赵王河流域种植业化肥污染负荷分析

王晓凤 赵英姿 孙菲 夏训峰

摘要：通过污染物流失系数法研究了赵王河流域２００９年种植业化肥污染负荷。结果表明，２００９年赵王河流域种植业化肥ＴＮ的流失量为427.55 ｔ，ＴＰ的流失量为57.13 ｔ，ＣＯＤＣｒ流失量为９３３．７６ ｔ，氨氮流失量为１８６．７５ ｔ；ＣＯＤＣｒ、氨氮、ＴＮ、ＴＰ的入河量分别为９３．３８、１８．６８、42.76、5.71 ｔ，其中，ＣＯＤＣｒ入河量最大，其次是ＴＮ，再次是氨氮，ＴＰ最少。

关键词：赵王河流域；种植业；化肥；污染负荷

中图分类号：Ｘ５２２文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）16－3445-04

Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ Ｌｏａｄｓ ｏｆ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｏｆ Ｃｒｏｐ Ｆａｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｚｈａｏｗａｎｇ River Ｂａｓｉｎ

ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｆｅｎｇ１，ＺＨＡＯ Ｙｉｎｇ－ｚｉ２，ＳＵＮ Ｆｅｉ３，ＸＩＡ Ｘｕｎ－ｆｅｎｇ４

（１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ， Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００１４， Ｃｈｉｎａ；

２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０７１， Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；

３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１００， Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；

４．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９４， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏｓｓ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ， ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｏｆ ｃｒｏｐ ｆａｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｚｈａｏｗａｎｇ river ｂａｓｉｎ ｉｎ ２００９ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｎ ２００９， ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＴＮ ｌｏｓｓ ｆｒｏｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｏｆ ｃｒｏｐ ｆａｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｚｈａｏｗａｎｇ river ｂａｓｉｎ ｗａｓ 427.55 ｔ； ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＴＰ ｌｏｓｓ ｗａｓ 57.13 ｔ， ＣＯＤＣｒ ９３３．７６ ｔ ａｎｄ ＮＨ３－Ｎ １８６．７５ ｔ； ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏａｄｓ ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ ｉｎｔｏ ｒｉｖｅｒｓ ａｍｏｕｎｔｅｄ ｔｏ ＣＯＤＣｒ ９３．３８ ｔ， ＮＨ３－Ｎ １８．６８ ｔ， ＴＮ 42.76 ｔ ａｎｄ ＴＰ 5.71 ｔ． Ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ， ＣＯＤＣｒ contributed to the maximum of ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏａｄｓ ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ ｉｎｔｏ ｒｉｖｅｒｓ， ＴＮ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ， ＮＨ３－Ｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｏｎｅ ｗａｓ ＴＰ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｚｈａｏｗａｎｇ river ｂａｓｉｎ； ｃｒｏｐ ｆａｒｍｉｎｇ； ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ； ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｌｏａｄｓ

农业面源污染由化肥、农药、农用薄膜、农田土壤颗粒以及其他有机或无机污染物质引起，其中化肥是引起农业面源污染的主要因素之一［１，２］。中国科学院对我国淡水生态环境质量的现状分析表明，在已监测的全国１３１个主要湖泊中有６７个为富营养化，其中农业面源氮、磷负荷占的比例较大［３］。２０世纪７０年代后的研究发现，农业面源污染中氮和磷是主要影响因素［４，５］。氮营养元素污染轻重与化肥使用量，特别是氮肥使用量呈正相关关系［６］。另外，在丹麦和北爱尔兰的监测湖泊中发现，减少城市点源的磷素输入只能使湖水中的磷素含量略有降低，这说明农业磷素的输入是水体中磷素含量增加的主要原因［７］。

赵王河是徒骇河的一条支流，是北方水城聊城市规划区南部的主要排水河道。近年来，由于工业和农业的快速发展，赵王河水质出现了恶化的现象：赵王河入徒骇河口２００８年３月监测的水质数据为ＣＯＤCr ３６ ｍｇ／Ｌ，氨氮２．９0 ｍｇ／Ｌ；５月监测的水质数据为ＣＯＤCr ３５ ｍｇ／Ｌ，氨氮１．１３ ｍｇ／Ｌ，根据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）可知赵王河水质属于Ⅴ类水，水质恶化严重。

为了恢复赵王河水质，有必要对输入赵王河的污染源进行分析，其中，种植业可能是引起赵王河氨氮、ＴＮ超标的原因［８］。但是针对赵王河流域种植业施用化肥污染状况的研究较少。因此，通过对赵王河流域种植业产生的污染负荷的计算，探讨种植业化肥的施用对赵王河水质恶化的影响，查明赵王河水质恶化的原因，可为赵王河流域的农业污染研究和赵王河污染治理提供基础数据。

１材料与方法

１．１研究对象

研究对象为赵王河流域２００９年种植业化肥污染负荷，包括ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤCr和氨氮的流失量以及ＣＯＤCr、氨氮、ＴＮ和ＴＰ的入河量。

１．２计算方法

１）种植业ＴＮ和ＴＰ流失量的计算方法。

化肥施用总量＝化肥中的折纯量×种植面积（１）

化肥流失量＝化肥施用量×流失率（２）

２）种植业ＣＯＤCr和氨氮流失量的计算方法。

污染物流失量（ｔ）＝污染物源强系数×■（不同类型农田废水流失系数×不同类型农田播种面积） （３）

污染物源强系数［ｋｇ／（ｈｍ２·年）］＝标准农田源强系数×土壤类型修正系数×降雨量修正系数×化肥使用量修正系数×化肥使用结构修正系数（４）

３）种植业污染物入河量的计算方法。

污染物入河量＝污染物流失量×污染物入河系数（５）

２结果与分析

２．１ＴＮ和ＴＰ流失量

经调查统计，赵王河流域种植的农作物主要有小麦、玉米、豆类、棉花；果树品种主要是苹果、梨、桃、葡萄等。根据２０１０年全国污染源普查数据得到２００９年赵王河流域主要种植模式面积及施肥情况见表１。赵王河流域２００９年主要种植模式的化肥施用总量按公式（１）计算的结果见表２。

施用的化肥并没有完全发挥功效，有一部分会随着地表径流流失，参考《肥料系数手册２００９０７０４》中主要种植模式ＴＮ、ＴＰ的流失率，数值选取见表３。

根据公式（２）计算赵王河流域２００９年主要种植模式化肥流失量如表４。表４结果表明，２００９年赵王河流域种植业化肥中ＴＮ的流失量为４２７．５5 ｔ，ＴＰ的流失量为５７．１3 ｔ，赵王河流域种植业ＴＮ流失量大于ＴＰ流失量。

２．２ＣＯＤCr和氨氮流失量

赵王河流域２００９年种植业化肥中ＣＯＤCr和氨氮流失量按公式（３）和公式（４）计算。

农田类型一般分为两种，一种是水田，一种是旱地，水田废水流失系数为０．２０，旱地废水流失系数为０．０５，赵王河流域农田类型只有旱地，所以废水流失系数取０．０５；由于赵王河流域只有一种农田类型，所以只有一种类型的农田面积；农田的污染物源强系数与农田坡度、农作物类型、土壤类型、化肥施用量、化肥施用结构和降雨量等因素相关，标准农田源强系数ＣＯＤCr为１５０ ｋｇ／（ｈｍ２·年），氨氮为３０ ｋｇ／（ｈｍ２·年）；赵王河流域土壤为壤土，土壤类型修正系数取１．０；赵王河流域降雨量为４００～８００ ｍｍ，降雨量修正系数取１．１；根据赵王河流域种植业施肥状况，化肥施用量修正系数和化肥施用结构修正系数均取１．４，污染物流失量采用公式（３）进行计算，结果如表５。由表５可知，赵王河流域２００９年种植业化肥污染ＣＯＤCr流失量为９３３．７６ ｔ，氨氮流失量为１８６．７５ ｔ，与沈万斌等［９］研究的面积为１８．７４万ｋｍ２的吉林省２００１年种植土地氨氮排放量为５４ ９４６．４９ ｔ结果类似。

２．３赵王河流域种植业化肥污染物入河量

排放到环境中的污染物只有一部分在降雨冲刷或者其他作用下流入江河，污染物入河量是污染物流失量与污染物入河系数的乘积，污染物入河系数需要长期的监测试验得到，目前这方面尚缺乏系统研究，参考吉林省松原市的入河系数（１０％）［１０］和水口库区流域的入河系数（１０％）［１１］，综合多地类似赵王河流域气候地形的入河系数，最终确定赵王河流域的种植业化肥污染物的入河系数为１０％。

根据公式（５）计算赵王河流域化肥污染物入河污染负荷。结果表明，赵王河流域２００９年种植业化肥污染物入河量分别是ＣＯＤCr ９３．３８ ｔ、氨氮１８．６８ ｔ、ＴＮ 42．76 ｔ和ＴＰ 5．71 ｔ，其中，ＣＯＤCr入河量最大，其次是ＴＮ，再次为氨氮，ＴＰ最少，与张之源等［１２］的研究结果基本一致。

３结论与讨论

２００９年赵王河流域种植业化肥ＴＮ的流失量为427．55 ｔ， ＴＰ的流失量为57．13 ｔ；赵王河流域种植业化肥污染ＣＯＤCr流失量为９３３．７６ ｔ，氨氮流失量为１８６．７５ ｔ。赵王河流域各污染物入河量分别为ＣＯＤCr ９３．３８ ｔ、氨氮１８．６８ ｔ、ＴＮ 42．76 ｔ和ＴＰ 5．71 ｔ，ＣＯＤCr入河量最大，其次是ＴＮ，再次是氨氮，ＴＰ最少。因此，赵王河流域环境与水体的污染应该引起重视，采取有效的防控措施，减轻种植业化肥产生的环境污染。

１）加强土壤肥料监测和管理。为防止通过化肥带入土壤过量的有害物质，首先对化肥进行环境污染物含量的监测管理，严格标准；其次要严格控制新污染源的产生；第三要加强化肥质量监测工作，杜绝有毒化肥的施用。

２）改进施肥方法。改氮肥追施时表面撒施为开沟深施，改磷肥撒施为集中施用，改一次性施肥为少量多次。在提高肥料利用率的同时，减少对土壤的污染［１３］。

３）大力调整氮、钾施用比例，推广平衡施肥。据研究，采用平衡施肥技术，作物可增产１２．８％～２２．４％，每千克养分增产１．８ ｋｇ［１４，１５］。要提高肥料利用率，提高作物产量与品质，必须大面积推广平衡施肥，使氮、钾比例趋于协调。

４）重视中、微量元素的施用。据研究，施用锌肥水稻增产１４．６％，玉米增产１４．９％；施用硼肥油菜增产３０．４％［１６］；施用硫肥水稻增产４．８％～９．９％，玉米增产１０．５％～２３．５％［１７］。由此看出，重视中、微量元素的施用，既可明显提高作物产量，又可改善作物品质。

５）调整产品结构，增加复合肥施用比例。除烤烟生产外，其他农作物都施用低浓度复合肥。因此，应逐步提高化肥的整体有效养分含量，特别是应针对赵王河流域的土壤肥力状况和作物需肥特性，研制中、高浓度的专用复合肥，提高化肥产品的科技含量，增加复合肥在全部化肥施用中的比例。

６）施用化肥增效剂。贾树龙［１８］研究认为，施用氮肥增效剂后，氮肥损失可减少２０％～３０％，由于硝化细菌的活性受到抑制，铵态氮的硝化变缓，使氮素较长时间以铵的形态存在，减少对土壤的污染。因此施用化肥增效剂，可以达到降低投入、提高肥效、减少污染等多方面的效果。

参考文献：

［１］ 徐谦．我国化肥和农药非点源污染状况综述［Ｊ］．农业生态环境，１９９６，１２（２）：３９－４３．

［２］ 王敬国．农用化学物质的利用与污染控制［Ｍ］．北京：北京出版社，２０００．１１－７１．

［３］ 王道涵，梁成华．农业磷素流失途径及控制方法研究进展［Ｊ］．土壤与环境，２００２，１１（２）：１８３－１８８．

［４］ ＢＡＲＴＯＮ Ｌ， ＣＯＬＭＥＲ Ｔ Ｄ． Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｉｓｅｒ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉｍｉｓｉｎｇ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｕｒｆｇｒａｓｓ［Ｊ］． Ａｇｒｉｃ Ｗａｔ Ｍａｎａｇ，２００６，８０：１６０－１７５．

［５］ ＢＯＥＲＳ Ｐ Ｃ Ｍ． Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ：ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ ｒｅｍｅｄｉｅｓ［Ｊ］． Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９６， ３３：１８３－１８９．

［６］ ＷＩＴＨＥＲＳ Ｐ Ｊ Ａ， ＤＡＶＩＤＳＯＮ Ｉ Ａ， ＦＯＹ Ｒ Ｈ． Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｎｏｎ－ｐｏｉｎｔ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｌｏｓｓ ｔｏ ｗａｔｅｒ： Ａ ＵＫ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ［Ｊ］． Ｊ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｑｕａｌ，２０００，２９：１６７－１７５．

［７］ ＨＥＳＫＥＴＨ Ｎ， ＢＲＯＯＫＥＳ Ｐ Ｃ． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｆｏｒ ｒｉｓｋ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｌｅａｃｈｉｎｇ［Ｊ］． Ｊ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｑｕａｌ，２０００，２９：１０５－１１０．

［８］ 闫丽珍，石敏俊，王磊．太湖流域农业面源污染及控制研究进展［Ｊ］．中国人口·资源与环境，２０１０，２０（１）：９９－１０７．

［９］ 沈万斌，杨育红，金国华． 吉林省农业非点源氨氮污染环境影响评价［Ｊ］． 云南农业大学学报（自然科学版），２００７，２２（４）：５７４－５７６．

［１０］ 赵志新，李天宏．松原市非点源污染负荷变化分析［Ｊ］．应用基础与工程科学学报，２０１０，１８（增刊）：９２－９９．

［１１］ 黄东风，李卫华，邱孝煊，等．水口库区流域农业面源污染评价及其防治对策［Ｊ］．中国生态农业学报，２００８，１６（４）：１０３１－１０３６．

［１２］ 张之源，王培华，张崇岱．巢湖富营养化状况评价及水质恢复探讨［Ｊ］．环境科学研究，１９９９，１２（５）：４５－４８．

［１３］ 董印丽． 河北省农田土壤化肥污染及其防治对策［Ｊ］．南京农专学报，２００１，１７（３）：４７－４９．

［１４］ 廖臻瑞，王月琴，刘文锋．微机优化配方施肥在水稻生产上的应用与研究［Ｊ］． 贵州农业科学，１９９４（４）：２４－２９．

［１５］ 杨大晋．平衡施肥配套技术增产效应研究［Ｊ］．贵州农业科学，１９９７（６）：１６－２０．

［１６］ 于志茂．贵州省主要粮油作物的锌硼肥施用问题［Ｊ］．贵州农业科学，１９９４（１）：６２－６４．

［１７］ 尹迪信，肖厚军，朱青，等．贵州省水稻玉米硫肥效应研究［Ｊ］．贵州农业科学，１９９６（１）：１０－１４．

［１８］ 贾树龙．氮肥增效剂的作用与应用技术［Ｊ］．河北农业科技，１９９８（３）：２５．