摘 要 我国是一个多湖泊的国家,湖泊水质直接影响我国整体水质状况。目前,许多湖泊严重污染,湖泊周边地区成为典型的“水质型缺水”地区。调查资料显示,农业面源污染成为主要污染源之一。通过分析典型湖泊的污染成因,提出了防治污染的具体措施。
关键词 农业 污染 湖泊 水质
农业面源污染是指在农业生产活动中,氮素和磷素等营养物质、农药以及其他有机或无机污染物质,通过农田的地表径流和农田渗漏,形成的水环境的污染,主要包括化肥污染、农药污染、集约化养殖场污染。
一、我国湖泊污染现状成因分析
根据对我国130多个湖泊近期调查资料分析表明,我国湖泊的主要环境问题是严重富营养化。目前处于富营养状态下的湖泊有51个,占调查总数的39%,占总面积的33.8%,其中藻型湖泊富营养化问题突出,危害也很大。据我国2000年水资源公报:在评价的24个湖泊中,9个湖泊水质符合或优于Ⅲ类水,4个湖泊部分水体受到污染,11个湖泊水污染严重。国家重点治理的“三湖”情况为:太湖Ⅱ、Ⅲ类水质断面占12%,Ⅳ类水质断面占64%,Ⅴ类水质断面占12%,劣于Ⅴ类水质断面占12%;中营养水平的水域占太湖总面积的16.5%,富营养水平的占83.5%,富营养程度比上年略有加重。云南滇池水质劣于Ⅴ类,处于富营养状态。巢湖东半湖水质为Ⅲ类,西半湖水质为Ⅴ类,东西半湖均处于富营养状态。
根据资料分析和实地调研,我国湖泊(水库)面源污染按所处区域大体上可分为三类:南方高原富营养型(以滇池为代表)、北方地区富营养型以北京官厅水库为代表和河网密集区富营养型(以太湖为代表)。
1.南方高原富营养型湖泊污染成因分析(以滇池为例)
南方高原富营养型湖泊的主要特征是:水体富营养化严重,氮、磷含量高,藻类蓝藻和水葫芦暴发频率高。主要代表性湖泊是我国重点治理的三湖之一的“滇池”。
(1)滇池概况及水污染现状
滇池是我国著名的高原淡水湖泊,流域面积2920km2,由草海和外海两部分组成,人称高原明珠。位于滇池盆地的最低凹地带,是昆明城市的主要饮用水源之一和昆明市及沿湖地区的惟一纳污水体。
滇池流域属水质型缺水地区,年人均水资源量仅330m3,是全国平均数的1/9。滇池流域的平均水资源量只有5.5亿m3,正常年份缺水1亿m3,枯水年份缺水2亿m3,水资源的供需平衡完全靠城市污水与农田回归水在滇池中循环重复利用才得以实现,重复利用率达36%。
滇池水体富营养化严重,其表征性植物是蓝藻和凤眼莲(俗称水葫芦)。蓝藻最大厚度可达30cm,1995年以前,蓝藻暴发频率为一年一次,1995年以后,水质状况日益恶化,暴发频率提高了。其中草海关键水质指标高锰酸钾指数、总氮、总磷浓度分别超过规划水质目标0.32、5.1、4.45倍,监测表明,草海水质仍为劣Ⅴ类,属异常富营养化水体,湖底淤积严重;外海高锰酸钾指数、总氮、总磷浓度分别超过规划水质目标0.07、0.98、1.4倍,外海水质超Ⅳ类,属重营养化水体。滇池蓝藻暴发趋势明显,再加上湖内水葫芦的大量繁殖,治理难度加大。
污染源主要有三个:工业、农业和生活。目前,农业面源污染和生活污染已成为主要污染源。2000年Ⅳ类污染源对水体污染的贡献率见表。
(2)农业面源污染成因分析
① 化肥的流失。目前,滇池流域年化肥使用量为8.5万t,化肥的不合理施用,主要是过量施用氮肥和磷肥、钾肥施用不足与区域地区间分配不平衡,大量的氮和磷营养元素随农田排水或雨水进入湖泊,导致水体的富营养化。
② 农药的大量使用。农药是当前滇池重要的农业面源污染之一。大量施用使农药尤其是高毒农药使用的残留,通过各种渠道汇流到水体中,引起水质污染。
③ 农村固体废弃物和废水的污染。滇池流域农村固体废弃物一年约为290万t,废水1759万t,目前,农村还没有固体废弃物、废水的处理设施,其中绝大部分排入河道,
最后进入滇池。
④ 雨污分流技术水平低。昆明市区流入滇池的9条主要河流成为纳污、排污河道,雨季污水处理率低,水质污染严重,并进入外海,是滇池的重要污染途径。
⑤ 生态环境的恶化。滇池水土流失严重,池底淤积严重。
⑥ 水产养殖造成污染。这种污染来源于鱼类粪便和饵料沉淀。
(3)总体评价
综上所述,滇池流域点源污染已得到较为有效的控制,生活污染和农业面源污染成为治污重点。现在滇池入湖污水量不含径流量每年达1.85亿m3,藻类和水葫芦难以控制,滇池水体本身已丧失了自净和生态调节能力,因而,滇池的治理难度还很大,需要环境、水利、农业等部门,互相协调,共同治理,改变以前“环保不下水,水利不上岸”的分割局面。
二.河网密集区富营养型湖泊污染原因分析(以太湖为例)
河网密集区富营养型湖泊主要特征:地处长江中下游——我国淡水湖泊最为集中的地区著名的五大淡水湖泊都集中在这里,水质污染以有机污染和富营养化为特征。下面以太湖为例,对此类湖泊的污染成因进行简要分析。
(1)流域概况及水污染现状
太湖流域总面积3.69万km2,流域内河道总长度12万km,河流纵横交错,湖泊星罗棋布。太湖流域年总用水量高达285亿m3,其中工业用水量149亿m3,农业用水量102亿m3,生活用水量34亿m3。流域的当地水资源量远远不能满足用水量需求。
目前,太湖水体富营养化问题十分突出。2000年,太湖24个监测点,全年期29%为中~富营养水平,71%为富营养水平;汛期4%为中~富营养水平,54%为富营养水平;非汛期29%为中~富营养水平,71%为富营养水平;汛期好于非汛期。
太湖各湖区表征富营养化水平的三项指标CODMn、TP、TN含量最高的是五里湖,其次是梅梁湖。2000年7月,营养状态指数为68.11,属于富营养状态,污染程度较1999年同期明显加重,三项指标的浓度值和营养状态指数均有所上升。2001年从4月中旬开始,太湖沿岸就出现了大量蓝藻,比往年提前2个月。全湖平均总磷0.095
mg/L,总氮2.93mg/L分别超2000年目标90%和193%,富营养化问题仍然严重。
(2)主要污染源及成因分析
太湖水质污染的污染源:工业污染、农业污染和生活污染。据调查分析,这三类污染对太湖水质污染的贡献大体上各占1/3。其中面源污染对主要指标TN、TP的贡献率分别是30%和59%。
① 农田化肥流失。农业生产比较发达的太湖流域,施用化肥已有较长的历史。江苏省大量施用化肥是在70年代初期,特别是80年代以来,化肥施用量逐年上升,80年代平均每亩施肥量比1950年增加了100倍。1994年,太湖流域用氮肥482737.6t,磷肥53134.4t。
有关估算结果表明,太湖流域氮素在11%流失率时,进入水环境的量每年为53101.4t;当流失率为20%时, 进入水环境的量每年为96547.52t。磷素在5%流失率时,进入水环境的量每年为2656.74t;当流失率为7%时,进入水环境的量每年为3719.40t。氮素对水质污染的贡献率要大于磷素。
② 农药的污染。太湖流域使用农药防治农作物病虫害有较长的历史,早在20世纪50年代初就已开始,最初用药水平低,后来使用的范围逐渐扩大,用药量也逐年上升。农药用量大,高毒农药比例高,是太湖流域化学农药使用方面的两大问题。1991~1992年度全国农药用量22.6万t,每公顷用药量为2.26kg,而太湖流域每公顷耕地农药用量为8.072kg,是全国平均用药水平的3.572倍。按流失率80%计算,太湖流域每公顷耕地每年就会有6.4kg农药流失到土壤、水和空气中。
③ 集约化养殖场污染。通过统计,猪对水环境的污染居首位,尤其是猪所排泄的猪尿,其次是家禽。从污染物类型比较,TP影响最大,第二位的是TN。因此,控制畜禽粪尿对水环境的污染,主要是控制猪和家禽粪尿的污染。
④ 传统灌溉加重农业面源污染。太湖流域的节水灌溉还未大面积开展,大多沿用的是传统的大水漫灌。这一地区主要作物是耗水量大的水稻,水稻亩用水量为1000~1200m3,在灌溉水量大的情况下,污染物质就会随着大水冲到河沟里,直接汇入湖泊,造成水体污染。以前人们对于节水灌溉减少农业面源污染贡献研究很少,认识也较肤浅,面对水生态环境和地质环境的恶化,人们日益感到节水灌溉在扼制水环境恶化方面的重要性
。江苏省江阴市的一个节水灌溉示范点,通过试验,证明稻田采用节水灌溉方式后,亩用水量可以减少一半,面源污染可降低40%~80%。江苏省园艺研究所进行稻田节水灌溉在降低农业面源污染中氮、磷流失率的研究,初步研究对比发现:实施节水灌溉的区域灌水量减少,氮的流失率要低于传统灌溉区域的氮的流失率。这说明节水灌溉对控制农业面源污染具有重要作用。
⑤ 太湖超负荷纳污。尽管目前入河的各条河道的排污量均达标,但流入太湖之后,其总量远远超过太湖所能承受的负荷量,这就要求我们水利部门控制入河污水量。
(3)总体评价
综上所述,太湖流域农药、化肥使用量很大,农业灌溉用水量大,加上养殖业的发展壮大,农业面源污染已成为一个主要污染源,从水利部门而言,要从发展节水灌溉控制农业用水量方面来减少有毒物的流失,增加入湖的清洁水量。
3.北方地区水库污染原因分析(以官厅水库为例)
水库是北方地区重要的供水水源地,其污染的主要特征是:库底淤积,库容缩小,水量减少,水质变差,主要超标参数是:氨氮、高锰酸盐指数、挥发酚和生化需氧量。针对北方地区水库污染状况,下面以官厅水库为例,简要分析其污染原因。
(1)官厅水库概况
官厅分为东库和西库两部分,西库为永定河来水,东库为沩水河来水,流域面积43000km2,1997年以前,是北京工业、农业和生活用水的水源地,每年提供水量3亿~4亿m3。随着上游地区经济发展,用水量和排污量加大,水质恶化逐年严重。1997年以后,被迫退出作为北京生活饮用水的水源地。水库的入库水量由60年代的19亿m3,锐减为2001年的2.2亿~2.8亿m3。
官厅水库不仅水量少,而且水质也很差,多年平均水质:东库为Ⅱ~Ⅲ类水体,西库Ⅳ~Ⅴ类水体。汛期水质要好于非汛期,个别时段,个别指标NH3-N,COD和BOD超Ⅴ类。通过对143个监测点的数据统计,水体处于富营养化水平。主要污染物质是NH3-N和COD类化合物。
(2)污染成因分析
① 工业点源污染。由于工矿企业的发展,化肥厂、农药厂生产规模不断扩大,一年进入库区的污水量为8000万~1亿m3。靠水库自身难以降解其中有毒物质,使得库区污染日益严重。
② 农业面源污染。农业面源污染所占比例约为20%~30%,主要是农田的农药、化肥随径流的流失量,养殖场的排出物等。目前,官厅水库区域内每年农药的使用量为2800t左右,化肥的使用量为23万多t。按区域面积平均,每平方公里的区域内,化肥的使用量为5t左右,氮磷的流失量大。
③ 内源污染。内源污染起于面源污染,大量泥沙携带农药、化肥在库底淤积,成为官厅水库水质恶化的一个重要原因。
(3)总体评价
从目前水质污染成因分析,农业面源污染日益成为官厅水库的水质恶化的一个重要污染源,所以下一步要加大农业面源和内源污染的治理力度,大力发展节水灌溉,进一步搞好水土保持,实现全流域水资源的优化配置。
三、防治农业面源污染的对策和措施
目前世界上一些发达国家和地区已把控制农业面源污染作为水质管理的必要组成部分。根据农业面源污染的组成,其解决措施主要是从两大方面入手:一是减少源头污染量,即减少化肥、农药的施用量,合理科学处理养殖场畜禽粪便及有效控制其他有机或无机污染物质。二是减少湖泊流域污水流入量,即减少地表径流和地下渗漏量有效措施有减少农田排水、进行流域水土保持和其他生态治理。
我国的水体污染防治工作虽然取得了一定的成绩,但对于我国这样一个农业大国,农业和农村污染近年来增长迅猛。因此,在今后的湖泊污染治理过程中,要在战略上作如下转变:一是从点源污染控制为主,向工业点源污染与农业面源污染控制相结合转变;二是从城市污染控制为主,向城市与农村污染控制相结合转变;三是从陆上污染控制为主,向陆上与水上污染控制相结合转变;四是从治理污染为主,向防治污染与生态环境保护并重转变。
根据我国目前湖泊水质污染的现状及其成因初步分析,结合目前国内外的相关治理措施,在湖泊水质污染进一步治理工作中,作为水利部门,应采取下述措施:
① 坚持预防优于治理的原则。治理污染很难达到彻底消除污染的目的。全球至今尚未有湖泊水质恶化后完全恢复的实例。
② 树立节水就是防治水污染的指导思想。在南方及一些不缺水但存在面源污染的地区,搞节水灌溉,要打破以往的只在缺水地区搞节水灌溉的观念,重新认识节水灌溉的作用及其重要性。只要农业面源污染也得到预防和控制,我们的防污治污工作才会走上“预防为主,防治结合;标本兼治,综合治理”的可持续发展的路子。
③ 加强水利综合治理措施。标本兼治,以治本为主,对于农业面源污染从防范到治理,包括湖泊流域实行节水灌溉的适宜措施、技术路线、经济社会效益分析;农业面源污染负荷的定量化;氮元素磷元素运移及转化规律,减少农药、化肥的流失,提高使用效率等,加强流域综合治理。
④ 设置专门的管理机构及组织协调机构,打破条块分割。进一步健全水源保护、水质改善政策、法规、条例及具体管理措施,加强执法力度和违法打击力度。
⑤ 加强农业面源污染的科学研究、国际交流与合作,围绕湖泊水域综合有效治理这一专项课题,展开减少农业面源污染一系列研究工作。
参 考 文 献:
1.杨树华、贺彬著,滇池流域的景观格局与面源污染控制,云南科技出版社
2.程文辉、姚琪等著,太湖流域河网水质研究工作,河海大学出版社
3.2000年中国水资源公报
4.中国测绘科学研究院、武汉大学、北京师范大学联合主编,水资源环境监测评价研究
5.程文辉、姚琪等著,太湖流域河网水质研究工作,河海大学出版社