蘇南太湖水污染及控制策略范文

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1水質的污染和富營養化

水體富營養化問題,是世人關注的水污染難題之一.為了實施對水體富營養化的有效控制和水質管理,控制農業面源污染與控制工業點源污染同樣重要.而農業面源污染負荷的定量化,則是為實現上述控制提供科學依據的基礎研究工作.本區地處北亞熱帶與中亞熱帶的交接地帶,氣候受東南季風的影響,溫暖濕潤,光照充足,干濕季明顯,年均氣溫10℃,年均雨量1100—1400mm.本區自成型土壤主要有黃棕壤和潮土.多年引水種稻后,80%的耕作紅壤是水稻土,其中爽水型、漏水型、側滲型、滯水型和囊水型水稻土的面積為18.9×104ha、9.5×104ha、7.9×104ha、8.1×104ha,黃棕壤和潮土為10.4×104ha和8.5×104ha[1].本區土地利用集約,年均施氮、磷量分別為345kg/ha、18kg/ha.耕作制度則以稻麥或稻麥棉輪作制為主.該區是上海經濟區的組成部分,太湖是其重要的淡水源,防止其水系水質的污染和富營養化,是本區經濟持續高速發展的先決條件.

2試驗設計和分析方法

2.1水田地表徑流和地下滲漏試驗

分別選擇位于太湖上中下游且能代表本區5種類型水稻土的溧陽市新昌鄉、宜興市宜豐鄉、武進縣蘆家巷鄉、張家港市鹿苑鄉和吳江市湖濱鄉,設置5處試驗區,并形成網絡,面積為1.5×104—3.3×104m2,均有排灌分流且能調控的水利系統,在進出水口處分別安裝NFL20-150型農田量水計及PVC滲水計、滲漏量測定儀、量雨計等,即可對進出試驗區的灌溉、徑流、滲漏和雨水的水量精確測量,且定期(次/旬)和不定期(降水產生徑流時,下同)采集上述水樣分析,即水量和水質同步監測.

2.2旱地表徑流和地下滲漏試驗

分別在植被為豆、棉、桑的新昌鄉、鹿苑鄉和蘆家巷鄉設置試驗區,其面積分別為108、109、105m2,安裝上述農田水文儀器,定期和不定期地采樣分析.

2.3氮肥施用量與滲漏水硝態氮污染相關性試驗

供試化肥為碳酸氫銨和尿素.在吳江市湖濱鄉植稻區進行本項試驗,大田試驗設有6個處理,每個試驗區為0.13ha,每旬一次采集滲漏水樣進行監測.

2.4稻田控水灌溉試驗

試驗場區面積為0.13ha,設置于吳江市湖濱鄉.植稻期施氮量與當地平均水平相同,為225kg/ha.試驗期間,該試驗場稻田實行濕潤灌溉法,田面水的深度始終保持在3cm以下,除暴雨外,平常不再將稻田的水排出.同時定期和不定期地采集五類水樣進行分析,供試水稻品種為8204.

2.5田間施磷方法試驗

2.5.1麥期施磷、稻期不施磷的磷流失試驗試驗在溧陽市新昌鄉(側滲水稻土)進行,共分三組.施過磷酸鈣:A.750kg/ha;B.1500kg/ha;C.對照(不施磷肥),測量磷素流失量.

2.5.2植稻期施磷的磷素流失試驗試驗分別在溧陽市新昌鄉和常熟市辛莊鄉(囊水水稻土)進行、在插秧前施用過磷酸鈣,均分三組處理:A.375kg/ha;B.750kg/ha;C.為對照(不施磷肥),測量稻期磷素流失量.

2.6化學氮肥分次施用試驗

除對照(不施氮)外,設三個處理:(1)氮肥一次性作基肥;(2)1/2作基肥,1/2作分蘗期追肥;(3)1/3作基肥,1/3作分蘗期追肥,1/3作穗期追肥.供試土壤為囊水水稻土,供試化肥為15NH4HCO3(豐度為25.84原子%),加入量1.4g,在插秧后的第28、40、60、80天,每一處理每次取其地上部分,測定稻谷、稻草中的全氮和15N的含量.水稻成熟后,再作一次同樣的分析.

2.7分析方法

分析方法以《環境監測標準分析方法》為準.分析項目包括總氮、總磷、硝態氮、亞硝態氮、銨態氮和懸浮固體物.分析質量控制:采樣時增加20%重復樣;分析時有20%平行樣;另有10%水樣加入標樣,并使回收率保持在允許范圍內.

3農業面源氮磷污染負荷量

3.1氮素

農業面源氮素差額排出比負荷量,即凈污染比負荷量,系地表排水與地下滲漏氮素比負荷量之和,扣除灌溉水和降水氮素比負荷量之和.可用下述公式表示:L=[(∑Cd•Qd+∑C1•Q1)-(∑Ci•Qi+∑Cr•Cr)]÷1000(1)式中L:氮素差額排出比負荷量,kg/(ha•a);C:水樣中氮素的含量,mg/L;Q:水量,t;1000:單位換算因子;下標d、l、i和r分別表示排出水、滲漏水、灌溉水和降水.

3.1.1稻田排出水氮素比負荷量

稻田排出水包括泡田棄水、擱田排水和地表徑流.詳見表1.可見年度間差異頗顯著,其平均值1987年是1988年的2.2倍,系年降水量相差較大所致.1987年為1340—1460mm,1988年僅為860—950mm.

3.1.2滲漏水氮素比負荷量

年度間差異比較小,而不同類型土壤之間差異顯著,如1987年側滲水稻土是滯水水稻土的1.6倍,1988年漏水水稻土是爽水水稻土的1.9倍,說明土壤的質地是影響滲漏水氮素比負荷量的主要因素.

3.1.3降水氮素比負荷量

降水含氮量0.10—4.98mg/L,其平均值±標準差為1.49±0.39mg/L(n=94).由表3可見,1988年降水氮素比負荷量比1987年減少28.4%,系其年降水量減少35.4%所致.

3.1.4灌溉水氮素比負荷量

各試驗區年度間變化甚小,各試驗區間差異較大,如鹿苑鄉是宜豐鄉的1.8倍.

3.1.5稻田氮素差額排出比負荷量(L)

根據公式(1)計算所得結果列于表5.可見1987年鹿苑鄉(漏水水稻土)的氮素差額排出比負荷量高達73.4kg/(ha•a),是平均值的2.1倍,是側滲水稻土的6.1倍.1988年囊水水稻土地區的氮素差額排出比負荷量為34.0kg/(ha•a),是平均值的2.6倍,是爽水水稻土地區的14.3倍,相差甚為懸殊.應該指出1987年各試驗區氮素差額排出比負荷量的平均值是1988年的2.6倍,則系年降水量差異所致.

3.1.6旱地地表徑流氮素比負荷量

可見稻田排水氮素比負荷量顯著高于旱地地表徑流氮素比負荷量,尤以漏水水稻土地區為甚,兩者相差近10倍.究其原因,是稻田排水量遠大于旱地地表徑流量,且旱地施氮量僅為稻田的50%—60%.日本琵琶湖流域、武漢東湖地區和安徽巢湖流域旱地氮素排出比負荷量分別為6.9、1.2、30.5kg/(ha•a),可見本區旱地氮素排出比負荷量居于中等水平[2,3].綜上所述可計算出蘇南太湖流域農業面源氮素負荷總量和差額負荷總量分別為3.37×104t和2.55×104t純氮素(1987年).

3.2磷素

1987年蘇南太湖流域農田磷素排出總負荷量為440.4t,平均每ha為2.39g,差額排出總負荷量為83.3t,平均每ha為0.45g(見表7).因1987年平均年降水量為1340mm,1988年為934mm,本地區水年降水量為1100—1400mm,所以建議用1987年的試驗結果.

3.3植稻期氮肥施用量與滲漏水硝態氮含量相關試驗

可見植稻期氮肥施用量與滲漏水硝態氮平均含量的等級相關系數,無論是[碳酸氫銨+農家肥]或是[尿素+農家肥]的處理,差異程度均達到5%顯著水準.

4農業面源污染控制對策研究

4.1稻田控水灌溉試驗

在施氮量和供試作物相同的條件下,年均雨量為1340mm(1987年)或934mm(1988年),控水灌溉均顯著增產,增產幅度為6.7%—8.1%,且灌溉水量減少31%—36%,地表排出水量減少78%—90%,其氮素比負荷量減少76%—80%,而滲漏水氮素比負荷量減少34%—40%.這些都證明控水灌溉不僅省水節電增產,經濟效益十分顯著,亦是控制農業面源污染的有效措施.

4.2磷肥施用方式對磷素負荷量的影響

田間試驗和模擬試驗結果均證明,在稻麥輪作中,磷肥施在旱作上,磷的流失量小,因施磷肥而增加的磷流失量僅占當年施磷量的0.03%—0.17%;而植稻期施用磷肥則為0.31%—1.0%,相差10倍以上.因此旱作施用磷肥是控制農業面源磷素污染負荷量的有效措施.

4.3化學氮肥分次施用試驗

可見分次施用氮肥能促進水稻對土壤氮素的吸收,而且水稻對基肥化肥氮的吸收,在第60天達到高峰,對追肥氮的吸收,則是在施肥后的短暫時間之內.顯然,若施氮量相同,水稻對氮的利用率隨施用次數增加而提高.另由表10可見,施氮量相同而施用次數不同,水稻對氮的吸收量差異頗顯著:兩次施用比僅作基肥施用增加9.8%,3次施用比僅作基肥施用增加21.9%,比兩次施用增加13.4%.這證明分三次施用氮肥亦是控制農業面源氮污染的有效措施.

4.4防止土地溶出和侵蝕

從宏觀角度看,農業面源污染主要來源于土地的溶出和侵蝕.科學地進行農業土地區劃,采用適宜的土地利用方式是控制農業面源污染的首要環節.如本區漏水水稻土地區植稻期氮污染比負荷量達96.3kg/(ha•a),而植棉僅有8.7kg(ha•a),氮污染比負荷量減少91%.可見由稻麥改為棉麥輪作,則農業面源污染可大為減輕.另外少耕或免耕、丘陵地區營造梯田、保持良好植被等措施均應大力推廣.

4.5研制和施用復合肥料

據全國肥料試驗網研究結果[4],水稻最高純收益化肥用量為180kg/ha,即N112.5kg/ha、P2O531.5kg/ha、K2O36kg/ha,三者最佳配比為1∶0.28∶0.31,而本區卻是1∶0.23∶0.005,可見對作物N、P、K均衡供應養分協調的復合肥料的研制和施用,同時嚴格限制氮肥的監施,對于提高農業經濟效益和降低農業面源污染負荷量是至為重要的.