农业面源污染指标与地表水质量的相关性研究

【目的】揭示我国农业面源污染物排放对地表水质量的影响,为改善地表水质量提供理论依据。【方法】总结了1999—2018年我国主要面源污染指标排放量变化趋势,并采用水质指数(WQI)量化分析了同期地表水质量,最后对农业主要面源污染指标排放量及其未利用量与地表水WQI之间做了相关分析。【结果】4种主要农业面源污染指标——化肥施用量和畜禽养殖业产生的化学需氧量(COD)、总磷(TP)和铵态氮(NH_4~+-N)在1999—2018年均呈先上升后趋于平稳或有下降的趋势。与1999年相比,2018年时4种主要污染物依次增长37.1%、21.1%、28.4%和15.6%。河流水质在1999—2006年呈下降趋势,之后明显改善,2018年WQI较1999年增加了13.8%。湖泊和水库的水质年际波动较大,2018年WQI较1999年分别增加6.5%和2.4%。畜禽养殖业产生的COD、TP和NH_4~+-N未利用量与河流WQI呈显著的负相关关系,TP对河流WQI的影响最大,其次是NH_4~+-N,COD影响最小。【结论】近年来我国河流水质有所改善,但水库和湖泊水质仍不容乐观,降低化肥施用量以及畜禽养殖业污染物未利用量是改善地表水质量的关键途径。     

林芝市农业面源污染排放特征解析

【目的】揭示林芝市农业面源污染分布特征,探明其主要污染源和重点污染区。【方法】以林芝市7县为研究区域,以总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)等3类污染物为研究对象,针对农村生活、农田化肥、畜禽养殖等主要污染源,采用输出系数模型估算了该地区的农业面源污染负荷。【结果】2014年林芝市农业面源污染物COD、TN、TP负荷量分别为72 053.57、4 864.50、765.56 t;高污染负荷区集中在工布江达县、波密县和米林县;不同的污染源类型对面源污染负荷贡献率的大小顺序为:畜禽养殖、农田化肥、农村生活。【结论】畜禽养殖是林芝市的主要污染源;工布江达县和米林县是该地区面源污染的重点防控区域。     

广利灌区总干渠水质及氮磷污染初步评价

【目的】针对灌区绿色发展面临严峻挑战和水环境不断恶化等问题,探究广利灌区总干渠水质及氮磷污染现状及其对灌区水环境的影响,进一步提出灌区水环境问题解决建议。【方法】于2019年6—12月,在灌区内总干渠中选取具有代表性的6个断面,进行了6次水质监测,测定水体中的总氮(TN)、总磷(TP)、COD_Cr和BOD₅等反映水质和氮磷污染的基本指标。采用适用于我国河流水质综合评价的综合水质标识指数法和富营养化评价的对数型幂函数普适指数公式对河流水质及富营养化情况进行评价。【结果】①广利灌区86%的水体水质能满足Ⅴ类农业水域功能区的用水要求,且综合水质标识指数随时间和空间变化显著,7月66.7%水体处于劣Ⅴ类水标准,在三号闸和补源进水口取样点出现了黑臭水体。②广利灌区水体富营养化严重,灌区内水体100%处于富营养状态,富营养化评价综合指数(EI)峰值出现在7月补源进水口处(80.5),且41.6%的水体处于重富营养化状态。③TN平均质量浓度为5.30 mg/L,为地表水Ⅴ类水标准的2.65倍,TP平均质量浓度为0.156 mg/L,氮、磷比为33.97∶1,适宜藻类生长。【结论】广利灌区总体水质可满足农业功能区用水要求,但富营养化水平较高,尤其是氮污染严重,灌区内的原生态土渠和水生植物使河流具有良好的自净能力,能发挥其生态功能作用。因此,建议加强灌区内入河水体的污染控制尤其是氮磷污染的监测;同时渠道衬砌要考虑生态环境、配比生态衬砌和原生态土渠、河道搭配水生植物,进而对河水中的氮磷等污染物进行吸附,以改善灌区水环境。     

改进的输出系数模型在缺资料地区面源综合评价

【目的】解决缺资料地区面源污染精确定量评估问题,以期为缺资料地区水环境治理提供理论依据。【方法】提出了一个综合考虑降雨和地形影响的改进的输出系数模型,并通过借助ArcGIS和等标污染负荷法,选取农村生活污水、农田地表径流、畜禽养殖、城镇地表径流、城镇生活污水和工业污染6大污染源和TN、TP 2大污染物对渠县境内流域农业面源污染进行了估算。【结果】研究区主要污染为面源污染;其TN、TP输出负荷分别为503.84、53.85 t/a,且空间分布基本一致;居民生活污水为主要污染来源占总污染的49.39%;涌兴镇、三汇镇为研究区重点治理乡镇。改进后的输出系数模型验证结果显示TN、TP的相对误差分别为10.87%和13.86%,模型结果验证良好。【结论】改进后的模型适用于缺资料地区面源综合评价。     

哈尔滨市主城区河流污染物入河量初步估算与来源分析

【目的】了解哈尔滨市主城区河流污染物来源结构组成及污染特征。【方法】以典型河流马家沟、何家沟、运粮河及发生渠为研究对象,根据地理位置、水文特征和经济发展状况将其划分为控制单元;利用源强系数法估算目标污染物化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的年排放量;在考虑空间结构特征对污染物入河过程影响的基础上,利用入河系数初步估算污染物的入河量;并应用Monte Carlo模拟方法,分析了入河量估算的不确定性以及各环境主控因子的敏感性。【结果】研究区域COD、TN和TP的年排放总量分别为5 857.96、2 479.62和340.96 t,其年入河总量分别为2 331.97、624.00和64.50 t;COD、TN和TP年入河量与监测数据均显著相关(p<0.01);污染物的空间分布呈现城郊地区>农村地区>城市地区的特征(p<0.05);农村生活源和农田面源是研究区域河流污染物的主要来源,其贡献率分别为49%和31%。【结论】哈尔滨市主城区河流污染主要集中在城郊地区,污染物主要来自农村生活源和农田面源,该区域河流污染治理的工作重点应主要集中于农村生活及生产的控源减排。     

乌梁素海冰封期冰-水中污染物空间分布特征及污染评价

【目的】了解乌梁素海冰封期污染物的分布特征及污染水平。【方法】于2017年2月初冰封期采集冰样和冰下水样,测试样品的TN、TP以及可溶态重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Zn的质量浓度及分布特征,用单因子指数法和综合污染指数法对乌梁素海冰封期不同相态水体进行了环境质量评价。【结果】乌梁素海在冰封期结冰过程中,污染物由冰体向水体迁移;TP和TN是最主要的污染物因素;重金属分布高值区域出现在湖区南部、湖区出口处,低值区位于湖区中部与东北部;Cu元素和Zn元素个别点位达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类标准限值,应引起重视。【结论】结冰会使乌梁素海冰下水体污染加剧,利用该特殊效应,实现湖泊污染治理。     

复合生态净化系统阻控入湖水体污染物效果分析

【目的】有效解决城市景观湖泊入湖水体污染物阻控措施中单级人工湿地系统受氧环境限制、多级串联人工湿地系统基质填充量大、易堵塞的问题。【方法】在微曝气复合浮床系统、单级人工湿地系统的基础上构建好氧-缺氧型复合生态净化系统。在HRT均设定为2 d,连续运行24 d的情况下,对比研究了对照组、人工湿地系统、复合浮床系统、复合生态净化系统对模拟入湖水体COD、TN、NH_4~+-N和TP的去除效果。【结果】对照组、人工湿地系统、复合浮床系统、复合生态净化系统对COD、NH_4~+-N、TP的去除效果存在显著差异,各系统对COD的平均去除率分别为13.59%、35.02%、45.30%、70.71%,对NH_4~+-N的平均去除率分别为11.22%、31.14%、85.89%、80.59%,对TP的平均去除率分别为2.77%、57.84%、37.51%、74.60%;人工湿地系统、复合浮床系统对TN去除效果差异不显著,但与对照组、复合生态净化系统存在显著差异,各系统对TN的平均去除率分别为30.98%、32.75%、8.13%、60.07%。【结论】复合生态净化技术后期各项出水指标可以达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类水及以上标准,运行相对稳定,抗冲击负荷较强,且可以改善复合浮床系统中反硝化能力受到抑制及沉积磷污染物反释状况。该研究结果可为生态阻控城市景观湖泊外源污染物提供参考。     

稻田不同灌溉模式的节水减污效应分析——以浙江平湖为例

【目的】研究不同灌溉模式下水稻的节水及减污效应,探寻适合平原河网区的水稻节水灌溉模式。【方法】在浙江平湖灌溉试验站设定常规灌溉、薄露灌溉和适雨灌溉3种模式,测定了灌溉量以及排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4~+-N、NO_3~--N和COD等。【结果】适雨灌溉灌水量相较于常规灌溉和薄露灌溉分别减少了67.4%和43.4%,节水效果最好;适雨灌溉排水量最少,相较于常规灌溉和薄露灌溉,适雨灌溉TN排放量分别减少了86.9%和90.7%,NH_4~+-N排放量减少了96.7%和98.3%,COD排放量减少了61.5%和62.5%,TP和NO_3~--N的减排效果不明显。【结论】在本研究条件下,适雨灌溉的节水减污效果更好。     

广州市番禺区市桥河流域水质分析与评价

市桥河流域水系主要由市桥水道和沙湾水道及多条河涌组成，根据该流域2002～2007年的水质监测资料，参照《地表水环境质量标准》( GB3838-2002)，采用单因子评价法和内梅罗综合污染指数分析法，评价该流域总体水质状况。评价结果表明：①市桥河流域水体的主要污染物是粪大肠菌群、NH3-N、TP、COD、石油类；②该流域中游断面由于接纳了各镇街的大量废水，水质最差；③市桥河流域表现出以有机类(COD、BOD5等)、营养类(NH3-N、TP)污染为主的典型特征，与居民生活污水和企业员工生活污水为主的污染源特征相吻合。     

基于分形插值模型的平寨水库水体富营养化评价

【目的】分析平寨水库水体富营养化时空变化特征,对平寨水库水体富营养化情况进行评价。【方法】采集2018年11月(秋)、2019年1月(冬)、5月(春)和7月(夏)4个季节的水样,选取叶绿素a(Chla)、总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(CODMn)和透明度(SD)5个指标,利用分形维数权重的方法建立富营养化评价插值模型,对平寨水库的水体富营养化进行评价。【结果】①平寨水库TP和CODMn量达到Ⅱ类水质标准,TN量超出Ⅴ类水质标准,是主要污染因子;TN、CODMn和Chla量在夏季最高,TP量在冬季最高,SD在春季最低。②平寨水库总体上呈中富营养、富营养状态,所有监测断面没有出现贫营养和贫中营养,说明该水库水体富营养化程度较高。③平寨水库夏季富营养化程度最高,冬春季次之,秋季最低。BS2和HJ2监测断面富营养化程度最高,NY3、SG3和PZ4监测断面次之,ZW8和SG1监测断面最低。【结论】平寨水库富营养化程度偏高,TN是主要污染因子,控制氮元素的输入和富集是防治平寨水库富营养化的重中之重。     

沈乌灌域天然湖泊非冰封期水质阶段性评价与分析

沈乌灌域湖泊水质状况对灌域生态环境有着重要影响。【目的】揭示沈乌灌域内天然湖泊水质状况,阐明节水改造工程实施和特殊的灌溉制度对湖泊水质变化的影响。【方法】针对沈乌灌域8个典型天然湖泊2016─2017年非冰封期(3─11月)水质监测数据,借助SPSS软件,采用主成分分析方法,选取CODMn、NH3-N、TN、TP、DO 5个因子作为评价指标,对研究对象进行了水质评价并对其水质变化原因进行了阐述。【结果】沈乌灌域8个典型湖泊水质在非冰封期处于动态变化,3─5月水质较好,一般能达到Ⅲ类水质,6─9月水质处于波动期,介于Ⅲ～Ⅴ类,10─11月水质开始好转,水质最差通常出现在8月与9月。【结论】8个典型湖泊其水质随时间波动较大,在节水改造工程实施年份,节水改造工程附近的湖泊水质有所降低,氮素是影响湖泊水质的主要因素。     

小区和田块尺度下水稻不同灌溉模式的节水减污效应分析

【目的】研究平原河网区不同尺度下水稻不同灌溉模式的节水和减污效应。【方法】于2017年在浙江平湖灌溉试验站选取水稻常规灌溉、节水灌溉、蓄雨节水灌溉3种模式在试验小区和田块2种尺度下开展对比试验,记录田间水量平衡过程并检测排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4^+-N、NO_3^--N的质量浓度变化。【结果】无论试验小区还是田块尺度,蓄雨节水灌溉的节水效果最好,较常规灌溉和节水灌溉减少了43.4%～87.7%的灌溉量,同时减污效果也最明显,TN排水负荷减少了22%～90%。不同尺度对比中,试验小区的田间管理水平更高,产量略高于田块尺度;小区田间水分控制更精确,灌排次数和水量较田块更多,蒸发蒸腾量和渗漏量则略少于田块。在减污效果上,单位面积下同种灌溉模式的田块的排水污染物负荷比试验小区低37%～57%,渗漏负荷比试验小区高4%～61%,由于排水污染物负荷要远大于渗漏污染物负荷,在总的污染物负荷上田块要小于小区。【结论】本试验中蓄雨节水灌溉模式取得了较好的节水减污效果,但是要注意蓄雨时间和高度,长时间的淹水可能会对水稻产量造成不利影响。     

南方稻田灌排系统生态整治效应分析

【目的】探明稻田水肥调控和灌排系统生态整治效应。【方法】于2014年在江西省赣抚平原灌区选取典型村庄—礼坊自然村,进行了稻田水肥高效利用综合调控技术应用,并对排水沟塘进行了生态改造,分别对早、晚稻灌水、排水和产量以及生态沟塘进出水进行分析。【结果】水稻田间水肥高效利用综合调控技术较当地农民习惯水肥管理模式节水、减排、增产和灌溉水生产率分别提高10.58%、20.34%、6.52%和18.59%,总氮和总磷减排率分别达12.37%和14.98%;排水斗、支沟经生态改造后对总氮和总磷的综合去除率达25.42%和34.22%;生态塘对总氮和总磷的去除率达25.19%和30.42%;示范区生态改造一次性投资需1.15万元/hm^2,年运行管理费需0.18万元/hm^2,年产经济效益达0.55万元/hm^2。【结论】水稻田间水肥高效利用综合调控技术和生态沟、塘均有较好的氮、磷去除效果,并且建设运行经费投入少,建议当地加强技术的宣传示范推广,建立可持续运行的经费投入渠道。     

清水河流域农业非点源污染模拟及特征分析

为探讨冬奥核心区所在的清水河流域农业非点源污染特征,利用SWAT模型对清水河流域进行污染模拟及特征分析。通过前期对流域内河流水质监测和评价分析可知,该流域农业非点源是重要污染来源,且降雨和径流会对水质影响较大。借助ArcGIS平台构建清水河流域SWAT非点源污染模型,并利用实测径流数据对模型进行了率定和验证,结果表明SWAT模型在清水河流域的适用性较好。利用模型模拟结果对流域内TN、TP污染负荷进行统计,并对其时空分布特征展开分析。非点源污染的时间分布特征:2011、2013、2015和2016年的年均非点源污染输出负荷表现为TN>TP,并且具有明显的季节性,夏季和冬季分别是非点源污染产生的高峰期和低谷期,各子流域的累积负荷量也呈现出汛期大于非汛期的特点;空间分布特征:污染负荷流失强度较高的关键源区为2、3、5、6、7、10、12、14号子流域,集中分布在东沟和西沟水系两侧,主要土地利用类型为耕地和草地。各子流域的非点源污染输出负荷与降雨量均呈正相关关系,输出负荷与降水相关性较强的区域集中分布在正沟、西沟两侧和东沟上游,该区域内非点源污染物的流失与降水密切相关,高降雨量及强降水都会引起污染物的大量流失。