龙川江上游典型小流域农业面源污染物排放特征与评价

摘要 [目的]为了解龙川江上游小流域农业面源污染现状和特征，制定相应的农业面源防控措施，对流域内农业面源污染情况进行调查分析和评价。[方法]基于2019年7月份现场勘查，通过对龙川江上游典型小流域内五街镇、沙桥镇、龙川镇、雨露白族自治乡4个乡镇的27个行政村的农业种植、人居生活源（农村生活污水、生活垃圾）、畜禽养殖进行实地勘查，并对污染负荷进行系统评价分析。[结果]龙川江上游小流域内4个乡镇的面源污染排放源中，农业种植污染源污染物的排放入河量和污染负荷率最大，分别为1 552.48 t/a和86.31%;人居生活源污染物的排放入河量和污染负荷率分别是227.89 t/a和12.67%;畜禽养殖污染源污染物的排放入河量和污染负荷率分别是为18.04 t/a和1.02%。在COD、NH 3-N、TN、TP评价因子中，污染负荷率最高的是COD，达92.08%，TN污染负荷率为6.33%，NH 3-N和TP的污染负荷率分别为0.89%、0.70%。[结论]农业种植是龙川江上游小流域农业面源的主要来源，也是该小流域农业面源污染防控的重点。

关键词 龙川江上游;小流域;农业面源污染;排放特征;评价

中图分类号 X 71文献标识码 A文章编号 0517-6611（2022）02-0059-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.017

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Discharge Characteristics and Evaluation of Agricultural Non-point Source Pollutants in Typical Small Watersheds in the Upper Reaches of Longchuan River

DONG Lei1，2，3， ZHAI Wen-liang1，2， PAN Xiong1，2 et al

（1.Changjiang River Scientific Research Institute， Changjiang Water Resources Commission， Wuhan，Hubei 430010;2. Key Laboratory of Basin Water Resource and Eco-environmental Science in Hubei Province， Wuhan，Hubei 430010;3. School of Chemistry and Chemical Engineering， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan，Hubei 430074）

Abstract [Objective]In order to understand the status and characteristics of agricultural non-point source pollution in the small watershed of the upper reaches of the Longchuan River， and formulate corresponding agricultural non-point source pollution prevention and control measures， the agricultural non-point source pollution in the basin was investigated， analyzed and evaluated. [Method]Based on the site survey in July 2019，through field surveys of agricultural plant pollution source， human living pollution sources （rural domestic sewage， rural domestic garbage） and livestock and poultry pollution source in 27 administrative villages in Wujie Town， Shaqiao Town， Longchuan Town and Yulu Town in typical small watersheds in the upper reaches of the Longchuan River， and the pollution load was systematically evaluated and analyzed.[Result]Among the non-point source pollution emission sources of the four townships in the small watershed of the upper reaches of Longchuan River，the agricultural plant pollution source had the largest discharge volume and pollution load rate， which were 1 552.48 t/a and 86.31%， respectively. As to the human living pollution sources， the discharge into the river and the pollution load rate were 227.89 t/a and 12.67%， respectively. As to the livestock and poultry pollution sources，the discharge into the river and the pollution load rate were 18.04 t/a and 1.02%， respectively. Among the four evaluation factors of COD， NH 3-N， TN and TP， the highest pollution load rate was COD， reaching 92.08%， the TN pollution load rate was 6.33%， and the pollution load rates of NH 3-N and TP were 0.89% and 0.70 %， respectively. [Conclusion]The agricultural plant pollution source is the main source of agricultural non-point source in the small watershed of the upper reaches of Longchuan River， and it is also the key point of agricultural non-point source pollution prevention and control in the small watershed.

Key words Upper reaches of Longchuan River;Small watershed;Agricultural non-point source pollution;Discharge characteristics;Evaluation

基金项目 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（CKSF2021480/SH，CKSF2017062/SH）;湖北省自然科学基金面上项目（2020CFB663）。

作者简介 董磊（1987—），男，河南信阳人，工程师，在读博士，从事流域水生态环境治理与修复研究。

*通信作者，正高级工程师，博士，硕士生导师，从事流域水生态环境治理与修复研究。

收稿日期 2021-05-07

农村面源污染是指农村地区在农业生产和居民生活过程中产生的、未经合理处置的污染物（如化肥、农药、废污水等）对水体、土壤和空气及农产品造成的污染，农业面源污染的严重性和防治的必要性已经引起了国内外学者和管理部门的关注。据报道，美国的面源污染占污染总量的2/3，其中农业面源污染贡献率占68%～83%[1];荷兰的农业面源污染产生的总氮、总磷污染负荷分别占水环境污染总负荷的60%和40%～50%[2];丹麦270条河流94%的氮负荷和52%的磷负荷来自农业面源污染[3]。在我国，农业面源污染形势也十分严峻，2010年《第一次全国污染源普查公报》显示，农业面源污染（种植业、畜禽养殖业、水产养殖业）已成为污染源之首，其氮磷排放量分别占总排放量的57.2%和67.4%[4]。

目前，常用的污染负荷估算方法有排污系数法、监测法、模型法、清单分析法等[5]。唐肖阳等[5]对汉江流域农业面源污染进行分析与评价，结果表明农田化肥污染和畜禽养殖是该流域内主要污染源，是农业面源污染防控的重点。王国重等[6]对桃庄河小流域农田面源污染进行调查与评价，利用SCS模型估算了该流域内农田中的径流量和养分流失量，并给出综合治理建议。王萌等[7]运用改进的输出系数模型结合入河系数对三峡库区农业面源氮磷污染负荷进行分析，认为农田种植和畜禽养殖是总氮、总磷负荷的主要贡献源。宋大平等[8]采用清单分析法和排污系数法对淮河流域农业面源污染物的排放进行调查分析，结果表明该小流域农业面源污染的主要来源是农田种植和畜禽养殖，其次是农村生活。相对于点源污染，面源污染的特点是无固定的排污口，且具有随机性、不确定性和时空分布不均性等特点，其治理难度更大，因此估算农业面源污染负荷和贡献强度对掌握区域水环境主要污染物来源以及面源污染控制具有重要意义。

龙川江属于金沙江南岸一级支流，为了解该流域农业面源污染现状和特征，对流域内农业面源污染情况进行分析与评价。笔者选取龙川江上游典型小流域作为研究对象，基于GIS技术，结合SCS模型和RUSLE模型，分析流域内农业种植污染特征，采用排污系数法估算流域人居生活源（农村生活污水、生活垃圾）、畜禽养殖畜中各污染源负荷和污染物排放总量，以期为龙川江农业面源污染防治提供科学依据，进而为长江流域农业面源污染的综合治理奠定基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

龙川江为金沙江南岸一级支流，全长257 km，全流域面积9 187 km2，流域内年均降水量为800～1 000 mm，发源于楚雄彝族自治州的南华县天子庙坡东侧，在元谋北部的江边乡汇入金沙江，是云南省南华、楚雄、牟定、元谋坝区农业的主要灌溉水源，其水质安全对当地经济发展有极其重要的意义[9]。龙川江上游指的是楚雄小河口水文站以上区域，河段总长96 km，流经南华县和楚雄市，流域面积为1 788 km2，位于100°58′～101°38′E、24°50′～25°29′N[10]，流域内面源污染较严重，影响整个龙川江流域水质安全。

研究区域为龙川江上游典型小流域（老厂河水库至小天城出境断面），属云南省南华县境内河段，流域面积为685.7 km2，汇水范围内各乡镇及村落分布见图1，主要涉及沿线4个乡镇（五街镇、沙桥镇、龙川镇、雨露白族自治乡），辖27个村委会。基于现场查勘和历史资料收集整理，龙川江上游典型小流域内主要农业面源污染包括农业种植、农村生活污水、生活垃圾和畜禽养殖等。

1.2 数据来源

为详细了解龙川江上游典型小流域农业面源污染现状，对汇水范围内的五街镇、沙桥镇、龙川镇、雨露白族自治乡4个乡镇27个行政村内的农业种植、农村生活污水、农村生活垃圾和畜禽养殖等进行实地调查。该研究数据主要来源于相关文献、年鉴、标准以及相关统计报告等[11-22]，现场勘查以行政村为基本单元。

1.3 污染排放估算方法

选用化学需氧量（COD）、氨氮（NH 3-N）、总氮（TN）和总磷（TP）作为评价因子，通过实地调查并结合有关统计资料，分析龙川江上游典型小流域内农业种植、农村生活污水、分散式畜禽养殖、生活垃圾和水产养殖各类污染物对农业面源污染的影响及贡献比。

1.3.1 农业种植。

现场调研发现，农业种植是主要产业之一，农村用地面积大，作物类型多样，主要种植农作物有水稻、麦类、油菜、玉米和马铃薯等。基于现场调研，南华县农业种植方式所施用的大量农药、化肥通过地表径流汇入流域内各地表水体，成为影响流域水质的重要因素。农业种植污染负荷主要包括颗粒态和溶解态两部分。其中，颗粒态负荷是指由土壤侵蚀产生的泥沙携带进入受纳水体的污染物;溶解态负荷是指随径流直接进入受纳水体的水溶性污染物。利用GIS软件，对龙川江上游典型小流域汇水范围内各幅DEM数据进行拼接和投影变换等步骤，生成汇水区GRID地图（图2）。

对地形图进行填洼、分析流向、计算累积流等处理，提取龙川江上游典型小流域汇水范围内的河道水系，计算农业种植污染总负荷。