苏南太湖水污染及控制策略范文

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1水质的污染和富营养化

水体富营养化问题,是世人关注的水污染难题之一.为了实施对水体富营养化的有效控制和水质管理,控制农业面源污染与控制工业点源污染同样重要.而农业面源污染负荷的定量化,则是为实现上述控制提供科学依据的基础研究工作.本区地处北亚热带与中亚热带的交接地带,气候受东南季风的影响,温暖湿润,光照充足,干湿季明显,年均气温10℃,年均雨量1100—1400mm.本区自成型土壤主要有黄棕壤和潮土.多年引水种稻后,80%的耕作红壤是水稻土,其中爽水型、漏水型、侧渗型、滞水型和囊水型水稻土的面积为18.9×104ha、9.5×104ha、7.9×104ha、8.1×104ha,黄棕壤和潮土为10.4×104ha和8.5×104ha[1].本区土地利用集约,年均施氮、磷量分别为345kg/ha、18kg/ha.耕作制度则以稻麦或稻麦棉轮作制为主.该区是上海经济区的组成部分,太湖是其重要的淡水源,防止其水系水质的污染和富营养化,是本区经济持续高速发展的先决条件.

2试验设计和分析方法

2.1水田地表径流和地下渗漏试验

分别选择位于太湖上中下游且能代表本区5种类型水稻土的溧阳市新昌乡、宜兴市宜丰乡、武进县芦家巷乡、张家港市鹿苑乡和吴江市湖滨乡,设置5处试验区,并形成网络,面积为1.5×104—3.3×104m2,均有排灌分流且能调控的水利系统,在进出水口处分别安装NFL20-150型农田量水计及PVC渗水计、渗漏量测定仪、量雨计等,即可对进出试验区的灌溉、径流、渗漏和雨水的水量精确测量,且定期(次/旬)和不定期(降水产生径流时,下同)采集上述水样分析,即水量和水质同步监测.

2.2旱地表径流和地下渗漏试验

分别在植被为豆、棉、桑的新昌乡、鹿苑乡和芦家巷乡设置试验区,其面积分别为108、109、105m2,安装上述农田水文仪器,定期和不定期地采样分析.

2.3氮肥施用量与渗漏水硝态氮污染相关性试验

供试化肥为碳酸氢铵和尿素.在吴江市湖滨乡植稻区进行本项试验,大田试验设有6个处理,每个试验区为0.13ha,每旬一次采集渗漏水样进行监测.

2.4稻田控水灌溉试验

试验场区面积为0.13ha,设置于吴江市湖滨乡.植稻期施氮量与当地平均水平相同,为225kg/ha.试验期间,该试验场稻田实行湿润灌溉法,田面水的深度始终保持在3cm以下,除暴雨外,平常不再将稻田的水排出.同时定期和不定期地采集五类水样进行分析,供试水稻品种为8204.

2.5田间施磷方法试验

2.5.1麦期施磷、稻期不施磷的磷流失试验试验在溧阳市新昌乡(侧渗水稻土)进行,共分三组.施过磷酸钙:A.750kg/ha;B.1500kg/ha;C.对照(不施磷肥),测量磷素流失量.

2.5.2植稻期施磷的磷素流失试验试验分别在溧阳市新昌乡和常熟市辛庄乡(囊水水稻土)进行、在插秧前施用过磷酸钙,均分三组处理:A.375kg/ha;B.750kg/ha;C.为对照(不施磷肥),测量稻期磷素流失量.

2.6化学氮肥分次施用试验

除对照(不施氮)外,设三个处理:(1)氮肥一次性作基肥;(2)1/2作基肥,1/2作分蘖期追肥;(3)1/3作基肥,1/3作分蘖期追肥,1/3作穗期追肥.供试土壤为囊水水稻土,供试化肥为15NH4HCO3(丰度为25.84原子%),加入量1.4g,在插秧后的第28、40、60、80天,每一处理每次取其地上部分,测定稻谷、稻草中的全氮和15N的含量.水稻成熟后,再作一次同样的分析.

2.7分析方法

分析方法以《环境监测标准分析方法》为准.分析项目包括总氮、总磷、硝态氮、亚硝态氮、铵态氮和悬浮固体物.分析质量控制:采样时增加20%重复样;分析时有20%平行样;另有10%水样加入标样,并使回收率保持在允许范围内.

3农业面源氮磷污染负荷量

3.1氮素

农业面源氮素差额排出比负荷量,即净污染比负荷量,系地表排水与地下渗漏氮素比负荷量之和,扣除灌溉水和降水氮素比负荷量之和.可用下述公式表示:L=[(∑Cd•Qd+∑C1•Q1)-(∑Ci•Qi+∑Cr•Cr)]÷1000(1)式中L:氮素差额排出比负荷量,kg/(ha•a);C:水样中氮素的含量,mg/L;Q:水量,t;1000:单位换算因子;下标d、l、i和r分别表示排出水、渗漏水、灌溉水和降水.

3.1.1稻田排出水氮素比负荷量

稻田排出水包括泡田弃水、搁田排水和地表径流.详见表1.可见年度间差异颇显著,其平均值1987年是1988年的2.2倍,系年降水量相差较大所致.1987年为1340—1460mm,1988年仅为860—950mm.

3.1.2渗漏水氮素比负荷量

年度间差异比较小,而不同类型土壤之间差异显著,如1987年侧渗水稻土是滞水水稻土的1.6倍,1988年漏水水稻土是爽水水稻土的1.9倍,说明土壤的质地是影响渗漏水氮素比负荷量的主要因素.

3.1.3降水氮素比负荷量

降水含氮量0.10—4.98mg/L,其平均值±标准差为1.49±0.39mg/L(n=94).由表3可见,1988年降水氮素比负荷量比1987年减少28.4%,系其年降水量减少35.4%所致.

3.1.4灌溉水氮素比负荷量

各试验区年度间变化甚小,各试验区间差异较大,如鹿苑乡是宜丰乡的1.8倍.

3.1.5稻田氮素差额排出比负荷量(L)

根据公式(1)计算所得结果列于表5.可见1987年鹿苑乡(漏水水稻土)的氮素差额排出比负荷量高达73.4kg/(ha•a),是平均值的2.1倍,是侧渗水稻土的6.1倍.1988年囊水水稻土地区的氮素差额排出比负荷量为34.0kg/(ha•a),是平均值的2.6倍,是爽水水稻土地区的14.3倍,相差甚为悬殊.应该指出1987年各试验区氮素差额排出比负荷量的平均值是1988年的2.6倍,则系年降水量差异所致.

3.1.6旱地地表径流氮素比负荷量

可见稻田排水氮素比负荷量显著高于旱地地表径流氮素比负荷量,尤以漏水水稻土地区为甚,两者相差近10倍.究其原因,是稻田排水量远大于旱地地表径流量,且旱地施氮量仅为稻田的50%—60%.日本琵琶湖流域、武汉东湖地区和安徽巢湖流域旱地氮素排出比负荷量分别为6.9、1.2、30.5kg/(ha•a),可见本区旱地氮素排出比负荷量居于中等水平[2,3].综上所述可计算出苏南太湖流域农业面源氮素负荷总量和差额负荷总量分别为3.37×104t和2.55×104t纯氮素(1987年).

3.2磷素

1987年苏南太湖流域农田磷素排出总负荷量为440.4t,平均每ha为2.39g,差额排出总负荷量为83.3t,平均每ha为0.45g(见表7).因1987年平均年降水量为1340mm,1988年为934mm,本地区水年降水量为1100—1400mm,所以建议用1987年的试验结果.

3.3植稻期氮肥施用量与渗漏水硝态氮含量相关试验

可见植稻期氮肥施用量与渗漏水硝态氮平均含量的等级相关系数,无论是[碳酸氢铵+农家肥]或是[尿素+农家肥]的处理,差异程度均达到5%显著水准.

4农业面源污染控制对策研究

4.1稻田控水灌溉试验

在施氮量和供试作物相同的条件下,年均雨量为1340mm(1987年)或934mm(1988年),控水灌溉均显著增产,增产幅度为6.7%—8.1%,且灌溉水量减少31%—36%,地表排出水量减少78%—90%,其氮素比负荷量减少76%—80%,而渗漏水氮素比负荷量减少34%—40%.这些都证明控水灌溉不仅省水节电增产,经济效益十分显著,亦是控制农业面源污染的有效措施.

4.2磷肥施用方式对磷素负荷量的影响

田间试验和模拟试验结果均证明,在稻麦轮作中,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仅占当年施磷量的0.03%—0.17%;而植稻期施用磷肥则为0.31%—1.0%,相差10倍以上.因此旱作施用磷肥是控制农业面源磷素污染负荷量的有效措施.

4.3化学氮肥分次施用试验

可见分次施用氮肥能促进水稻对土壤氮素的吸收,而且水稻对基肥化肥氮的吸收,在第60天达到高峰,对追肥氮的吸收,则是在施肥后的短暂时间之内.显然,若施氮量相同,水稻对氮的利用率随施用次数增加而提高.另由表10可见,施氮量相同而施用次数不同,水稻对氮的吸收量差异颇显著:两次施用比仅作基肥施用增加9.8%,3次施用比仅作基肥施用增加21.9%,比两次施用增加13.4%.这证明分三次施用氮肥亦是控制农业面源氮污染的有效措施.

4.4防止土地溶出和侵蚀

从宏观角度看,农业面源污染主要来源于土地的溶出和侵蚀.科学地进行农业土地区划,采用适宜的土地利用方式是控制农业面源污染的首要环节.如本区漏水水稻土地区植稻期氮污染比负荷量达96.3kg/(ha•a),而植棉仅有8.7kg(ha•a),氮污染比负荷量减少91%.可见由稻麦改为棉麦轮作,则农业面源污染可大为减轻.另外少耕或免耕、丘陵地区营造梯田、保持良好植被等措施均应大力推广.

4.5研制和施用复合肥料

据全国肥料试验网研究结果[4],水稻最高纯收益化肥用量为180kg/ha,即N112.5kg/ha、P2O531.5kg/ha、K2O36kg/ha,三者最佳配比为1∶0.28∶0.31,而本区却是1∶0.23∶0.005,可见对作物N、P、K均衡供应养分协调的复合肥料的研制和施用,同时严格限制氮肥的监施,对于提高农业经济效益和降低农业面源污染负荷量是至为重要的.