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。     

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。     

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。     

我国集约化种植业面源氮发生量估算

面源污染已经成为一个世界性问题,当前大尺度面源氮负荷核算方法主要通过区域收支法或考虑氮肥用量的输出系数法,存在很大的不确定性。基于全国187组文献数据,应用逐步回归分析方法,提取影响种植业面源氮发生量(氮素径流和淋洗)的关键因子,构建了关于氮肥用量、降雨量和土壤黏粒含量的多元回归模型。应用2011年统计年鉴数据,模拟得到全国种植业氮素径流总损失量为0. 96 Tg,占氮肥投入量的6. 0%,其中,旱地和水田径流损失量分别为0. 76和0. 20 Tg。而全国种植业氮素淋洗总损失量为1. 01 Tg,占氮肥投入量的6. 3%,其中,旱地和水田淋洗损失量分别为0. 87和0. 14 Tg。面源氮发生量较高的区域位于长江中下游地区、西南丘陵地区、山东半岛和华北平原。所建模型不仅能估算我国集约化种植业面源氮发生量分布情况,而且与传统的考虑单一氮肥用量的排放系数模型相比,能大大降低大区域尺度估算的不确定性。     

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.     

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。     

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。     

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)     

辽西大凌河流域土地利用变化及驱动力分析

从政策、流域综合治理、经济发展和技术进步、农民认知态度等4方面对影响大凌河流域土地利用变化的驱动力进行了分析。同时运用农户问卷调查和驱动力分析结果,选取影响耕地变化的社会经济和人口因子,运用主成分分析和多元迭代回归分析确定影响耕地变化的主要因子,并拟合出耕地变化的最优度模型。研究结果表明:在1987—2002年期间,农田和未利用荒地面积在不断减小,而林地、果园、草地在不断增加,但1995年后变化边际度大大减小;主成分分析表明影响土地利用变化主要影响因子是农业人口(A-POP)、总人口(T-POP)、农村经济收入(TIRE)、农林牧渔收入(IAFAF)和第三产业总产值(GTI);多元迭代回归分析表明耕地面积变化的最优回归模型中主变量是农业人口(A-POP)、总人口(T-POP)、农村经济收入(TIRE),这些变量能够解释95.1%的耕地变化。     

限制肥料施用量减少化肥的面源污染

农业高速发展需要化肥,但过量施用会造成人为性面源污染,直接或最终危害人体健康和人类生存。目前最大量推荐施肥是不可取的。实测和理论数值表明,即使对目前的推荐施肥量减少20％,也不会使产量减少>2％。这对提高肥料利用率,减少面源污染是完全有利的。     

小流域面源污染减控措施优化管理

以长春市重要饮用水源地石头口门水库的莫家沟小流域为研究区,选择横垄耕作、修建梯田、退耕还林、化肥减施和人工湿地5种措施进行磷素削减处理,共计21个措施组合方案;以实施措施的费用最小为目标函数,以水库水质TP浓度和采用不同措施的土地面积为约束条件,建立小流域出口水质优化管理模型。模拟计算3个阶段的可行性最优方案分别为:2011—2020年,选取措施为施肥量不变,现状梯田面积不变,坡度≤5°的耕地采取横垄耕作,其他退耕还林;2021—2030年,在第一阶段实施方案的基础上,新建人工湿地0.03 km2;2031—2050年,全部农田原位退耕还林,保持人工湿地面积不变,最终实现入库水质ρ(TP)≤0.01 mg.L-1的目标。化肥减施和梯田建设面积是影响方案选择的主要因素。     

西北地区种植业需水分析——以泾河流域为例

采用面积定额法估算泾河流域31个县的农作物需水量,从农作物需水结构着手,探讨农业用水存在的问题。结果表明,泾河流域农作物需水量总计740 543.20万m3,农作物需水占总需水量的比例较高,为41.58%。粮食作物需水定额较经济作物高;就具体作物而言,菜、瓜类、水稻、棉花等需水定额较高,向日葵、薯类、胡麻等较低。各县(区)单位面积需水量差异较大,平均值为4 583 m3.hm-2;泾阳县最高,为5 682 m3.hm-2,定边县最低,为4 022 m3.hm-2。由于事先设定大多数作物的需水定额不随县(区)的改变而改变,因此需水量与作物结构密切相关。农业用水浪费严重,使泾河流域农作物实际用水量远高于需水量的理论计算值。为此,提出合理利用泾河流域农业水土资源的4项对策:调整种植业结构;多角度实施农业节水;完善农业水土资源优化配置定量方法;退耕还林还草,发展生态林牧业。     

泥石流频发流域物源区坡面植被群落特征

为了解泥石流频发流域物源区坡面的植被特征和物种多样性,以蒋家沟流域沟谷南坡、北坡坡面为研究对象,对不同坡位植被群落的结构特征和数量组成进行样方调查,统计分析不同坡位群落的物种组成、重要值、物种多样性、地上地下生物量,并将地上地下生物量与多样性指数进行相关性分析.调查样地共发现植物49种,其中北坡33种、南坡23种,以草本植物为主,各坡位物种组成、重要值之间存在显著差异,主要受到演替初期先锋性草本植物的影响;扭黄茅、拟金茅、荩草、田菁的重要值相对较大,它们对泥石流频发流域物源区有较强的适应能力,为该地区的常见物种,可作为后期生态修复中的主要配置物种.不同坡位的群落特征和物种多样性存在差异,沟谷南坡ShannonWiener多样性指数表现为稳定区(2.311)失稳区(2.161)堆积区(2.036),北坡则表现为堆积区(2.626)稳定区(1.338)失稳区(1.057).生物量表现为稳定区失稳区堆积区,总体则为北坡高于南坡.基于以上结果,认为在泥石流频发流域物源区坡面植被自然恢复过程中,应加强对坡面失稳区的防治与保护,对堆积区进行合理整治,后期可通过人工引种乡土乔灌植物丰富物种组成,促进植被恢复和植物群落垂直结构的发展.     

基于文献数据再分析的中国城市面源污染规律研究

目前有关城市面源污染的研究多为分散的独立研究,缺乏对现有研究及监测数据成果的系统分析。在全面进行文献调研的基础上,整合从文献中提取的面源污染监测数据成果,综合识别全国范围典型城市下垫面的面源污染规律,并初步定量了城市面源污染对雨污合流制排水分区雨水径流污染的贡献率。数据资料覆盖中国中东部地区的37个市,监测对象包括屋面、道路和绿地等城市下垫面类型,考虑SS、COD、TN、NH_3-N和TP共5种污染物指标。从总体特征分析的角度,除屋面TP和绿地NH_3-N指标外,其他面源污染质量浓度均值均远超出国家V类水标准。对于不同下垫面的径流污染规律,SS、COD和TP指标在道路雨水径流污染中最为突出(均值分别为505.04、67.92、0.89 mg·L~(-1)),TN和NH_3-N指标在屋面雨水径流污染中最为突出(均值分别为8.85mg·L~(-1)和6.43mg·L~(-1)),绿地雨水径流污染物质量浓度相对最低,但SS指标有较大的波动范围。在不同指标之间的相关关系方面,SS在道路下垫面中与其他指标存在较高的相关性(决定性系数约为0.50),而在屋面和绿地中与其他指标相关性较差。较分流制排水系统而言,雨污合流制排水系统的径流污染更加严重,其中生活污水对SS的贡献率较低,仅为17.19%,但对其他污染物的贡献较为明显,按照贡献率由高到低,依次为TP(84.45%)、NH_3-N(79.06%)、COD(51.06%)和TN(40.81%)。研究成果系统反映了中国城市面源污染的主要特征,能够为城市面源污染控制研究提供基础数据与总体规律参考。     

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。     

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。     

利用农田系统中源汇型景观组合控制面源磷污染

通过田间调查、采样分析和小区试验,研究浙江省农田系统中源汇型景观组合及其控制面源磷污染的效果.调查表明,浙江省农田系统中源、汇配置的景观类型主要有:蔬菜地 - 稻田系统、蔬菜地 - 茭白田系统、桑园地 -稻田系统、旱地 - 稻田系统、高施肥稻田 - 低施肥稻田系统、农地(稻田、旱地) - 多塘系统、农地(稻田、旱地) - 植草水道(泥质排水沟)等.不同利用方式农田排水中磷含量有较大的差异,总磷平均含量为桑园>蔬菜地>稻田、小麦田、油菜田>休闲地>茭白田.小区试验表明,利用蔬菜地(旱地) - 稻田 - 茭白系统、蔬菜 - 稻田系统、桑园 - 稻田系统和蔬菜地 - (多)水塘系统可明显降低磷流失.建议对某些养分流失严重的农业流域,通过调整土地利用方式和增加养分汇型景观面积来控制农业面源污染.