黑龍江省面源污染研究現(xiàn)狀

侯淑艷，杜方樂，李艷波，劉建新，李志飛，楊 薇

（1黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱150070；2延邊州水土保持工作站，吉林延吉133002；3鄂爾多斯市水土保持工作站，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

0 引言

面源污染又稱為非點源污染，是目前全球普遍存在的環(huán)境問題。面源污染的形成過程是污染物通過降雨（或融雪）沖刷，通過徑流進入到受納水體從而引起水體的富營養(yǎng)化及其他形式的污染[1]。因此對于水體的污染最為嚴重。主要污染源有農(nóng)田坡面徑流、未進入地下水的城市徑流、農(nóng)村生活垃圾及畜禽養(yǎng)殖場、大氣沉降產(chǎn)生的污染物等[2]。由于面源污染具有隨機性、廣泛性、滯后性、模糊性和潛伏性等特點，因此其研究和控制的難度較大[3]。

黑龍江省地域廣闊，是中國的主要糧食產(chǎn)區(qū)。近些年來，農(nóng)民為了增產(chǎn)增收，不斷加施化肥，加之黑龍江省人均耕地較多，農(nóng)村勞動力越來越少，因此在耕地的管護方面農(nóng)藥的投入量勢必加大。在化肥和農(nóng)藥使用方面，化肥存在施用總量年增長迅速且利用率低的問題，農(nóng)藥的使用量位居全國之首[4-5]。黑龍江省的耕地特點是坡度不大，但坡長較長，降雨集中的時候面源污染隨著徑流越匯集越多。

雖然黑龍江省一直有面源污染研究的報道，但是系統(tǒng)調(diào)查分析黑龍江2003—2017年的面源污染現(xiàn)狀的一直未見報道。因此，筆者梳理了黑龍江省2003—2017年的面源污染研究現(xiàn)狀，調(diào)查分析目前黑龍江省面源污染研究的情況，以期為黑龍江省未來繼續(xù)開展面源污染研究指明方向。

1 黑龍江省面源污染研究進展

東北地區(qū)的面源污染研究始于20世紀80年代末、90年代初[6]，主要是以水源地保護及農(nóng)業(yè)面源污染負荷研究為主。黑龍江省關(guān)于面源污染的研究起步較晚，2003年，翟平陽[7]在松花江流域水質(zhì)污染防治一文中提到了面源污染是松花江水質(zhì)惡化的一個主要原因之一，首次在黑龍江省的水質(zhì)污染中提到了面源污染；于麗捷等[8]在北方環(huán)境中發(fā)表的淺談牡丹江面源污染對地表水的影響，是黑龍江省關(guān)于面源污染研究的最早報道；杜傳德等[9]在全國農(nóng)業(yè)面源污染與綜合防治技術(shù)學術(shù)研討會發(fā)表了哈爾濱市農(nóng)業(yè)面源污染初步調(diào)查與防治對策，這是哈爾濱市面源污染研究的初步階段，也是黑龍江省早期的關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染的報道。

之后的十幾年間，相關(guān)報道的數(shù)量逐年呈增長的趨勢，但總體數(shù)量不多。在所有的面源污染研究中主要包括以下幾類：水環(huán)境污染調(diào)查研究、黑龍江省農(nóng)業(yè)面源污染研究、面源污染治理研究等，關(guān)于面源污染機理研究、模型研究也有見報道，但數(shù)量極少；水環(huán)境污染及流域農(nóng)業(yè)面源污染研究主要集中在松花江流域、牡丹江流域，關(guān)于呼蘭河流域、烏裕爾河流域[10-11]也有少量文獻報道。由此可以看出，黑龍江省的面源污染還處于起步階段，由于黑龍江省特殊的地形地貌特征，因此在面源污染機理研究方面可能存在困難，面源污染的模型研究在黑龍江省也屬于弱項，因此在今后的黑龍江省面源污染研究中可以在機理及模型等方面加大研究力度。

1.1 黑龍江省農(nóng)業(yè)面源污染研究

按照面源污染發(fā)生的來源可將其分為農(nóng)業(yè)面源污染和城市面源污染兩種，其中農(nóng)業(yè)面源污染的貢獻率要比城市面源污染大的多[12]。黑龍江省位于世界四大黑土區(qū)之一的中國東北，是全國重要的糧食生產(chǎn)基地。近些年，農(nóng)民為了增產(chǎn)增收，過度的開發(fā)利用土地，大量的施用化肥、農(nóng)藥，最近有一項研究得出黑龍江省的經(jīng)濟增長與農(nóng)業(yè)面源污染的加重具有促進作用[13]，加之黑龍江省獨特的耕地地貌特征，致使農(nóng)業(yè)面源污染較嚴重。一直以來該項研究的熱度始終是緩慢穩(wěn)步增長。在黑龍江省面源污染研究中，關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染研究所占的比重最大，從文獻查閱情況來看，農(nóng)業(yè)面源污染占所有研究的46%，其中關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染的治理研究占農(nóng)業(yè)面源污染研究的50%以上，還有部分關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染的負荷、特征以及影響因素研究。

杜傳德等[9]關(guān)于哈爾濱市農(nóng)業(yè)面源污染初步調(diào)查與防治對策論文的發(fā)表開啟了黑龍江省農(nóng)業(yè)面源污染研究的先河，該調(diào)查研究以流經(jīng)哈爾濱市的松花江干流及13條一級支流為基礎(chǔ)，主要調(diào)查流域內(nèi)農(nóng)田面積、化肥、農(nóng)藥的施用種類及數(shù)量、施用次數(shù)，這一研究填補了哈爾濱市乃至黑龍江省關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染造成的水環(huán)境污染狀況及危害程度調(diào)查的一項空白。隨后，張彥濤等[14]對黑龍江省各地區(qū)、各市縣15年的化肥、農(nóng)藥的施用量和流失量進行了全面的調(diào)查與分析，調(diào)查分析表明：黑河市、大慶市、佳木斯市地區(qū)是黑龍江省高毒農(nóng)藥重點控制區(qū)；松花江哈爾濱江段干流流域、額穆爾河流域、烏裕爾河流域、呼蘭河流域等是重點控制化肥流失區(qū)域；李家宇等[15]利用1987—2015年統(tǒng)計數(shù)據(jù)對黑龍江省農(nóng)業(yè)面源污染影響因素進行了分析，結(jié)果表明：對于農(nóng)業(yè)面源污染物的排放有著顯著的影響的是農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、測土配方技術(shù)等解釋變量；呈二次型顯著影響的有農(nóng)業(yè)經(jīng)濟規(guī)模、種植業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)村人口規(guī)模；而技術(shù)進步率、降雨，則與農(nóng)業(yè)面源污染物的產(chǎn)生沒有顯著性聯(lián)系。

1.1.1 農(nóng)業(yè)面源污染的負荷研究 污染物負荷的主要來源是農(nóng)村面源污染產(chǎn)生的CODcr、TN、TP，農(nóng)村生活污染、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)田農(nóng)藥化肥、農(nóng)田生產(chǎn)廢棄物等為農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物來源[16]。研究表明[17]松花江流域各類農(nóng)業(yè)面源污染源水體污染的負荷比為：畜禽養(yǎng)殖污染51.2%，農(nóng)藥化肥污染34.1%，固體廢棄物污染8.3%，主要污染源是畜禽養(yǎng)殖污染、化肥農(nóng)藥污染、固體廢棄物污染。周軍等[18]利用清單法和等標污染負荷法，深入分析松花江一級支流阿什河流域農(nóng)業(yè)非點源污染負荷及來源，確定了各污染源對阿什河水質(zhì)污染貢獻大小順序為：化肥施用＞畜禽養(yǎng)殖＞農(nóng)村生活污染＞土壤侵蝕＞秸稈污染，與上述研究結(jié)果基本一致。周軍等[19]同樣在牡丹江流域進行了農(nóng)業(yè)面源污染源的調(diào)查研究與對比分析，在牡丹江流域農(nóng)業(yè)面源污染的主要負荷仍然來自農(nóng)田化肥施用及畜禽養(yǎng)殖。興凱湖流域的面源污染負荷研究表明其主要污染源也來自農(nóng)田的化肥施用及畜禽養(yǎng)殖[20]。大慶地區(qū)各類農(nóng)業(yè)非點源污染對水體的污染負荷貢獻率主要以農(nóng)田地表徑流為主，其次是生活污水和畜禽糞尿[21]。

從以上的研究結(jié)果中可以看出，各流域的面源污染負荷來源基本一致，那么在黑龍江省其他地區(qū)的面源污染負荷情況是否與這些結(jié)論一致，目前還沒有文獻可考，但是從張彥濤[14]的調(diào)查情況來看，黑龍江省的西部和北部地區(qū)農(nóng)藥施用量和畜禽養(yǎng)殖在全省范圍內(nèi)比重較高。因此，可以推斷這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染負荷來源也以農(nóng)田化肥農(nóng)藥施用及畜禽養(yǎng)殖為主，當然這還有待于做相關(guān)研究來加以證實。

1.1.2 農(nóng)業(yè)面源污染的治理研究 農(nóng)業(yè)面源污染問題是目前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中比較突出的問題，其治理問題也得到我國政府及科研工作者的高度重視。習近平總書記在十九大報中提到“要加強農(nóng)業(yè)面源污染防治，開展農(nóng)村人居環(huán)境整治行動”。由此可見，面源污染的治理問題已經(jīng)成為中國目前生態(tài)文明建設中的關(guān)鍵問題。

黑龍江省的農(nóng)業(yè)面源治理起步于對農(nóng)業(yè)面源污染調(diào)查研究之后的治理對策，并沒有系統(tǒng)的、有針對性的治理方法[9，22]。隨著農(nóng)業(yè)面源污染研究的深入，學者們陸續(xù)提出了系統(tǒng)的關(guān)于黑龍江省的農(nóng)業(yè)面源治理方法，同時政府相關(guān)的政策也隨之出臺。周軍等[19]對牡丹江流域的農(nóng)業(yè)面源污染特征進行深入研究之后，提出了優(yōu)化施肥、畜禽養(yǎng)殖生態(tài)工程、生活垃圾堆肥處理、建立農(nóng)田與河流之間的草地緩沖帶等一系列治理措施；王忠良等[23]研究了濕地對于農(nóng)業(yè)非點源污染的截留和去除效應，在對降雨徑流匯入的濕地水樣與降雨2天后濕地水樣進行試驗分析測試后發(fā)現(xiàn)，降雨后濕地水體中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP濃度均有大幅度的下降，說明濕地對農(nóng)業(yè)非點源污染物有很好的截留和去除效果。張?zhí)m慶[24]提出了源頭治理技術(shù)及徑流過程治理技術(shù)的農(nóng)業(yè)面源污染治理方法；馬放等[25]通過退耕還林、化肥減量、等高耕種與植被過濾等情景模擬控制非點源污染，每一種情景模擬都不同程度的減少了污染負荷的排放；王立等[26]利用菌根技術(shù)創(chuàng)新性地提出了“以源頭減量為目的的農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)，以過程削減為目的的緩沖帶截留技術(shù)，以終端凈化為目的的復合生物強化修復技術(shù)”，“三段式”流域面源污染綜合防治方法，這一技術(shù)有望成為當下面源污染治理的有效手段。在黑龍江省農(nóng)業(yè)面源污染治理的政策研究方面雖然政府也取得了一定的成就，但是總體上還有一些欠缺和不足，主要表現(xiàn)在：首先是缺乏專項資金，政府運用財政政策支持農(nóng)業(yè)面源污染治理能力不足，在農(nóng)林水事務支出中幾乎沒有治理農(nóng)業(yè)面源污染的支出[27]；其次是缺乏相關(guān)的法律法規(guī)政策，黑龍江省乃至全國都沒有全面的、系統(tǒng)的關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染治理的限制性規(guī)章管理政策，導致目前全國上下的面源污染問題無章法可依。2016年黑龍江省頒布了《黑龍江省水污染防治工作法案》（黑政發(fā)[2016]3號），法案中提出推進農(nóng)村及農(nóng)業(yè)污染的防治，嚴格控制面源污染的發(fā)生，同時把控制農(nóng)業(yè)面源污染防治工作作為黑龍江省政府工作的重點工作來抓?？梢姾邶埥≌畬τ谵r(nóng)業(yè)面源污染治理的重視程度在逐步提高[28]。

1.2 水環(huán)境污染調(diào)查與分析

中國的環(huán)境污染中比較突出的為水環(huán)境污染，因為大量的點源污染與非點源污染的排污去向都是自然水體，從而導致水生態(tài)環(huán)境惡化嚴重。黑龍江省境內(nèi)分布的水系流經(jīng)工業(yè)農(nóng)業(yè)分布區(qū)的主要是松花江及其支流，因此關(guān)于黑龍江省內(nèi)水質(zhì)污染的研究也集中在松花江流域。松花江是中國的七大水系之一，其綜合污染指數(shù)位于七大流域前列[29]。于麗捷等[30]研究認為，面源污染是豐水期地表水水質(zhì)變差的主要原因。面源污染對松花江水質(zhì)污染負荷較點源污染重[31]。2000年，黑龍江省全省面源污染物化學需氧量、氨氮、總氮、總磷，入河總量分別為18.0×104t/a、1.72×104t/a、14.5×104t/a、5.04×104t/a[32]。2010年黑龍江省廢水排放總量11.85億t，化學需氧量排放總量44.44萬t，氨氮排放量4.34萬t。這些污染物排放區(qū)主要集中在哈爾濱、牡丹江、佳木斯、大慶等城市[33]，這些城市都是松花江的主要沿江城市。因此松花江的污染也主要集中在這幾個城市流經(jīng)段及幾個重要支流中。松花江哈爾濱段阿什河口監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，阿什河水質(zhì)已經(jīng)達到V類水質(zhì)標準，且其非點源污染已經(jīng)超過點源污染，是目前松花江干流的主要污染源之一[29，34]。2011年的研究數(shù)據(jù)顯示，阿什河流域農(nóng)業(yè)非點源污染物等標污染負荷總量為5 572.96×106m3/a[35]。松花江另一大支流呼蘭河水質(zhì)監(jiān)測評價顯示，整個流域水質(zhì)監(jiān)測斷面大多為V類水體，通過對各類污染源的排放入河量的計算發(fā)現(xiàn)，呼蘭河哈爾濱段的污染物排放最為嚴重的污染源為老城區(qū)市政排水口和肇蘭新河支流[10]。張立坤等人基于輸出系數(shù)模型對呼蘭河流域非點源污染輸出進行風險分析，結(jié)果表明：氮污染的平均輸出風險值達到40.48%，是流域非點源污染主要類型[36]。

1.3 機理與模型研究

非點源污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及形成機理是對非點源污染進行模擬、評價、監(jiān)測和治理的理論基礎(chǔ)[37]。而非點源污染模型是極其有效的流域非點源污染模擬和污染負荷估算的定量化工具，為非點源污染評價、管理和治理提供了可靠依據(jù)[38]。

梁雄偉[39]研究表明：利用AMF對非點源污染濱岸緩沖帶進行群落結(jié)構(gòu)干擾與調(diào)整，其去除TN、TP及有機農(nóng)藥阿特拉津的能力分別是普通濱岸緩沖帶去除率的1.20、1.10、1.11倍；孫洋陽[40]對松花江哈爾濱段底泥的污染物進行分析研究表明：阿什河口下的有機質(zhì)及銨態(tài)氮含量最大，有機指數(shù)為0.5462，為有機污染水平；丁晶[41]對松花江干流和底泥有機污染物進行時空分析的研究表明底泥蓄積農(nóng)藥的能力比水體中要強；李瑛[42]的研究發(fā)現(xiàn)，松花江流域水體懸浮物中主要來源于新使用的農(nóng)藥進入水體中，部分被懸浮物吸附；底泥中的OCPs主要是來自長期風化作用造成的殘留。

關(guān)于模型研究方面，梁雄偉[39]利用SWAT模型計算了阿什河流域中對地表水影響較大的區(qū)域的面源污染負荷，結(jié)果表明，功能區(qū)1、2中的污染負荷較低，功能區(qū)3、4、5污染負荷較高；馬放等[25]在阿什河流域非點源污染控制措施研究中構(gòu)建SWAT模型，并對該流域的非點源污染進行了量化評估；姜曉峰[34]研究證明，在研究區(qū)建立的SWAT模型適用于阿什河流域的徑流與總氮及總磷模擬；張立坤等[36]利用輸出系數(shù)模型對呼蘭河流域非點源污染進行了輸出風險分析。在濕地對于非點源污染截留及去除效應的研究中，王忠良[23]采用了SCS模型和溶解態(tài)氮磷污染負荷模型進行徑流量和污染負荷估算；岳勇等[43]利用二元結(jié)構(gòu)模型2000年松花江流域非點源污染負荷進行計算與結(jié)果驗證，結(jié)果表明：在農(nóng)田、農(nóng)村居民點、畜禽養(yǎng)殖和城市徑流4種非點源污染類型中，農(nóng)田TN、TP和NH4+-N非點源污染負荷量最高；畜禽養(yǎng)殖COD非點源污染比重最大。

2 黑龍江省面源污染研究展望

本論文首次系統(tǒng)地梳理了黑龍江省2003—2017年的面源污染研究現(xiàn)狀，全面調(diào)查分析了黑龍江省農(nóng)業(yè)面源污染研究現(xiàn)狀、水環(huán)境調(diào)查研究現(xiàn)狀、面源污染機理及模型研究等。14年來，黑龍江省的面源污染研究雖然取得了一定的進展，但是還存在很多不足之處，對于黑龍江省面源污染未來的研究展望筆者建議從以下幾個方面開展：

在全國的面源污染研究中，黑龍江省起步相對較晚，研究的范圍較小，深度較淺，但總體上都有所提升。相關(guān)研究基本集中于松花江流域，關(guān)于牡丹江及地處大面積農(nóng)業(yè)種植區(qū)的嫩江流域的相關(guān)研究報道很少。研究方法從水質(zhì)監(jiān)測調(diào)查到小區(qū)測量再到模型模擬，也在不斷的改進提高。

在農(nóng)業(yè)面源污染研究方面，以調(diào)查研究數(shù)據(jù)來取得農(nóng)業(yè)面源污染負荷的文獻居多，而面源污染物在徑流中運移狀況研究幾乎沒有，尤其是黑龍江省耕地面積大，耕種壟長較長，在耕地中N、P隨徑流進入水體的研究還有待于開展相關(guān)研究。在農(nóng)業(yè)面源污染的治理研究方面，美國、歐盟及日本等發(fā)達國家在面源污染治理方面采取立法、鼓勵農(nóng)戶采取新技術(shù)及政府補貼等全方位的措施加以應對，取得了較好的效果[44]。我國在農(nóng)業(yè)面源污染治理方面還沒有專門的立法。在農(nóng)戶對面源污染治理方面，黑龍江省僅有相關(guān)研究關(guān)注農(nóng)戶對于面源污染產(chǎn)生所起的作用[45]，并沒有關(guān)于農(nóng)戶對于面源污染治理方面的相關(guān)的文獻研究，這在黑龍江省未來的面源污染治治理研究中也是一塊重要的研究領(lǐng)域；在我國面源污染治理新技術(shù)中[46]，黑龍江省只有關(guān)于濕地對于農(nóng)業(yè)面源污染物的去除與攔截研究，其余的相關(guān)新技術(shù)及關(guān)于水土流失對面源污染治理的研究報道幾乎沒有。

在面源污染機理研究方面，黑龍江省幾乎還是一片空白，而在全國已經(jīng)開展成熟的模型研究，黑龍江省的相關(guān)報道也是微乎其微，因此關(guān)于黑龍江省的面源污染研究還有更多更廣闊的空間去開展。