文獻綜述---農業(yè)非點源污染研究進展

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設計)</p><p><b>　　文獻綜述</b></p><p><b>　　二○一〇年三月</b></p><p>　　農業(yè)非點源污染研究進展</p><p>　　摘 要 :隨著農業(yè)投入的加大 ,農業(yè)非點源污染造成的影響逐漸凸顯 ,環(huán)境壓力越來越大 。國內外

2、農業(yè)非點源污染現(xiàn)狀已引起高度關注 ,各國學者已經從非點源污染物污染特征 類型 污染負荷輸出模型模擬等不同方面進行了系統(tǒng)地探索和研究 。國外農業(yè)非點源污染研究起步于 20世紀60年代 ,中國的非點源污染相關研究起步較晚 ,仍局限于狹義的非點源污染的研究 。本文重點介紹了國內外目前的污染現(xiàn)狀和農業(yè)非點源污染模型的研究進展 ,同時分析了非點源污染形成的原因 ,并在此基礎上討論了目前研究中存在的問題和未來的發(fā)展方向。</p>&l

3、t;p>　　關鍵詞 :農業(yè)非點源污染 ;現(xiàn)狀 ;研究進展</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著近現(xiàn)代農業(yè)投入的增加以及物質需求的改變 ,農業(yè)生產造成的農田土壤養(yǎng)分流失以及對生態(tài)環(huán)境造成的壓力越來越大 ,農業(yè)生產和農業(yè)活動造成的非點源污染在環(huán)境污染中的影響也越來越凸現(xiàn) :農業(yè)非點源污染。是指在農業(yè)生產活動中 ,農田中的土粒 ，

4、氮素,磷、農藥及其它有機或無機物質 ,在降水或灌溉過程中 ,通過農田地表徑流農田排水和地下滲漏 ,使大量污染物進入水體而形成的水環(huán)境污染。主要包括土壤流失，化肥污染，農藥污染,畜禽養(yǎng)殖污染及其它農業(yè)生產過程中造成的非點源污染 。對非點源污染的認識和重視始于20世紀70年代的美國 ,短短的幾十年時間 ,人們意識到了非點源污染的嚴重性和治理的緊迫性 。目前 ,非點源污染已經成為世界范圍內普遍存在的全球性環(huán)境問題 ,研究表明 ,非點源污染是導

5、致地表水污染的主要原因 ,而農業(yè)非點源污染占據的比重最大 。</p><p>　　2 非點源污染定義及其基本特征</p><p>　　2. 1. 非點源污染及農業(yè)非點源污染</p><p>　　非點源 ( Non - point source ) 污 染 也 稱 面 源 污染或者分散源污染 , 它是指時空上無法定點監(jiān)測的 ,與大氣 水文 土壤 植被 土質 地貌

6、 地形等環(huán)境條件和人類活動密切相關的 , 可隨時隨地發(fā)生的 ,直 接 對 水 環(huán) 境 構 成 污 染 的 污 染 物 來 源 。具體來看其來源有以下五個方面 , 一是農田徑流營養(yǎng)成分的流失 , 二是農村生活污水及生活垃圾無處理排放 ,三是分散式養(yǎng)殖場禽畜糞便排放 ,四是農田水土流失 ,五是城市徑流污染物流失 ,在這五個方面中前四個都是來自于農業(yè)生產活動 , 因此狹義的非點源污染就是指農業(yè)非點源污染 。農業(yè)非點源污染是指在農業(yè)生產中 ,

7、氮素和磷素等營養(yǎng)物質，農藥，有機或者無機污染物質，通過農田的地表徑流和農田滲漏 。</p><p>　　2.2　農業(yè)非點源污染的基本特征</p><p>　　2. 2.1 分散性和隱蔽性 </p><p>　　與點源污染的集中性相反 ,非點源污染具有分散性的特征 ,它隨流域內土地利用狀況 地形地貌水文特征 氣候 天氣等的不同而具有空間異質性和 時間上的不均勻性

8、。排放的分散性導致其地理邊界 和空間位置的不易識別 。</p><p>　　2. 2. 2 .隨機性和不確定性 </p><p>　　大多數非點源污染問題 ,包括農業(yè)非點源污染 ,涉及隨機變量和隨機影響 。區(qū)分進入污染系統(tǒng)中的隨機變量和不確定性對非點源污染的研究是很重要的 。例如 ,農作物的生產會受到天氣的影響 ,因為降雨量的強度 空氣溫度 空氣濕度的變化會直接影響。</p>

9、<p>　　2.2.3 廣泛性和不易監(jiān)測性 </p><p>　　由于非點源污染涉及多個污染者 ,在給定的區(qū)域內它們的排放是相互交叉的 ,加之不同的地理 、象、水文條件對污染物的遷移轉化影響很大 ,因此很難具體監(jiān)測到單個污染源的排放量 。</p><p>　　2.2.4　滯后性和模糊性</p><p>　　農田中農藥和化肥施用造成的污染 ,一般在降雨時

10、才對水環(huán)境產生影響 ,若施用化肥即遇到降雨 造成的非點源污染將會十分嚴重 。農藥和化肥在農田存在的時間長短決定非點源污染形成的滯后性的長短 。通常 ,一次農藥或化肥的使用所造成的非點源污染將是長期的 。</p><p>　　2.2.5 研究和控制難度大</p><p>　　由于非點源污染來源的復雜性 ,機理的模糊性 和形成的潛伏性 ,需要考慮流域內的地形條件 土壤類型 農藥和化肥的試用量

11、農作物生長季節(jié)和農村居民的生產生活方式等等 ,因此在研究和控制非點源污染方面具有較大的難度 。</p><p>　　3 國內外農業(yè)非點源污染現(xiàn)狀</p><p>　　據統(tǒng)計 ,目前全球有 30% ～50%的地表水體受到非點源污染的影響 ,并且在全世界不同程度退化的12億 hm2的耕地中 ,有 12%是由農業(yè)非點源污染引起的 。美國 1990 年報告顯示 : 美國的非點源污染約占污染總量的

12、2/3,其中農業(yè)非點源污染占非點源污染總量的 68% ～83% ,影響到 50% ～70%的受污染或威脅的地表水體 。 2006 年美國水質監(jiān)測報告顯示 :農業(yè)非點源污染已成為影響監(jiān)測水域的最主要的來源 ,是污染河口水質的第三大污染源 ,并且在地下水污染和沼澤退化中起主要作用 。在歐洲國家 ,農業(yè)非點源污染也是影響水質的主要因素 ,尤其是農用化肥造成的硝酸鹽聚集對地下水和飲用水的污染程度還維持在一個較高的水平 。荷蘭農業(yè)造成了當地地下水

13、中 60%的總氮和 40% ～50%的總磷流失 ,主要就是由大面積的施肥作業(yè)造成的 。法國諾曼底塞納河水管理局 2006 年一項研究結果顯示 ,塞納河及其支流流域的地下水有近 25%采樣點的硝酸鹽濃度超過 40mg?L 。</p><p>　　我國農業(yè)非點源污染的情況也不容樂觀 。隨著點源污染控制能力的提高 ,非點源污染的嚴重性逐漸顯現(xiàn)出來 。20世紀 60年代以來我國農田的化肥投入逐年增加 ,目前已成為世界上最

14、大的化肥生產國和消費國 。2004年我國農田化肥氮 ( 2583萬t)通過損失進入環(huán)境的數量達到 493. 4 萬 t; 其中通過淋洗和徑流損失分別有 129. 1 萬 t進入地下水 , 51.7萬 t氮進入地下水 。這些氮導致地表水的富營養(yǎng)化 地下水的硝酸鹽富集 ,嚴重影響了水環(huán)境 。據統(tǒng)計 ,在每年進入長江和黃河的氮素中 ,分別有 92%和88%來自農業(yè) ,特別是化肥氮約占 50% 。我國也是世界上農藥生產和使用大國 。目前 ,中國

15、農藥生產量達 46萬t(有效成分) ,使用量居世界第一 ,近10多年來 ,農藥使用量每年基本穩(wěn)定在 23萬t左右 。長期 大量 、合理使用農藥必然導</p><p>　　致土壤 地表水 地下水和農產品的污染 。在農業(yè)生產中 ,大量地施用化肥 農藥帶來的農業(yè)污染已經成為影響水環(huán)境的主要原因 ,而化肥利用率低下 農藥施用過量則加劇了農業(yè)非點源污染的程度 。據粗略估算 ,我國水體污染物中來自農業(yè)非點源污染的大約占 1

16、/3 。農業(yè)非點源污染對水體造成的富營養(yǎng)化以太湖 滇池和巢湖為例 ,非點源污染已經成為入湖全氮和全磷負荷的主要來源 ,其中全氮貢獻率分別為 59% 、33%和63% ,全磷貢獻率分別為 30% 、41%和 73% 。</p><p>　　4 我國農業(yè)非點源污染形成的主要成因</p><p>　　農業(yè)非點源污染受降水時間和地表徑流循環(huán)過程的影響和支配 ,由此產生的污染隨機性強 ,影響因子繁

17、多 ,污染種類多樣 ,污染物數量 排放途徑 發(fā)生時間 發(fā)生條件均具有不確定性 。</p><p>　　4. 1 主要污染來源</p><p>　　4. 1. 1　化肥污染</p><p>　　我國建國以來農業(yè)生產的快速發(fā)展離不開化肥投入所做的貢獻 ,但隨著生產規(guī)模和需求的擴大化 ,在追求效益的同時也隨之產生了一系列環(huán)境問題 。長期以來 ,由于施肥時間 施肥方法 施

18、肥量的不合理 , 我 國 的 肥 料 利 用 率 較 低 , 一 般 僅 為 30% ～40% ,約有 70%的化肥殘留在土壤 水體和大氣中 ,大量肥料隨降雨 徑流 淋溶 滲漏等途徑而損失 。不合理的施肥方式容易造成土壤板結以及鹽漬化 ,致使地力下降 ;部分化肥分解后的鹽分隨農業(yè)退水和地表徑流進入江 ，河，塘引起地表水富營養(yǎng)化 ;氮肥隨降水或徑流下滲 , 還會造成地下水硝酸鹽富集 ,并且硝酸鹽含量會隨著氮肥用量的增加而升高 ;尿素的過量

19、使用也會造成農田土壤的短期堿化 長期酸化和鹽化 ,進而危害農田土壤有益生物的生存 。在很多地方 , 由于過量施用化肥造成土壤肥力持續(xù)下降 ,農民為維持農田生產能力 ,更加依賴于增施化肥 ,從而形成了污染 →土壤肥力持續(xù)下降 →加大化肥農藥使用量 →加重農業(yè)面源污染的惡性循環(huán)狀態(tài) ,從而導致農田土壤生態(tài)環(huán)境的嚴重惡化 。</p><p>　　4. 1. 2　農藥污染</p><p>　　農

20、藥施用大量超標和不合理使用是導致污染的根本原因 ,據統(tǒng)計 ,有 84%以上的農民會超過規(guī)定標準劑量用藥 ,某些高毒 高殘留的農藥進入環(huán)境中 ,污染農作物 土壤大氣 ,并隨降水等污染水體 。農藥的使用不當 ,致使噴灑出的大量的農藥只有極少部分能到達要防治的靶標上 。據 M etcalf ( 1980 ) 估算 , 從施藥器械噴灑出去的農藥只有 25% ～50%能沉積在作物葉片上 ,不足 1%的藥劑能沉積在靶標害蟲上 ,僅有不足 0. 03

21、%的農藥能起到殺蟲作用 。農藥使用的低效率 ,不僅浪費了農藥還污染了環(huán)境 。農藥的高殘留性也給環(huán)境帶來很大的危害 。根據不完全統(tǒng)計數據和研究資料 ,土壤農藥污染主要以有機氯農藥殘留為主 ,并且由于這種殘留的長期性 ,其對我國土壤的污染仍將持續(xù)相當長的一段時期 。農藥的大量使用 ,除了對防治的靶標作用以外 ,還對靶標的環(huán)境生物產生毒性 ,對害蟲天敵的殺傷可以引起害蟲的再猖獗 。由此可見 ,農藥對環(huán)境的影響是多方面的 。</p&g

22、t;<p>　　4. 1. 3　集約化養(yǎng)殖污染</p><p>　　改革開放以來 ,中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展 ,但有一部分農村養(yǎng)殖場卻存在設備簡陋管理不善的情況 ,由此也帶來了畜禽糞便廢棄物的排放和污染問題 。養(yǎng)殖場排放出的大量廢水和糞便 ,堆存期間因降水而淋失出來的污染物排入到周圍的土壤環(huán)境 ,然后進入地表水 ,造成水體污染 ; 應用畜禽糞便污染的灌溉水或未經無害化處理的糞肥可導致食用農產品污染 ;

23、同時 ,由于水產養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展 ,人工投放餌料使水體中 N 和 P不斷增加 ,也是水體富營養(yǎng)化的又一主要物質來源 。</p><p>　　4. 1. 4　生活廢棄物及污水灌溉污染</p><p>　　隨著農村城市化的發(fā)展 ,農村生活垃圾和廢水的排放量以及種類也隨之大幅度增加 ,但廢棄物收集和處理設備卻在很多地區(qū)還沒有或不完善 。大量的生活垃圾隨意堆放 ,其滲漏液污染地表水和地下水 ,散發(fā)的惡

24、臭污染大氣 ; 更為嚴重的是污水灌溉 ,大量未經過處理的污水直接用于農田灌溉 , 污水中的 N、以及有毒物質直接進入土壤 ,造成土壤 作物及地下水的嚴重污染 ,直接危害著飲水和食物安全 。</p><p>　　4. 1. 5　農膜殘留污染</p><p>　　20世紀 80年代以來 ,農膜覆蓋技術廣泛應用 ,在帶來經濟效益的同時也造成了嚴重的環(huán)境問題 。大量的農膜殘留在土壤中甚至無法降解

25、,不但降低了土壤的滲透性能 減少土壤含水量 削弱耕地的抗旱能力 ,而且嚴重影響植物根系的生長發(fā)育和水肥運移 ,從而造成作物減產 。</p><p>　　4. 1. 6　秸稈污染</p><p>　　農村沒有得到合理利用的剩余秸稈 ,成為引發(fā)秸稈焚燒和資源浪費等問題的根源 。秸稈焚燒造成空氣中懸浮顆粒增多 ,對大氣環(huán)境造成污染 ,并且對人的正常生產和生活造成干擾 ;秸稈焚燒對土壤物理性質也

26、會造成不利影響 ,加重土壤板結 降低地力 加劇</p><p>　　干旱 ,使農作物生長受到影響 。</p><p>　　4. 2 　形成原因</p><p>　　4. 2. 1　農村經濟落后 發(fā)展緩慢</p><p>　　中國農村遍布各省市 ,其經濟水平和發(fā)展程度都存在很大的差異 ,而我國的農業(yè)又主要是靠農民來進行一系列活動 ,加之農民長期

27、以來受教育程度低 ,環(huán)保意識薄弱 ,因此單純依靠加大化肥、農藥的投入去追求經濟效益而忽略環(huán)境效益的情況不可避免 。這是我國產生農業(yè)問題的客觀原因 ,單靠技術難以解決 。</p><p>　　4. 2. 2　監(jiān)督管理不到位 推廣體系不健全</p><p>　　有關部門與農民缺乏聯(lián)系 , 對農民的不規(guī)范生產、經營行為缺乏指導和監(jiān)督 ; 農村的環(huán)保政策 、環(huán)保設施以及環(huán)保人員的配備均供給不足

28、,其環(huán)境問題也沒有引起足夠的重視 ;地方性環(huán)境保護法律法規(guī)可操作性差 執(zhí)法不嚴的現(xiàn)象普遍存在 。另外 ,我國農技推廣中還存在很多問題 ,比如投入強度低 ,經費使用不合理 ,推廣人員龐雜 素質不高等 。</p><p>　　4. 2. 3　技術落后 生產粗放</p><p>　　農業(yè)非點源污染的特點決定其難以監(jiān)測和控制 ,相應地 ,有效的防治技術不易出臺 ,從而農業(yè)非點源污染的情況無法得到有

29、效治理 。傳統(tǒng)的生產方式所造成的農業(yè)生產結構不合理和資源過度開發(fā) ,再加上人為破壞 ,也都加重了農業(yè)非點源污染的程度 。</p><p><b>　　5　國內外研究進展</b></p><p>　　國際上對非點源污染的研究大體上開始于 20世紀 60年代 ,一些學者在非點源污染的定量化研究中依據因果分析和統(tǒng)計分析的方法建立模型 , 80 年代以后進展迅速 ，模型構建

30、也從經驗型轉入機理型 , 研究的主要領域包括非點源污染的特征，負荷 ，地域 ，范圍 ，機理以及相關的影響因子等 。</p><p>　　5.1 國外農業(yè)非點源污染研究進展 </p><p>　　國外農業(yè)非點源污染研究起步于 20 世紀 60 年代 ,首先美 日等一些發(fā)達國家率先發(fā)展 , 70 年代以后在世界各地逐漸受到重視 , 80 年代農業(yè)非點源污染研究蓬勃發(fā)展 , 90 年代

31、, 新的污染物成為研究熱點 。國外的研究可以分為三個階段 :第一階段為 20 世紀 60 年代 - 70 年代初 。最初的研究是對非點源污染的因 (降雨徑流 ) 和果 (非點源污染物輸出 )的觀測資料進行分析 ,建立相關關系以計算非點源污染的負荷 。這一時期 ,分析土地利用方式與非點源污染負荷之間的內在聯(lián)系是非點源污染研究的重要形式 。主要成果包括“Green2Ampt入滲模型”,HSP水文模型,“農藥輸移和徑流模型—水文模擬程序—農業(yè)

32、徑流模型—非點源模擬模型”(PRT—HSP—ARM—NPS)、“來自農田統(tǒng)的化學物質、徑流和侵蝕模型”(CREAMS)、GLEAMS,“農業(yè)非點源污染模型”(AGNP),“區(qū)域非點源流域環(huán)境響應模擬(ANSWERS),“水侵蝕預測項目”(WEEP)。第三階段從20世紀90年代至今。這一階段的發(fā)展主要融合了GIS技術,充分考慮了空間變異性。國外在非點源污染模型研究中應用</p><p>　　5.2 國內農業(yè)非點源

33、污染研究進展</p><p>　　我國的農業(yè)非點源污染研究始于 20 世紀 80 年代的湖泊 、庫富營養(yǎng)化調查和河流水質規(guī)劃研究 。先后在 于 橋 水 庫 、滇池 、太湖 ，鄱陽湖 、巢湖 、鏡泊 湖，三峽庫區(qū)，水庫流域及沱江內江段 ，晉江等遼河鐵嶺段進行了探索性研究 ,內容主要涉及到非點源負荷研究 模型研究以及模型與 G IS結合技術等。從研究進程來看 ,大致可以分為兩個階段 :第一階段為 20 世紀 80 年

34、代 。此階段為起步階段 ,而該時期是國外模型快速發(fā)展時期 ,因此我國主要是借鑒學習國外經驗 ,開始探索非點源污染模型化的問題 。我國研究人員首先研究了水環(huán)境富營養(yǎng)化與非點源污染 土地利用方式與非點源污染負荷的關系 ,初步把握了非點源污染負荷的發(fā)生狀況 。發(fā)展較快的是基于受納水體水質分析 計算匯水區(qū)農業(yè)非點源污染輸出量的經驗統(tǒng)計模型 ,對土壤養(yǎng)分徑流損失和農藥化學物質進入土壤中遷移轉化及作用機理研究也取得了初步成果，通過土壤流失方程(U

35、SLE)，首次在我國用于非點源污染危險區(qū)域識別 。劉楓在 80年代中期在于橋水庫流域的研究中 ,應用了 USLE定量識別非點源污染發(fā)生的時空規(guī)律 。第二階段從 20世紀 90 </p><p>　　6 非點源污染存在的問題及展望</p><p>　　利用模型研究非點源污染表現(xiàn)了和準確性,從而建立了一種利用流域特征來估算水體污染負荷定量化的方法,其利用前景也是相當值得深入的。但是模型畢竟是

36、對現(xiàn)實問題的簡化,也存在著一定的問題。</p><p>　　6.1 模擬尺度的適用性問題</p><p>　　隨著規(guī)劃和模擬技術的不斷發(fā)展,非點源污染模型的模擬尺度不斷增大,可以模擬由幾千個小流域組成的大尺度流域。但是,模型的有效性都是在小尺度范圍內得到驗證的,我們把模型應用于較大的流域范圍是在假定模型中用到的參數在幾十米到幾千米的空間變化中仍然保持著有效性的,所以目前并沒有明確指出在大尺

37、度流域上如何確定參數是利用模型模擬非點源污染過程的一大障礙。</p><p>　　6.2 數據來源及精度問題</p><p>　　目前的分布式非點源污染機理模型所需的數據涉及水文、氣象、土壤、土地利用、化學物質、管理措施的各個環(huán)節(jié),所涉及的數據量日益增多,應用這些模型前建立驅動模型數據庫的工作量越來越大。但是,在中國要搜集到需要的所有數據是一項極其繁重和辛苦的工作,而且很有可能存在部分數據

38、缺失或者格式轉化的問題,甚至一些數據只能利用模型自帶的生成器來模擬生成這些數據,所以數據本身就比較粗略,那么用這些數據模擬出來的結果在精度上自然會受到極大的影響。因此,數據來源及精度問題也成為非點源污染模擬的瓶頸之一。</p><p>　　6.3對污染物遷移過程模擬問題</p><p>　　非點源污染的成分復雜、類型多樣,又有著不同于點源的特征,排放的分散性導致其地理邊界和空間位置不易識別

39、,加上它還與一系列水文氣象條件密切相關,因此非點源污染過程極其復雜,要模擬污染物質在這些水文氣象過程中的遷移轉化就顯得格外困難。但是模型只是對現(xiàn)實問題簡化的一個數學模型,輸入一整套數據就會產生與之相對應的一定結果,這在很大程度上是一個理想化的結果,只能作為參考.目前使用的大型分布式模型的結構組成其實也是一些簡單統(tǒng)計模型的綜合,所以對于復雜過程的模擬在模型開發(fā)過程中應更注重其物理化學機理。</p><p><

40、b>　　6.4展望</b></p><p>　　非點源污染研究的發(fā)展趨勢 ,包括以下幾個方面 :第一 建立以污染物產生和遷移轉化機理為基礎的，適用于較大流域和便于推廣應用的非點源污染模型 ;第二 逐漸擴大研究對象的范圍 ,要加強農藥,重金屬等有毒有害化學物質的負荷 遷移和轉化等發(fā)面的模擬。第三 :將非點源污染模型的研究進一步。第四 :建立適合國情的農業(yè)非點源污染的數據庫及評價指標體系,為國家決策

41、和宏觀管理提供支撐。第五：多學聯(lián)合， 擴展非點源污染模型模擬的范圍 ,將非點源污染模型模擬應用到整個生態(tài)系統(tǒng)過程中。</p><p><b>　　參考文獻:</b></p><p>　　[1]黃晶晶,林超文,陳一兵,等.中國農業(yè)面源污染的現(xiàn)狀及對策[J].安徽農學通報,2006,12(12):47248.</p><p>　　[2]劉紀輝,賴格

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