农业非点源污染

1.1.2　农业非点源污染

非点源污染起源于分散、多样的区域，其地理边界和位置难以识别和确定，其危害规模大，防治困难。农业非点源污染是人们在从事农业生产活动时，农田中的土壤颗粒、化肥、农药或其他有机、无机污染物质，在降水或灌溉过程中，随地表径流、农田排水和土壤渗漏等进入水体，对地表和地下水体造成的污染主要包括化肥污染、农药污染、集约化养殖场污染等^{［26～28］}。相关研究表明，土壤侵蚀与水土流失是规模最大、危害程度最严重的农业非点源污染成因之一，降雨作用引发土壤侵蚀和水土流失中夹带大量的氮磷营养物质，是水体富营养化的主要诱因。此外，过量施用的化肥和农药在雨水或漫灌淋溶后随径流进入水体，引起水质污染，即为人们常说的农田氮磷污染^{［29，30］}。水资源是经济和社会发展的重要支撑和保障，近年来随着我国农业的快速发展，化肥施用量逐渐上升，由此产生的农业非点源污染负荷所占比重逐年增加，其产生的污染对农业生产、水资源、水生生物栖息地和流域水文特征均有着严重影响，其危害程度已经在我国很多地区显现出来，造成的水资源短缺形势也日益严峻，如何有效地监测和防治农业非点源污染，对我国水资源管理和环境保护具有极其重要的作用。

非点源污染研究是继点源污染研究之后，兴起的又一个国际环境问题研究的活跃领域^{［11，31～33］}。由于农业非点源污染形成过程受区域地理条件、气候条件、土壤条件、土壤结构、土地利用方式、植被覆盖和降水过程等多种因素的影响，因此具有其特殊的污染特性。概括起来，农业非点源污染特殊的性质表现为污染发生的随机性、分布范围广、形成过程复杂、潜伏性强、排放途径及排放污染物的不确定性、污染负荷的时空差异性以及模拟监测与控制困难等属性。具体为：

（1）随机性。非点源污染的起源和形成过程很大程度上决定于大范围的区域降水过程，由于降水的随机性和其他影响因子的不确定性，从而决定了非点源污染的形成具有较大的随机性，地表径流、农田排水、土壤侵蚀等的规模和强度均与降水过程密切相关^［17］。分析非点源污染的产生，可以发现它主要受水文循环过程的影响和支配，而降雨径流具有随机性，由此产生的非点源污染也必然具有很强的随机性。

（2）时空延滞性。农业非点源污染往往伴随降雨径流产生，在很大程度上与降雨和径流立即发生密切相关，农药和化肥在农田存在的时间长短决定着非点源污染形成的时空滞后性。

（3）广泛变异性。由于非点源污染涉及多个污染者，在给定的区域内它们的排放是相互交叉的，加之不同的地理、气象、水文条件对污染物的迁移转化影响很大，与点源污染的集中性相反，非点源污染物在进入地表水或下渗到地下水之前，主要产生在广阔的土地上并在地面迁移，地表分布范围广泛并具有分散的特征，它随流域内土地利用状况、地形地貌、水文特征、气候、天气等的不同而具有空间异质性和时间上的不均匀性^{［34～36］}。

（4）形成机理的复杂性。农业和化肥的施用是造成农业非点源污染的主要来源，在不同外界水文降水条件时，营养盐的流失速率和方式也具有较大差异，受产汇流过程等诸多因素间的相互影响，营养盐迁移转化具有明显的季节性影响特性，并随化肥等施用量、施用方式和灌溉排水形式的不同，污染发生和运移过程机理复杂，较难模拟。

（5）潜伏性和不易监测性。由于非点源污染信息不对称、随机性和高度不确定性的存在，大多数非点源污染具有分散性、隐蔽性、不易监测、难以量化等特征，很难具体监测到单个污染者的排放量，排放的分散性导致其地理边界和空间位置的不易识别。农业非点源污染往往伴随降雨径流而产生，因此在农田中施用农药化肥后，如果没有降雨或者不进行灌溉，其可能造成的污染会比较微弱，但若发生降雨，其危害性会立刻显现出来，是一种具有潜在危害性的污染源^{［18，37］}。

（6）不可控性。非点源污染的来源、发生机理的复杂性以及污染物存在的潜伏性和监测的不确定性都增大了定量研究农业非点源污染的难度，从而使非点源污染具有与点源污染治理不同的特点，即不可控性。

除了城市和工业发展所带来的污染，农业本身的过程性污染较为严重，与我国农业大国地位相匹配，农业的变化对于社会、环境都很敏感，与集中排放的点源相对比，非点源影响更为广泛、问题更为复杂、管理更加困难，危害性更大，对可持续发展影响更加深远。近年来，运用遥感（RS）、地理信息系统（GIS）可以对非点源污染进行模型化描述和模拟，为监控、预测和检验提供有力的数据支持^{［38～40］}。但由于农业非点源污染特殊的性质，如随机性、分布的广泛性、形成机理的模糊性，以及气候、水文要素等空间不确定性影响，其信息监测更为复杂和困难，这在很大程度上也限制了非点源污染模拟模型信息采集及其应用。通过监测及量化研究可以较好地实现农业非点源污染的预测，不仅是解决农业非点源污染问题的关键所在，也是众多研究者所关注的重点难题。