关键词:
农业面源污染
土地利用优化
关键源区
最佳管理措施
农村居民点—旱坡地—水田—消落带多重拦截与消纳
三峡库区
摘要:
当前,随着水环境问题的日益突出及点源污染控制水平的逐渐提高,面源污染尤其是农业生产和农村生活引起的农业面源污染问题己成为当今水环境污染的主要污染源,严重威胁着人类的生存与发展,并成为世界各国普遍关注的热点问题之一。农业面源污染形成的根本原因在于人类不合理的土地利用活动,它与土地利用类型、不同土地利用类型组合结构以及土地利用空间分异特征和土地利用管理措施等因素关系紧密。鉴于此,目前围绕土地利用与面源污染的关系已开展了诸多研究,但主要侧重于不同土地利用对面源污染的影响,关于不同土地利用与面源污染之间关系的定量研究以及据此构建适宜的土地利用优化模式和管理措施以控制农业面源污染的研究甚少,更没有一种系统的、可靠的研究理念和研究范式。三峡工程是举世瞩目的特大型水利工程,工程生态环境影响是国内外关心的重大问题,其中三峡库区水质问题则是关注焦点。三峡水库作为我国的战略水资源库,其水质状况不仅影响到三峡库区居民的生活、生产用水安全,同时也对长江中下游地区居民生产生活、经济发展以及南水北调工程的成败产生十分重要的影响。目前随着三峡工程的竣工和运营,工程生态环境影响逐步突现。由于库区特殊的生态环境条件和移民压力,特别是库区农业化学品的不合理投入、种养殖有机废弃物不合理排放等,农业面源污染日益严重,部分支流己出现“水华”现象。以上种种导致库区水质状况不容乐观,水环境安全问题令人担忧。面源污染是导致受纳水体水质恶化重要原因之一,因此,尽快开展面源污染控制措施研究已刻不容缓。能否针对三峡库区脆弱生态环境特点和农业面源污染发生特征,对三峡库区不同土地利用格局下的面源污染进行研究,提出适宜的面源污染控制的土地利用优化模式及管理措施,对三峡库区面源污染防控和水质保护具有重要的理论价值和现实意义。 鉴于此,本研究引入土地利用优化配置这一概念,并根据三峡库区流域脆弱生态环境特征和农业面源污染发生特征,提出了三峡库区农业面源污染控制的一个理念——整体优化(规划)控制,局部关键(管理)控制,和一个范式——农村居民点-旱坡地-水田-消落带多重拦截与消纳农业面源污染物的综合防控技术体系和控制模式,据此确定了三峡库区农业面源污染控制的土地利用优化途径。同时在三峡库区重庆段涪陵区珍溪镇遴选了一个封闭的典型农业流域——王家沟小流域为例进行了实证分析。通过在王家沟小流域广泛的实地调查获取了大量的基础数据,并通过地理信息系统(Geographic Information System, GIS)与现场监测和定位实验结合的技术手段以及景观生态学的研究方法,探讨了该小流域土地利用与面源污染的关系,构建了流域最佳土地利用优化模式和管理措施,进而提出了解决三峡库区面源污染的控制理念和措施。具体思路是,首先利用实地调查和实测数据分析了土地利用对土壤养分、农业面源污染物影响,并据此构建了农业面源污染控制的土地利用整体优化调控模式,同时筛选出农业面源污染关键源区及敏感的土地利用类型,最后在关键源区及敏感的土地利用类型上实施相应的控制措施,并对其实施效果进行预测和评价。 本研究取得了如下成果: (1)三峡库区小流域面源污染基础数据库建立 根据研究需要,对三峡库区王家沟小流域自然环境和社会经济状况进行了全面调查,结合现场测绘和实地调查结果,在1:1000地形图调绘基础上,采用GIS软件获得土地利用类型图,并建立小流域数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)、坡度和坡向情况;并对小流域交通和农用基本设施等进行了初步规划布局;同时根据调查资料,分析了小流域主要面源污染来源。据此构建了面源污染基础数据库。该工作为进一步开展面源污染后续研究并提出适合王家沟小流域甚至三峡库区特征的面源污染控制工程及技术措施提供系统的、可靠的基础资料支撑。 (2)三峡库区小流域土壤养分空间变异及其对土地利用格局的响应 采用地统计学与GIS相结合的方法,以三峡库区王家沟小流域为研究区,研究了表层土壤(0-20cm)的pH值、有机质(soil organic matter, SOM)、全氮(total nitrogen, TN)、全磷(total phosphorus,TP)、全钾(total kalium, TK)、碱解氮(available nitrogen, AN)、有效磷(available phosphorus, AP)和速效钾(available kalium, AK)等8种养分的空间变异特征。研究结果表明:(1)SOM的含量普遍较低,AN的含量普遍较高;土壤养分的变异系数大小是AP(99.7%)>AK(39.7%)>TP(37.4%)>SOM(27.2%) >AN(26.1%)>TN(21.6%)>pH(19.9%)>TK(