广西高山河谷区乡（镇）饮用水水源地农业非点源特征研究

李相林 谢华 杨瑞刚 余孟好

摘要：【目的】开展广西高山河谷区乡（镇）饮用水水源地农业非点源特征研究，为今后广西乡镇饮用水水源地的规范化、常态化管理提供参考依据及数据支撑。【方法】以广西田林县为例，根据田林县乡（镇）地形地貌特点，选取位于同一流域的6个饮用水水源地，采样分析水源地取水口处水质，调查水源地環境现状及污染源分布情况；采用等标污染负荷法估算不同农业非点源类型的比重，分析影响水源地水质的主要污染源和污染物。【结果】6个水源地中，取水口沿岸农业植被分布较多的3个水源地水质出现轻微超标现象，粪大肠菌群超标0.20～0.25倍、总磷超标0.20倍、总氮超标2.00倍；其余3个水源地取水口位于流域山腰上，无农业非点源分布，其水质达到Ⅱ类和Ⅲ类标准，水质达标。田林县乡（镇）饮用水水源地农业非点源主要集中分布在地势较低的河谷地带，其中农田径流污染源等标污染负荷比最高，其次是分散式畜禽养殖污染源和农村生活污染源；污染中总磷的等标污染负荷比最高，其次是总氮。【结论】广西高山河谷区乡（镇）饮用水水源地水质与其所在区域的农业非点源特征有一定关联，因此应重点加强对乡（镇）农田径流污染源的防控，以确保水源地水质安全。

关键词： 高山河谷区；饮用水水源地；农业非点源；等标污染负荷；广西田林縣

中图分类号： X820.2 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）01-0048-07

0 引言

【研究意义】饮用水水源安全问题关系到人民群众的身体健康和社会稳定，已成为社会大众高度关注的热点环境问题（李仰斌等，2007；郭梅和周丽旋，2010；杨会改等，2014）。随着人类开发活动的不断扩大，区位相对偏僻的乡（镇）水源地水质安全问题也越来越受到社会各界的重视。位于广西高山河谷区的乡（镇）饮用水水源地由于环境地貌等原因，容易受到农业非点源污染，农业非点源污染已成为高山河谷区乡（镇）水源地的主要污染类型。因此，试点开展具有广西特色的高山河谷区乡（镇）饮用水水源地的农业非点源特征研究，可为今后乡（镇）水源地的规范化、常态化管理提供重要的参考依据及数据支撑。【前人研究进展】目前，国内学者对于农业非点源的研究较普遍（于涛等，2008；杨淑静等，2009；马国霞等，2012），但针对具体流域或饮用水水源地所开展的农业非点源估算识别并不多，且研究的方法也不尽相同。陈庆青等（2007）应用功能性模型系统原理计算水源地入库污染物总量，得到非点源污染的主要来源和污染规律，并据此提出水库型饮用水水源地非点源污染的控制技术方法。杨会改等（2014）采用Johns输出系数模型，结合查阅文献和现场实测的方法确定符合小流域特征输出系数值，估算了土桥子水库水源地实施非点源控制措施（测土配方施肥和农村建设沼气池）前后总氮、总磷输出量。吴楠等（2014）采用基于GIS建立分布式非点源污染运移截留过程模型，对非点源污染关键区进行识别。张国琴和于金莲（2008）、高新昊等（2010）、周军等（2011）、刘承志（2012）等采用较为普遍的等标污染负荷对流域或水源地的非点源污染进行相关研究，以找出影响环境的主要污染源和污染物。【本研究切入点】近年来，受客观条件限制，广西饮用水水源地的日常环境管理工作重点基本集中在市县一级，对乡（镇）级别饮用水水源地的保护工作难以顾及。相对于市县水源地，乡（镇）水源地在广西数量更多、范围更广、影响人口数量更大，而乡（镇）水源地日常的监督管理仍非常薄弱。高山河谷型饮用水水源地为我国西南地区特有的一种乡（镇）饮用水水源地类型，在广西、云南、贵州等省（区）广泛分布，但目前关于高山河谷型饮用水水源地农业非点源特征的研究尚无报道。【拟解决的关键问题】以广西田林县为例，通过采样分析水源地取水口处水质，实地调查水源地环境现状及污染源分布情况，结合计算分析不同农业非点源类型的比重，找出影响水源地水质的主要污染源类型，为典型高山河谷类型的乡（镇）饮用水水源地污染特征分析提供借鉴和参考。

1 材料与方法

1. 1 研究区概况

田林县地处广西丘陵至云贵高原的过渡地带，山脉属都阳山系。全境东北、西北、西南和中部较高，向东南、向北逐步倾斜。境内峰峦连绵、山高谷深、溪河纵横。有海拔2026.5 m的桂西屋脊，也有海拔200 m的河谷低地，垂直高度差异明显。整个地势河水向西北、北和东南分流。石山集中在县境东北部和西北部，多溶洞，其余为土山，山上林深草密，海拔在1000 m以上的高峰有200多座。地貌类型县境以山地为主，由土山（砂岩与页岩）和石山两类组成。

田林县乡（镇）饮用水水源地多分布在远离集镇的偏僻深山内，本研究将位于同一流域的水源地按照所在流域的区位，将取水口所在位置分为山腰及河谷两大类。位于流域山腰上的水源地，由于所在区位地势陡峭，人为干扰活动较少，基本被原始水源涵养林所覆盖。此外，山腰上的水源地所在区域人迹罕至，没有村屯分布，亦不便于村民进行农业开荒活动，未受到任何污染源的影响，因此，此类水源地水质较好，水质能达到Ⅲ类以上。位于流域河谷地带的水源地，由于所在位置地势最低，河谷两岸相对较平缓，且引水灌溉较方便，易于村民进行农业开发活动。村民进行农业开发活动不可避免的要使用化肥和农药，且由于缺少当地农业部门正确的测土施肥和喷药指导，施用的化肥和农药有相当一部分通过农田的地表径流和农田渗漏进入水体（谢涛等，2010）。此外，水源地上游及岸边村民的生活污水、畜禽养殖污水除经农田消纳外，仍有部分随地表径流进入水体。在农田径流污染源、农村生活污染源及分散式畜禽养殖污染源的影响下，位于河谷地带的水源地相比山腰上的水源地容易出现水质超标现象。

根据田林县乡（镇）地形地貌特点，且为便于对比分析，本研究选取位于同一流域的水源地进行研究，水源地地理位置见图1，采样点位分布见图2，采样点位按地理方位由西向东、同一流域按海拔自高向低的顺序编号，各采样点基本信息见表1。

1. 2 样品采集

本研究在3个乡（镇）6个水源地取水口处各设置1个采样点，每个采样点采样1次。水样用便携式冷藏箱保存，并及时送回实验室测试分析。2013年8月下旬～9月中旬进行水质样品采样。采样期间，同时调查统计水源地保护区范围农村生活污染源（人口数量）、农田径流污染源（耕地面積、作物种植种类、农药化肥使用情况）、分散式畜禽养殖污染源（猪、牛、家禽的数量、粪便处理情况）的分布情况。

1. 3 测定项目及方法

河流型水源地监测pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅、氰化物、粪大肠菌群等12项指标，湖库型水源地补充监测总氮、总磷、叶绿素a和透明度。各监测因子采用《水和废水检测分析方法》（第四版）进行分析。

1. 4 水库富营养化评价方法

湖泊（水库）富营养化评价采用综合营养状态指数法。湖库类水源地富营养化按“贫”、“中”、“富”评价。综合营养状态指数采用卡尔森指数方法。计算公式：

TLI（■）=■Wj.TLI（j）

式中，TLI（■）为综合营养状态指数，Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重，TLI（j）为第j种参数的营养状态指数。

1. 5 污染源比重评估方法

本研究采用等标污染负荷法进行污染源比重评价（刘承志，2012）。

1. 5. 1 某项污染物的等标污染负荷Pi Pi=Ci /Coi，式中，Pi为某污染源第i种污染物的等标污染负荷，无量纲；Ci为第i种污染物的年排放量（t/年）；Coi为第i种污染物的阈浓度（mg/L）。

1. 5. 2 某污染源的等标污染负荷Pn Pn=■Pi

1. 5. 3 某流域的等标污染负荷P P=■Pn

1. 5. 4 流域内某项污染物的总等标污染负荷Pic

Pic=■Pi

1. 5. 5 某污染物在流域中的污染负荷比Kic

Kic=■×100%

1. 5. 6 某污染源在流域中的污染负荷比Kn

Kn=■×100%

1. 6 源强系数

源强系数表示各类污染源的污染排放强度，由各类污染源调查和計算获得。经实地调查，当地乡（镇）水源地主要污染源类型为农村生活污染源、农田径流污染源、分散式畜禽养殖污染源。计算各类污染源源强系数时采用化学需氧量（COD）、氨氮、总氮、总磷作为主要污染因子（程公德等，2014）。

1. 6. 1 农村生活污染源 由国家环保局2007年重点流域农村生活污染源调查（产排污系数测算）数据可知，广西农村人均污染源COD、氨氮、总氮、总磷排放量分别为16.4、4.0、5.0、0.44 g/人·d。

1. 6. 2 农田径流污染源 标准农田径流源强系数COD、氨氮、总氮、总磷分别为150、30、47.4、15.9 kg/ha·年。另外根据第一次全国污染源普查—农业污染源肥料流失系数手册可知，田林县乡（镇）所在地作物区属于“南方山地丘陵区—陡坡地—非梯田—横坡—旱地—大田一熟”，总氮、总磷流失量为1.905和1.83 kg/ha·年，故田林县乡（镇）修正后的农田径流源强系数COD、氨氮、总氮、总磷分别为150、30、49.305、17.73 kg/ha·年。

1. 6. 3 分散式畜禽养殖污染源 根据第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册可知，分散式畜禽养殖污染源源强系数COD、氨氮、总氮、总磷折算成标猪后为50、10、20.98、3.61 g/d·头。

1. 7 污染物阈浓度

污染物的阈浓度按照GB 3838-2002中的Ⅲ类标准，即COD、氨氮、总氮、总磷分别为20、1、1、0.2 mg/L。

2 结果与分析

2. 1 水质现状分析

各水源地水质监测结果见表2。在6个监测水源地中，位于原始水源涵养林区域的利周瑶族乡石门山水源地及那比乡西洋江水源地水质优良，均达到Ⅱ类标准，完全符合乡（镇）饮用水源地保护要求；取水口两岸植被较好的八渡瑶族乡渭卜沟水源地水质良好，达到Ⅲ类标准，符合乡（镇）饮用水源地保护要求；另有3个取水口沿岸农业植被分布较多的水源地水质出现轻微超标现象，不符合乡（镇）饮用水源地保护要求，超标因子主要是粪大肠菌群、总氮、总磷，但超标倍数均不高，粪大肠菌群超标0.20～0.25倍、总磷超标0.20倍、总氮超标2.00倍。对本研究中唯一的水库型水源地（那比乡西洋江八封段水源地）进行营养化评价可知，该水库的综合营养状态指数TLI（∑）为25.2555，处于贫营养状态，水库营养化水平符合乡（镇）饮用水源地保护要求。

综合表1、表2分析可知，位于流域河谷地带的3个水源地均出现轻微的超标现象，其中2个河流型水源地（利周瑶族乡老山河水源地、八渡瑶族乡八中河水源地）超标因子均是粪大肠菌群，湖库型的那比乡西洋江八封段水源地超标因子是总磷和总氮。根据多年河流水质监测结果，广西河流水体普遍存在粪大肠菌群超标现象。上述2个水源地出现粪大肠菌群超标，除与广西属于南方地区、气温较高、湿度较大、环境中粪大肠菌群本底偏高外，还与当地的污染源分布有一定关系。2个水源地位于流域河谷地带，取水口周边及上游的农田径流污染源及部分未用于农灌的居民生活污水、畜禽养殖废水随地表径流汇入水源地，从而引起水源地粪大肠菌群超标。湖库型的那比乡西洋江八封段水源地出现总磷、总氮超标，主要与农田径流污染源有关。据现场湿地调查结果，当地的农作物主要施用肥料为含氮量（46%）较高的尿素；在追肥期间，甘蔗以施用甘蔗专用肥为主，肥料氮含量在12%左右，玉米以施用复合肥料16-16-16为主，氮磷钾含量均在16%左右。由于缺少农业部门的测土施肥指导，当地村民施用的化肥总量比农业局配比的量高，且施肥过程中缺少施肥覆土等一系列防止肥料流失手段，加上高山河谷区地形陡峭等原因，肥料流失量较多，施用的肥料仅有少部分被作物吸收利用。化肥的大量流失，加上湖库型水源地水体交换较慢等原因，导致该水源地总氮、总磷超标。

2. 2 污染源特征分析

乡（镇）饮用水源地污染源包括水土流失、农业生产、农村生活污水、农村工业污染、养殖业污水、农村休闲旅游业污染、交通污染等（陈海雄，2014）。经实地调研，田林县乡（镇）水源地所在位置无工业企业分布，土地利用类型主要以旱地为主，污染源类型主要为农村生活污染源、农田径流污染源及分散式畜禽养殖污染源。本研究首先根据各水源地保护区所在区域的人口数量、农田面积、畜禽养殖数量（表3）及源强系数计算污染源中污染物的排放量，再根据污染物的排放量及相应的排放标准计算各水源地污染源的等标污染负荷。根据各水源地水质现状分析结果，对水质超标的3个水源地的污染源进行等标污染负荷计算，并以此判断水源地的主要污染源类型及污染物。

从表4可以看出，上述3个乡（镇）水源地的农田径流污染源等标污染负荷比最高，其次是分散式畜禽养殖污染源及农村生活污染源，污染中总磷的等标污染负荷比比其他3种污染物高，其次是总氮。现场调查发现，上述3个水源地保护区河流两岸及上游的土地类型多为农业用地，主要作物为甘蔗和玉米等。在日常频繁的农业生产活动中，残留于土壤中的化肥养分及农药通过降雨冲刷、淋溶、土壤吸附、径流迁移等途径进入水体，进而造成水体污染（申晓云和党晨席，2014）。当地畜禽养殖均为散养状态，既没有集约化、规模化的畜禽养殖场和养殖区，也没有集中排放口；水源保护区所在地人口较少，且相对分散，人畜粪便多用于农灌或沼气池原料，仅有小部分没有化粪池或沼气池的农户，人畜粪便随地表径流汇入水源地，对水源地的水质影响较小。总体而言，分散式畜禽养殖污染源及农村生活污染源对水源地的污染强度远小于农田径流污染源。

3 讨论

在本研究的3类污染源中，农田径流污染源对田林县乡（镇）饮用水水源地水质影响最大，污染负荷贡献率最高。张韵等（2010）对位于重庆高山河谷地区地处偏僻的水库型水源地的研究也得到类似的结论，保护区内的污染源主要为农村生活污水、分散式畜禽养殖及农田径流等非点源，其中，农田径流的污染负荷最大。在地形为丘陵山地、地势高峻的重庆澎溪河流域，污染物最主要仍来源于农田径流污染，贡献率达30.08%（郭胜等，2011）。可见，高山河谷区水源地易受到农田径流污染源的影响，因此应重点加强高山河谷地带农业非点源，尤其是农田径流污染源的污染防控，科学引导农民合理使用化肥、农药（李璇和董利民，2011），并鼓勵和引导农民发展生态农业，合理有效利用人畜粪便，将种养等农业活动有机结合起来，减少整个区域污染物排放，对于确保高山河谷区乡（镇）水源地水质安全至关重要。

与点源污染相比，农业非点源污染具有污染发生时间不确定性、机理过程复杂性、排放途径随机性等特点（张维理等，2004；洪华生等，2007），加之本研究缺少当地准确的肥料、农药、畜禽粪便流失系数及农田对污染物的消纳程度等相关基础背景资料，因此无法精确计算当地乡（镇）水源地非点源污染物的入河排放量，可能会导致计算结果偏高，并引起等标污染负荷值存在一定偏差，但最终所计算的等标污染负荷比值对于判断各水源地污染源及污染物的比重仍然可靠。

4 结论

本研究结果表明，广西高山河谷区乡（镇）饮用水水源地水质与其所在区域的农业非点源特征有一定关联，取水口位于流域山腰上的水源地无农业非点源分布，其水质达到Ⅱ类和Ⅲ类标准；取水口位于流域河谷地带的水源地，因主要受农业非点源，尤其是农田径流污染源污染影响，致使其水质出现轻微超标现象。因此，应重点加强广西高山河谷区乡（镇）农田径流污染源的防控，以确保水源地水质安全。

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（责任编辑 麻小燕）