国外农业非点源污染研究

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1影响污染物运移的因素分析

在影响因子分析中,主要评价了土壤中化学元素(尤其是磷素和氮素)形态、有机肥和化肥施用和管理方式、降雨和灌溉、地形、近地表水文条件、作物和耕作管理等对化学污染物运移的影响。其主要结果表现为:(1)水土保持耕作法(少耕、免耕)可以减少土壤流失量和颗粒形态的养分流失,但不能减少可溶性养分的流失;另一方面,残渣覆盖物在增加土壤有机物、改善土壤结构的同时,残渣腐烂分解部分也增加了径流中的养分浓度[2～6]。因此,需要寻找有效的防治措施,使其具有防治侵蚀和减少非点源污染物的双重功能。(2)农地过度施肥、尤其是大量过度施用有机肥(家畜、家禽)使土壤中养分积累是引起污染物流失和地表水富养化的根源[7～13]。(3)流域内养分流失的敏感区集中在流域下游接近河床的土壤水分饱和区[14～16]。(4)近期郑粉莉和合作者在美国国家土壤侵蚀研究实验室的研究结果表明,近地表土壤水分条件对化学物质运移和地表水质的影响,壤中流(土壤水分饱和且饱和土壤水从土体表面排出)条件下地表径流硝态氮浓度和速效磷浓度分别是土壤水自由下渗条件下的1000多倍和7倍,说明壤中流对侵蚀泥沙搬运和农业非点源污染有重要贡献。因此,控制坡面壤中流的形成是减少农业非点源污染的关键所在。

2预报模型

目前预报非点源化学污染物运移的模型主要有ANSWERS(AreaNonpointSourceWatershedEnvironmentResponseSimulation)[17]、GREAMS(ChemicalsRunoff,andErosionfromAgriculturalManagementSystem)[18,19]和AGNPS(AGriculturalNonPointSource)[20,21]等模型。ANSWERS模型用于预报次降雨条件下的表面径流量和土壤侵蚀量和污染物流失量。ANSWERS模型是针对欧洲平原地区的模型。因此,如何合理地确定ANSWERS模型参数,使ANSWERS模型在我国水土流失应用尚需要做大量的研究工作。GREAMS模型是由土壤侵蚀子模型、水文子模型、化学物质侵蚀子模型组成,用于评价田间尺度多种耕作措施下土壤侵蚀和水质状况。模型中将表面径流和洪峰流量统一在径流流路的基础,并能实现流域不同地块的侵蚀模拟。该模型适合于地块内面积约5hm2左右的典型小流域,不适用于复杂的地貌状况;在外部参数输入方面缺乏降雨过程信息,对侵蚀产沙过程考虑不够。近年来对GREAMS模型进行了改进,并建立了GLEAMS模型,改进后的模型共由4个子模型组成:水动力子模型、侵蚀子模型、养分子模型和农药子模型。AGNPS模型是一个基于方格框架组成的流域框架的分布模型,由栅格采集模型参数,用以模拟次暴雨径流和侵蚀产沙过程,径流采用美国水土保持局的径流曲线数法(curvenumber)进行预测,产沙量用USLE直接计算,同时可以模拟计算土壤养分的流失。

3防治污染物流失的战略与对策研究

有关如何有效的减少污染物输移的研究主要集中在以下5个方面[22～25]:(1)优化施肥方案(包括肥料类型、施肥量和时间、施肥方式等);(2)鉴别流域内污染物流失的敏感区;(3)确定污染物在流域内运移的路径;(4)研发和实施最佳的管理措施;(5)建立不同污染物危险性评价的指标体系。

4我国开展非点源污染研究的重点

我国在农业非点源污染方面的研究十分薄弱。而近10多年来土壤侵蚀引起水体富养化现象呈明显的上升趋势。如1978～1980年对我国34个湖泊和水库的调查资料表明,富养化的水体占14.7%;而1987～1989年调查的22个湖泊中富养化的已达63%。因此,迫切需要开展这方面的研究工作。建议近期研究的重点主要集中在以下几个方面:

(1)土壤侵蚀对非点源污染质运移和水质影响的过程及其机理。通过对地表径流和侵蚀泥沙中农业化学物质(主要为硝态氮、氨态氮、速效磷及有害重金属)的分析测试,阐明侵蚀过程对农业非点源污染物运移的影响及其污染物运移对水质的影响,并从理论上对影响机理进行深入剖析。

(2)结合我国水蚀预报模型的研发,研发污染物运移的预测预报模型。非点源污染物运移的载体是径流和泥沙。因此,建议将我国水蚀预报模型的研究与非点源污染物运移的预测预报研究相结合。国外这方面的成功经验可供我们借鉴。

(3)制定全国统一的农业污染物危险性评价的指标体系。结合全国水土保持监测网格建设,建立我国农业非污染物运移的监测网。在此基础上,建立适合中国国情的农业非点源污染的数据库及评价指标体系,为国家决策和宏观管理提供支撑。