基于GIS的唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染防控探討

張 英，徐 碩，馬書燕，郭淑英，李利博

（唐山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山 063006）

農(nóng)業(yè)面源污染指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)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(guò)程中，通過(guò)地表徑流、地下滲漏、農(nóng)田排水等過(guò)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(huì)導(dǎo)致土壤退化，還會(huì)造成河流、湖泊等水源質(zhì)量下降。我國(guó)首次污染源普查數(shù)據(jù)顯示，2007 年通過(guò)農(nóng)業(yè)面源污染排放的總氮約占同期全國(guó)總氮排放量的57.2%，而總磷排放量約為28.5 萬(wàn)t，約占全國(guó)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(guó)流域污染的主要因素。農(nóng)業(yè)面源污染已是我國(guó)土壤、河流、湖泊的重要污染源，因此對(duì)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(lái)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(duì)策上[2-7]，而利用GIS 技術(shù)來(lái)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(chǔ)、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(jué)化效果和地理分析功能，結(jié)合計(jì)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(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，GIS 技術(shù)在農(nóng)業(yè)面源污染防控中的應(yīng)用越來(lái)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(duì)農(nóng)業(yè)面源污染信息進(jìn)行存儲(chǔ)和編輯，還可以通過(guò)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(shí)空動(dòng)態(tài)變化，從而對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為農(nóng)業(yè)面源污染防控技術(shù)與時(shí)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(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。唐山市土地總面積約142.86 萬(wàn)hm2，農(nóng)用地約88.73萬(wàn)hm2，其中耕地57.05萬(wàn)hm2，約占農(nóng)用地的64.30%，所占比重最大；園地12.78萬(wàn)hm2，約占農(nóng)用地的14.40%；牧草地7.49 萬(wàn)hm2，約占8.44%；林地11.41萬(wàn)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(zhǎng)2.3%；蔬菜播種面積19.0萬(wàn)hm2，產(chǎn)量1 466.9萬(wàn)t，增長(zhǎng)1.0%；肉類產(chǎn)量75.8 萬(wàn)t（包括豬、牛、羊），比2015 年增長(zhǎng)2.3%；禽蛋產(chǎn)量38.1 萬(wàn)t，增長(zhǎng)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(wèn)題也越來(lái)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(guò)量使用、畜禽糞便、秸稈焚燒等，不僅會(huì)對(duì)農(nóng)村環(huán)境造成不良影響，還會(huì)對(duì)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(wàn)t 到2016 年的38.3 萬(wàn)t，增加了近2 萬(wàn)t，其中復(fù)合肥施用量增加得最多，接近3 萬(wàn)t；化肥施用量高，利用率低，80%的化肥并沒(méi)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(méi)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(wàn)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(wàn)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)。

表1 唐山市2006—2016年化肥、農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥使用量統(tǒng)計(jì) 單位：t

農(nóng)業(yè)面源污染會(huì)造成土壤污染，直接影響土壤肥力與質(zhì)量；還會(huì)造成水污染，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，水體質(zhì)量下降；部分農(nóng)藥化肥還會(huì)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(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)、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(cè)，對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(guò)程，估算其發(fā)生負(fù)荷的難度大。如何實(shí)時(shí)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(guò)程等。農(nóng)業(yè)面源污染防治可從兩個(gè)方面著手：1）監(jiān)控與預(yù)測(cè)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并針對(duì)監(jiān)測(cè)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(wèn)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(duì)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(guò)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(jí)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(chǔ)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(shí)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(duì)唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的預(yù)測(cè)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(guò)程中，而構(gòu)建農(nóng)業(yè)面源污染信息系統(tǒng)，對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將WebGIS 應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源污染防控過(guò)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(duì)化肥農(nóng)藥、農(nóng)膜的監(jiān)測(cè)和管理。結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)集數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、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(shí)設(shè)計(jì)了空間展示、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)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(lái)，形成一個(gè)有機(jī)整體，為農(nóng)業(yè)面源污染預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)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(jià)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(dòng)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(shí)，主動(dòng)減少農(nóng)藥化肥、農(nóng)膜等使用量。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)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(jiǎng)懲措施，鼓勵(lì)農(nóng)民采用化肥替代技術(shù)，例如鼓勵(lì)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(yǔ)

農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致土壤和水體的污染，同時(shí)也威脅著糧食安全，進(jìn)而影響了人類和社會(huì)的發(fā)展。農(nóng)業(yè)面源污染具有污染物量大、污染時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣、隨機(jī)性大、不易監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)。本文對(duì)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(tái)政策、提高農(nóng)民自身素質(zhì)等方面著手來(lái)加強(qiáng)對(duì)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(chǔ)、處理功能，對(duì)污染情況進(jìn)行實(shí)時(shí)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。