張英 徐碩 馬書燕 郭淑英 李利博

摘 要 在對國內(nèi)外農(nóng)業(yè)面源污染研究資料分析基礎(chǔ)上，調(diào)查唐山地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀，分析其農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染源，探討將地理信息系統(tǒng)（GIS）強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理及可視化功能應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源污染防控中，提出針對唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的防控建議：將GIS技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源污染防控過程中;構(gòu)建基于WebGIS農(nóng)業(yè)面源污染信息系統(tǒng);提高農(nóng)民保護(hù)生態(tài)環(huán)境的主動性，減少面源污染。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)面源污染;GIS;防控技術(shù);唐山地區(qū)

中圖分類號：X592 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.03.012

農(nóng)業(yè)面源污染指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中農(nóng)田里的泥沙、化肥、農(nóng)藥及畜禽糞便等物質(zhì)在降水或灌溉過程中，通過地表徑流、地下滲漏、農(nóng)田排水等過程進(jìn)入水體造成的環(huán)境污染[1]。農(nóng)業(yè)面源污染不僅會導(dǎo)致土壤退化，還會造成河流、湖泊等水源質(zhì)量下降。我國首次污染源普查數(shù)據(jù)顯示，2007年通過農(nóng)業(yè)面源污染排放的總氮約占同期全國總氮排放量的57.2%，而總磷排放量約為28.5萬t，約占全國總磷排放量的67.3%。調(diào)查表明，農(nóng)業(yè)面源污染即將成為我國流域污染的主要因素。農(nóng)業(yè)面源污染已是我國土壤、河流、湖泊的重要污染源，因此對農(nóng)業(yè)面源污染防控技術(shù)及防控體系的研究成為近年來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。目前各領(lǐng)域?qū)r(nóng)業(yè)面源污染的研究主要集中在農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀及對策上[2-7]，而利用GIS技術(shù)來分析農(nóng)業(yè)面源污染，將GIS技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源污染防控的研究較少[8-9]。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是集屬性信息和空間信息編輯、存儲、分析、處理于一體的技術(shù)系統(tǒng)。強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理功能，獨(dú)特的地圖視覺化效果和地理分析功能，結(jié)合計算機(jī)軟件和硬件的支持，使得GIS技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。近年來，GIS技術(shù)在農(nóng)業(yè)面源污染防控中的應(yīng)用越來越廣泛，利用GIS技術(shù)強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析、處理及可視化功能，可以對農(nóng)業(yè)面源污染信息進(jìn)行存儲和編輯，還可以通過其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)信息分析功能直觀地展示研究區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的時空動態(tài)變化，從而對農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，為農(nóng)業(yè)面源污染防控技術(shù)與時空分異研究提供依據(jù)。

1? 唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀

唐山位于河北省東部，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。唐山市土地總面積約142.86萬hm2，農(nóng)用地約88.73萬hm2，其中耕地57.05萬hm2，約占農(nóng)用地的64.30%，所占比重最大;園地12.78萬hm2，約占農(nóng)用地的14.40%;牧草地7.49萬hm2，約占8.44%;林地11.41萬hm2，約占12.86%;森林覆蓋率31.75%。2016年，唐山市糧食平均667 m2產(chǎn)量為425.3 kg，增長2.3%;蔬菜播種面積19.0萬hm2，產(chǎn)量1 466.9萬t，增長1.0%;肉類產(chǎn)量75.8萬t（包括豬、牛、羊），比2015年增長2.3%;禽蛋產(chǎn)量38.1萬t，增長2.3%。種植業(yè)和畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致唐山市農(nóng)藥化肥及畜禽糞便等污染問題也越來越嚴(yán)重。

目前，唐山市農(nóng)業(yè)面源污染主要有農(nóng)藥化肥過量使用、畜禽糞便、秸稈焚燒等，不僅會對農(nóng)村環(huán)境造成不良影響，還會對土壤、河流等造成一定程度的污染。以化肥農(nóng)藥為例，表1是唐山市2006—2016年使用的化肥、農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥數(shù)量，可以看出全市化肥施用量從2006年的36.8萬t到2016年的38.3萬t，增加了近2萬t，其中復(fù)合肥施用量增加得最多，接近3萬t;化肥施用量高，利用率低，80%的化肥并沒有被農(nóng)作物吸收，而是隨著水體進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤污染;全市農(nóng)用塑料薄膜使用量10年間沒有顯著增加，還呈現(xiàn)出逐年降低狀態(tài)，但其使用量卻高達(dá)1.1萬t，其中地膜使用量約占65%。農(nóng)膜的使用加重了土壤污染。全市農(nóng)藥施用量每年約為5.8萬t，但只有約35%的農(nóng)藥被植物所吸收，其余均滲入土壤、水體中或沉積在植物體內(nèi)。

農(nóng)業(yè)面源污染會造成土壤污染，直接影響土壤肥力與質(zhì)量;還會造成水污染，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，水體質(zhì)量下降;部分農(nóng)藥化肥還會殘留在農(nóng)作物自身中，從而導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)下降;大量的畜禽糞便、生活垃圾導(dǎo)致人們居住環(huán)境的臟、亂、差。農(nóng)業(yè)面源污染具有污染物數(shù)量多、污染時間相對較長、污染范圍較廣等特點(diǎn)，還具有很大的隨機(jī)性，不容易被監(jiān)測，對農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測是難上加難，因此農(nóng)業(yè)面源污染一直未得到徹底治理。農(nóng)業(yè)面源污染是一種間歇發(fā)生的，隨機(jī)性、不確定性很強(qiáng)的復(fù)雜過程，估算其發(fā)生負(fù)荷的難度大。如何實(shí)時準(zhǔn)確地估算農(nóng)業(yè)面源污染發(fā)生負(fù)荷成為有效治理農(nóng)業(yè)面源污染的又一難題，而GIS的出現(xiàn)，正好可以很好地解決這一難題。

2? 唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染防治建議

影響農(nóng)業(yè)面源污染的因素主要有土地利用類型、土壤類型、氣候、管理措施、地質(zhì)地貌特性、水文過程等。農(nóng)業(yè)面源污染防治可從兩個方面著手：1）監(jiān)控與預(yù)測，實(shí)時準(zhǔn)確地對農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行監(jiān)測，并針對監(jiān)測結(jié)果采取相應(yīng)的防治措施。2）農(nóng)業(yè)面源污染防治不僅是一方的問題，應(yīng)讓政府、農(nóng)民、技術(shù)人員等多方共同努力完成。根據(jù)唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)業(yè)面源污染的特點(diǎn)，筆者對唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的防治提出幾點(diǎn)建議。

2.1? 將GIS技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源污染防控過程中

農(nóng)業(yè)面源污染不僅包括各種屬性數(shù)據(jù)，還包括大量的空間數(shù)據(jù)，如行政邊界數(shù)據(jù)、農(nóng)用地塊數(shù)據(jù)、化肥農(nóng)藥施用量數(shù)據(jù)、土壤分等定級及土壤肥力數(shù)據(jù)、農(nóng)用地利用類型數(shù)據(jù)、道路河流數(shù)據(jù)等各種矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)。GIS具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)存儲和處理功能，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)面源污染數(shù)據(jù)的空間處理和可視化。同時可以利用GIS技術(shù)的高效、靈活、直觀等特點(diǎn)，將其與農(nóng)業(yè)面源模型相結(jié)合?？梢越⑻粕降貐^(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的SWAT模型與GIS技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的實(shí)時監(jiān)控，完成對農(nóng)業(yè)面源污染的預(yù)測與判斷。

2.2? 構(gòu)建基于WebGIS農(nóng)業(yè)面源污染信息系統(tǒng)

隨著WebGIS的迅猛發(fā)展，GIS技術(shù)得以更廣泛地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源污染防控過程中，而構(gòu)建農(nóng)業(yè)面源污染信息系統(tǒng)，對農(nóng)業(yè)面源污染情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，將WebGIS應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源污染防控過程是十分必要的。構(gòu)建農(nóng)業(yè)面源污染信息系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對化肥農(nóng)藥、農(nóng)膜的監(jiān)測和管理。結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、管理信息系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個集數(shù)據(jù)處理、存儲、分析、管理、決策于一體的農(nóng)業(yè)面源污染數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，同時設(shè)計了空間展示、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、成果導(dǎo)出等功能，可以將農(nóng)業(yè)面源污染屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)結(jié)合起來，形成一個有機(jī)整體，為農(nóng)業(yè)面源污染預(yù)測和預(yù)報提供可靠的依據(jù)，為農(nóng)業(yè)環(huán)境污染治理決策提供技術(shù)支持，以提高農(nóng)業(yè)面源污染普查數(shù)據(jù)的利用價值，規(guī)范農(nóng)業(yè)面源污染的排放行為。

2.3? 提高農(nóng)民保護(hù)生態(tài)環(huán)境的主動性，減少面源污染

農(nóng)民是農(nóng)業(yè)的主人，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)面源污染源頭控制的關(guān)鍵。應(yīng)提高農(nóng)民的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識，主動減少農(nóng)藥化肥、農(nóng)膜等使用量。同時加強(qiáng)對農(nóng)民的宣傳培訓(xùn)，讓農(nóng)民相信科學(xué)、相信技術(shù)，掌握科學(xué)合理的施肥方式方法。采用農(nóng)藥精準(zhǔn)施用技術(shù)，推廣綠色防控技術(shù)，減少農(nóng)藥使用量。政府建立獎懲措施，鼓勵農(nóng)民采用化肥替代技術(shù)，例如鼓勵農(nóng)民使用緩釋肥，采用“有機(jī)肥+”的施肥模式，如有機(jī)肥+緩釋肥、有機(jī)肥+復(fù)合肥等。

3? 結(jié)語

農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致土壤和水體的污染，同時也威脅著糧食安全，進(jìn)而影響了人類和社會的發(fā)展。農(nóng)業(yè)面源污染具有污染物量大、污染時間長、范圍廣、隨機(jī)性大、不易監(jiān)測的特點(diǎn)。本文對唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討從政府出臺政策、提高農(nóng)民自身素質(zhì)等方面著手來加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)面源污染防治，將GIS技術(shù)引入農(nóng)業(yè)面源污染防控中，利用GIS強(qiáng)大的空間與屬性數(shù)據(jù)存儲、處理功能，對污染情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，構(gòu)建基于WebGIS的農(nóng)業(yè)面源污染防控系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 王依賀，單東方，趙春江，等.北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染普查數(shù)據(jù)應(yīng)用分析[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，6（6）：189-193.

[2]? 柯紫霞，趙多，汪勇，等.浙江省農(nóng)業(yè)面源污染源頭控制途徑與對策[J].環(huán)境污染與防治，2009，31（11）：104-106 .

[3]? 楊林章，施衛(wèi)明，薛利紅，等.農(nóng)村面源污染治理的“4R”理論與工程實(shí)踐——總體思路與“4R”治理技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，32（1）：1-8.

[4]? 柴世偉，裴曉梅，張亞雷，等.農(nóng)業(yè)面源污染及其控制技術(shù)研究[J].水土保持學(xué)報，2006，20（6）：192-195.

[5]? 梁流濤，馮淑怡，曲福田.農(nóng)業(yè)面源污染形成機(jī)制：理論與實(shí)證[J].中國人口·資源與環(huán)境， 2010，20（4）：74-80.

[6]? 肖新成，謝德體，何丙輝，等.基于農(nóng)業(yè)面源污染控制的三峽庫區(qū)種植業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30（20）：219-227.

[7]? 李秀芬，朱金兆，顧曉君，等.農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀與防治進(jìn)展[J].中國人口·資源與環(huán)境， 2010，20（4）：81-84.

[8]? 張文東，許仕，廬俊.江西省農(nóng)業(yè)面源污染空間分布格局[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（16）：9056-9059.

[9]? 姜世英，韓鵬，賈振邦，等.南水北調(diào)中線丹江口庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染PSR評價與基于GIS的空間特征分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，29（11）：2153-2162.

（責(zé)任編輯：易? 婧）

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