巢湖流域農(nóng)業(yè)面源污染研究綜述

季軍民+劉慶廣

摘 要：隨著巢湖流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題日漸突出，成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。根據(jù)文獻(xiàn)總結(jié)綜述巢湖流域農(nóng)業(yè)面源污染的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)要討論研究中存在的問(wèn)題并展望今后的研究工作。

關(guān)鍵詞：巢湖流域；農(nóng)業(yè)面源污染；研究現(xiàn)狀；建議

中圖分類(lèi)號(hào) X592 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）20-0063-04

Research Review on Diffused Pollution in Chaohu Watershed

Ji Junmin1 et al.

（1Department of Biological & Environmental Engineering，Hefei University，Hefei 230013，China）

Abstract：With the further development of economic and social of Chaohu watershed，agricultural diffused pollution problems have increasingly been prominent and become the focus of current research. According to the status summary of the literature reviewed in Chaohu watershed agricultural diffused pollution，this paper briefly discussed problems existing in the research and prospected the future research.

Key words：Chaohu watershed；Agricultural diffused pollution；Research status；Advise

巢湖，位居安徽省中部，是全國(guó)五大淡水湖之一，流域面積大，水網(wǎng)縱橫，河流密布，其中主要入湖河流有南淝河、十五里河、派河、柘皋河、豐樂(lè)河、杭埠河、白石天河、兆河等8條河流，以向心輻射狀匯入巢湖，東經(jīng)裕溪河流入長(zhǎng)江。流域豐富的自然資源和良好的生態(tài)環(huán)境為區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了優(yōu)越的條件。

隨著巢湖流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，人口的不斷集聚，巢湖污染問(wèn)題日益突出。通過(guò)“零點(diǎn)治理”等行動(dòng)，工業(yè)點(diǎn)源污染得到有效的控制，然而巢湖污染問(wèn)題并沒(méi)有明顯好轉(zhuǎn)，因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的面源污染逐漸成為研究的熱點(diǎn)。歐美國(guó)家的治水經(jīng)驗(yàn)表明，點(diǎn)源污染源達(dá)到零排放后，江河湖海的水質(zhì)恢復(fù)情況仍不樂(lè)觀，其中主要原因之一就是于面源污染的影響[1-6]。據(jù)崔健，馬友華等[7]的研究表明，全球30%～50%的地區(qū)遭到面源污染的影響，其中12%左右的污染有面源污染引起的。閻伍玖[8]在巢湖流域?qū)Σ煌恋乩梅绞降谋韽搅鞅O(jiān)測(cè)試驗(yàn)后，指出面源污染已成為巢湖污染的主要原因。如今，農(nóng)業(yè)面源污染已成為巢湖水體污染的主要原因，嚴(yán)重限制了巢湖流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源污染治理已刻不容緩。本文通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)近30a來(lái)的研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上對(duì)流域面源污染研究提出一些看法。

1 農(nóng)業(yè)面源污染的定義

面源污染（diffused pollution，DP），在我國(guó)又稱(chēng)非點(diǎn)源污染（non-point source pollution，NPS），是一個(gè)相對(duì)點(diǎn)源污染（point source pollution）而言的名詞。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（USEPA）將其定義為溶解和固體的自然或人類(lèi)活動(dòng)的污染物從非特定地點(diǎn)，在降水或融雪沖刷作用下，經(jīng)過(guò)徑流、滲漏、滲透過(guò)程而匯入受納水體（包括河流、湖泊、濕地、近海水體和地下水等）引起的有機(jī)污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化或其他有毒有害污染[9]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染尚未有統(tǒng)一的定義，一般來(lái)說(shuō)，面源污染主要指農(nóng)業(yè)面源污染。本文歸納相關(guān)文獻(xiàn)[10-11]，將其定義為：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素、農(nóng)藥、土粒以及其他一些有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物質(zhì)，在降水或徑流作用的沖刷下，大量污染物隨農(nóng)田的徑流、排水和地下滲漏進(jìn)入受納水體，從而引起的環(huán)境污染。主要包括化肥污染、農(nóng)藥污染、集約化養(yǎng)殖污染、農(nóng)膜殘留污染。此外，還包括農(nóng)村生活垃圾等造成的污染。

與點(diǎn)源污染相比，面源污染存在許多明顯不同的特點(diǎn)，這在不少文獻(xiàn)[7，12]都有總結(jié)，可將其歸納為隨機(jī)性、分散性、廣泛性、難監(jiān)測(cè)性、滯后性。由于降水的隨機(jī)性，直接影響了面源污染發(fā)生的時(shí)空范圍，致使面源污染的發(fā)生也具有隨機(jī)性、分散性和廣泛性的特點(diǎn)。上述特點(diǎn)導(dǎo)致人們難以進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)，給面源污染的研究、控制和治理工作帶來(lái)了較大困難。

2 巢湖流域面源污染研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代初，我國(guó)前后在于橋水庫(kù)、太湖、滇池、巢湖、三峽庫(kù)區(qū)等湖泊、水庫(kù)開(kāi)展富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查和河道水質(zhì)規(guī)劃研究，拉開(kāi)了我國(guó)面源污染研究的序幕。在巢湖流域，閻伍玖，王心源[13]經(jīng)過(guò)對(duì)巢湖流域基本情況的全面分析和流域內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物地表徑流輸入量與不同土地利用類(lèi)型之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行研究，為巢湖流域面源污染的控制提供依據(jù)。張之源，王培華等[14]根據(jù)1986-1995年近10a的巢湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析得出總氮、總磷的面源污染負(fù)荷分別占總量的49%和40%，并就面源污染治理提出了一些對(duì)策。這一階段主要是研究分析土地利用類(lèi)型與污染物之間的關(guān)系，立足于受納水體的水質(zhì)，估算流域面源污染物輸入量。這些都只是對(duì)巢湖流域面源污染的特征與污染負(fù)荷定量計(jì)算的初步研究。

20世紀(jì)90年代末，盡管流域內(nèi)工業(yè)點(diǎn)源和城鎮(zhèn)生活點(diǎn)源污染控制與治理水平的不斷提高，但巢湖水質(zhì)沒(méi)有明顯的改善，水污染狀況依然十分嚴(yán)重。因此，對(duì)巢湖流域面源污染問(wèn)題應(yīng)多加關(guān)注，除此之外，相關(guān)研究也要持續(xù)跟進(jìn)。

2.1 面源污染的產(chǎn)生、遷移與轉(zhuǎn)化機(jī)理研究 農(nóng)業(yè)面源污染物來(lái)自于土壤中的農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)，它的產(chǎn)生、遷移與轉(zhuǎn)化過(guò)程實(shí)際上是污染物從土壤圈向其他圈層，特別是水圈，擴(kuò)散的過(guò)程。因此，農(nóng)業(yè)面源污染實(shí)際上是一種擴(kuò)散污染，對(duì)其機(jī)理的研究主要有2個(gè)方面，一是污染物在土壤圈中的遷移與轉(zhuǎn)化行為；二是污染物在外界條件下（降水、澆灌等）從土壤向水體擴(kuò)散的過(guò)程[15]。第一方面是研究的基礎(chǔ)，第二方面是研究的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

農(nóng)業(yè)面源污染的產(chǎn)生、遷移與轉(zhuǎn)化機(jī)理是我們進(jìn)行模擬監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。金慶海，朱素菊等[16]通過(guò)對(duì)合肥市巢湖流域地區(qū)各種徑流排入水體的總磷量的統(tǒng)計(jì)分析，表明畜禽養(yǎng)殖排磷量占總負(fù)荷的14.61%，水產(chǎn)養(yǎng)殖排磷量占總負(fù)荷的2.17%，磷物質(zhì)面源污染所占比重較大。毛戰(zhàn)坡，彭文啟等[17]通過(guò)在巢湖鮑家塘流域?qū)Φ匚廴疚镞M(jìn)行的研究，提出了面源污染的“源-匯”機(jī)制。農(nóng)田土壤氮、磷元素的大量流失是引起農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因，近期關(guān)于這方面的研究較多。王靜，郭熙盛等[18]在巢湖支流南淝河進(jìn)行觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明秸稈覆蓋區(qū)與傳統(tǒng)耕作區(qū)相比，地表徑流遷移的氮、磷流失量分別減少了27.42%和32.29%，說(shuō)明秸稈覆蓋能有效減少氮、磷元素的流失。王桂苓，馬友華等[19]采用田間徑流池法，測(cè)算氮、磷元素通過(guò)地表徑流的流失情況，得出旱田氮素主要以硝態(tài)氮形式流失，水田氮素則以銨態(tài)氮形式流失為主。蔣尚明，袁先江等[20]在巢湖上游典型塘壩灌溉區(qū)域進(jìn)行降雨徑流模擬，結(jié)果表明塘壩灌溉系統(tǒng)能有效的減少農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷。

2.2 土地利用方式對(duì)面源污染研究 土地利用方式是面源污染研究的關(guān)鍵領(lǐng)域，不合理的土地利用方式必然會(huì)導(dǎo)致化肥、農(nóng)藥的過(guò)量輸入，過(guò)量的氮、磷等元素通過(guò)地表徑流入湖泊，從而造成面源污染。閻伍玖，鮑祥[21]通過(guò)對(duì)巢湖流域11種不同土地利用方式地表徑流的監(jiān)測(cè)以及土壤養(yǎng)分流失狀況的測(cè)定，分析了不同土地利用方式對(duì)面源污染的貢獻(xiàn)程度，最后建議合理的利用土地。王宗志，金菊良等[22]運(yùn)用模糊聚類(lèi)對(duì)應(yīng)分析方法對(duì)閻伍玖、鮑祥的研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明巢湖流域的土地利用方式與地表徑流營(yíng)養(yǎng)鹽流失存在明顯的相關(guān)性：總磷和水溶性磷的污染主要來(lái)自沖畈水田、山芋地、小麥地、飼養(yǎng)地、荒地等的徑流輸入，而總氮、水溶性氮和水溶性COD的輸入主要來(lái)自大豆地、菜園地、山坡地、農(nóng)村道路等的徑流輸入。陳劍，劉云慧等[23]在巢湖流域杭埠-豐樂(lè)河開(kāi)展2001—2008年不用土地利用與面源污染間關(guān)系的研究，表明農(nóng)田的氮磷污染負(fù)荷明顯高于林地，增加林地面積可減少氮、磷元素的流失。金瀟，熊鴻斌[24]從不同角度對(duì)巢湖流域合肥地區(qū)2001—2010年10a間的面源總磷污染負(fù)荷進(jìn)行分析，探討了土地利用變化對(duì)流域面源污染的影響，最后提出相應(yīng)的土地應(yīng)用管理措施。常龍飛，王曉龍等[25]對(duì)巢湖典型低丘山區(qū)坡地的6種重要土地利用類(lèi)型進(jìn)行研究，通過(guò)定位觀測(cè)與收集坡面壤中流，探討該區(qū)域土壤養(yǎng)分流失動(dòng)態(tài)變化特征。

2.3 面源污染模型研究 模型可以簡(jiǎn)化復(fù)雜的實(shí)際情況，幫助人們認(rèn)識(shí)和理解一些不能直接觀察或復(fù)雜的過(guò)程。通過(guò)對(duì)面源污染模型的模擬，研究人員可以對(duì)全流域及小流域面源污染的產(chǎn)生、遷移與轉(zhuǎn)化機(jī)理進(jìn)行定性定量描述，分析面源污染產(chǎn)生的時(shí)空特征，識(shí)別其主要來(lái)源與遷移路徑，預(yù)報(bào)污染產(chǎn)生的負(fù)荷以及對(duì)水體可能產(chǎn)生的影響，也可用于評(píng)估土地利用變化以及不同管理與技術(shù)措施對(duì)面源污染負(fù)荷和水質(zhì)的影響，為流域水環(huán)境規(guī)劃與管理提供決策依據(jù)。鑒于模型研究的重要作用，已逐漸成為面源污染研究中最主要的領(lǐng)域之一。

孫莉?qū)?，張之源[26]在巢湖杭埠-豐樂(lè)河流域運(yùn)用WARMF（Watershed Analysis Risk Management Framework）模型對(duì)面源污染進(jìn)行分析，并對(duì)總懸浮物和總氮污染負(fù)荷進(jìn)行研究。鮑錦磊，孫世群[27]選用AnnAGNPS（Annualized Agricultural Non-Point Source）模型模擬了巢湖支流馬槽河流域?qū)嶋H情況，分析其農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷。吳春蕾，馬友華等[28]分析了巢湖流域面源污染的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上建立了基于GIS的SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，打開(kāi)了巢湖流域農(nóng)業(yè)面源污染研究的新階段。鄭姍姍，Perrin J L等[29]利用ATHYS（ATelier HYdrologique Spatialise）模型對(duì)巢湖豐樂(lè)河流域進(jìn)行降雨-徑流模擬，為面源污染防治提供科學(xué)依據(jù)。歐陽(yáng)威，黃浩波等[30]運(yùn)用ECM（Export Coefficient Model）模型對(duì)巢湖柘皋河流域面源污染負(fù)荷進(jìn)行時(shí)空分析，進(jìn)而提出面源污染防治措施。王雪蕾，吳傳慶等[31]利用DPERS（Diffuse Pollution Estimation with Remote Sensing）模型，估算了巢湖流域2010年氨氮和化學(xué)需氧量面源污染負(fù)荷進(jìn)行估算與解析，并提出了相應(yīng)的解決措施。

2.4 面源污染防控研究 在充分認(rèn)識(shí)到面源污染的危害后，大量學(xué)者積極研究面源污染防治技術(shù)，并提出諸多措施進(jìn)行面源污染治理。尹澄清，毛戰(zhàn)坡[32]根據(jù)巢湖流域多小型湖泊和濕地的特點(diǎn)，提出“多塘法”治理面源污染。李如忠等[33-34]通過(guò)對(duì)巢湖流域農(nóng)業(yè)氮、磷營(yíng)養(yǎng)物的來(lái)源和輸送、轉(zhuǎn)化途徑的分析，提出控源、截留及構(gòu)建湖濱生態(tài)系統(tǒng)來(lái)削減、凈化氮、磷營(yíng)養(yǎng)物面源污染的控制對(duì)策。石健，石潤(rùn)圭[35]在綜合分析巢湖流域農(nóng)業(yè)面源污染情況的基礎(chǔ)上，提出來(lái)面源污染治理的指導(dǎo)思想、技術(shù)路線(xiàn)。王曉輝，張之源等[36]從陸域及水體治理兩方面提出流域面源污染控制的相應(yīng)措施。王桂苓，馬友華等[37]通過(guò)對(duì)巢湖流域種植業(yè)的污染調(diào)查分析，提出了巢湖面源污染控制措施。汪潔，欒敬東等[38]則對(duì)巢湖流域種植業(yè)、禽畜養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的污染調(diào)查基礎(chǔ)上，提出采用生態(tài)補(bǔ)償?shù)闹卫泶胧┙鉀Q面源污染問(wèn)題。汪巧玲[39]通過(guò)總結(jié)巢湖流域農(nóng)村面源污染現(xiàn)狀，從生活污水治理和沼氣工程兩方面提出面源污染綜合整治措施。

3 展望與建議

面源污染問(wèn)題的解決，首先要加強(qiáng)面源污染的產(chǎn)生、遷移與轉(zhuǎn)化機(jī)理研究。巢湖流域農(nóng)業(yè)面源污染研究在此方面已較為完善，但是相關(guān)研究只是短暫的監(jiān)測(cè)研究，再加上研究人員采用的統(tǒng)計(jì)方法不同、研究數(shù)據(jù)難以共用，因而影響了巢湖流域面源污染研究的進(jìn)一步開(kāi)展。由此可見(jiàn)，建立巢湖流域面源污染信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)科研數(shù)據(jù)的共享共用，對(duì)今后面源污染研究具有重要意義。

面源污染的模型研究不僅是巢湖流域研究的熱點(diǎn)，也是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。90年代后，“3S”技術(shù)在面源模型研究中的運(yùn)用使得地面信息數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量都大為進(jìn)步，從而大大加強(qiáng)了面源模型的應(yīng)用性能，同時(shí)也促進(jìn)了大流域面源模型的迅速發(fā)展，“3S”技術(shù)與面源模型的連接已成為面源模型研究范疇中的熱門(mén)課題，SWAT、AGNPS、BASINS模型都與GIS系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)系[40]。目前巢湖流域面源污染模型研究中所采用的WARMF、AnnAGNPS、SWAT、ATHYS、ECM、DPERS等模型都是對(duì)國(guó)外模型進(jìn)行驗(yàn)證和模擬應(yīng)用，缺少基于本流域情況的模型研制與開(kāi)發(fā)。結(jié)合“3S”技術(shù)開(kāi)發(fā)適合本流域特點(diǎn)且能放映時(shí)空變化特征的面源污染負(fù)荷模型將是今后研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

農(nóng)業(yè)面源污染防控是一項(xiàng)長(zhǎng)期且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，迫切需要建立并完善一整套的政策體系，來(lái)實(shí)現(xiàn)污染防控的目標(biāo)。近年來(lái)最佳管理措施（Best Management Practices，BMPs）受到較多關(guān)注[41-44]，特別是當(dāng)中的非工程措施，因其投入成本低、農(nóng)民參與等特點(diǎn)被認(rèn)為是面源污染防控最有效的措施。在目前的巢湖流域面源污染防控技術(shù)研究中，只是零星提到BMPs的一些措施，但并未形成完整的體系。此后，應(yīng)加強(qiáng)BMPs在巢湖流域的運(yùn)用及效應(yīng)評(píng)估研究，探索適宜巢湖流域?qū)嵉厍樾蔚拿嬖次廴痉揽赜?jì)劃，以有效解決流域農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題。

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