巢湖流域農業面源污染研究綜述

季軍民+劉慶廣

摘 要：隨著巢湖流域經濟社會的進一步發展，農業面源污染問題日漸突出，成為當前研究熱點。根據文獻總結綜述巢湖流域農業面源污染的研究現狀，在此基礎上簡要討論研究中存在的問題并展望今后的研究工作。

關鍵詞：巢湖流域；農業面源污染；研究現狀；建議

中圖分類號 X592 文獻標識碼 A 文章編號 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，是全國五大淡水湖之一，流域面積大，水網縱橫，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，東經裕溪河流入長江。流域豐富的自然資源和良好的生態環境為區域的經濟社會發展提供了優越的條件。

隨著巢湖流域經濟社會的迅猛發展，人口的不斷集聚，巢湖污染問題日益突出。通過“零點治理”等行動，工業點源污染得到有效的控制，然而巢湖污染問題并沒有明顯好轉，因此農業生產帶來的面源污染逐漸成為研究的熱點。歐美國家的治水經驗表明，點源污染源達到零排放后，江河湖海的水質恢復情況仍不樂觀，其中主要原因之一就是于面源污染的影響[1-6]。據崔健，馬友華等[7]的研究表明，全球30%～50%的地區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]在巢湖流域對不同土地利用方式的表徑流監測試驗后，指出面源污染已成為巢湖污染的主要原因。如今，農業面源污染已成為巢湖水體污染的主要原因，嚴重限制了巢湖流域經濟社會的可持續發展，農業面源污染治理已刻不容緩。本文通過查閱相關文獻，總結近30a來的研究現狀，并在此基礎上對流域面源污染研究提出一些看法。

1 農業面源污染的定義

面源污染（diffused pollution，DP），在我國又稱非點源污染（non-point source pollution，NPS），是一個相對點源污染（point source pollution）而言的名詞。美國環境保護局（USEPA）將其定義為溶解和固體的自然或人類活動的污染物從非特定地點，在降水或融雪沖刷作用下，經過徑流、滲漏、滲透過程而匯入受納水體（包括河流、湖泊、濕地、近海水體和地下水等）引起的有機污染、水體富營養化或其他有毒有害污染[9]。目前國內對農業面源污染尚未有統一的定義，一般來說，面源污染主要指農業面源污染。本文歸納相關文獻[10-11]，將其定義為：在農業生產活動中，氮磷鉀等營養元素、農藥、土粒以及其他一些有機或無機污染物質，在降水或徑流作用的沖刷下，大量污染物隨農田的徑流、排水和地下滲漏進入受納水體，從而引起的環境污染。主要包括化肥污染、農藥污染、集約化養殖污染、農膜殘留污染。此外，還包括農村生活垃圾等造成的污染。

與點源污染相比，面源污染存在許多明顯不同的特點，這在不少文獻[7，12]都有總結，可將其歸納為隨機性、分散性、廣泛性、難監測性、滯后性。由于降水的隨機性，直接影響了面源污染發生的時空范圍，致使面源污染的發生也具有隨機性、分散性和廣泛性的特點。上述特點導致人們難以進行及時監測，給面源污染的研究、控制和治理工作帶來了較大困難。

2 巢湖流域面源污染研究現狀

20世紀80年代初，我國前后在于橋水庫、太湖、滇池、巢湖、三峽庫區等湖泊、水庫開展富營養化調查和河道水質規劃研究，拉開了我國面源污染研究的序幕。在巢湖流域，閻伍玖，王心源[13]經過對巢湖流域基本情況的全面分析和流域內營養物地表徑流輸入量與不同土地利用類型之間的關聯進行研究，為巢湖流域面源污染的控制提供依據。張之源，王培華等[14]根據1986-1995年近10a的巢湖水質監測數據，分析得出總氮、總磷的面源污染負荷分別占總量的49%和40%，并就面源污染治理提出了一些對策。這一階段主要是研究分析土地利用類型與污染物之間的關系，立足于受納水體的水質，估算流域面源污染物輸入量。這些都只是對巢湖流域面源污染的特征與污染負荷定量計算的初步研究。

20世紀90年代末，盡管流域內工業點源和城鎮生活點源污染控制與治理水平的不斷提高，但巢湖水質沒有明顯的改善，水污染狀況依然十分嚴重。因此，對巢湖流域面源污染問題應多加關注，除此之外，相關研究也要持續跟進。

2.1 面源污染的產生、遷移與轉化機理研究 農業面源污染物來自于土壤中的農業化學物質，它的產生、遷移與轉化過程實際上是污染物從土壤圈向其他圈層，特別是水圈，擴散的過程。因此，農業面源污染實際上是一種擴散污染，對其機理的研究主要有2個方面，一是污染物在土壤圈中的遷移與轉化行為；二是污染物在外界條件下（降水、澆灌等）從土壤向水體擴散的過程[15]。第一方面是研究的基礎，第二方面是研究的重點和關鍵。

農業面源污染的產生、遷移與轉化機理是我們進行模擬監測的基礎。金慶海，朱素菊等[16]通過對合肥市巢湖流域地區各種徑流排入水體的總磷量的統計分析，表明畜禽養殖排磷量占總負荷的14.61%，水產養殖排磷量占總負荷的2.17%，磷物質面源污染所占比重較大。毛戰坡，彭文啟等[17]通過在巢湖鮑家塘流域對氮素污染物進行的研究，提出了面源污染的“源-匯”機制。農田土壤氮、磷元素的大量流失是引起農業面源污染的主要原因，近期關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行觀測實驗，結果表明秸稈覆蓋區與傳統耕作區相比，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，測算氮、磷元素通過地表徑流的流失情況，得出旱田氮素主要以硝態氮形式流失，水田氮素則以銨態氮形式流失為主。蔣尚明，袁先江等[20]在巢湖上游典型塘壩灌溉區域進行降雨徑流模擬，結果表明塘壩灌溉系統能有效的減少農業面源污染負荷。

2.2 土地利用方式對面源污染研究 土地利用方式是面源污染研究的關鍵領域，不合理的土地利用方式必然會導致化肥、農藥的過量輸入，過量的氮、磷等元素通過地表徑流入湖泊，從而造成面源污染。閻伍玖，鮑祥[21]通過對巢湖流域11種不同土地利用方式地表徑流的監測以及土壤養分流失狀況的測定，分析了不同土地利用方式對面源污染的貢獻程度，最后建議合理的利用土地。王宗志，金菊良等[22]運用模糊聚類對應分析方法對閻伍玖、鮑祥的研究數據進行分析，結果表明巢湖流域的土地利用方式與地表徑流營養鹽流失存在明顯的相關性：總磷和水溶性磷的污染主要來自沖畈水田、山芋地、小麥地、飼養地、荒地等的徑流輸入，而總氮、水溶性氮和水溶性COD的輸入主要來自大豆地、菜園地、山坡地、農村道路等的徑流輸入。陳劍，劉云慧等[23]在巢湖流域杭埠-豐樂河開展2001—2008年不用土地利用與面源污染間關系的研究，表明農田的氮磷污染負荷明顯高于林地，增加林地面積可減少氮、磷元素的流失。金瀟，熊鴻斌[24]從不同角度對巢湖流域合肥地區2001—2010年10a間的面源總磷污染負荷進行分析，探討了土地利用變化對流域面源污染的影響，最后提出相應的土地應用管理措施。常龍飛，王曉龍等[25]對巢湖典型低丘山區坡地的6種重要土地利用類型進行研究，通過定位觀測與收集坡面壤中流，探討該區域土壤養分流失動態變化特征。

2.3 面源污染模型研究 模型可以簡化復雜的實際情況，幫助人們認識和理解一些不能直接觀察或復雜的過程。通過對面源污染模型的模擬，研究人員可以對全流域及小流域面源污染的產生、遷移與轉化機理進行定性定量描述，分析面源污染產生的時空特征，識別其主要來源與遷移路徑，預報污染產生的負荷以及對水體可能產生的影響，也可用于評估土地利用變化以及不同管理與技術措施對面源污染負荷和水質的影響，為流域水環境規劃與管理提供決策依據。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域之一。

孫莉寧，張之源[26]在巢湖杭埠-豐樂河流域運用WARMF（Watershed Analysis Risk Management Framework）模型對面源污染進行分析，并對總懸浮物和總氮污染負荷進行研究。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實際情況，分析其農業面源污染負荷。吳春蕾，馬友華等[28]分析了巢湖流域面源污染的特點，并在此基礎上建立了基于GIS的SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，打開了巢湖流域農業面源污染研究的新階段。鄭姍姍，Perrin J L等[29]利用ATHYS（ATelier HYdrologique Spatialise）模型對巢湖豐樂河流域進行降雨-徑流模擬，為面源污染防治提供科學依據。歐陽威，黃浩波等[30]運用ECM（Export Coefficient Model）模型對巢湖柘皋河流域面源污染負荷進行時空分析，進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年氨氮和化學需氧量面源污染負荷進行估算與解析，并提出了相應的解決措施。

2.4 面源污染防控研究 在充分認識到面源污染的危害后，大量學者積極研究面源污染防治技術，并提出諸多措施進行面源污染治理。尹澄清，毛戰坡[32]根據巢湖流域多小型湖泊和濕地的特點，提出“多塘法”治理面源污染。李如忠等[33-34]通過對巢湖流域農業氮、磷營養物的來源和輸送、轉化途徑的分析，提出控源、截留及構建湖濱生態系統來削減、凈化氮、磷營養物面源污染的控制對策。石健，石潤圭[35]在綜合分析巢湖流域農業面源污染情況的基礎上，提出來面源污染治理的指導思想、技術路線。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措施。王桂苓，馬友華等[37]通過對巢湖流域種植業的污染調查分析，提出了巢湖面源污染控制措施。汪潔，欒敬東等[38]則對巢湖流域種植業、禽畜養殖業、水產養殖業的污染調查基礎上，提出采用生態補償的治理措施解決面源污染問題。汪巧玲[39]通過總結巢湖流域農村面源污染現狀，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

面源污染問題的解決，首先要加強面源污染的產生、遷移與轉化機理研究。巢湖流域農業面源污染研究在此方面已較為完善，但是相關研究只是短暫的監測研究，再加上研究人員采用的統計方法不同、研究數據難以共用，因而影響了巢湖流域面源污染研究的進一步開展。由此可見，建立巢湖流域面源污染信息數據庫，實現科研數據的共享共用，對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，也是國內外研究的熱點。90年代后，“3S”技術在面源模型研究中的運用使得地面信息數據的數量和質量都大為進步，從而大大加強了面源模型的應用性能，同時也促進了大流域面源模型的迅速發展，“3S”技術與面源模型的連接已成為面源模型研究范疇中的熱門課題，SWAT、AGNPS、BASINS模型都與GIS系統進行了聯系[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等模型都是對國外模型進行驗證和模擬應用，缺少基于本流域情況的模型研制與開發。結合“3S”技術開發適合本流域特點且能放映時空變化特征的面源污染負荷模型將是今后研究的一個熱點。

農業面源污染防控是一項長期且復雜的系統工程，迫切需要建立并完善一整套的政策體系，來實現污染防控的目標。近年來最佳管理措施（Best Management Practices，BMPs）受到較多關注[41-44]，特別是當中的非工程措施，因其投入成本低、農民參與等特點被認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，應加強BMPs在巢湖流域的運用及效應評估研究，探索適宜巢湖流域實地情形的面源污染防控計劃，以有效解決流域農業面源污染問題。

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