河北省永定河流域农业非点源污染分布研究_丁晓雯
第33卷河北省永定河流域农业非点源污染分布研究
丁晓雯1，齐珺2
（1.华北电力大学能源与环境研究院，北京102206；2.北京市环境保护科学研究院，北京
100037）
摘
要：为探究河北省永定河流域农业非点源污染的时空分布规律，研究在RS 和GIS 的基础上，利用输出系数模型对河北省永定
河流域的农业非点源污染进行了来源分析、负荷计算、分布模拟和规律研究。结果表明：该区农业非点源污染在时间分布上主要集中于丰水年及丰水期，在空间分布上主要集中在平原区、耕地（尤其是坡耕地）、经济作物种植区、化肥农药强施用区、农村人口集聚区。因此，优化农业用地结构、调整作物种植结构、改善农业耕作方式、集中处理农村生活/养殖污水和加强农村固废管理等措施是流域农业非点源污染控制的重要途径。
关键词：永定河流域；农业非点源污染；分布规律中图分类号：X522
文献标志码：A
doi ：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.6E.135
文章编号：1003-6504(2010)6E-0522-03
Spatio-temporal Distribution of Agricultural Non-point Source
Pollution in Yongdinghe Basin in Hebei Province
Ding Xiao-wen 1,Qi Jun 2
（1．Research Academy of Energy and Environmental Studies,North China Electric Power Uinversity,Beijing 102206,
China ；2．Beijing municipal Research institute of Environmental protection,Beijing 100037,China ）
Abstract ：In order to reveal spatio-temporal distribution of agricultural non-point source (NPS)pollution in Yongdinghe basin in Hebei province,the resource,loading and distribution of agricultural NPS pollution is analyzed in the paper based on remoting sense and geographic information system by export coefficient model.The result indicates that,temporal distribution of agricultural NPS pollution is concentrates on high flow seasos/years.As far as the spaceial distribution of agricultural NPS pollution load is concerned,it is concentrates on plain,infield (sloping land especially),economic crop plantations,high fertilizer distribution area and villages.In the conclusion,it is suggested that the methods of agricultural land use,crop plantation should be improved and the treatment efficiency of waster water and solid waste should be increased.
Key words ：Yongdinghe Basin;Agricultural Non-point Source Pollution;Spatio-temporal Distribution
收稿日期：2010-06-21；修回2010－06－30
基金项目：河北省自然科学基金课题（D2009001375）；华北电力大学校内科研基金（200822018）
作者简介：丁晓雯（1981-），女，讲师，博士，研究方向为水资源与水环境，（电子信箱）binger2000dxw@https://www.wendangku.net/doc/0b12153355.html, 。
非点源污染（Non-point Source ，NPS ）是指溶解性
或固体污染物在大面积降水和径流冲刷作用下汇入
地表水体而引起的污染。与点源污染相比，
非点源污染具有时空范围更广、
不确定性更大、过程更复杂、污染更严重等特点[1-2]。随着点源污染的有效控制，非点源污染造成的水污染问题日益突出，其中农业非点源已成为国内外许多地区的首要污染源[3-4]，如美国60%以上的地表水污染问题由农业活动引起[3]，德国多个流域也因过量施用化肥导致河水中的磷浓度超标[4]，荷兰农业的氮、磷污染负荷分别占60%和50%[5]，日本的稻田是Biswa 湖的最大污染源[6]，在我国，农业通常也是江河污染的最大来源[7]。
目前，农业非点源主要有以下几种类型：（1）化肥
农药施用目前我国已成为世界上化肥农药施用量最多的国家之一，而化肥农药利用率又仅为30%和20%[7]，
大量未被利用的化肥农药通过径流、
淋溶等方式进入水体，使之引起的水环境污染日益突出。（2）畜禽养殖养殖业是中国农业的重要组成部分，又以农户散养为主，其产生的大量养殖废水和排泄物往往不经过集中处理就直接进入环境或施入农田,最终流失至水体。（3）农村生活受各种条件所限，我国广大农村地区大多未设垃圾和污水收集、处理系统，农村居民的生活
垃圾、
生活废水等往往直接排入环境，而广泛存在的沿河岸倾倒垃圾的习俗更使污染形势雪上加霜。
Environmental Science &Technology
第33卷第6E 期2010年6月
Vol.33No.6E
June 2010
第6E期丁晓雯,等河北省永定河流域农业非点源污染分布研究
论文选择河北省永定河流域为研究区，在RS、GIS的基础上，利用Landsat-TM图像数据，根据输出系数模型对流域农业非点源污染进行来源分析、负荷计算、分布模拟和规律研究，并据此提出相关建议。研究对于认识农业活动对永定河水质污染的影响，剖析非点源污染首要来源，揭示污染产生机理及时空分布特征，改善水环境质量，预测水环境变化趋势，维持流域生态平衡等均具有重要的现实意义。
1研究区农业非点源污染现状
永定河是海河流域北系的主要河道之一，是官厅水库的主要水源。流经内蒙、山西、河北、北京和天津五省（市、自治区），流域面积47016km2。其中，河北省境内面积为17662km2，涉及张家口、保定和廊坊三市的部分地区。该区地处内蒙古高原与华北平原之间，气候为北寒带大陆性半干旱气候，冬季漫长而寒冷干燥，夏季短促且炎热。多年平均降雨量为400mm，年内、年际降雨变化较大，80%的雨量集中在6、7、8三个月。
近年来，随着流域内人口增长，经济快速发展，生产用水量加大，由流域内降水、地形地貌、土地利用结构、农田植被、化肥农药过量使用和农村生活、畜禽养殖等因素所引起的农业非点源污染和流域水环境问题日益突出。目前，河北省永定河流域内70%左右河长都受到不同程度的污染，水质恶化严重，严重影响了流域居民的生产及生活[8]。
2流域农业非点源污染时空分布特征
2.1数据获取及处理
根据研究需要和资料情况，所用到的数据见表1。其中土地利用数据利用Landsat-TM图像数据作为基础信息源，以突出植被覆盖、土地利用和土壤侵蚀特征为目的，解译得出。
2.2农业非点源污染模型
研究选用英国学者Johns等提出的输出系数模型，该模型简便可行，且能保证一定的精度，应用广泛，模型表达式为：
L=
n
i=1
ΣE i A i(I i)+p（1）
式(1)中，i为流域农业非点源污染源的种类；L为流域农业非点源污染总负荷；E i为第i种污染源的输出系数；A i为第i种污染源的数量；I i为第i种污染源污染物输入量；p为由降雨输入的污染物数量[9]。
2.3基于GIS的流域农业非点源污染时空分布特征
结合获取的RS数据，在GIS技术支持下，利用式（1）所示的输出系数模型，将数据和输出系数带入式（1），对研究区农业非点源污染进行负荷计算和时空模拟，可得出流域农业非点源污染在时空分布上存在以下特征：
（1）农业非点源污染在流域的时间分布特征。从水文年尺度上来讲，不同水文年农业非点源污染物负荷差异较大。污染往往在暴雨径流条件下才能产生，不同水文年降雨径流差别很大，以丰水年产生的农业非点源污染物最为严重，枯水年农业非点源污染物输入量最小。从水期尺度上来讲，流域内全年降雨量的80%集中在6~8月份，农业非点源污染物流失量表现出与水期降雨量基本一致的特征，这与农业非点源污染在枯水期累积，在丰水期随降雨和水土流失集中排放的特点密切相关。
（2）农业非点源污染在流域的空间分布特征。从地形角度，农业非点源污染集中产生于流域内坡度较小的平原区，即河流两岸的粮食、蔬菜和果品集中产区，该区域也是村庄分布相对较为集中的区域。暴雨径流将盆地中积蓄的农田化肥和农村生活污染物带入河道，因此流域内盆地产生的农业非点源污染物不仅量大，而且来源较多，加上传输距离短，对流域水污染影响较重。农业非点源污染最少的区域为流域上游的山地区，其山高坡陡，以林地和荒山荒坡地为主，是水源涵养区，暴雨径流中所含污染物质较少，主要为一些枯枝烂叶等有机物。而山地和盆地的过度地带为丘陵区，以旱作农田为主，主要为坡耕地，水土流失较为严重，泥沙含量相对较高。暴雨期间，污染物通过径流汇入水库，污染物主要是泥沙、吸附态氮、吸附态磷等。
从土地利用角度，该区人为开垦力度较大，土地利用率为58%，林草覆盖率为25%，区内主要的土地利用类型为耕地、林地、草地及荒山荒坡地，比例为1∶0.86∶0.17∶1.09，由于耕地的化肥农药施用强度大、土地利用水平高，流域的农业非点源污染主要产生于耕地。而在耕地中，又有2947km2的坡耕地，其在暴雨期极易发生水土流失，携带土壤中的氮、磷等因子侵溶到水体中，造成河道中污染物浓度急剧增大，直接影
数据类型空间尺度/分辨率描述来源
土地利用、土壤
侵蚀1:200000
研究区土地利
用及土壤侵蚀
状况
数字化、遥感图
像解译、中科院
地理所
地形1:250000用于生成坡度、
流域边界等
国家基础地理
信息中心
行政区划1:1000000各县、市的空间
分布
国家基础地理
信息中心
社会经济所有县、市人口数量、畜禽
养殖和化肥施
用等情况
各县、市统计局
输出系数30m 各种污染源的
输出系数
相关文献
表1数据来源及说明
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响流域水环境。可见，耕地（尤其是坡耕地）是流域农业非点源污染的主要输出源。
从农业种植分布角度，流域蔬菜、经济作物等高收益作物的种植由于土地利用强度增大，单位面积土
地上的肥料、
耕作力等投入也相应增加，因此农业非点源污染物的输出强度较大，而传统作物区，如玉米、高粱、马铃薯等种植地，由于作物产量较高，化肥、农药施用量小，农业非点源污染物的负荷量相对较小。可见，蔬菜种植区、经济作物种植区是农业非点源污染的主要输出区。
从化肥农药施用角度，由于施用的化肥、农药除
了部分被农作物吸收利用外，
60%～70%残留在土壤或蒸发到大气中，并随着农灌或降雨径流进入河道，其中的氮、磷营养物和有机质也随之进入水体，对水环
境形成污染。可见，
化肥农药施用量较大的区域是流域农业非点源污染主要负荷区，反之，施用量较小的
人畜积肥和生物防治区的氮、
磷等农业非点源因子流失量也较小。
从村落分布角度，由于流域内农业人口、大小牲畜主要分布在流域的各个村落，且绝大部分村庄无下水系统，人畜污水基本随地势走向进入村前屋后的地
表水或下渗到土壤中。其次，
农村地区未建立生活垃圾清运制度，生活垃圾和牲畜粪便等大都就地堆埋在村庄周围，很多农村小河道成为露天垃圾场，暴雨期（尤其是第一场暴雨）将这些储藏在地表和土壤中的污染物携入河道，成为农业非点源污染的重要组成部分。3
流域农业非点源污染控制对策
（1）优化流域土地利用结构，减少土壤养分流失。
流域农业非点源污染的发生和坡耕地种植、水土流失密切相关，因此加强流域的坡耕地管理和水土保持工
作显得尤为重要。今后应结合流域的自然地理、
水土流失情况，进一步研究农业非点源污染规律、治理技
术及其经济、
环境效益，制定水土保持规划，探索退耕（坡耕地）还林，特别是河道两岸水土流失严重区建设植被缓冲带等具体措施的可行性，以促进流域生态环境改善、农业非点源污染控制和水资源保护。
（2）改善农业结构，调整作物的种植结构。根据种
植物结构与水量消耗、
化肥施用、农业非点源污染的关系，调整作物种植结构，避免或减少在河道两岸种
植耗水量大、
化肥农药施用水平高的作物，减少河道引水量，减少氮、磷、泥沙等农业非点源污染物的入河量，以增大河道下泄水量，优化河水水质。
（3）改进粗放农业耕作方式，合理施用化肥农药。
根据研究区土壤肥力、作物需肥水平等情况，合理确定化肥、农药施用量、施用时间、施用方法，提高利用
率、
采取水肥综合管理技术和平衡施肥技术，改进粗放的农业耕作方式，限制过量施用化肥，发展低毒无毒农药，对农、林病虫提倡生物防治，严格限制合成洗涤剂中磷的含有量，以减少农业非点源氮、磷流失。
（4）集中收集农村生活污水，合理处理养殖废水。对于生活污水集中处理设施的村庄，应对农村生活污水进行集中收集，推广化粪池的规模化，限制水厕的使用。对于养殖废水，建议推广舍饲，加强牲畜粪便的收集和储存，提高牲畜粪便的利用率，减少流失。
（5）加强固体废弃物管理，严禁沿河岸堆放。加强固体废弃物的无害化处理，严禁沿江河岸边随意堆放，建议大力开发固体废弃物资源化的综合利用技术；同时对固体废弃物集中管理，设置专门的堆放场所；并且加强宣传，建立各种审查管理制度，对随意堆倒固体废弃物者依法进行制裁；控制污染发生。
[参考文献]
[1]Tim U S,Jolly R.Evaluating agricultural non-point source
pollution using integrated geographic information systems and hydrologic/water quality model[J].Journal of Environ －mental Quality ，1994,23(1):25-35.
[2]许书军,魏世强,谢德体.非点源污染影响因素浅析[J].环境
科学与技术，2004,27(4):43-45.
[3]USEPA.Registration eligibility science chapter for atrazine-environmental fate and effects chapter[R].Report of Envi －ronmental Fate and Effects Revised Risk ，2002.
[4]Csath óP,Sis ák I,adimszky L,et al.Agriculture as a source
of phosphorus causing eutrophication in central and eastern europe[J].Soil Use and Management.2007,23:36-56.[5]Boers P C M.Nutrient emissions from agriculture in the
netherlands.causes and remedies[J].Water Science and Technology ，1996,23:183.
[6]Anonymous.Nonpoint source pollution kit[J].The Science
Teacher ，2006,73(3):74-75.
[7]范丽丽,沈珍瑶,刘瑞民.不同降雨-径流过程中农业非点
源污染研究[J].环境科学与技术，2008,31(10):5-8.[8]乔彦肖.卫星遥感技术在永定河流域(河北)土壤侵蚀调查
评价中的应用研究[J].遥感技术与应用，2001,16(2):91-96.[9]Johnes P J.Evaluation and management of the impact of
land use change on the nitrogen and phosphorus load deliv －ered to surface waters:the export coefficient modeling ap －proach[J].J Hydrol ，1996,183:323-349.
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