农业面源污染对水体富营养化的影响及其防治措施

随着点源污染得到逐步的治理,农业面源污染已成为水体富营养化的主要污染源,并引起了人们的极大关注,简要地概述了农业面源 水体富营养化中所起的重要作用,同时了国内外防治农业面源污染的主要措施,指出了防治农业面源污染的难点和建立稳定、和谐与良性循环的农业生态系统是治理农业面源污染的长久之针。     

中国农业面源污染最佳管理措施研究进展

最佳管理措施(BMPs)对控制农业面源污染具有重要意义.本文从两方面归纳中国BMPs的研究现状:基于污染物关键源区的位置,分为不同类型的BMPs(源头控制、迁移途径阻截、末端治理);根据措施实施的环境背景,分为不同空间单元(流域、行政区域)上的BMPs组合.对现有的措施分析其控污机理和净化效果,指出当前研究存在着理论研究薄弱、缺乏成本-效益分析、措施优化组合不够、环境效果评价不足等问题.着重指出今后应从以下5个方面加强研究:BMPs管理体系建设,措施研发与技术集成,模型模拟研究,尺度转换模式,BMPs效益评价.本文旨在为提高中国BMPs构建与研究水平,同时为中国农业面源污染防控和水环境改善提供理论借鉴和科学依据.     

农业面源污染管理政策调控仿真模型研究进展

农业面源污染因其分散性、滞后性和不确定性而成为环境治理的难点。面源污染物迁移转化过程的模拟模型发展迅速,而农业面源污染管理政策仿真评估模型研究相对较为滞后。系统梳理与分析了自上而下宏观目标约束、自下而上微观行为传导及宏观与微观上下耦合三类政策仿真模型研究进展,总结了当前模型的基础理论与方法的优势与不足。本文提出了融合流域水系统过程规律认知,构建宏观政策目标自上而下约束与微观主体行为自下而上传导耦合的农业面源污染政策仿真模型,实现政策仿真模拟在国家、区域、流域与栅格跨尺度上的嵌套传导、参数互验与系统预测,以解决因农业面源污染防治主体的多元性与防治对象的广泛性特征所导致的复杂性系统难题,使得政策效应模拟仿真结果空间显性化,进而实现农业面源污染控制的政策管理由粗放型向精准化方向迈进。     

三峡库区面源污染研究进展

为掌握三峡库区面源污染研究动态并明确研究中存在的问题, 基于1990-2018年三峡库区面源污染的相关研究成果, 检索、分类并统计分析了已发表论文数量变化趋势和高频被引论文内容, 从机理、影响因素、负荷与模型模拟、防治四个方面论述了库区面源污染的研究进展, 以便更好地进行区域生态系统管理。面源污染机理研究主要集中在降雨径流、土壤侵蚀、不同土地利用类型、不同管理措施下泥沙、N、P等污染物流失特征, 多关注单一过程及单一尺度, 严重破碎化土地利用格局背景下的面源污染发生过程、扩散格局及其转化机制有待进一步研究。影响因素多讨论土地利用, 景观格局变化对面源污染的影响机制仍不明晰。负荷模拟研究主要是建立经验模型和探讨国外模型在库区的适用性, 原始开发少。面源污染防治措施多集中于工程及单一技术措施, 最佳管理措施(BMPs)的研究较少, 缺乏生态系统、景观及流域尺度面源污染综合防控技术。提出三峡库区面源污染研究需在以下方面有所加强: (1)不同尺度和格局下N、P、泥沙等耦合作用下的运移、转化机理及其不同污染物在不同陆面斑块界面之间转化机制; (2)景观过程与面源污染动态关系; (3)借鉴国外模型理念, 研发适合我国区域地理特征的面源污染机理预测模型; (4)建设标准化面源污染监测系统; (5)统筹“山水林田湖草”系统治理, 研发面源污染综合防控技术体系。     

山东省南四湖流域农业面源污染评价及分类控制

为明确山东省南四湖流域农业面源污染状况,有针对性地采取合理的污染控制对策,采用排污系数法核算了山东省南四湖流域农业面源COD、TN和TP的污染负荷。运用等标污染负荷法、聚类分析、GIS技术对其污染物排放量、排放强度、敏感性和空间特征以及污染物分类进行分析。结果表明:2012年山东省南四湖流域农业面源COD、TN和TP的排放量分别为254574.06、116976.87和15554.42 t,排放强度分别为88.18、40.52和5.39kg·hm-2;流域最主要的污染源为畜禽养殖,最主要的污染物为TN。COD、TN和TP排放强度最高的地区分别为兖州市、梁山县和鱼台县,而排放强度最低的地区均为山亭区;兖州市、汶上县、梁山县、定陶县和滕州市为整个流域农业面源污染的高度敏感区和优先控制区,畜禽养殖是流域优先控制区的重点污染源。农村生活污染型和综合污染型分别是流域污染贡献率最高和治理难度大的污染类型。     

基于遥感的饮用水源地农业面源污染负荷估算

近年来,农业面源污染(NPS)造成的水环境污染越来越严重、影响饮用水的安全,引起业内广泛关注。本文选取柴河饮用水源地二级保护区为研究对象,通过对当地居民进行问卷调查,提出一个新的机制性的方法来评估NPS的污染源(农业种植、畜禽养殖和农村生活)。利用动态平衡方程N污染=N流失+(1-α)N人+(1-β)N畜禽来分析TN、TP的动态变化和估算NPS总负荷。畜禽养殖和农村生活污染负荷评估采用排污系数法。此外,农业种植污染中施用化肥是一个重要的来源。利用遥感数据结合物候学理论,采用分类决策树法对作物进行分类并提取作物信息,确定作物类型。再建立归一化植被指数NDVI和不同作物产量之间的估产模型,施用肥料量可由此核算出来。结果表明,作物类型对遥感数据敏感,作物遥感估产模型的决定系数(R2)为0.91和0.64。由农业种植产生的TN和TP是最大的污染负荷,分别为205.9和61.61 t·a-1,这表明,农业种植是NPS的主要来源。研究成果有助于指导柴河饮用水源保护区的管理和降低下游水体受到污染的风险,达到恢复生态环境的成效。     

微生物技术在防治农业面源水污染中的研究

农业面源污染已是我国总面源污染的第一大来源,而水污染是农业面源污染最重要的内容。由于面源污染的复杂性,防治农业水污染,"防"胜于"治"。随着近几十年科学技术的迅猛发展,微生物技术在防控农业水污染措施中起着越来越重要的作用。微生物技术通过减量农业源头污染,截留农业过程污染,来减少污染物向周围水体的排放,有利于农业生态环境的可持续发展。综述和展望了微生物技术在防治农业面源水污染"源头减量"和"过程截断"中的应用,为农业面源水污染防治提供参考。     

农业政策环境扩展模型在我国农业面源污染研究中的应用

我国的面源污染问题逐渐受到政府和科学界的重视,然而面源污染是一个复杂的系统过程,涉及多种因素和多个过程。面源(NPS)污染模型作为解决面源污染相关问题的研究和管理工具,在进行面源污染总量估算和严重程度评价、污染物流失路径和影响因素分析、治理策略制定等方面都有重要的作用。在我国,虽然针对面源污染模型进行了大量相关研究,既包含对基于国外模型的应用与验证,也包含基于观测数据自主研发的模型,但仍然存在模型应用和验证案例不足、已有的模型应用同中国面源污染特征结合不足、模型发展同面源污染机理研究结合不足等问题,而农业政策环境扩展(APEX)模型在应对这些问题上具有一定的优势。结合我国面源污染模型相关研究存在的问题、APEX模型模块和研究进展进行了介绍,对APEX模型在我国面源污染相关问题的研究中涉及的畜禽养殖、复杂耕作系统、特定BMP和水稻田的模拟等相关问题的应用前景进行了探讨,以期能够促进我国农业面源污染模型的发展。     

基于农业面源污染分区的三峡库区生态农业园建设研究

在三峡库区建立生态农业园是解决库区农业、环境和生态问题的有效措施。以农业面源污染分区为基础,探讨三峡库区重庆段生态农业园的建设模式和对策。结果表明:(1)根据地形地貌特征,将生态农业园规划为三大生态农业区,低海拔平坝丘陵生态农业区适宜发展"粮果蔬-猪-沼气-粮果蔬+休闲旅游"复合型高效农业模式,中海拔低山生态农业区可采用"粮-林-畜-沼气-草"的生态农业园建立模式,高海拔高山生态农业区适宜发展林草牧药复合型高效生态农业发展模式。(2)结合农业产业发展,确定了生态种植园、生态养殖园和生态综合园为该区的生态农业园建设方向。划分归并后的五大农业面源污染产污区中,库首外围丘陵山地产污区适宜以生态种植园为主导发展方向;库尾丘陵山地产污区可主营生态养殖园;余下3个产污区的发展核心都宜放在生态综合园建设。(3)三大生态农业区中的中海拔低山生态农业区和五大产污区中的库中平行岭谷产污区是库区生态农业园的建设重点。(4)为保障生态农业园的建设,应积极促进国家、政府、企业和农户之间的合作关系,不断创新和提升农业面源污染防控和农业生产技术。     

农业面源氮污染控制措施滞后效应形成机理与评估方法研究进展

推广实施最佳管理措施(BMPs)被认为是防治农业面源污染的有效途径,然而许多流域实施BMPs后通常难以在预测的时间内实现水质改善目标,导致人们对BMPs的有效性提出质疑。受流域内养分遗留效应影响,BMPs实施后的环境质量改善效益可能不会立刻显现(也即“滞后期”),这是由于过去人为活动输入的过量营养物质在流域水文传输和生物地球化学转化过程中的积累所致,当来自外部的污染负荷减少时,这部分营养物质的汇集和释放可能掩盖治理措施对于水质改善的影响。鉴于遗留的营养物质在延迟水质改善方面的关键作用,滞后期的量化评估对于全面分析污染成因,科学配置BMPs,有效治理流域农业面源污染,提升水质改善效率非常重要。以农业面源氮控制措施的滞后效应形成机理和评估方法为主线,概述了流域尺度氮累积和滞后效应产生的主要机理,述评了氮污染滞后效应的量化评估方法,提出目前大多数流域模型尚不能很好的表述滞后效应以及缺乏解决水文和生物地球化学遗留效应的能力,并对未来BMPs优化配置研究提出建议：(1)摸清流域水文传输过程和生物地球化学转化过程对BMPs控氮效益滞后期的影响,分析污染负荷削减的时空响应规律;(2)构建包含土壤、浅...     

淮河流域奎濉河典型小流域农业面源污染调查与评价

通过对奎濉河典型小流域进行实地调研, 应用等标污染负荷法进行综合分析, 结果表明: 小流域内农业面源污染排放源中, 生活源污染负荷率最大, 达到57.32%, 污染物排放总量达到75874.04 kg, 其中COD为主要污染物, 排放量达到39812.58 kg; 养殖业污染负荷率为35.33%, 达到18741.73 kg, 种植业污染负荷率为7.35%。在3个评价因子COD, TN, TP中, 以COD的污染负荷率最高, 达77.17%; 其次为TN, 污染负荷率为16.83%; TP的污染负荷率为6.00%。农村生活和畜禽养殖污染是小流域内农业面源污染物主要来源, 应是该地区农业面源污染防控的重点。     

基于CLUE-S模型的密云县面源污染控制景观安全格局分析

探讨了基于安全格局分析和"源-汇"生态过程理论,利用土地利用变化模型,研究以面源污染控制为目标的土地利用空间模拟情景分析。基于"源-汇"生态过程理论,利用空间数据库计算了密云县水库周围面源污染控制的景观安全格局,分析了低安全格局中的有较大面源污染风险的土地利用变化过程。基于现状社会经济驱动因子和邻域因子,利用CLUE-S模型模拟了2个情景下的土地利用发展:情景1为现状趋势发展,情景2为反规划途径,即限制低安全格局中具有面源污染风险的土地转变过程,其余地区按现状趋势。结果表明:情景1现状趋势发展下,未利用地复垦和农业用地结构调整两种土地利用转变过程有较大面源污染风险。情景2低安全格局中被限制发展的耕地和果园在模型模拟中转移到了中安全格局内,低安全格局中植被恢复能够增强了对上游污染物的截留;虽然面源污染"源"类型土地总量没有发生变化,但是由于土地格局的优化,整体面源污染风险会降低。     

农业立体污染防治的生态学思考

分析了我国农业环境污染问题的严重性、污染特点及防治中存在的问题。并依据生态学理论提出了生态平衡、结构与功能、物质循环与再生利用、负载定额、相生相克等原理应作为农业立体污染防治的重要理论基础。进而,提出了生态工程设计、生态工程技术、生态管理与调控等解决农业立体污染的技术途径     

基于农户受偿意愿的农业面源污染治理生态补偿标准及影响因素

农业面源污染治理的关键是从源头有效激励农户主动减施或不施农药化肥,而农业面源污染治理的受偿标准及影响因素对于持续推行生态补偿政策具有重要意义.本文从洞庭湖流域农户调研数据出发,基于效用理论和补偿原理构建效用函数测度农户参与农业面源污染治理个人效用最大化时的生态补偿额度,并利用二元Logistic回归模型分析农户受偿意愿...     

菜地土壤氮磷面源污染现状、机制及控制技术

为了提高蔬菜产量,菜农大量施用化肥,菜地氮磷肥用量在一些地区已超过蔬菜实际需求量的数倍;而大多数蔬菜是浅根系和没有庞大根系的作物,菜地土壤已出现明显的氮磷累积现象,从而导致蔬菜作物营养失调,硝酸盐含量严重超标、品质下降,并引起菜地土壤理化性状恶化、地下水硝酸盐污染及地表水富营养化等一系列环境问题.本文综述了菜地土壤氮磷面源污染现状(氮磷累积特征、对水环境及蔬菜污染现状)、污染机制(氮磷来源、转化特征及损失途径)及包括施肥控制技术、应用化学添加剂技术、填闲作物技术、种植制度优化技术、汇源景观组合和生态草带拦截技术等污染控制技术,旨在为菜地土壤氮磷面源污染的深入研究提供借鉴.     

海河流域面源污染风险格局识别与模拟优化

面源污染是海河流域面临的主要水生态环境问题,如何通过流域景观格局优化实现对面源污染的控制一直是研究的热点问题。通过最小累积阻力模型,以海河流域为研究对象,将流域景观要素及影响流域景观过程的外部因子相结合,对海河流域面源污染风险格局进行了识别,并将阻力格局与海河流域实测水环境指标进行相关性分析及验证,在此基础上对流域污染风险进行识别与优化模拟。结果表明海河流域有40%以上(130380 km2)区域面临高污染风险,集中分布在中南部平原地区以及山区河谷地带;对此设置河流植被缓冲带进行格局优化模拟分析,通过比较不同措施格局优化阻力值变化趋势表明,对于二级河流水系,加强河流两岸600—1600 m范围的人类活动管控,可以有效降低污染物输出,显著降低流域面源污染发生的风险。在面源污染风险等级较高的平原地区,设置300—400 m植被缓冲带,可将风险等级降低50%,设置700—800 m岸边植被缓冲带即可达到最佳效果;而在山区地区因风险较低,设置400—500 m的植被缓冲带即可达到最佳效果,能够将污染风险在现有基础上降低30%—40%。这一研究结果对海河流域景观格局优化和面源污染风险控制提供科学参考。     

滇池流域居民-农田混合区面源污染控制集成技术

以滇池流域六甲乡金家村为研究对象,该区为城郊典型的居民-农田混合区,总面积14万m²,其中居民区面积为7.7万m²,常驻人口780口,区内有一家约120头的养猪场,一个具有9家洗涤企业的金家村工业园区,居民区和养殖、工业废水直接排向就近的90%种植韭菜的农田区。针对该区村庄-小企业-农田-养殖业呈复区分布,污染源复杂,雨污混流污染严重,污水管网建设滞后,化肥施用过量,沟渠湿地系统破碎等现状,研发出兼顾水质净化和农田排灌的居民-农田混合区面源污染控制集成技术,包括改良化粪池与组合基质床,生态支沟,生态干渠,A/O生物处理系统,复合人工湿地等污水处理技术,以及农田内部的节氮控磷技术,如精确施肥,施用硝化抑制剂抑制氮向水体迁移,垄沟内浮萍的氮磷滞留与养分循环利用。通过12个月的连续监测表明:在非降雨日负荷为500m³/d的工况下,改良化粪池与组合基质床对COD,TP,TN的去除率分别为61.3%,50.50%,44.4%;A/O生物处理系统对COD,TP,TN的去除率分别为65.8%,55.2%,55.2%;生态支沟由于进水量小浓度高,水力停留时间长,其对COD,TP,TN的去除率均比生态干渠的高,分别高29.0%,17.5%,28.4%;系统末端复合人工湿地对污染物质的去除效果分别为COD 50.6%,TP44.9%,TN36.4%。一年内依托集成技术建设的生态工程去除污染物的总量为COD 143.71t,TP2.43t和TN16.99t,对氮磷的去除量相当于一座负荷为350～620m³/d 的市政污水处理厂去除的量。经济效益分析得出,整个系统日耗电量18度,由一名工人即可管护。传统施肥减量20%+叶面肥,每年每公顷可减少氮肥投入约2400元,增加叶面肥投入约500元,减少收入约1300元,合计增收3200元。浮萍滞留与养分循环利用,每年每公顷韭菜地相当于少施用151kg尿素和93kg过磷酸钙的氮磷含量。施用DCD和元素硫,淋溶水中硝态氮的浓度降低了59.2%,测渗水中则降低了62.2%。可见,居民-农田混合区面源污染控制集成技术不但可以有效去除污染物,而且在保证产量的情况下,增加农民收益。技术适用于城市郊区、城乡结合部及广大农村等城市污水管网未覆盖地区推广使用,具有巨大的推广潜力。     

面源污染最佳管理措施多目标协同优化配置研究进展

随着点源污染逐渐得到有效控制,面源污染逐渐成为我国多数地区影响水环境质量安全的主要因素。推广实施最佳管理措施(Best Management Practices, BMPs)被认为是控制面源污染的有效途径。受到区域种植制度、耕作方式、政策以及经济成本等因素的影响,导致流域尺度配置BMPs存在一定的困难,特别是随着流域空间尺度的变化,会进一步加大BMPs配置难度,使得BMPs的配置工作变为了一项多目标决策优化问题,即如何在有限的成本投入下,实现水环境质量改善的目标。需要在不同空间尺度下对流域BMPs进行多目标协同优化配置。从面源污染关键源区识别、BMPs削减效率评估以及BMPs多目标协同优化模拟3个方面对面源污染BMPs多目标协同优化配置研究进行了综述。结果表明:1)包含地块尺度和流域尺度的多尺度模型耦合系统的构建,将是实现关键源区精准识别的有效途径;2)BMPs削减效率对水质改善响应的滞后性、不确定性、时空异质性、污染物形态转换风险等均是今后BMPs削减效率评估中需要重点解决的关键问题;3)建立流域污染物负荷削减量与水质改善之间的非线性响应关系,并以此为基础将BMPs组合数据库、成本数据库以及基于进化算法的的优化配置方案进行耦合,进而构建多目标决策支持系统,以获取BMPs空间优化配置方案以及多目标成本-效益最优曲线。     

现代生物技术在农业立体污染防治中的作用

由于农业污染呈现水体、土地、生物、大气的大循环体的立体污染的特点。本文综述了生物技术在控制农业立体污染循环链的各个主要环节的应用进展 ,论述了现代生物技术在农业立体污染防治中的核心地位和作用。     

基于径流路径的分布式面源污染模型研发与应用进展

精准刻画地表径流的路径及其所携带的面源污染物随径流的输移过程是准确估算面源污染入水体量、污染关键源区辨识和高效防控的关键,在我国以小农户种植为主、景观特征复杂的地理条件下尤为重要。鉴于目前常用的面源污染模型大都起源于国外,往往对径流路径的空间差异性及污染物陆面输移过程进行概化,介绍了一个基于径流路径的分布式面源污染模型(STEM-NPS)及其研发与应用进展。阐述了该模型的研发背景、模型原理和结构,说明了STEM-NPS模型对地表径流汇流及其所携带的污染物输移过程的精细化表达方法;介绍了该模型在不同地理环境及尺度的应用进展,展示了其在地块尺度的面源污染关键源区辨识,关键过程和关键影响因素解析及面源污染监管决策支持等方面的功能;探讨了STEM-NPS模型与其他常用模型的异同,并结合生态学研究和面源污染精准防控的需求,提出模型的应用前景及进一步发展的方向。