寧慕瑋
(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球與測(cè)繪工程學(xué)院 北京 100083)
近年來(lái),隨著點(diǎn)源污染控制水平的提高,面源污染(或稱非點(diǎn)源污染)已經(jīng)成為水環(huán)境污染的主要來(lái)源。隨著中國(guó)對(duì)工業(yè)點(diǎn)源污染的大力治理,面源污染對(duì)水體污染所占比重呈上升趨勢(shì),而農(nóng)業(yè)面源污染是中國(guó)水體面源污染的最主要組成部分。當(dāng)前農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)引起了世界的注意并進(jìn)行了廣泛而深人的研究,取得了較為顯著的成果。但有關(guān)面源污染的許多理論問(wèn)題及過(guò)程機(jī)理尚不清楚,還沒(méi)有公認(rèn)的或統(tǒng)一的面源污染評(píng)價(jià)指標(biāo)、定量化評(píng)價(jià)方法和防控措施體系,所以仍不能滿足防治面源污染的需要。因此,各界人士利用多種手段了解農(nóng)業(yè)面源污染的來(lái)源。遙感具有可實(shí)時(shí)、快速地記錄大面積流域的空間信息及各種變化參數(shù),提供精確的定性和定量數(shù)據(jù),能對(duì)各種信息進(jìn)行定量分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)成圖等優(yōu)點(diǎn)[1]。對(duì)流域污染進(jìn)行治理的主要基本任務(wù)就是農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的定量化研究,定量研究流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷可以為非點(diǎn)源污染的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)以及流域規(guī)劃和污染防治政策的制定提供重要依據(jù)[2]。遙感技術(shù)使用遙感遙測(cè)影像和數(shù)據(jù)為面源污染模型提供新的數(shù)據(jù)來(lái)源,彌補(bǔ)了常規(guī)方法獲取數(shù)據(jù)不足的缺點(diǎn)。
(一)作物施肥以及殺蟲(chóng)劑的使用
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上化肥以及殺蟲(chóng)劑的用量較大,尤其是氮素以及磷素投入過(guò)量現(xiàn)象非常嚴(yán)重。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,我國(guó)化肥施用量居世界第1位。施肥過(guò)量導(dǎo)致農(nóng)藥會(huì)隨著降雨徑流進(jìn)入到河流水體中,并破壞土壤的良好結(jié)構(gòu),導(dǎo)致土地性能降低,甚至污染到地下水層。
(二)畜牧業(yè)的快速集約化發(fā)展
現(xiàn)階段畜牧業(yè)的發(fā)展從過(guò)去的分散型逐漸轉(zhuǎn)成大規(guī)模集約型[3]。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,畜禽糞便量在2010年將達(dá)45億噸,畜牧業(yè)面源污染是指在畜禽養(yǎng)殖的過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行積極的處理,導(dǎo)致畜禽糞便中包含的有機(jī)污染物隨地表徑流或貯糞池滲漏污染地表水和地下水,給生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)巨大的破壞作用。
(三)農(nóng)業(yè)廢棄物及農(nóng)村生活垃圾污染
農(nóng)業(yè)廢棄物主要指廢棄的農(nóng)作物秸稈。我國(guó)廢棄的農(nóng)作物秸稈利用率很低,大部分被焚燒,或拋棄于河溝渠或道路,變成有機(jī)污染物。目前,我國(guó)農(nóng)村缺乏污水處理系統(tǒng)且人口居住分散,農(nóng)村居民生活污水基本上未經(jīng)任何處理便直接排放進(jìn)入水體和土壤,其中經(jīng)土壤滲出進(jìn)入水環(huán)境的污水約為10%,加重對(duì)環(huán)境的污染[4]。村民生活產(chǎn)生的固體垃圾一般傾倒于河道兩側(cè)或隨意堆放,不僅易堵塞河流,又嚴(yán)重污染水體。
(四)農(nóng)業(yè)水土流失加劇
水土流失是導(dǎo)致面源污染發(fā)生的動(dòng)力因素,據(jù)悉,我國(guó)每年表土流失量在50億噸以上,其中有75%來(lái)自農(nóng)田和林地,因此水土流失是農(nóng)業(yè)面源污染系統(tǒng)中的重要組成部分。我國(guó)每年數(shù)百萬(wàn)噸的氮、磷、鉀進(jìn)入水體,在河流、水庫(kù)、湖泊、濱海造成嚴(yán)重污染。
(一)不同土地利用類型對(duì)面源污染的影響
根據(jù)以往的眾多研究可知,面源污染是一個(gè)綜合考慮的因素,但在控制一定量的基礎(chǔ)上,可以觀察土地利用類型與N、P負(fù)荷量的相關(guān)關(guān)系來(lái)大致得出的結(jié)論為耕地影響最大,其次是居民區(qū),最后是林地和草地。
(二)不同土壤類型對(duì)面源污染的影響
不同土壤類型的分布地區(qū)和形成條件不同,土壤的成分和理化性質(zhì)不同,氮素的流失特征亦不同。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),在同樣的土地利用方式和降雨強(qiáng)度下,壤土的有機(jī)物溶出時(shí)間最長(zhǎng),其次是粘土,黏壤土的溶出時(shí)間最短[5]。更加具體的分析要根據(jù)每個(gè)地區(qū)不同的土壤特征再次排序。80%的磷是以顆粒式存在的,研究P的問(wèn)題上更加專注于土壤的負(fù)載。
(三)不同氣候?qū)γ嬖次廴居绊?/p>
在面源污染的研究中,氣候大多數(shù)指降雨量的程度,徑流是土壤中氮素流失的主要?jiǎng)恿?,而降雨是決定徑流量的重要因素[6]。通過(guò)前人的模擬試驗(yàn),在雨量和降雨歷時(shí)等條件相同的情況下,人工設(shè)置不同的降雨強(qiáng)度,實(shí)驗(yàn)表明降雨強(qiáng)度増強(qiáng),徑流量增大,土壤侵蝕量也隨之增強(qiáng),土壤中顆粒態(tài)、溶解態(tài)氮素進(jìn)入水體的量也増加。
傳統(tǒng)的探測(cè)手段為通過(guò)野外的實(shí)地調(diào)查、查找文獻(xiàn)和監(jiān)測(cè)來(lái)獲取農(nóng)業(yè)面源污染的多種數(shù)據(jù)。而遙感技術(shù)獲取農(nóng)業(yè)面源污染研究中的水文、土壤、地形、氣象這4大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。之后,依據(jù)研究區(qū)域的地理情況和土地利用現(xiàn)狀對(duì)該區(qū)域進(jìn)行分類,最終確定在不同的土地利用類型中面源污染的發(fā)生區(qū)域,并估算農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷。相對(duì)于傳統(tǒng)的探測(cè)手段,遙感技術(shù)在經(jīng)濟(jì)投入上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于前者,具有很高的經(jīng)濟(jì)效益[7]。在難以達(dá)到的地區(qū),這種技術(shù)也許也是節(jié)省成本和時(shí)間并獲取需要數(shù)據(jù)的唯一有效方法[8]。
我國(guó)目前面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙層重任,如何做到在保護(hù)好現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)又好又快地發(fā)展是迫切需要解決的問(wèn)題。遙感技術(shù)無(wú)論在監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、調(diào)控中都是不可缺少的,衛(wèi)星遙感技術(shù)可以迅速、準(zhǔn)確地提供大范圍流域的地質(zhì)地貌、植被覆蓋、土地利用以及土壤水狀況等多種信息。由此可知,遙感技術(shù)技術(shù)的綜合作用在面源污染的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)中擁有著無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。