分布一致,但各區(qū)域TN、TP年輸出負(fù)荷量存在差異,以桃源縣、漢壽、澧縣,鼎城、南縣、安化、華容、平江等區(qū)域輸出負(fù)荷量高,是流域優(yōu)先控制區(qū),并基于聚類分析將ANP劃分為4類污染類型,提出控制對(duì)策.

洞庭湖；農(nóng)業(yè)面源污染；等標(biāo)污染負(fù)荷

非點(diǎn)源污染(NP)自20世紀(jì)70年代被提出后,對(duì)水體污染的貢獻(xiàn)隨點(diǎn)源污染治理力度加強(qiáng)更加凸顯.據(jù)估算,在歐洲、日本,農(nóng)業(yè)面源污染(ANP)對(duì)水環(huán)境的貢獻(xiàn)率大于 50%[1-2],在美國, NP約占總污染量的2/3,其中ANP占NP總量的68%～83%,農(nóng)業(yè)已成為全美河流污染的首要污染源[3].在我國,近年來湖泊污染總態(tài)勢(shì)呈加重之勢(shì),據(jù)對(duì)太湖、滇池等的調(diào)查,太湖流域83%的總氮(TN)和84%的總磷(TP)來自NP[4],2014年滇池流域ANP的TN、TP入湖量達(dá)829t和175t,洱海流域 NP中村落生活、畜禽養(yǎng)殖及種植業(yè) 3者比重達(dá)85.65%,ANP已成為NP的最主要部分,對(duì)湖泊污染貢獻(xiàn)較大,應(yīng)多關(guān)注.ANP主要包括農(nóng)田種植、畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)村生活等源,其主要污染物包括氮、磷、有機(jī)農(nóng)藥及其它有機(jī)或無機(jī)污染物等,通過地表徑流和地下滲漏引起水體污染[2].因其發(fā)生具廣泛性、不確定性及作用長期性等,其治理難度遠(yuǎn)大于工業(yè)及生活污染,故估算ANP負(fù)荷,解析污染源非常重要.ANP負(fù)荷估算法有輸出系數(shù)法[5-6]、實(shí)測(cè)法[6-7]和排污系數(shù)法[8], NP源解析法有模型法[9],綜合調(diào)查法[10],清單法[11]和等標(biāo)污染負(fù)荷法(ESPLM)[12].我國對(duì)非點(diǎn)源污染研究起步晚,缺乏長時(shí)間系列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),而輸出系數(shù)法具有需求參數(shù)少,可有效避開了面源污染發(fā)生的復(fù)雜過程,并具有一定的精度等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用該法估算非點(diǎn)源 NP污染負(fù)荷具有重要意義,目前,輸出系數(shù)法在流域NP污染負(fù)荷估算方面已有一定的應(yīng)用[13-14],Jordan[15]基于輸出系數(shù)模型對(duì)北愛爾蘭50條主要積水區(qū)域磷污染負(fù)荷進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè);劉瑞民等[16]在考慮土地利用方式和覆蓋變化等因素下,運(yùn)用輸出系數(shù)法估算了長江上游的非點(diǎn)源污染負(fù)荷;陸建忠等[17]以輸出系數(shù)法為基礎(chǔ),研究了降雨與地形特征等影響下,流域農(nóng)業(yè)源污染系數(shù)的確定方法,估算了鄱陽湖流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷,并對(duì)污染物輸出系數(shù)進(jìn)行率定和校正;龍?zhí)煊宓萚18]基于輸出系數(shù)法,建立了三峽庫區(qū)上游非點(diǎn)源 NP負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)非點(diǎn)源 NP污染負(fù)荷進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析;這些研究成果說明輸出系數(shù)法在較大尺度流域污染負(fù)荷估算方面具有適用性,同時(shí)可為缺乏輸出系數(shù)的地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染估算提供基礎(chǔ).

目前,研究者對(duì)太湖流域[3],巢湖流域[19]三峽庫區(qū)[20]及鄱陽湖流域[21]等水環(huán)境ANP問題研究較多,而關(guān)于洞庭湖流域 ANP研究較少.有關(guān)洞庭湖 ANP的研究主要是污染現(xiàn)狀分析[22],污染控制區(qū)劃分和分區(qū)控制[23]及模型估算[24].本文為了解洞庭湖ANP負(fù)荷量及其空間分布,基于大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查資料,以洞庭湖流域?yàn)檠芯繉?duì)象,以縣為單元,運(yùn)用輸出系數(shù)法估算流域 NP負(fù)荷,評(píng)價(jià) NP,劃分污染類型,確定洞庭湖流域主要污染源;運(yùn)用GIS軟件繪制ANP空間分布,基于此提出流域NP控制對(duì)策.

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

洞庭湖流域天然湖泊面積 2625km2,其中內(nèi)湖1200km2,洪道1013km2,受堤防保護(hù)11094km2,流域面積 25.7×104km2,湖體呈 “U”字形,平均湖寬 17.01km,平均水深 6.39m,相應(yīng)蓄水量 167× 108m3,洞庭湖是我國第二大淡水湖泊,是長江流域重要調(diào)蓄滯洪區(qū),洞庭湖湖區(qū)在行政區(qū)劃上包括岳陽、常德、益陽、長沙市望城區(qū)等范圍內(nèi)20多個(gè)縣(市),這些縣(市)都是典型農(nóng)業(yè)縣(市),是湖南省“魚米之鄉(xiāng)”,是全國商品糧生產(chǎn)基地,湖區(qū)農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展,帶來的ANP日益嚴(yán)重.

1.2 研究方法

1.2.1 輸出系數(shù)法(ECM) ECM法考慮土地利用分類,結(jié)合畜禽數(shù)量和分布,農(nóng)村居民非點(diǎn)源污染物排放和處理,能較準(zhǔn)確估算NP負(fù)荷[25-27],本文用ECM估算洞庭湖流域各區(qū)域TN、TP污染負(fù)荷,方程為：

式中：iL為污染物i的負(fù)荷量,kg/a;ijE 為污染物i在第j種土地利用類型中的輸出系數(shù)[kg/(hm2·a)]或第 j種畜禽養(yǎng)殖導(dǎo)致的污染物 i的輸出系數(shù)[kg/(ca·a)]或人口因素導(dǎo)致的污染物 i的輸出系數(shù)[kg/(ca·a)];iA為第 j種土地利用類型的面積(hm2)或第 j種畜禽養(yǎng)殖的數(shù)量(ca)或人口數(shù)量(ca);P為降雨輸入的污染物總量(本文未考慮此項(xiàng)影響),kg/a;n為流域內(nèi)污染源數(shù)量.

ECM 的關(guān)鍵是確定 EC值,其影響因素多,EC的獲得可通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和查閱文獻(xiàn),國內(nèi)關(guān)于不同土地利用條件下EC取值見表1,洞庭湖地區(qū)因無相關(guān)實(shí)驗(yàn)和調(diào)研數(shù)據(jù),本研究選擇查閱文獻(xiàn)法獲取,從研究區(qū)和年份兩方面綜合考慮相似地區(qū)研究結(jié)果,根據(jù)公式得到：

式中：w表示平均值.

表1 國內(nèi)輸出系數(shù)分類和取值[kg/(hm2·a)]Table 1 Export coefficients for various types of land utilization [kg/(hm2·a)]

表2 輸出系數(shù)分類和取值Table 2 The Export Coefficient classification and value

畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活NP的EC分別用《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[28]及環(huán)境保護(hù)部(國家環(huán)?？偩?推薦的人口EC確定[29],EC取值見表2.

1.2.2 等標(biāo)污染負(fù)荷法(ESPLM) ESPLM[36]反映污染源本身污染水平,是單位時(shí)間排放污染物的廢水的等標(biāo)體積,其計(jì)算表達(dá)式,污染物i的等標(biāo)排放量為：

式中：Pi為污染物i的等標(biāo)排放量,m3;Ci為污染物i的流失量,t/a;C0為污染物按(GB3838-2002)[37]Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)系列的濃度,TN 為 1mg/L,TP為 0. 2mg/L.

1.2.3 數(shù)據(jù)來源 本研究主要估算和分析洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源氮磷污染,污染源包括：土地利用,畜禽養(yǎng)殖和居民用地;土地利用主要分農(nóng)業(yè)和自然用地,可分耕地(種植水稻,棉花,油料,蔬菜等)和林地;畜禽養(yǎng)殖分大牲畜,豬,羊和家禽;各污染源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),如不同農(nóng)業(yè)用地面積,畜禽養(yǎng)殖年存欄數(shù)及農(nóng)村人口數(shù)主要來自《2011湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《2011年湖南省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《2015湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《2015年湖南省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》.

2 結(jié)果與分析

2.1 各區(qū)縣TN、TP輸出負(fù)荷

據(jù)式(1)算得2010和2014年洞庭湖各區(qū)域水田、旱地、林地,畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村人口產(chǎn)生的TN、TP負(fù)荷量和強(qiáng)度,見圖1和圖2,洞庭湖流域范圍內(nèi)2010和2014年TN、TP年排放總量分別為104556.9t,12719.02t;103643.71t,13032.79t;TN/ TP輸出負(fù)荷量分別為 8.22和7.95,接近三峽庫區(qū)[19],介于5～9：1間[38-39];主要因土壤固氮作用弱于固磷,土壤中氮多以硝態(tài)氮和銨態(tài)氮存在,移動(dòng)性強(qiáng),易淋溶下移.

在時(shí)間尺度上,2010年比2014年TN負(fù)荷量略高,不同類型污染源對(duì) TN負(fù)荷量貢獻(xiàn)率發(fā)生變化,表現(xiàn)為畜禽養(yǎng)殖對(duì) TN負(fù)荷量貢獻(xiàn)率由2010的15.2%上升到2014年的17.03%,農(nóng)村生活對(duì)TN貢獻(xiàn)率由2010年的18.81%下降到2014年的 13.25%,主要是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的發(fā)展,農(nóng)村人口不斷向城市轉(zhuǎn)移,農(nóng)村人口下降的結(jié)果.總體上,TN來自水田,旱地和畜禽養(yǎng)殖,以農(nóng)業(yè)用地對(duì)TN的貢獻(xiàn)率最大,其中水田和旱地在兩個(gè)年份對(duì)TN貢獻(xiàn)率分別達(dá)65.90%和69.94%,可能是由于耕作中為了高產(chǎn)過量使用化肥,湖南省每公頃耕地化肥施用量為 580kg,為發(fā)達(dá)國家規(guī)定警戒線(225kg/hm2)的 2.58倍,為全國平均施用量(375kg/hm2)的1.55倍,肥料施用量和結(jié)構(gòu)不合理,導(dǎo)致過量施用部分未被農(nóng)作物吸收的NP,經(jīng)地表徑流和地下滲漏入環(huán)境水體.

TP負(fù)荷量隨時(shí)間推移呈增長態(tài)勢(shì),2010和2014年TP負(fù)荷量貢獻(xiàn)率以畜禽養(yǎng)殖為最大,分別達(dá) 35.22%和 38.95%,并以生豬養(yǎng)殖為主要磷排放源,主要因洞庭湖區(qū)是重要的畜產(chǎn)品生產(chǎn)基地,畜牧業(yè)特別是生豬養(yǎng)殖隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展得到快速的發(fā)展,規(guī)模化、專業(yè)戶、小區(qū)養(yǎng)殖得到快速發(fā)展;但是湖區(qū)畜禽污染處理率低,畜禽糞便還田率低,養(yǎng)殖廢棄物無害化利用率低,糞便中磷元素未經(jīng)有效處理隨廢水、尿液進(jìn)入環(huán)境中,給水環(huán)境帶來影響.

圖1 2010和2014年洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物TN負(fù)荷量Fig.1 Total nitrogen load of agricultural nonpoint source pollutants from cities around Dongtinghu Lake in 2010 & 2014

圖2 2010和2014年洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染物TP負(fù)荷量Fig.2 Total phosphorus load of agricultural nonpoint source pollutants from cities around Dongtinghu Lake in 2010 & 2014

2.2 TN、TP空間分布

用GIS軟件將2.1中輸出系數(shù)結(jié)果添入?yún)^(qū)域行政規(guī)劃圖,得NP負(fù)荷空間分布圖(圖3),ANP空間排放差異大,流域上游至下游農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷呈現(xiàn)降低的趨勢(shì).2010年空間上,污染高負(fù)荷區(qū),分布在流域上游常德市桃源、漢壽、澧縣、鼎城、中游的益陽市南縣、安化、下游的岳陽市華容、平江、湘陰.2014年空間上,污染高負(fù)荷區(qū),分布在流域上游常德市桃源、漢壽、鼎城, 中游益陽市安化、沅江、南縣,下游岳陽市湘陰、平江、華容縣,這些區(qū)域?qū)N、TP負(fù)荷貢獻(xiàn)率分別達(dá)54.74%和63.37%;兩個(gè)年份NP負(fù)荷量排放前5名的分別是桃源縣,鼎城,漢壽縣,平江和南縣;桃源,鼎城,漢壽,安化和澧縣;主要因這些區(qū)域農(nóng)村人口多,耕地面積大,農(nóng)業(yè)化程度高;兩個(gè)年份都以流域上游桃源縣NP輸出負(fù)荷量為最高,NP負(fù)荷貢獻(xiàn)率分別達(dá) 16.68%和 16.47%,主要因桃源縣是湖南省糧食及養(yǎng)殖大縣,農(nóng)業(yè)產(chǎn)值高,是最大糧、油和肉產(chǎn)區(qū)[40],故污染排放量較高,在武陵區(qū)TN、TP輸出負(fù)荷量最低,總體上,TN、TP在空間上污染分布較一致,TN、TP污染排放總量總體上中、西部高,東部低.

圖3 TN和TP年排放量空間分布格局Fig.3 Spatial variation of annual TN and TP discharge

2.3 ANP分析與評(píng)價(jià)

據(jù)表3和4,用式(3)算出ESPL量,2010和2014年湖區(qū)內(nèi)各區(qū)域ESPLD分別為169900.6和 168807.7m3,TN、TP占比分別為 62.56%, 37.44%;61.39%, 38.61%.由西至東流域等標(biāo)污染排放量呈減少的趨勢(shì),原因可能是上中游地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)比重大,工業(yè)發(fā)展相對(duì)落后,下游地區(qū)工業(yè)化相對(duì)發(fā)達(dá),農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)比重小,水資源豐富,ANP污染相對(duì)較輕.流域內(nèi)各區(qū)域及各污染源TN的ESPLDA均高于TP,TN是流域壓力首要來源.

由圖4可知,2010和2014年全流域各區(qū)縣TN、TP ESPLDA最大值均出現(xiàn)在桃源縣,且華容、平江、鼎城、漢壽、澧縣、南縣、安化等區(qū)域TN、TP ESPLDA都較高,是流域污染的主要區(qū)域.各區(qū)縣農(nóng)業(yè)用地和畜禽養(yǎng)殖 TN、TP的ESPLDA較大,貢獻(xiàn)率高,農(nóng)村生活ESP排放貢獻(xiàn)率較小.兩個(gè)年份都以旱地的 ESPLD最大,分別占全湖區(qū)的 35.95%和 38.31%,其次為畜禽養(yǎng)殖,分別占23.57%、25.49%.

圖4 洞庭湖流域不同污染物等標(biāo)排放量Fig.4 The equivalent emissions from different pollutants of Dongtinghu lake Basin

3 農(nóng)業(yè)面源污染控制對(duì)策

為有效減少ANP對(duì)湖區(qū)水質(zhì)影響,對(duì)ANP應(yīng)分區(qū)分類控制.對(duì)不同污染類型有針對(duì)性的控制;運(yùn)用聚類分析法對(duì)各污染源排放量進(jìn)行聚類分析,將污染源聚類分成 4種污染類型：農(nóng)業(yè)用地污染、畜禽養(yǎng)殖污染、農(nóng)村生活污染、復(fù)合型污染;各污染類型空間分布見圖5,應(yīng)對(duì)不同污染類型,有針對(duì)性的控制污染源,以減少ANP污染.

圖5 洞庭湖流域4種污染類型空間分布Fig.5 Spatial distribution of four kinds of pollution in Dongtinghu Lake

3.1 農(nóng)業(yè)用地污染控制

岳陽縣、鼎城、漢壽、桃源、赫山等區(qū)域農(nóng)業(yè)用地面積大,施肥強(qiáng)度高,為減少氮磷流失,應(yīng)安排合理耕作方式及施肥法,避免農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥過量使用,推廣測(cè)土配方施肥,減少單一元素化肥用量,增加復(fù)合肥料使用,加快測(cè)土配方施肥普及力度,減少化肥用量,優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植布局,從源頭控制氮磷濃度,湖南 2005～2009年推廣測(cè)土配方施肥技術(shù)達(dá) 1.87億畝次,其中水稻、玉米分別為12632.7和849.4×104畝,測(cè)土配方實(shí)施區(qū)氮、磷肥年投入量減少了9.4%和7.7%.另在入湖河流區(qū)域,可通過改造農(nóng)田排水溝渠和廢棄?mèng)~塘,構(gòu)建生態(tài)攔截溝渠、人工濕地、植被過濾帶、前置庫、沉淀塘等攔截氮磷污染物,凈化水質(zhì).

3.2 畜禽養(yǎng)殖污染控制

畜禽養(yǎng)殖污染主要來自糞便直排、濕清糞及規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)出水不達(dá)標(biāo),在區(qū)域上對(duì)整個(gè)流域可劃分禁養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)和宜養(yǎng)區(qū),條件合適區(qū)(新建小區(qū))宜實(shí)施源分離、糞尿分離,資源化還田還菜地,有效降低生活污水處理量、利于土壤改良大幅減少化肥用量.對(duì)農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖戶推廣一池三改、沼氣池技術(shù),對(duì)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)可推廣生物發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)(湘潭全市推廣生物發(fā)酵床的養(yǎng)殖場(chǎng)366個(gè),床面積16.8×104m2,出欄生豬 23×104頭,減少糞污排放 29×104t);同時(shí)可實(shí)施生態(tài)養(yǎng)殖,種養(yǎng)結(jié)合-就地利用,實(shí)現(xiàn)畜禽糞便資源化無害化利用,實(shí)現(xiàn)種植與養(yǎng)殖良性循環(huán),種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)使養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)深度結(jié)合.

3.3 農(nóng)村生活污染控制

平江縣、鼎城、漢壽、澧縣、桃源、桃江、安化等區(qū)域農(nóng)村人口基數(shù)大,農(nóng)村生活污水處理設(shè)施不完善,大部分地區(qū)沒有排水渠道和污水處理裝置,生活污水隨意排放較為普遍,對(duì)于集中居住的村鎮(zhèn),近城區(qū)的村鎮(zhèn)可納入城鎮(zhèn)污水處理收集系統(tǒng),遠(yuǎn)離城區(qū)的村鎮(zhèn)可采用厭氧-接觸氧化-人工濕地;厭氧濾池-氧化塘-生態(tài)溝渠等工藝,對(duì)于分散居住區(qū)可采用四格凈化工藝,小型人工濕地處理技術(shù).

3.4 復(fù)合型污染控制

負(fù)荷型污染主要是農(nóng)業(yè)生活,畜禽養(yǎng)殖,農(nóng)業(yè)種植均占有一定比例,治理較為困難,要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)力度,識(shí)別污染源結(jié)構(gòu)和特征,對(duì)近湖泊入湖口和湖泊區(qū),可應(yīng)用人工濕地和多塘系統(tǒng)攔截污染物,對(duì)遠(yuǎn)離湖泊入湖口和湖泊區(qū)應(yīng)制定綜合防治策略,控制污染.

4 結(jié)論

用輸出系數(shù)法,等標(biāo)污染負(fù)荷法,聚類分析及GIS技術(shù),估算了洞庭湖區(qū)2010和2014年ANP的TN和TP年輸出負(fù)荷及空間分布狀況.研究表明：

4.1 湖區(qū)TN、TP污染負(fù)荷主要來自水田、旱地和畜禽養(yǎng)殖,在時(shí)空分布上,2014年TN輸出負(fù)荷較2010年呈緩慢下降趨勢(shì),而TP輸出負(fù)荷呈緩慢上升趨勢(shì),主要與區(qū)域農(nóng)業(yè)用地面積減少,而畜禽養(yǎng)殖數(shù)量增加有關(guān).

4.2 空間上以桃源縣ANP負(fù)荷最高, 且TN、TP在空間上污染分布一致,流域上游至下游ANP負(fù)荷呈現(xiàn)降低的趨勢(shì).

4.3 各區(qū)域TN、TP年輸出負(fù)荷量有別, 桃源、漢壽、澧縣、鼎城、南縣、安化、華容、平江等區(qū)域NP污染負(fù)荷高,是流域優(yōu)先控制的重點(diǎn)區(qū)域.

4.4 ANP分析與評(píng)價(jià)結(jié)果表明,各區(qū)縣農(nóng)業(yè)用地和畜禽養(yǎng)殖的TN、TP的ESPLDA較大,貢獻(xiàn)率高;兩個(gè)年份旱地ESPLDA貢獻(xiàn)率分別占全湖區(qū)的35.95%和38.31%,畜禽養(yǎng)殖分別占23.57%和25.49%.農(nóng)業(yè)用地和畜禽養(yǎng)殖流域優(yōu)先控制的重點(diǎn)污染源.運(yùn)用聚類分析法將污染源分成4種污染型,提出4種污染型的污染控制對(duì)策.

[1]Kronvang B. Diffuse Nutrient Losses in Denmark [J]. Water Science and Technology, 1996,33(4/5)：81-88.

[2]Atsushi I, Kiyoshi Y. Study on characteristics of pollutant runoff into Lake Biwa Japan [J]. Water Science and Technology, 1999, 39(12)：17-25.

[3]Miller G T. 1992. Living in the Environment： An Introduction to Environmental Science [M]. Seventh Edition. Belmont：Wadsworth Publishing Company, 602-611.

[4]張紅舉,陳 方.太湖流域而源污染現(xiàn)狀及控制途徑 [J]. 水資源保護(hù), 2010,26(3)：87-90.

[5]Liu J C, Zhang L P, Zhang Y Z, et al. Validation of an agricultural non-point source (AGNPS) pollution model for a catchment in the Jiulong River watershed, China [J]. Journal of Environmental Sciences, 2008,20(5)：599-606.

[6]Ma X, Li Y, Zhang M, et al. Assessment and analysis of non-point source nitrogen and phosphorus lords in the Three Gorges Reservoir Area of Hubei Province, China [J]. Science of Total Environment (2011), doi：10.1016/j. scetotenv. 2011,9：034：79-81.

[7]紀(jì)丁愈,王慶安,佘紅英,等.川中丘陵地區(qū)小流域農(nóng)業(yè)面源污染特征及水環(huán)境容量研究：以黃臘溪小流域?yàn)槔?[J]. 水資源與水工程學(xué)報(bào), 2011,22(4)：81-84.

[8]嚴(yán)婷婷,王紅華,孫治旭,等.滇池流域農(nóng)村生話污水產(chǎn)排污系數(shù)研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊, 2010,29(4)：46-48.

[9]Grunwalda S, Norton L D. Calibration and validation of a nonpoint source pollution model [J]. Agricultural Water Management, 2000,45：17-39.

[10]陳敏鵬,陳吉寧,賴斯蕓.中國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村污染的清單分析與空間特征識(shí)別 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2006,26(6)：751-755.

[11]胡蕓蕓,王永東,李廷軒,等.沱江流域農(nóng)業(yè)面源污染排放特征解析 [J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015,48(18)：3654-3665.

[12]錢秀紅.杭嘉湖平面農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的調(diào)查評(píng)價(jià)及控制對(duì)策研究 [D]. 杭州：浙江大學(xué), 2001.

[13]Worrall F, Burt T P. The impact of land-use change on water quality at the catchment scale： the use of export coefficient and structural models [J]. Journal of Hydrology, 1999,221(1/2)：75-90.

[14]Mc Farland A M S, Auck H L M. Determining nutrient export coefficients and source loading uncertainty using in stream monitoring data [J]. Journal of the American Water Resources Association, 2001,37：223-236.

[15]Jordan C, Mcguckin S O, Smith R V. Increased predicted losses of phosphorus to surface waters from soils with high Olsen-P concentrations [J]. Soil Use and Management, 2000,16(1)：27-35.

[16]劉 莊,李維新,張毅敏,等.流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算 [J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2010,26(增刊1)：45-48.

[17]陸建忠,陳曉玲,肖靖靖,等.改進(jìn)的輸出系數(shù)法在農(nóng)業(yè)污染源估算中的應(yīng)用 [J]. 華中師范大學(xué)學(xué)報(bào).自然科學(xué)版, 2012,46(3)：373-379.

[18]龍?zhí)煊?梁常德,李繼承,等.基于SLURP模型和輸出系數(shù)法的三峽庫區(qū)非點(diǎn)源氮磷負(fù)荷預(yù)測(cè) [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008,28 (3)：574-581.

[19]王雪蕾,王新新,朱 利,等.巢湖流域氮磷面源污染與水華空間分布遙感解析 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2015,35(5)：1511-1519.

[20]楊彥蘭,申麗娟,謝德體.基于輸出系數(shù)模型的三峽庫區(qū)(重慶段)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷估算[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015, 37(3)：112-120.

[21]馬廣文,王圣瑞,王業(yè)耀,等.鄱陽湖流域面源污染負(fù)荷模擬與氮和磷時(shí)空分布特征 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015,35(5)：1285-1291.

[22]秦迪嵐,羅岳平,黃 哲,等.洞庭湖水環(huán)境污染狀況與來源分析[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2012,35(8)：193-198.

[23]秦迪嵐,黃 哲,羅岳平,等.洞庭湖區(qū)污染控制區(qū)劃與控制對(duì)策[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2011,24(7)：748-786.

[24]畢 雪,王曉媛.基于輸出系數(shù)模型的洞庭湖流域面源污染分析[J]. 人民長江, 2012,43(11)：74-78.

[25]Worrall F, Burt T P. The impact of land-use change on water quality at the catchment scale： the use of export coefficient and structural models [J]. Journal of Hydrology, 1999,221(1/2)：75-90.

[26]Ierodiaconou D, Laurenson L, Leblanc M, et al. The consequences of land use change on nutrient exports： a regional scale assessment in south-west Victoria, Australia [J]. Journal of Environmental Management, 2005,74：305-316.

[27]Shen Zhenyao, Chen Lei, Ding Xiaowen, et al. Long-termvariation (1960～2003) and causal factors of non-point-source nitrogen and phosphorus in the upper reach of the Yangtze River [J]. Journal of Hazardous Materials, 2013,252/253：45-56.

[28]沈珍瑤,劉瑞民,葉 閩,等.長江上游非點(diǎn)源污染特征及其變化規(guī)律 [J]. 北京：科學(xué)出版社, 2008：348-358.

[29]劉亞瓊,楊玉林,李法虎.基于輸出系數(shù)模型的北京地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷估算 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011,27(7)：7-12.

[30]史志華,蔡崇法,丁樹文,等.基于 GIS的漢江中下游農(nóng)業(yè)面源氮磷負(fù)荷研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2002,22(4)：473-477.

[31]劉瑞民,楊志峰,丁曉雯,等.土地利用/覆蓋變化對(duì)長江上游非點(diǎn)源污染影響研究 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2006, 27(12)：2407-2414.

[32]梁常德,龍?zhí)煊?李繼承,等.三峽庫區(qū)非點(diǎn)源氮磷負(fù)荷研究 [J].長江流域資源與環(huán)境, 2007,16(1)： 26-30.

[33]丁曉雯,沈珍瑤,劉瑞民.江上游非點(diǎn)源氮素負(fù)荷時(shí)空變化特征研究 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2007,26(3)：836- 841.

[34]傅 春,康晚英.環(huán)都陽湖區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染TN/TP時(shí)空變化與分布特征 [J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2012,21(7)：864-869.

[35]Ma Xiao, Li Ye, Zhang Meng, et al. Assessment and analysis of non-point source nitrogen and phosphorus loads in the Three Gorges Reservoir Area of Hubei Province, China [J].Science of the Total Environment, 2011,412/413：154-161.

[36]蔡金洲,范先鵬,黃 敏,等.湖北省三峽庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染解析[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2012,31(7)：1421-1430.

[37]Ding X W, Shen Z Y, Hong Q, et al. Development and test of the Export Coefficient Model in the Upper Research of the Yangtze River [J]. Journal of Hydrology, 2010,383：233-244.

[38]Han L X, Huo F, Sun J. Method for calculating non-point source pollution distribution in plain rivers [J]. Water Science and Engineering, 2011,4(1)：83-91.

[39]李 娜,韓維崢,沈夢(mèng)楠,等.基于輸出系數(shù)模型的水庫匯水區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷估算 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016,32(8)：224-230.

[40]湖南省統(tǒng)計(jì)局.湖南省統(tǒng)計(jì)午鑒2015 [M]. 北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社, 2009.

Agricultural non-point source pollution discharge characteristic and its control measures of Dongtinghu Lake.

LUShao-yong1*, ZHANG Ping1,2, PAN Cheng-rong2,3, PENG Shu-chuan2, LIU Xiao-hui1(1. Engineering and Technology Center of Lake, State Environmental Protection Scientific Observation and Research Station for Lake Dongtinghu, Research Centre of Lake Environment, State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control, State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；2. School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China；3.China Anhui Institute of Environmental Science, Hefei 230009, China). China Environmental Science, 2017,37(6)：2278～2286

To clarify the spatial characteristics of agricultural non-point source pollution in Dongtinghu Lake. Pollution loads from agricultural nonpoint sources in Dongtinghu Lake were estimated and evaluated according to the approach of export coefficient modeling as well as the equal standard pollution method. In addition, spatial distribution of non-point source pollution load was drew by GIS. The results demonstrated that total nitrogen and total phosphorus loads in Dongtinghu Lake respectively were104556.9t/a, 12719.02t/a; 103643.71t/a and 13032.79t/a in 2010 and 2014. The magnitude order of the contribution to various types of pollutant sources was as following, 1) dry land ＞ paddy field ＞livestock and poultry breeding ＞ forest land ＞ rural life for total nitrogen load; 2) livestock and poultry breeding ＞ dry land ＞ paddy field ＞ woodland ＞ rural life for total phosphorus load, respectively. Dry land and livestock farming was the main source of agricultural non-point source pollution load. For the spatial regularity, the space TN, TP pollution distribution is consistent, but regional differences between TN and TP in the output load. The priority control areas were Taoyuan county, HanShou, Lixian, Ding cheng, Nanxian, Anhua, Huarong, where the ANP output load was high. With clustering analysis method, the agricultural non-point source pollution was divided into 4types of pollution, and control countermeasures were put forward.

Dongtinghu Lake；agricultural non-point source pollution；equal standard pollution method

X52

A

1000-6923(2017)06-2278-09

盧少勇(1976-),男,湖南郴州人,研究員，博士,研究方向?yàn)楹锤粻I養(yǎng)化控制.發(fā)表論文180篇.

2016-09-18

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07105-002);國家科技支撐課題(2014BAC09B02);中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(2012-YSKY-14)

* 責(zé)任作者, 研究員, lushy2000@163.com