我国农业面源污染研究与进展

[摘要]阐述20多年来我国农业面源污染研究状况，以及取得的成果和存在的问题，并结合国外面源污染研究的发展状况，展望了我国农业面源污染研究的发展趋势。

[关键词]农业 面源污染 研究进展

中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0610009－02

农业面源污染主要指农业生产活动引起的各种污染物(沉淀物、营养物、农药、盐分和病菌等)对土壤和水圈的污染。以低浓度、大范围的形式。与点源污染(集中排放污水)相比，面源污染具有发生随机性、污染物排放时间及途径不确定性、污染负荷时空差异性大等特点，防治比较困难。面源污染主要为害可概括为3个方面：淤积水体，降低水体生态功能；引起水体富营养化，破坏水生生物的生存环境；污染饮用水源，危害人体健康。面源污染即将成为我国流域污染的主要因素，而农业面源污染占面源污染总量的60%～80%[1-3]。

一、前言

污染物的发生源大致可分为点源和面源两种，面源是相应于点源的重要污染源类型。面源污染是相对点源污染而言的面源污染。指溶解的或者固体的污染物从非特定地点，在降水或溶雪等的冲刷作用下，通过径流过程汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等），并引起水体的富营养化或者其他形式的污染。美国清洁水法修正案将面源污染物定义为：污染物以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水体，这种污染物就是面源污染物[4-6]。美、日等发达国家，自60年代起就特别重视农业面源污染问题。迄今为止，通过大量研究，在实践的基础上，借鉴土壤、水文学、水土保持学、环境化学等相关学科的理论与方法，逐步形成和发展了农业面源污染研究的理论与方法，为农业面源污染的控制和管理提供了科学依据。

我国是一个多山的农业大国，大部分地区夏季降水高度集中，多年的人类经济活动带来的生态破坏，导致水土流失严重，特别是近年城市化发展迅速，农用化肥、农药数量急剧增加，以至我国农业面源污染问题日益突出。有鉴于此，我国自80年代初以来开展农业面源污染研究，现已取得初步成果[7]。

二、我国农业源污染研究的发展

（一）面源污染研究的发展

1．研究概况

从保护环境的角度研究地表径流的历史在我国并不长，仅是80年代初以来的事。但是，土壤肥力径流损失的研究却有较长的历史，60年代，伴随化学地理学的发展，我国开展了化学侵蚀与化学径流研究，主要分析与河流、湖泊等水体矿化度有关的盐类物质[8]，这些研究的特点，与今天的面源污染研究有许多相似之处，可以认为是我国农业面源污染研究的先导。

我国真正意义上的面源污染研究始于北京市径流污染研究，之后相继在上海、杭州、长沙、南京、成都、苏州、涪陵等城市开展城市面源污染研究，为这一研究的深入开展奠定了基础。农业面源污染研究始于80年代初对湖泊、水库富营养化调查和河流水质规划研究，先后在于桥水库、滇池、太湖、都阳湖、巢湖、镜泊湖、三峡库区等湖泊、水库流域及沱江内江段、晋江流域、北江侦水流域、淮河淮南段、黄河兰州段、渭河宝鸡段、辽河铁岭段进行探索性的研究，较好地把握了面源污染负荷发生状况，为湖泊、河流的水质规划与流域规划提供了可靠的依据，也为面源污染研究积累了宝贵的经验[9]。

2．基本研究方法

农业面源污染研究是以土壤、陆地水文学、水土保持学等相关学科的理论、方法为基础发展起来的。目前国内常用的研究方法有径流试验场法和通用土壤流失方程法等。

3．研究手段

野外实地考察、监测是农业面源污染研究中获取各种基础数据的最基本手段。我国研究开展之初，多单纯采用该手段获取研究所需的各种数据。自80年代中期以来，遥感技术[10~12]引、人工模拟试验技术[12~13]等也相继应用于面源污染研究。近来GIS技术在面源污染研究领域的应用也受到人们的重视。

（二）模型化研究现状

自80年代以来，我国环境保护科技工作者借鉴国外经验，开始探索面源污染的模型化问题。目前，模型化研究基本尚属应用研究，所用模型多属国外现成模型或将其根据需要稍加修正而来，对模型结构改进不大。从模型的类型上看，负荷估算模型一直是模型化研究的重点，对面源污染水质模型也进行了一些研究。

尽管我国许多面源污染模型化研究仍是很初步的工作，但对把握面源污染负荷发生状况及其对水质的影响起到了积极的作用，推动了我国面源污染研究的发展。我国面源污染研究中采用的模型有：农业管理系统中的化学污染物径流负荷和流失模型（Chemical Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems: CREMS）[14]，农田系统地下水污染负荷效应模拟模型（Groundwater Loadings Effects of Agricultural Management Systems）[15]，流域面源污染模拟模型（ANSWERS）[16]，农业面源污染模型（Agricultural Non-Point Source Pollution Model: AGNPS）[17、18]，农田尺度的水侵蚀预测预报模型（WEPP）[19]等。

在80年代，主要是一些经验统计模型的研究和应用，如陈西平等人根据径流小区试验发现降雨量与污染物输出量有较好的相关性，并研究了涪陵地区五种污染物的各次降雨冲刷预测方程[15]。之后，我国的农业面源污染模型研究也有一定的深入发展，如徐向阳等定量分析了农田降水、产流、下渗、排水、蒸散发、灌溉之间的关系，建立了一个模拟农业排水和产沙的氨氮流失数学模型[20]。李怀恩研究了面源污染的“宏观”模型，以面源污染物的迁移转化机理为基础，从宏观角度和较大尺寸上来直接研究野外实际流域的面源污染的发生过程与特点，建立次暴雨面源污染负荷的数学模型，该模型包括了降雨径流模型和污染物的产生与迁移模型[21]。此外，还有王昕皓等人提出了面源污染负荷计算的单元坡面模型法[22]。虽然我国的农业面源污染模型有了一定的发展，但与国外发达国家相比，却有较大的差距。当前，我国对农业面源污染的模拟研究以引进国外成熟且广泛应用的模型为主。早在80年代，我国就引入了通用土壤流失方程（USLE），此外，对一些农业面源污染的综合模型，如 DRASTIC、CREAMS、AGNPS、ANSWERS等也有一些应用。如，董亮将DRASTIC模型与Blackland GRASS GIS结合，对西湖流域浅层地下水硝酸盐污染风险做了评价[23]。张健采用CREAMS应用于黄土坡面径流量及侵蚀量计算[24]。陈一兵等利用ANSWERS模型对四川紫色丘陵区的小流域实施了模拟，并结合ARC/INFO GIS模拟了小雨、中雨和大雨情况下的土壤流失过程[25]。

（三）控制对策研究现状

我国水土保持工作开展多年，已取得丰硕成果，采取的多项水土保持措施对抑制土壤侵蚀发挥了积极的作用。由于水土流失和面源污染的相关性，这些措施客观上对面源污染的控制也产生了积极的效果。所以，水土保持研究对面源污染防治工作的开展具有指导意义。尹澄清等在巢湖流域的研究中，根据该湖周围的自然环境特点，提出充分利用湿地、小湖泊控制巢湖面源污染负荷的对策一一“多塘法”[26]，为湖泊、水库面源污染的控制提出了一条经济、简便、高效的途径。

三、我国面源污染研究存在的问题与展望

我国开展农业源污染研究的时间不够长，许多理论与方法问题尚未深入探讨，研究仍处于发展之中。

（一）当前存在的问题

1．对面源污染研究重视仍不够

我国虽已开始注意到面源污染问题，但因点源污染形势仍很严峻，人们的注意力仍主要集中于点源的控制、管理，对面源污染研究的重要性认识不足，面源污染研究方面的科研工作还远远不够。

2．污染负荷宏观估算模型研究不力

我国农业源污染模型化研究以国外模型的应用为主，并且以微观模型的应用为特色，在污染负荷宏观估算模型的应用与开发方面，虽以USLE及其修正式为基础曾进行过一些探索，但是这些研究基本上未考虑我国的实际环境条件，简单套用国外现成的数据和模型，尚未建立适合于我国具体情况的模型。

3．面源污染研究与污染物总量控制规划脱节

虽然已经认识到农业面源污染的对污染物总量的贡献率很大，也做了相当的研究工作，却没有真正能够减少和控制面源污染，而且缺乏对污染物总量控制的规划。总的来说应用研究很少。

4．研究手段落后

目前，我国农业源污染研究中虽然已开始采用遥感、人工模拟试验及GIS等技术，但应用水平不高，除了一些零散、初步的工作外，尚未进行全面系统的研究，更没有开展这些先进技术的综合应用研究，制约了农业源污染研究的发展。

5．面源污染控制对策研究薄弱

受制于当前农业面源污染研究的整体水平，我国面源污染的控制、管理研究基本上处于空白状态，这不利于控制污染、改善环境，需加强研究。

综上所述，我国对农业源污染研究之重要性的认识有待提高，研究方法、手段及控制管理对策等许多方面有待进一步发展。

（二）农业面源污染研究的发展趋势展望

鉴于我国当前面源污染研究中存在的问题及国外面源污染研究的发展趋势，今后我国应加强如下问题的研究。

1．确立与总量控制面源污染控制原则。确立与总量控制接轨的农业面源污染控制BMP（Best Management Practices）原则。目前我国对面源污染控制，还没有行之有效的措施，因此，确立适合我国国情的面源污染控制技术与政策非常必要。可以借鉴国外先进经验，确立我国面源污染控制的BMPs原则。BMPs原则主要包括①提出与总量控制原则接轨的农田面源污染控制原则；②化肥、农药、地膜施用量的管理和水土保持措施；③其他生态保持措施。

2．重视面源污染信息系统、专家系统的研制。美、日等国目前已将信息系统、专家系统等技术引入面源污染研究领域。这些新技术以其快速、灵活、人机对话、图形显示等特性，特别适合于面源污染这一包含多要素的复杂现象的研究，是一个具有巨大发展潜力的新领域，必然成为今后面源污染研究发展的一个突出特征。如今，我国对面源污染信息系统的研制略有涉足，但专家系统的研究仍属空白，需尽快加强研究，缩小与国外的差距。

3．加强人工模拟试验、遥感及地理信息系统技术的应用。人工模拟试验、遥感技术及地理信息系统是收集面源污染基础数据的重要手段，应用这些手段，可减轻劳动强度、缩短研究周期、提高资料收集工作的效率，促进面源污染研究的发展。

4．开展面源污染控制对策研究。目前国内加紧实施中的污染总量控制是控制点源的有效措施，但对面源污染无任何控制作用。国内外许多研究表明，合理规划土地利用是控制面源污染的有效途径。所以，结合土地利用规划，寻求面源污染控制的最佳途径是一个亟待探索的领域。

参考文献：

[1]阎伍玖，鲍祥.巢湖流域农业活动与面源污染的初步研究[J].水土保持学报，2001，12，15(4）：129~132.

[2]夏立忠，杨林章.太湖流域面源污染研究与控制.长江流域资源与环境，2003，1，1（21）：45-49.

[3]孙浩，刘淑梅，方鸿国.农业面源污染防治对策研究[J].环境导报，2000，6：32-34.

[4]Novotny V，Chesters G. Handbook of non-point source pollution: sources and management[M].New Yrok: Van Nostrand Reinhold Company,1981.

[5]Novotny V，Olem V. Water quality：prevention, identification and management of diffuse pollution[M].New York：Van Nostrand j wile &Sons Publ，1994.

[6]Lee S I.Non-point source pollution[J].Fisheries，1979,（2）:50-52.

[7]董亮. GIS支持下西湖流域水环境面源污染研究，浙江大学，2001.

[8]刘培桐等.化学径流与化学剥蚀.地理，1962,（4）, 126-129.

[9]陈庆男，魏成阶. ”礼炮”号遥感图像在于桥水库流域土壤侵蚀调查及治理规划中的应用.环境遥感，1993, 8(1):45-53.

[10]施为光.邓海面源污染及模型参数的彩红外遥感航片率定.重庆环境科学，1994,16(4):30-34.

[11]陈喜保等.模拟降水地表径流系统中重金属化学形态变化的研究.中国环境科学，1992,12(5):349-353.

[12]熊运实.油田开发区水体的面源石油污染试验研究.地理研究，1993, 12(4):23-31.

[13]张水铭等.农田排水中磷素对苏南太湖水系的污染.环境科学，1993, 14(6): 24-29.

[14]Knisel, W.G.,CREAM: A Field-Scale Model foe Chemicals Runoff, and Erosion fromAgricultural Management System, Proc. 13t" conf. Modeling and Simulation ,1982,4,Apri1.

[15]陈西平，计算降雨及农田径流污染负荷的三峡库区模型，中国环境科学，1992, 1。

[16]Beasley，D.B. Applying Distributed Parameter Modeling Techniques to Watershed Hydrology and Non-point Source Pollution. Proc. 13t" conf. Modeling and Simulation ,1982,4,Apri1.

[17]Yong ,R.A. et al. AgNPS: A Nonpoint-Source Pollution Modeling for Evaluation AgriculturalWatersheds. J. of Soil and Water Conservation,1989, March-April.

[18]P.LA.Kinnell, AGNPS-UM: applying the LISLE-M within the agricultural non-point sourcepollution model, Environmental modeling&software 15(2000)331-341.

[19]Lane, L.J., et al, The Water Erosion Prediction Project: Model Overview. In Proc. Natl. water Conf. ASCE.1989.

[20]徐向阳，刘俊. 农业区氨氮流失模型，环境污染与防止，1999,V21N.4P34-37.

[21]李怀恩，沈晋. 面源污染数学模型，西北工业大学出版社，1996．

[22]王昕皓，面源污染负荷计算的单元破面模型法，中国环境科学，1985,4．

[23]董亮. GIS支持下西湖流域水环境面源污染研究，浙江大学，2001.

[24]张健，CREAMS模型在计算黄土坡地径流流量计侵蚀量中的应用，土壤侵蚀与水土保持学报．1995，1（1）：54-57.

[25]陈一兵，Trouwborst, K.O.1997, 土壤侵蚀建模中ANSWERS及地理信息系统ARC/INFO的应用研究，土壤侵蚀与水土保持学报，3（2）1-13.

[26]Chengqing Yin, et al.. A multi-pond system as a protective zone for the management oflakes in China. Hydrobiologia, 1993, (251): 321-329.

作者简介：

刘陶茂，男，汉，西南林学院，研究方向流域生态。

推荐访问:我国农业 进展 污染 研究