基于种植业面源污染控制的星云湖流域种植业结构优化

以星云湖流域为研究对象,种植业化肥流失量最低为目标函数,种植面积、粮食需求、经济状况等为约束构建线性规划模型,得到2020年星云湖流域种植结构的优化结果:(1)2005—2015年种植面积最大的是经济作物(1 1069.93 hm~2),最小的是果树(909.40 hm~2),缓坡地的种植面积远远大于陡坡地。总体上水稻、旱粮的种植面积逐渐减少,经济作物逐渐增加,果树先增加后稳定。(2)优化后预测2020年星云湖流域水稻的种植面积为3 471.56 hm~2,旱粮为2 571.53 hm~2,经济作物为7 966.92 hm~2,果树为2 149 hm~2。相对于2015年,2020年水稻面积增长1 276.49 hm~2,旱粮增长1 051.84 hm~2,果树增加1 239.6 hm~2,经济作物减少3 103.01 hm~2。(3)预测2020年优化后的种植结构下化肥流失量总计663.79 t,2015年为890.55 t,减少25.47%。在各种污染物中总氮减少最多,其次为总磷和氨氮,硝态氮和可溶性磷的流失量有所增加。     

洱海流域农业面源污染研究进展

农业面源污染控制是洱海水质保护必须直面的不可逃避的问题。在系统调研洱海流域农业面源污染领域研究成果的基础上,归纳了洱海流域不同农业产业、行政区域、农用地、入湖河流和入湖河口湿地农业面源污染分布及特征,介绍了洱海流域农业面源污染研究采用的技术,总结了入湖河口湿地、农田灌排沟渠和湖滨缓冲带对洱海流域农业面源污染治理产生的积极作用,阐明大蒜不合理的施肥和轮作模式,奶牛、猪和肉牛等大牲畜的养殖以及土地利用的频繁改变等是导致洱海流域农业面源污染负荷产生的主要原因。通过合理的化肥减量施用、有机肥替代化肥、水稻-蚕豆轮作以及蚕豆间作大蒜模式,既能削减农业面源污染负荷,又能保证作物优质适产。针对洱海流域农业面源污染综合防治存在的问题,提出今后应加大农村生产生活、入湖河流生态系统以及养殖业等对洱海流域农业面源污染影响的研究。     

农业政策对种植业面源污染的影响分析

基于公共政策外部性理论,选择政策评估的侧面影响模型作为农业政策环境评价的基本模型;采用多元线性回归分析方法识别我国不同区域种植业面源污染的农业政策影响因素,研究现有农业政策如何通过调整单位面积化肥使用量而对种植业面源污染产生影响。结果表明,现行的农业土地政策、农业结构政策、农业财政政策和农村人力资源政策均对种植业面源污染有显著影响,农业政策对种植业面源污染风险的缓解有正向、负向2种效应;影响各区域种植业面源污染的农业政策指标组合互有差异,同一个农业政策指标对不同区域种植业面源污染影响的正负效应也有差异。侧面影响模型结合多元线性回归分析适用于农业政策环境评价研究;农业政策对种植业的面源污染影响分析能够为政策层面进行种植业面源污染风险控制与管理提供理论参考。     

不同覆盖方式对红壤坡耕地氮磷流失的影响

环洞庭湖坡耕地氮磷流失是湖泊水体富营养化的重要原因.以环洞庭湖红壤坡耕地玉米为研究对象,通过田间小区试验,研究常规施肥(CK)、常规施肥+秸杆覆盖3 000 kg/hm~2(A)、常规施肥+秸杆覆盖6 000 kg/hm~2(B)、常规施肥+地膜覆盖(C)对玉米生长和面源氮磷流失的影响.结果表明,不同覆盖方式能够有效减少地表径流量和泥沙流失量,其中径流量较CK减少了18.7%～25.3%,而泥沙流失量减少了11.3%～24.5%.覆盖处理A、B、C氮总流失量分别降低33.6%、41.9%、48.3%;磷总流失量,覆盖处理A、C分别降低15.4%、21.6%,而覆盖处理B与CK相近.秸秆与地膜覆盖有利于玉米增产,秸秆与地膜覆盖不仅一定程度提高氮磷化肥肥效和肥料利用率,而且能减少农业面源污染.     

广东省农业面源污染时空变化及其防控对策

利用2009和2019年广东省农业统计年鉴数据,以广东珠三角、粤东、粤西和粤北为基本单元,选取农田化肥施用量、畜禽养殖粪便排放量构建农业面源污染核算清单,对广东4区域农业面源污染变化进行对比分析。结果表明:种养业结构调整是引起农业面源污染时空变化的主要原因。从2008—2018年,全省各区粮食作物播种面积下降、经济作物和其他作物种植面积增加;禽畜养殖量(以生猪养殖为例)珠三角、粤东养殖量缩减,粤西、粤北养殖量扩增。农业面源污染排放强度随之发生变化,2018年全省排放强度上升为687.45kg·hm~(-2),比2008年增加21.04kg·hm~(-2),其中珠三角、粤东有不同程度的下降,粤西、粤北有不同程度的上升;由农田施肥引起的TN排放强度除粤西上升外,其他区均下降,而TP排放强度各区均上升;由养殖业排放引起的COD、TN、TP排放强度,珠三角、粤东下降,而粤西、粤北则相应上升。因此,广东应结合各区农业实际,立足农业面源污染源头控制,排放过程拦截。应采取如下的措施:(1)加强主要农作物施肥技术研究,提高肥料利用效率;(2)以高标准农田建设为契机,提升农业机械化水平,推广应用节水灌溉和水肥一体化等农业先进技术;(3)深入开展禽畜粪污土地承载力研究,提高禽畜粪污资源化利用效率等防控对策。     

浙北地区平原河网农村小流域面源污染调查与防治对策——以德清县武康镇新琪村为例

以浙江省德清县武康镇新琪村为例,通过污染源及水环境调查,分析平原河网农村小流域面源污染的产生来源与特点,并估算调查区域面源污染负荷及比例.研究结果表明,研究区面源污染的主要来源是水产养殖业、农村生活污水和种植业,水产养殖业氮、磷污染负荷占总污染负荷的31.73%和21.59%;农村生活污水对磷污染负荷贡献最大,占39.48%;氮、磷养分投入过高,导致种植业氮、磷污染负荷比例分别为27.69%和28.53%;畜禽养殖业氮、磷污染负荷比例分别为10.75%和10.40%,对区域氮、磷污染贡献率最低.建议将农业面源污染的控制重点从传统的粮食作物种植区转移到高投入密集型种植业,通过合理的工程和技术措施降低水产养殖业和农村生活污水的污染排放量.     

三峡库区笋溪河流域面源污染及其与土壤可蚀性k值的关系

研究三峡库区面源污染特征及其与水土流失的关系,可为库区氮磷污染和土壤侵蚀控制提供依据.选择三峡库区库尾笋溪河流域,在流域内分园地、林地和耕地3种土地利用类型共采集126个土壤样品,并在主干和支流采集52个水质样品.根据EPIC模型计算土壤可蚀性k值,分析流域内土壤可蚀性k值对面源污染的影响.结果表明,笋溪河流域面源污染主要是氮污染,总氮均值达1.37 mg/L,氮素的主要形态为硝态氮,占总氮的71.2%;总磷浓度为0.1 mg/L.流域内土壤可蚀性k值均值为0.040,随着土层加深土壤可蚀性k值呈上升趋势;林地土壤可蚀性k值显著低于园地和耕地.笋溪河流域总氮浓度与园地和耕地0-20 cm土壤可蚀性k值有关,硝态氮浓度与耕地0-40 cm土壤可蚀性k值有关.因此,笋溪河流域面源污染严重,主要来源是耕地和园地,应实行免耕、植物篱等措施,同时减少化肥施用,增加有机肥比例,以增加土壤抗侵蚀能力,进而控制流域水土流失和面源污染.(图6参37)     

不同减量施肥条件下稻田田面水氮素动态变化及径流损失研究

采用过量施用化肥获得高产已成为近年来太湖地区的普遍现象,而由此引发的农业面源污染对水体生态环境恶化的贡献值也越来越大。通过对苕溪流域地区的田间试验,研究了8种不同减量施肥处理条件下,稻田田面水中氮素的动态变化特征和径流损失量,研究结果表明,（1）各处理铵氮浓度在施肥后迅速上升,1～3d达到最大值,而总氮在施肥后第1天便达到峰值,之后随时间变化逐渐下降,铵氮、总氮浓度在一周之后均降至较低水平。（2）田面水中铵氮／总氮比在施肥后3～7d达到峰值,之后逐渐下降。（3）田间任何1次的径流排水均会造成田面水氮素的流失,径流排水发生的时间与施肥时间间隔越小氮素的流失负荷就越大。（4）各减量化施肥处理年度累计流失负荷较常规施肥处理下降6％～53％,当季稻田氮素流失率在1．4％～2．6％之间。为减少农田氮肥使用量,降低氮素流失量,减缓农业面源污染提供理论依据。     

鄂东南云中湖近50a沉积物微量元素记录

近年来湖北省通山县九宫山风景区的云中湖污染日益严重,已引起诸多关注,然而目前并不清楚该湖生态环境变化轨迹以及原因。通过对云中湖沉积物年代学、微量元素、有机碳和粒度分析,结合聚类分析和地质累积指数等方法,揭示近50a云中湖环境变化历史。结果表明,云中湖沉积物中14种微量元素含量随深度呈相似的变化趋势,且两两之间呈显著正相关关系,反映元素输入物源的一致性。在20世纪80年代前,湖底沉积物中微量元素含量变化很小,表明流域环境变化较小,20世纪80年代以来微量元素含量呈波动变化,其中在10和4 cm深度出现2次明显低值,下部低值与沉积物粒度增粗相对应,这可能是由于气候和人为旅游开发原因所致;顶部低值与有机碳含量增加相一致,反映了水体富营养化过程以及有机质输入对沉积元素的稀释作用。1993年以来元素V/Cr比值明显增加并超过2.0,反映底层水体向缺氧状态转变。各元素的地质累积指数小于0.5,表明云中湖重金属污染程度处于较轻水平。综合分析云中湖沉积物研究记录可知,20世纪90年代之前云中湖湖泊环境相对稳定,20世纪90年代以后流域环境发生明显变化,水体环境呈恶化趋势。     

长江经济带种植业碳排放时空特征及驱动因素研究

基于2001—2017年长江经济带种植业产值、有效灌溉面积以及种植业物资投入等统计数据,采用联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)碳排系数法对长江经济带种植业碳排放量进行测算,揭示该区域种植业碳排放时空特征,并利用对数平均权重的迪氏分解(LMDI)模型分析该区域种植业碳排放的驱动因素。研究结果表明:(1)长江经济带种植业碳排放量整体上得到有效控制且呈逐渐下降趋势;各省市种植业碳排放量及碳排放强度存在较大差异;种植业碳源以化肥为主,其占比超过50%,且化肥、农药和翻耕的投入比重呈下降趋势。(2)农业经济水平是该区域种植业碳排放增加最主要的驱动因素;农业生产效率是种植业碳排放减少的最主要驱动因素;农业生产结构整体上对种植业碳排放起促进作用,农业劳动力规模整体上对种植业碳排放起抑制作用。针对上述研究结论,从因地制宜、突出重点、科技导向、优化结构等方面提出了相关政策建议,以实现长江经济带农业低碳、绿色、协调的高质量发展。     

基于SWAT模型的涪江流域下垫面对面源污染负荷的影响分析

为探讨流域下垫面污染物排放量、径流条件和本底条件对氨氮(NH_3)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(I_(Mn))3种面源负荷的影响机制,以涪江流域为对象,构建了分布式水文和面源污染负荷模拟SWAT模型,并采用SWAT-Cup进行了参数率定,在此基础上采用Sobol方法进行了全局性敏感性分析。采用Nash-Sutcliffe系数、相对均方根误差、相对偏差和相对总误差4个指标进行检验,结果表明模拟径流过程和污染负荷与实测值基本相符。各种下垫面条件下,NH_3、TP和I_(Mn)负荷变化幅度均随着负荷均值的增加而增大,当下垫面为山丘区或自然林草为主的汇流区时,径流条件因子中的坡度和坡长对于面源污染负荷的影响最大。由于农田对径流过程具有显著的调节能力,面源污染负荷随汇流区内农田面积比例增加而降低。土壤本底、面源污染物排放量和径流条件3类因子中,径流条件因子对于面源污染负荷的影响最为敏感,而面源污染物排放量的影响不显著。下垫面对TP负荷的敏感性最弱,对IMn负荷的敏感性最强。因此,加强径流过程调控能力对涪江流域面源污染控制最为有效。     

都市型农业土地利用面源污染环保意识和支付意愿研究

研究针对北京郊区农业集约化水平较高的顺义区蔬菜化肥和农药超量使用及大型养殖场废弃物排放给生态环境带来严重的不良影响问题，在大量农业面源污染研究的基础上，采用CVM方法，评估了顺义区公众对以上农业活动造成的地下水环境污染问题的环境意识和支付意愿，研究结果表明：首都郊区农民的环保意识在增强；家庭人均纯收入、受访者的受教育程度与支付意愿呈显著正相关；受访者的年龄与支付意愿则呈显著负相关。该研究还计算了顺义区2002年全区农民的平均支付意愿是49．18元/人，该年全区人民总支付意愿为2680．861万元人民币。该研究可为有关部门对农业面源污染进行治理提供参考依据。     

长三角地区农田化肥投入快速增长的经济学诱因分析

农田化肥大量投入是引起农业面源污染的重要原因.根据长三角地区1980-2005年种植业生产以及农产品市场的统计数据,从投入要素机会成本变化和农产品价格变化角度,探讨长三角地区农业生产中化肥投入快速增长的经济学诱因.研究结果表明,长三角地区土地密集型作物上化肥投入快速增长是由于土地机会成本增长远远高于化肥价格增长而产生的化肥对土地的替代;相对劳动密集型作物上化肥投入快速增长是由于劳动机会成本高速增长引发的化肥对劳动的替代,并且相对劳动密集型农产品市场价格波动对化肥投入量的影响也较为显著.     

安徽省化肥面源污染环境风险分析

为了深入了解化肥施用对农村生态环境的威胁,在综合考虑化肥施用强度、效率、生态安全标准、环境效应权数及作物复种指数等多种因素的基础上,构建了化肥面源污染环境风险评价指数模型,对安徽省化肥施用时空分异与面源污染环境风险进行研究。结果表明,2013年安徽省总化肥施用强度平均为853.6 kg·hm~(-2),化肥面源污染环境风险指数为0.72,总环境污染风险程度为中度;氮、磷、钾施用比例平均为1∶0.52∶0.49,氮、磷和钾3种单质肥料的环境风险指数分别为0.72、0.78和0.65,风险程度分别为中度、高度和低度,其空间分布具有明显的聚集效应。安徽省16个地级市目前普遍存在农田化肥过量施用的问题,区域差异大,分布规律比较明显。其中淮南为严重风险,蚌埠、六安、芜湖和铜陵4个地区为高度风险,其余各市为中度风险。     

基于GIS的龙墩水库典型小流域面源污染氮磷负荷研究

以南京市高淳区龙墩水库流域为研究对象,运用地理信息系统(GIS)和通用土壤流失方程模型(USLE)预测氮磷的污染负荷.利用SWAT模型的子流域划分模块进行流域分区,运用等标污染负荷和等标污染强度进行面源污染评价,最后通过聚类分析完成氮磷污染负荷的分级,从而确定关键源区.结果表明,研究区总磷(TP)污染强度为4.95 t·km-2,污染负荷为124.25 t;总氮(TN)污染强度为10.96t·km-2,污染负荷为274.87 t.整个流域的等标污染负荷为2.76× 109 m3,其中TN为2.75× 108 m3,等标污染负荷比为9.96％;TP为2.48× 109 m3,等标污染负荷比为90.04％,TP为流域面源污染的主要污染物.不同土地利用方式的TP和TN污染负荷和流失模数均以旱地为最高,旱地是流域内面源污染物的主要来源.     

淮河流域化肥施用空间特征及环境风险分析

深入认识淮河流域化肥施用环境风险,对提高化肥施用风险意识、加强风险管理、防治农业面源污染有着重要作用。综合考虑化肥施用强度、效率、环境安全阈值、环境影响效应及作物复种指数等5种因素,构建了化肥施用农田污染环境风险评价指数模型,对淮河流域化肥施用空间特征和环境风险进行研究。应用层次分析法,确定氮磷钾三因子对环境影响的权重系数。根据国家环境保护部2010年设定的生态乡镇建设化肥使用强度单位播种面积小于250 kg·hm-2的标准,按照氮磷钾1∶0.5∶0.5的比例,确定氮磷钾三因子的环境安全阈值。在不考虑氮磷钾单质化肥环境影响效应权重的情况下,以作物复种指数为1、化肥利用率为50%为基准,建立化肥环境风险评价等级标准。结果表明,淮河流域化肥施用强度最高的地市是淮南市,为1 242.2 kg·hm-2,是强度最低的淄博市478.7 kg·hm-2的2.6倍。淮河流域平均化肥施用强度为776.6 kg·hm-2,是我国生态乡镇建设化肥施用标准的3.1倍。化肥施用强度分布有一定的规律性,大致沿着偏东北西南走向有4个带状分布区,高过量施肥区和中过量施肥区从南到北依次交替出现。淮河流域化肥施用环境风险总指数是0.74,属于中等程度风险,处于Ⅱ级预警。35个地市化肥污染风险预警级在Ⅰ和Ⅳ之间,分别呈连片状聚集分布。单质肥料氮磷钾风险指数分别是0.74、0.81和0.64,分别属于中度风险、严重风险和轻度风险,处于Ⅱ、Ⅳ、Ⅰ级预警。总的来看,淮河流域过量的化肥施用普遍存在较为严重的中等环境风险,已经对流域的生态环境产生了较为严重的影响。     

中国西南和华南粮食作物播种面积时序变化特征及其影响因素分析

利用历史统计资料,以西南和华南5个省份/自治区[四川、云南、贵州、广东省和广西壮族自治区(简称"广西")]为代表区,探讨了多种粮食作物播种面积的时序变化特征,并分析了其变化的影响因素。结果表明,广东、广西和四川粮食播种面积逐渐减少,相较上世纪50年代,近10年分别减少了62.0%、13.9%和36.1%,贵州和云南省粮食播种面积则扩大明显,近10年分别扩大了41.4%和49.2%。其次,广东冬小麦、玉米和马铃薯播种面积呈增加趋势;广西稻谷、早稻、冬小麦、谷子、高粱和大豆播种面积呈先增后减趋势,玉米和马铃薯播种面积波动增加;四川冬小麦播种面积也呈先增后减趋势,玉米、豆类和薯类播种面积较为稳定,贵州谷物、稻谷、玉米、早稻、双季晚稻和豆类播种面积保持稳定,冬小麦播种面积呈先增后减趋势,高粱、大豆、薯类和马铃薯播种面积则持续增加,云南谷物、稻谷、豆类播种面积变化不大,双季晚稻和冬小麦播种面积呈先增后减趋势,玉米、谷子、大豆、薯类和马铃薯播种面积总体呈波动增加趋势。除此之外,各省/自治区其他粮食作物品种播种面积则呈逐渐减少趋势。分析了各粮食作物播种面积变化影响因素的效应,发现大多数影响因素与播种面积变化都有显著相关性,但具体到省份/自治区、作物品种,不同的因素效应不同。总体而言,社会经济因素中人口数量指标,以及个别农业技术指标对西南和华南粮食作物播种面积变化有重要影响。     

太湖流域跨界区农业面源污染特征

采用输出系数法,从农村生活污水、农田径流和畜禽养殖3个来源估算太湖流域跨界区农业面源COD、TN和TP污染负荷,并分析其时空变化特征;采用极值标准化法和均方差赋权法,进一步对区域内各地区污染负荷的入水强度进行评价。结果表明,太湖流域跨界区2010—2013年COD、TN和TP入水负荷总体呈下降趋势,4 a间高COD负荷区分布在湖州市和嘉兴市,高TN和TP负荷区分布在苏州市、湖州市和嘉兴市,畜禽养殖是3种污染负荷的主要来源,均占3种污染物总负荷量的80%以上。各地区污染负荷的入水强度评价结果显示,2010—2013年跨界区农业面源污染负荷单位GDP综合评价值分别为0.217 6、0.240 2、0.236 4和0.222 2,无明显变化规律;流域农业面源污染负荷单位面积综合评价值分别为0.407 8、0.289 9、0.289 2和0.281 6,呈下降趋势。     

基于污染物削减效果和成本的农业面源污染控制技术优选——以太湖地区为例

农业面源污染控制既要考虑技术对污染物的削减效果,也要兼顾工程建设-运行成本.以我国近20 a来农业(种植业、畜禽养殖业、水产养殖业)面源污染控制具有代表性的73种技术为对象,根据指标(总氮、总磷、氨氮、COD削减率,建设成本,运行成本)完整性等因素初步选择了12种技术,采用层次-灰色关联度法选择兼顾污染物削减率和成本的最适技术.结果表明:种植业污染控制技术中以农田排水植物-微生物复合处理技术为最好,其次是生态拦截沟渠技术;畜禽养殖业面源污染控制技术中以养殖废水土地渗滤处理系统为最好,其次是人工湿地技术;水产养殖业污染控制技术中以组合填料序批式生物膜法为最好,其次是生物-生态复合处理技术.针对太湖地区实际情况,生态拦截沟渠技术更适合该地区农田排水污染控制,土地渗滤处理系统可用于太湖上游地区畜禽养殖业废水处理,组合填料序批式生物膜法可以用于水产养殖排水处理.所提出的层次-灰色关联度法可满足兼顾污染物削减和工程建设-运行成本的面源污染控制技术比选和决策需求.     

城市湖泊流域面源污染的源-汇效应研究--以武汉市东湖为例

随着城市点源污染控制不断完善,城市面源污染已成为危害中国城市水体的重要污染源.由城市土地利用变化引起的地表径流污染是导致湖泊水质恶化和富营养化的主要因素,加强面源污染的源-汇效应研究是控制、管理流域污染的重要途径之一.研究选取中国最大的城市湖泊武汉市东湖为研究对象,运用遥感和GIS技术,进行流域划分和地类解译,建立土地利用基础数据库,后对水质统计数据进行定量化处理,通过建立了地类——湖泊水质关系模型,科学地分析了用地与水质的关系,并对城市湖泊水质的季节动态、影响因素进行了初步探索.研究结果表明土地利用和气候变化对流域内湖泊水质的影响显著.其中,农田和建设用地是城市湖泊面源污染的主要来源,绿地和坑塘水面能够有效的截流、吸收污染物,起到保护湖泊水质的作用;受降水、温度等气候因子的影响,湖泊水质状态呈现季节性波动.研究选取东湖为研究对象,研究面源污染的源-汇效应,具有代表性,对于更好保护城市湖泊,合理利用湖泊资源提供了理论依据.