河北山地典型小流域面源污染特点分析

史亚梅 曹寒 马香玲 王雄宾

摘要：选取河北省围场县滦河上游4个典型小流域进行现场调查，利用输出系数模型对其面源污染负荷（TN和TP）进行了估算。结果表明4条小流域的面源污染负荷TN主要来自于种植土地和畜禽养殖，面源污染负荷TP主要来自于种植土地和人口。在农业面源污水进入河流之前，应使其先流经河岸缓冲带，以减少对河水富营养化程度。

Abstract： 4 typical small watersheds in the upper reaches of Luanhe River in Weichang County of Hebei Province were selected for field investigation， and the non-point source pollution load （TN and TP） was estimated by using the output coefficient model. The results showed that TN of non-point source pollution was mainly from planting land and livestock breeding， TP of non-point source pollution was mainly from planting land and population. Before the agricultural non-point source sewage enters into the river， it should flow through the bank buffer zone to reduce the degree of eutrophication of the river.

关键词：典型小流域;面源污染负荷;面源污染特点;河北山地

Key words： typical small watersheds;non-point source pollution load;characteristics of non-point source pollution;Hebei mountainous area

中圖分类号：TV882.8                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）20-0217-03

0  引言

当前，随着社会经济的快速发展，面源污染对水体造成的恶劣影响已不容忽视，成为人们急需解决的问题[1，2]。面源污染是指污染物在降水和径流冲刷作用下从整个集水面上汇入受纳水体而引起的水体污染[2]。河北山地面源污染主要包括村镇生活污水及生活垃圾、畜禽粪便污染、农田化肥农药不合理使用、水土流失等。本研究对河北省围场县滦河上游4个典型小流域进行现场调查，分析其面源污染特点，为该区域小流域生态治理提供科学依据。

1  研究地概况

所调查区域位于河北省围场县，多年平均降雨量454mm，其中6-9月份的降雨量占全年总量的80%左右，汛期雨量集中，暴雨和大暴雨多在7月下旬至8月上旬出现，加之部分区域坡度大、土层薄，极易形成水土流失。所调查小流域内土壤侵蚀类型以水蚀为主，降水对地表土壤冲刷作用强，造成大量表土被冲刷带走，土壤中N、P、K流失，地力下降，农业产量低而不稳，严重影响农村经济的发展。此外不合理施用化肥造成的氮、磷流失，有机粪肥中残效氮、磷的流失，以及大量动植物残体分解产生的氮、磷等污染物也随地表径流和泥沙流入地表水体。

2  研究方法

2.1 流域调查方法及内容

在调查中采用了普查、重点调查及访问相结合的方法，对不同来源的资料，特别是对一些出入较大的数据深入到实地进行调查，弄清数据不同的原因，然后进行分析处理，验证资料的可靠性，分析确定合理的数据。主要调查内容包括土地利用类型、水土流失状况、作物种植、化肥农药的使用情况、村镇生活污水及生活垃圾等[3]。

2.2 流域面源污染物输出模型

面源污染物是指流域内的氮、磷等营养物质，计算模型采用输出系数模型，引用相关文献[3]其输出系数模型可表述为：

■ （1）

式中：L—营养物质的流失量;Ei—第i种营养源的输出系数;Ai—第i类土地利用类型的面积或畜禽数量或人口数量;Ii—第i类营养源的营养物质输入量;p—降雨输入的营养物量。

3  面源污染现状调查分析

3.1 化肥农药

①化肥、农药品种。化肥品种：项目区内施用的化肥以氮肥、磷肥和钾肥为主，主要包括尿素、碳铵、过磷酸钙、磷酸二氢钾和复混肥等。

②施肥药时间及施肥药量。所调查小流域内作物主要有玉米和胡萝卜、马铃薯等露地蔬菜。

玉米施肥品种为尿素，施肥时间为7月，施肥量1125kg·hm-2·a-1。露地蔬菜施肥主要为尿素和磷酸二氢钾，施肥量N为170kg·hm-2·a-1，P2O5为60kg·hm-2·a-1，K2O为70kg·hm-2·a-1。

从施肥水平来看，作物生长季节施肥量比较高，但化肥的利用率比较低，流失量比较大，是农村面源污染治理的重点之一。使用农药的作物平均喷药量7.5kg·hm-2·a-1，使用时间以7月和8月为主。

③施肥方式。所调查流域内农民施肥大部分采用传统的施肥灌溉方式：部分化肥和农家肥作为底肥撒施到土壤表层，然后随耕作与土壤颗粒混合施入到一定深度的土层内，然后在作物关键生育期随沟灌或畦灌进行一定量的追肥;旱地则考虑在下雨之前在作物根部撒施肥料。这种传统的灌溉施肥方式不仅会造成肥料的浪费，而且导致大部分肥料随灌溉产生深层渗漏流失，直接污染地下水或者在汛期污染地表水。

④化肥农药施用现状存在的问题。一是化肥投入量比较多，而有机肥施用量很少，化肥和有机肥施用不平衡。二是氮、磷、钾施用比例不合理，以氮肥为主。三是施用方法不合理，主要以表施、撒施为主，深施、穴施、叶面施肥应用得很少。四是氮肥中又以易挥发性的碳铵为主，尿素和生物复合肥施用少，导致氮肥利用率不高。

3.2 农村生活排污情况

①农村垃圾排放情况。农村垃圾主要有生活垃圾和牲畜粪便和建筑垃圾。据典型农户调查，平均每户每天生活垃圾产生量为1kg，牲畜粪便产生量为2kg，土、人畜粪便等一般用来垫圈，以后用于农田。

通过调查，各村虽然建立了生活垃圾清运制度，但有些村民仍然将生活垃圾随意堆放，农村的村口、路旁、河边偶有垃圾堆放，一遇降雨，水面上会各种漂浮物，雨天污水横流，对环境污染比较严重。

②农村生活污水排放情况。流域内的生活用水主要是开采浅层地下水，平均每人每天用水20L，每人每天污水排放量为10L，占用水量的50%。

流域内农村经济比较落后，村庄没有污水收集管网，剩饭、泔水等用于喂猪，洗涤废水一般泼洒到猪圈圈场，或者随意泼洒在院内、街道，人粪尿收集后堆放在田边，这些生活污水非汛期直接污染浅层地下水，汛期随径流排入河道污染地表水，对环境造成了较大污染。

③牲畜养殖情况。所调查流域内有大牲畜88头，小牲畜156头（仅包括猪、羊），分散在流域的村落。目前各家各户中猪的养殖还是采用传统的“连茅圈”（茅坑连着猪圈）养殖方式。鸡散养，卫生状况较差，一遇暴雨，这些储存在地表和土壤中的污染物随着降雨径流排向河道，成为面源污染物的重要组成部分。

4  流域水土流失及面源污染综合评价

4.1 面源污染输出系数确定

由式（1）可以看出，面源污染物估算的关键是确定输出系数的种类及其取值。影响输出系数的主要因素包括：地形地貌、水文、氣候、土地利用、土壤类型和结构、地质、植被、管理措施以及人类活动等。按照土地利用情况将流域划分为三大类：即种植土地、村镇土地和自然土地;从活动来讲，又分为牲畜和人，其输出系数分别为EA、EU、EN、EL和EP。

①种植土地输出系数EA。种植土地主要包括水浇地、菜田、果园及旱地，主要研究农业种植对水体造成的非点源污染程度。

氮肥：氮肥施入农田后，其氮元素的去向有：被作物吸收、残留于土壤及通过各种途径损失。据调查，项目区平均施用氮肥150kg·hm-2·a-1，而大量的研究表明，氮肥的当季利用率仅为35%左右[3]，氮肥的损失包括氨的挥发、淋洗、硝化与反硝化及地表径流等。种植土地的输出系数与氮素的地表径流损失量相当，参考国内外不同区域研究成果，结合本项目的实际情况，确定种植土地N输出系数见表1。

磷肥：磷肥进入土壤后其磷元素去向主要为径流损失和少量的淋洗。磷肥当季利用率为30%以上，确定种植土地磷输出系数见表1。

■

②村庄土地输出系数。鉴于村庄用地的复杂性、易变性，其输出系数的取值，研究还很不完善，参考相关文献的研究结果[3]，并结合流域的具体情况，确定项目区城镇土地氮输出系为10kg·hm-2·a-1，磷的输出系数为1kg·hm-2·a-1。

③牲畜排泄物输出系数。牲畜粪尿排量与动物种类、品种、生长期、饲料等因素相关。牛、猪、羊和家禽排泄物中氮的输出比例分别为16.71%、16.43%、17.68%和18%，磷的输出比例分别为2.85%、2.55%、3%和3.2%。因此得出畜禽排泄物氮、磷的输出系数见表2。

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④人的排泄物输出系数。参考相关文献，人的排泄物氮、磷的输出系数分别为2.0kg·人-1·a-1和0.38kg/·人-1·a-1。

4.2 面源污染负荷估算

鉴于森林、草地等对面源污染有一定防控作用，其自然土地输出系数较小，降雨输入营养物质较少，本研究未对所调查小流域中森林、草地的面源污染负荷和降水污染负荷进行估算。

①污染负荷输出量。根据流域的土地利用现状、人口、畜禽养殖等情况，计算面源污染负荷，所调查TN输出负荷分别为1275.56kg·a-1、1632.78kg·a-1、3751.35kg·a-1和33238.79kg·a-1，TP输出负荷为120.97kg·a-1、136.48kg·a-1、282.93kg·a-1和302.94kg·a-1。

②面源污染评价。从表3中看出，所调查4个小流域的面源污染负荷TN主要来自于种植土地和畜禽养殖，畜禽养殖所占百分比介于50.12～64.53%，种植土地所占百分比介于23.29～34.72%。4个小流域的面源污染负荷TP主要来自于种植土地和人口，种植土地所占百分比介于41.80～55.67%，人口所占百分比介于27.53～36.75%，畜禽养殖所占比例介于15.03～23.95%。

鉴于当地生产习惯，大部分畜禽养殖所产生的粪便会用做农家肥使用于农田，农田带来的面源污染负荷比例较大，防治所调查小流域面源污染，应重点消除种植土地带来的污染负荷。

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5  结论与讨论

①所调查小流域农用化肥种类以尿素和磷酸二氢钾为主，农田所产生的农业面源污染以氮（NH4+）和磷（PO43-）为主。

②4条小流域的面源污染负荷TN主要来自于种植土地和畜禽养殖，面源污染负荷TP主要来自于种植土地和人口。鉴于当地生产习惯，大部分畜禽养殖所产生的粪便会用做农家肥使用于农田，农田带来的面源污染负荷比例较大，防治所调查小流域面源污染，应重点消除种植土地带来的污染负荷。

③农业面源污水在流经河岸缓冲带时，河岸缓冲带通过过滤、吸收、滞留、沉积等作用，使地表径流和壤中流的污染程度降低。在农业面源污水进入河流之前，应使其先流经河岸缓冲带，以减少对河水富营养化程度[4]。

参考文献：

[1]张广分.潮白河上游河岸植被缓冲带对氮、磷去除效果研究[J].中国农学通报，2013，29（8）：189-194.

[2]董伟新.滇池流域面源污染防控管理调查与研究[D].昆明：昆明理工大学，2013.

[3]徐振辞，马香玲.密云水库面源污染防治研究技术报告[R].石家庄：河北省水利科学研究院，2009.

[4]项俊寒，李贵仁，任千铎.降雨强度对植生滤带削减农业面源污染效率的研究[J].地下水，2019，41（6）：55-57.