全 文 ：太湖一级保护区非点源磷污染的定量化研究 3
郭红岩1 ,2 　王晓蓉1 　朱建国2
(1 南京大学环境学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室 ,南京 210093 ;2 中国科学院南京土壤研究所
土壤圈物质循环开放实验室 ,南京 210008)
【摘要】　采用田间实验与实地调查相结合的方法 ,研究了太湖一级保护区武进市雪堰镇水稻季节各种类
型非点源磷污染的负荷分配情况. 结果表明 ,雪堰镇各种类型农业非点源污染中 , 农田磷排放总量为 1313
kg ,占排放总量的 56. 2 % ;农村居民磷排放总量为 442kg ,占排放总量的 18. 9 % ;城镇居民磷排放总量为
518kg ,占排放总量的 22. 2 % ;养殖业磷排放总量为 62kg ,占排放总量的 2. 7 %. 在当前的非点源磷污染治
理中 ,除采取有力措施控制农田养分外 ,对于城镇和农村居民生活污水和人粪尿的排放也应引起重视.
关键词 　太湖流域 　非点源污染 　磷 　定量化
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 01 - 0136 - 05 　中图分类号 　X524 　文献标识码 　A
Quantif ication of non2point sources phosphorus pollution in key protection area of Taihu Lake. GUO
Hongyan ,WAN G Xiaorong , ZHU Jianguo (1 S tate Key L aboratory of Pollution Cont rol and Resource Reuse ,
School of Envi ronment , N anjing U niversity , N anjing 210093 , China ;2 Institute of Soil Science , Chinese A2
cademy of Sciences , N anjing 210008 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (1) :136～140.
The distribution of various kinds of non2point sources phosphorus pollution in Xueyan Town ,Wujin city , Taihu
area was researched through field experiments and local investigation during rice growth season. The results
showed that of all kinds of phosphorus pollution ,about 56. 2 % (1313 kg P) was from farmland ,22. 2 % (518 kg
P) was from town residents ,18. 9 % (442 kg P) was from village residents ,and 2. 7 %(62 kg P) was from live2
stock. Besides the strict control of the phosphorus pollution from farmland ,attention should also be paid on the
control of domestic water pollution from towns and villages.
Key words 　Taihu Lake ,Non2point sources pollution ,Phosphorus ,Quantification.
3 中国科学院知识创新重要方向项目 ( KZCX2231) 和中国科学院南
京土壤研究所土壤圈物质循环开放研究实验室基金项目.3 3 通讯联系人.
2002 - 02 - 20 收稿 ,2002 - 11 - 04 接受.
1 　引 　　言
随着我国工农业的迅速发展和城市化进程加
速 ,工业废水和生活污水排放量日益增加. 而湖泊流
域开发活动普遍活跃 ,相应的污染控制和治理不力 ,
湖泊常被用作工业废水、生活污水纳污和农业灌溉
退水的场所 ,导致全国性的湖泊富营养化日益严重 ,
已成为我国当前重大的环境问题. 研究表明 ,富营养
化的主要原因是过多的氮磷等营养物进入水体 ,超
过了水体的自净能力. 来自欧洲和美国、加拿大、日
本等地区和国家的资料表明 ,湖泊污染负荷的 50 %
来自流域内非点源 ,城郊湖泊和远离城市湖泊污染
负荷的 50 %或 50 %以上来自农村非点源[3 ,7 ] . 我国
众多湖泊调查表明 ,除城市湖泊外 ,非点源湖泊负荷
总量比例一般均在 50 %左右[3 ] . 所以 ,对湖泊富营
养化的治理 ,非点源和点源应处于同样重要的位置.
　　近些年来 ,在湖泊富营养化的治理及控制技术
研究和开发尤其在点源污染治理方面已积累了丰富
的经验 ,已有系列工程技术可供各个湖泊治理时选
用[4 ,8 ] ,但对于非点源污染的控制由于研究较少 ,同
时由于非点源污染与区域的降水过程密切相关 ,表
现为形成的随机性 ,影响的滞后性和影响因子的复
杂性 ,研究和控制难度较大[1 ] ,当前 ,我国对主要流
域和区域的面源污染尚缺乏成套的控制技术和适合
国情的管理方法. 发达国家的经验已经证明 ,单纯治
理点源 ,湖泊水质不会明显改善 ,在点源污染基本控
制后 ,必须进行非点源治理才能实现湖泊水质的好
转.因此 ,开展非点源的研究非常重要. 磷是淡水生
态系统中最重要的限制因子[6 ] ,要防治水体富营养
化 ,最关键的是要对磷的来源进行控制. 因此 ,加强
非点源磷污染的研究 ,尤其是弄清雨季各种来源的
非点源磷污染对水体富营养化的贡献和不同土地利
用类型磷元素的定量迁移规律 ,对于农业非点源污
染的治理 ,实现湖泊水质的好转具有十分重要的理
论指导意义. 本文利用田间实验与野外实地调查相
结合的方法 ,在太湖一级保护区武进市雪堰镇研究
水稻季节典型类型非点源磷污染的负荷以及水稻季
应 用 生 态 学 报 　2004 年 1 月 　第 15 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2004 ,15 (1)∶136～140
节各种类型非点源磷污染对水体磷污染的贡献率.
2 　研究地区与研究方法
211 　实验地点
实验在江苏武进市雪堰镇进行 . 该镇地处长江三角洲冲
积平原太湖水网地区 ,整个地形由东向西阶梯升级 ,河流纵
横 ,池塘星列 ,全镇面积 35 km2 . 其农作物组成为典型的小
麦 (油菜)2水稻轮作. 该镇的主要土地利用类型为 :水稻田约
1133 hm2 (占总面积的 32 %) ,旱地 267 hm2 (包括菜园、果
园、茶园等 ,占总面积的 7. 6 %) ,山地 707 hm2 (占总面积
20 %) ,精养鱼塘 200 hm2 (占总面积的 5. 7 %) ,村庄、城镇用
地约 260 hm2 (占 7. 3 % ,其中镇中心区 49 hm2 ,占总面积的
1. 4 %) ,其它为工厂用地、道路、河流、水沟等 (占总面积的
34. 7 %) (图 1) .
图 1 　土地利用方式示意图
Fig. 1 Sketch map of land use
1)菜园 Vegetable garden ,2)居民点 Residential area ,3)果园 Fruit gar2
den ,4) 鱼塘 Fish pond , 5) 工矿 Factory and mine , 6) 山地 Mountain
land ,7)竹林 Bamboo forest ,8)水田 Paddy field ,10)河流 River.
212 　水稻田地表径流磷污染排放负荷实验
　　选择共建村的 3 块水稻田 ,面积分别为 0. 080、0. 091 和
0. 092 hm2 ,田间管理与大田保持一致. 采用单排单灌的方
法 ,在样田一端设蓄水池 ,径流水和田间排水均进入蓄水池
后 ,及时用泵排出并准确计量 ,在排水的开始、中间和最后阶
段分别采集水样 ,每个样品采集 3 个平行样 ,样品采集后大
多及时测定 ,对不能及时分析的样品 ,加入防腐剂氯仿后 ,冷
冻保存后待测. 在水稻生长期间 ,采集 3 次水样 ,用滤纸过滤
后 ,分析水样中悬浮物含量以及悬浮物中的含磷量. 准确记
录水稻季节的每次降雨量及样田灌溉水量 ,并对雨水和灌溉
水的各种形态磷含量进行抽样测定. 水稻收割后 ,蓄水池内
沉积物全部取出 ,风干后称重 ,测定其含磷量. 根据整个水稻
季节的各次排水量及浓度 ,计算水稻季节样田的各种形态磷
的输出总量 ,再加上根据沉积物中的含磷量 ,即为样田水稻
生长季节的地表径流磷输出总量 ,扣除降雨和灌溉水对磷的
输入 ,求算出样田的径流磷排放净负荷. 根据国标方法测定
水样中各种形态磷的浓度.
213 　村庄居民生活污水磷污染排放负荷观测与估算
　　实验在雪堰镇的南山村进行 ,该村地理状况和居民的生
活方式在雪堰镇具有代表性. 有两条小河纵贯全村 ,居民的
生活污水均直接或间接排入小河 ,粪便等排泄物部分归田 ,
有些则直接或经过过滤池后排入小河 ;固体废弃物均沿河岸
堆放 ;沿河居民部分家禽的禽舍依河而建 ,其排泄一般都随
雨水冲入河中. 实验期间分别在流经该村的一条小河上下游
设监测点 ,通过对上下游水中含磷量和流量的定期监测 ,估
算该小河从南山村携带走的总磷量. 根据监测段的居民人口
估算来自该村庄实验段的非点源磷污染负荷 ,并根据全镇的
农村居民人口总量估算来自农村居民的非点源磷污染总量.
214 　城镇居民生活污染磷排放负荷估算
　　雪堰镇镇区居民生活污水和粪便经简易化粪池处理后
排入水中 ,排污系数采用黄文钰 [2 ]等的研究结果进行计算 ,
镇生活污水总磷以 0. 0438 kg·年 - 1人 - 1计 ,人粪尿总磷以
0. 548 kg·年 - 1·人 - 1计.
215 　养殖业磷污染排放负荷估算
　　综合国内外有关研究结果 ,尤其是太湖地区研究结果 ,
畜禽养殖选取如下系数 [10 ] (表 1) .
表 1 　畜禽粪尿磷排放量及进入水体流失率( %)
Table 1 Livestock manure and urine discharge amount and percentage
discharged into water
畜禽
Animals
and birds
总磷排放量
Discharge
of feces
(kg·yr - 1·head - 1)
进入水体流失率
Percent of feces
into water
bodies( %)
牛粪 Cow feces 8. 61 5. 5
牛尿 Cow urine 1. 46 50
猪粪 Pig feces 1. 36 0. 17
猪尿 Pig urine 0. 34 25
家禽 Poultry 0. 115 1. 16
1)武进县农业局. 1995. 武进县农业志.
3 　结果与讨论
311 　农田地表径流磷污染排放负荷
31111 实验阶段降雨量及分布 　水稻季节是该地区
降雨集中时期 ,根据往年的统计 ,水稻季节降雨占全
年降雨总量的七成以上. 本实验阶段降雨总量为
920mm ,其中大于 50mm 的降水有 6 次 ,比平均一年
出现 3 次的频率偏高1) . 降雨分布如图 2 所示.
31112 水稻期间稻田排水量 　由于水稻期间的降雨
7311 期 　　　　　　　　　　　　郭红岩等 :太湖一级保护区非点源磷污染的定量化研究 　　　　　　　
较集中在 6 月下旬到 8 月中旬 ,排水情况也在这段
时期较多 ,排水的动态分布如图 3 所示. 样田排水总
量为 :样田 I 为 450m3 ,样田 II 为 480 m3 ,样田 Ⅲ为
500 m3 ,在图 3 中显示的排水分布 ,除了地表径流
外 ,浅层 (0～30cm)侧渗水也占一定比例.
图 2 　2001 雪堰镇 6～9 月份降雨量
Fig. 2 Rainfall in Xueyan from J une to September in 2001.
图 3 　样田排水图示意图
Fig. 3 Diagrammatic sketch of drainage water from sample field.
a)样田ⅠPlot Ⅰ,b) 样田 Ⅱ Plot Ⅱ,c) 样田 Ⅲ Plot Ⅲ. 下同 The same
below.
31113 水稻期间稻田排水各形态磷的动态变化 　水
稻的种植目前采用多次施肥的方法 ,基肥 (碳铵与复
合肥)在种植前施 (6 月 12 日) ,水稻的分蘖期结合
除草剂施入分蘖肥 (尿素 ,6 月 19 日) ,长促肥 (钾
肥)在 7 月 11 日、促花肥 (尿素)在 8 月 2 日施入. 肥
料施入与否 ,对于径流排水中养分含量有很大影响 ,
图 4 给出了 3 块样田排水中养分的动态变化情况. 3
块农田表现出相似的养分动态变化规律 ,即在施肥
初期排出水中养分浓度较高 ,随着时间的推移 ,由于
作物吸收、挥发、渗漏等原因 ,排出水中养分浓度逐
渐减少.
31114 样田磷排放负荷 　将各样田历次排水量乘相
关组分浓度 ,即可得 3 块样田实验阶段养分的排放
总量 (表 2) . 由表 2 可以看出 ,样田 I 排出水中总磷
和可溶态磷浓度在 7 月 29 日突然升高 ,分析其原因
主要是一农户在样田 I的池子旁堆放猪粪而没盖
图 4 　样田排水磷含量动态变化
Fig. 4 Dynamic change of phosphorus concentration in drainage water.
好 ,部分养分随降雨进入水池 ,故在计算这两日样田
I 磷输出量时 ,排出水中各形态磷浓度取样田 Ⅱ、样
田Ⅲ浓度的平均值. 计算结果如表 2 所示 ,样田 I 排
入水体的总磷为 114g ,其中可溶态磷 48g ,颗粒磷
66 g. 样田 Ⅱ排入水体的总磷 ( TP) 为 109 g ,其中可
溶态磷 (DP) 52g ,颗粒磷 ( PP) 57g. 样田 Ⅲ排入水体
的总磷为 108g ,其中可溶态磷 57g ,颗粒磷 52g. 将
各样田的排放总量与面积取平均 ,可得水稻季节样
田径流的平均排放量总磷为 1. 26 kg·hm - 2 . 样田沉
积物的质量平均为 1110kg ·hm - 2 , 含磷量为
0. 040 % ( P) ,则沉积物排磷量为 0. 45 kg·hm - 2
(P) . 二者相加可得样田水稻季节的排磷量为 1. 71
kg·hm - 2 .
表 2 　样田磷排放量
Table 2 Total phosphorus loss from sample f ield in rice season
样田编号
Serial
number
面积
Area
(hm2)
总磷
Total P
(g)
可溶态磷
Dissolve P
(g)
颗粒磷
Particle P
(g)
沉积物 Sediment
质量
Mass
(kg)
含磷量
Total P
( %)
I 0. 080 114 48 66 88 0. 043
II 0. 091 109 52 57 102 0. 045
III 0. 092 108 57 52 103 0. 032
平均值 Average 0. 088 110 52 58 98 0. 040
　　在整个实验阶段 ,灌溉进水中 TP、DP 和 PP 的
平均浓度分别为 0. 20、0. 07 和 0. 013 mg·L - 1 ,降雨
雨水中 TP、DP 和 PP 的平均浓度分别为 0. 08、0. 02
和 0. 06 mg·L - 1 ,加权平均后进水中 TP、DP 和 PP
浓度分别为 0. 10、0. 03 和 0. 07 mg·L - 1 . 根据排出
水总量 ,可计算出排出水中由于灌溉和降雨引入的
各形态磷含量 , TP 0. 555 kg·hm - 2 、DP 0. 165 kg·
hm - 2和、PP 0. 39 kg·hm - 2 ,则样田磷排放净负荷为
TP 1. 16 kg·hm - 2 . 雪堰镇本季种水稻 1133 hm2 ,则
该季水稻田向水体的排放总量为 1309kg.
831 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
　　雪堰镇有旱地 267 hm - 2 ,旱地施肥量约为水田
的一半 ,稻田排水量远大于旱地径流量 ,其地表径流
营养盐排放负荷约为水田的三分之一[5 ] ,据此 ,旱
地磷流失量取水稻田的三分之一 ,即 0. 39 kg·
hm - 2 ,则实验期间旱地向水体输出总磷为 104 kg.
加上水稻田的磷输出量 ,可计算出水稻季节农田磷
污染的排放总量为 1313 kg.
312 　村庄居民生活污水磷污染排放负荷
　　图 5 给出了流经南山村小河上下游水中磷含量
的动态变化 ,从图 5 可看出 ,河水中磷的浓度变化幅
度较大 ,但其浓度升高值相对来说较为稳定 (图 5 中
的 OU T2IN) ,总磷增值为 0. 079 mg·L - 1 . 比较图 5
和图 4 可看出 ,南山村小河中流水中磷含量与样田
排水中养分动态的变化具有一定的一致性 ,同时发
现河水中的磷浓度明显低于样田排水 ,这主要是由
于小河上游水稻田的降雨径流水均流入该河 ,同时
河道中长满了水花生、蒿草、芦苇等水生植物 ,对养
分起到了较好的截留作用.
图 5 　南山村进出水磷含量动态变化
Fig. 5 Dynamic change of phosphorus concentration in the stream flow of
Nanshan Village.
Ⅰ. 进水 Inflow. Ⅱ. 出水 Outflow. Ⅲ. 出水2进水 Outflow2Inflow.
　　根据实地调查 ,南山村测定段的居民有 80 户左
右 ,人口约 250 人. 根据采样时对流量的实际监测结
果估算 ,在水稻季节 ,该河的日平均流量约 500m3
左右 ,据此可推算在水稻季节 250 人日磷流失量总
磷 39. 5g. 则农村居民的水稻季节的排污系数为 :总
磷 0. 158 g·d - 1·人 - 1 ,. 雪堰镇全镇农村居民人口
为 28000 人 ,则在水稻季节降雨较为集中的六月中
旬至九月下旬 (以 100 天计) 农村居民的磷排放总
量 :总磷约为 442kg.
313 　城镇居民生活污水磷污染排放总量
　　雪堰镇城镇居民人口为 3195 人 ,根据排污系
数 ,生活污水总磷为 0. 0438kg·年 - 1·人 - 1 ,人粪尿
总磷为 0. 548 kg·年 - 1·人 - 1 ,可计算出实验期间 ,
城镇居民磷排放总量为 518kg. 与上述农村居民排
放系数相比 ,城镇居民明显偏稿 ,这主要是由于农村
居民的人粪尿主要用做施肥 ,而城镇居民则是完全
排入水体.
314 　养殖业污染磷污染排放总量
　　通过对畜禽养殖场的实际调查发现 ,真正对周
围环境造成污染的是上了一定规模的畜禽养殖场 ,
而一些小规模的、季节性的、零星的养殖散户 ,虽然
存在一些环境卫生问题 ,但并不构成对水体的污
染[9 ] . 据此 ,我们只对规模养殖场或养殖大户作为
本课题研究的调查对象. 据调查 ,雪堰镇目前有养鸭
场一个 (圈存约 4000 只) ,奶牛场一个 (奶牛约 150
头) ,獭兔场一个 (圈存约 4000 只) ,此外还有养猪大
户 20 个 ,存栏一般在 80～100 头 ,最多的有 300 多
头. 雪堰镇地处太湖一级保护区 ,对养殖业废弃物的
排放管理较为重视 ,并取得了较好的治理效果 ,比如
奶牛场目前采用生态治理技术将废物消化于生产过
程中 (牛粪养蚯蚓 ,蚯蚓喂黄鳝 ,牛尿给牧草施肥 ,牧
草喂奶牛) ,整个奶牛场除牛奶及副产品输出外 ,目
前基本上无任何污染物排出. 獭兔场采取综合利用、
循环增效的治理技术 (兔粪制沼气 ,尿及冲圈水给草
施肥) ,也基本上达到了“零排放”. 对于精养鱼塘污
染物的排放 ,经过我们实地调查发现 ,尽管降雨量较
大 ,但基本上没有向河中排水 ,故在计算各种类型非
点源污染排放负荷时未考虑其排放. 对雪堰镇养猪
和家禽按排污系数计算 ,水稻季节养猪磷排放量为
60kg(按 2500 头 100 d 计) ,养鸭磷排放量约为1. 46
kg (按 4000 羽 100 d 计) ,则畜禽养殖业水稻季节磷
排放总量为 61. 5 kg.
4 　结 　　论
　　研究结果表明 ,太湖一级保护区雪堰镇水稻季
节各种类型农业非点源磷污染分配为 :农田排放约
占 56. 2 % ,城镇居民占 22. 2 % ,农村居民约占排放
总量的 18. 9 % ,养殖业约占排放总量的 2. 7 %. 需要
说明的是 ,该结果仅为一个季节 ,如果从全年考虑 ,
旱季农田所占比例会下降 ,而村庄和城镇会有所上
升.对于养殖业的磷排放由于采取了较为有效的治
理措施 ,此类型的磷排放目前在雪堰镇不会造成对
水体的严重污染. 此外 ,城镇中心区虽然面积不大
(1. 4 %) ,但其磷排放负荷所占比例较高 (22. 2 %) ,
有鉴于此 ,在当前的非点源磷污染治理中 ,采取有力
措施控制农田养分磷排放的同时 ,加强城镇居民生
活污水的处理对于削减非点源磷污染负荷将会十分
9311 期 　　　　　　　　　　　　郭红岩等 :太湖一级保护区非点源磷污染的定量化研究 　　　　　　　
有效.
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041 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷