基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型的三峽庫(kù)區(qū)重慶段農(nóng)業(yè)面源污染研究.pdf

1、三峽庫(kù)區(qū)是重慶市重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生態(tài)區(qū)域和國(guó)家生態(tài)環(huán)境建設(shè)重點(diǎn)治理區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不僅涉及到三峽工程的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，也關(guān)系到本地區(qū)乃至全國(guó)的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。近年來(lái)，三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有了飛速的發(fā)展，農(nóng)村生活也有了很大的改善，但非持續(xù)發(fā)展、高消耗的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活方式依然廣泛存在，由此帶來(lái)的農(nóng)業(yè)資源環(huán)境問(wèn)題積重難返，其中農(nóng)業(yè)面源污染在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，已引起國(guó)家和地方政府的高度重視。雖然三峽庫(kù)區(qū)重慶

2、段農(nóng)業(yè)面源污染的研究較多，但利用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型分析三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染還是首次。 本文首先構(gòu)建了農(nóng)業(yè)面源污染的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型，隨后在區(qū)縣級(jí)尺度上，采用清單分析方法，核算了三峽庫(kù)區(qū)重慶段21個(gè)區(qū)縣化肥施用、有機(jī)肥施用、農(nóng)作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污水、生活垃圾和農(nóng)田侵蝕等7個(gè)來(lái)源對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染COD、BOD5、TN、TP排放負(fù)荷及其貢獻(xiàn)；評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)面源污染的負(fù)荷程度；確定農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物、主要污染源、主

3、要影響因子、主要污染區(qū)域；確定農(nóng)業(yè)面源污染的空間與時(shí)間序列特征。然后采用灰色模型預(yù)測(cè)了農(nóng)業(yè)面源污染的發(fā)展趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算了農(nóng)業(yè)面源污染環(huán)境容量及其削減量。最后從沼氣為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)角度，探討了循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展度、協(xié)調(diào)度、障礙度及其與農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的耦合模型。論文最后以涪陵區(qū)王家溝小流域?yàn)榘咐?，重點(diǎn)探討了發(fā)展戶用沼氣池對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染削減的響應(yīng)，從而為重慶市制定農(nóng)業(yè)面源污染防治、三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境保護(hù)政策和管理策略提供科學(xué)依據(jù)。

4、通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的系統(tǒng)研究，引入了農(nóng)業(yè)面源污染系統(tǒng)的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（P-S-R）的概念模型，農(nóng)業(yè)面源污染的排放量與排放系數(shù)可視為“壓力”；由面源污染排放引起的水質(zhì)變化可視為“狀態(tài)”；由此反饋的人類活動(dòng)可視為“響應(yīng)”。根據(jù)該概念模型，設(shè)計(jì)了農(nóng)業(yè)面源污染壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型中基于污染源的理論指標(biāo)體系和基于污染物的實(shí)際指標(biāo)體系。理論指標(biāo)體系中，壓力指標(biāo)為化肥、有機(jī)肥、農(nóng)作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污水、生活垃圾和農(nóng)田侵蝕的等標(biāo)排放系數(shù)，狀

5、態(tài)指標(biāo)為化肥、有機(jī)肥、農(nóng)作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污水、生活垃圾和農(nóng)田侵蝕等排放造成的質(zhì)量指數(shù)，響應(yīng)指標(biāo)為化肥使用削減水平、有機(jī)肥使用水平、作物秸稈利用率、畜禽糞便利用率、生活污水處理率和生活垃圾處置率。實(shí)際指標(biāo)體系中，壓力指標(biāo)為COD、BOD5、TN、TP的實(shí)物絕對(duì)排放量、等標(biāo)絕對(duì)排放量、等標(biāo)相對(duì)排放量（國(guó)土基、產(chǎn)值基、人口基）；狀態(tài)指標(biāo)為地表水COD、BOD5、TN、TP的濃度以及由此產(chǎn)生的地表水質(zhì)綜合指數(shù)、地表水質(zhì)等級(jí)；響應(yīng)指標(biāo)

6、為地表水環(huán)境容量與削減量、循環(huán)農(nóng)業(yè)測(cè)度、戶用沼氣響應(yīng)參數(shù)及沼氣普及率。 采用清單法核算2007年三峽庫(kù)區(qū)重慶段農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷，由化肥施用、有機(jī)肥施用、秸稈排放、畜禽養(yǎng)殖、生活污水、生活垃圾、農(nóng)田侵蝕等7個(gè)污染源排放的COD、BOD5、TN、TP量分別為26．64×104、14．71×104、8．07×104、1．52×104t/α，其污染排放量均超過(guò)當(dāng)年工業(yè)、生活排放的總和。其等標(biāo)絕對(duì)排放量分別為53555、12739、649

7、2、120325、11086、917、1672t/α。畜禽養(yǎng)殖排放最多，其次為化肥施用、有機(jī)肥施用和生活污水。全段基于國(guó)土面積的等標(biāo)相對(duì)排放量為5．01t/k㎡，其中種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、村民生活和農(nóng)田土壤侵蝕分別排放1．91、2．74、0．32、0．03t/k㎡，說(shuō)明農(nóng)業(yè)面源污染主要由畜牧養(yǎng)殖和農(nóng)田種植造成。 以三峽庫(kù)區(qū)重慶段COD、BOD5、TN、TP的實(shí)物絕對(duì)排放量為基礎(chǔ)，暫不考慮水體凈化過(guò)程，計(jì)算地表水COD、BOD5、TN、

8、TP的排放濃度，由此推導(dǎo)出三峽庫(kù)區(qū)重慶段因農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致的COD、BOD5、TN、TP的平均濃度分別為10．04、5．44、2．98、0．67mg/L。據(jù)此確定水質(zhì)污染嚴(yán)重的區(qū)縣是沙坪壩區(qū)、大渡口區(qū)、巴南區(qū)、江北區(qū)和江津區(qū)，全部位于三峽庫(kù)區(qū)重慶段上游；污染較輕的區(qū)縣則是巫溪縣、石柱縣、巫山縣、奉節(jié)縣和開(kāi)縣，全部位于三峽庫(kù)區(qū)重慶段下游（核心區(qū)）。集對(duì)分析認(rèn)為，三峽庫(kù)區(qū)重慶段中，農(nóng)業(yè)面源污染理論負(fù)荷（不考慮水體凈化過(guò)程）將會(huì)使奉節(jié)、巫山、

9、巫溪、石柱等四縣水質(zhì)接近Ⅱ類；沙坪壩、巴南等兩區(qū)水質(zhì)接近劣V類，其余15個(gè)區(qū)縣水質(zhì)接近V類。 三峽庫(kù)區(qū)重慶段農(nóng)業(yè)面源污染的主要污染物是TP、TN，貢獻(xiàn)率分別為40．08％和36．83％；主要污染源是畜禽養(yǎng)殖和化肥施用，貢獻(xiàn)率分別為58．21％和27．24％；主要影響因子是農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值，貢獻(xiàn)率達(dá)到90％以上。主要污染區(qū)域?yàn)榇蠖煽趨^(qū)、沙坪壩區(qū)、渝北區(qū)、江北區(qū)和忠縣。主要影響因子為農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，說(shuō)明COD、BOD5、TN、TP排放量主要由農(nóng)

10、業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生。 三峽庫(kù)區(qū)重慶段農(nóng)業(yè)面源污染具有典型的空間與時(shí)間分布特征?？臻g方面，采用離差平方和分別對(duì)壓力、狀態(tài)以及壓力．狀態(tài)進(jìn)行了聚類分析，有助于農(nóng)業(yè)面源污染控制的分類指導(dǎo)。防治農(nóng)業(yè)面源污染，既要預(yù)防面源污染“壓力”，又要治理污染“狀態(tài)”。時(shí)間方面，農(nóng)業(yè)面源污染壓力指標(biāo)（實(shí)物排放量）沒(méi)有明顯的分形特征，而狀態(tài)指標(biāo)（水質(zhì)濃度）則具有分形特征，由此以2005年為標(biāo)志，將直轄以來(lái)三峽庫(kù)區(qū)重慶段農(nóng)業(yè)面源污染劃分為兩個(gè)時(shí)段。

11、根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)重慶段農(nóng)業(yè)面源污染的現(xiàn)狀，建立了農(nóng)業(yè)面源污染的灰色預(yù)測(cè)模型，測(cè)算出2010年因農(nóng)業(yè)面源污染而排放COD、BOD5、TN、TP的總量分別為268533、147976、81643、15013t/α。在此基礎(chǔ)上，若按照地表水平均三類水域標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)算出COD、BOD5、TN、TP的水環(huán)境容量分別為575096、115019、28754、5750t/α，污染物削減量分別為173956、95859、52889、9726t/α，并按照污染分

12、擔(dān)原則，分配到各區(qū)域、各污染源、各污染物等。 循環(huán)農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染有著深刻的影響，循環(huán)農(nóng)業(yè)的障礙度與農(nóng)業(yè)面源污染的壓力指數(shù)與相關(guān)關(guān)系較為顯著，即障礙度越大，農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)越大，意味著要想削減農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷，就必須克服循環(huán)農(nóng)業(yè)障礙因子。在循環(huán)農(nóng)業(yè)因子中，主導(dǎo)影響因子是代表畜牧業(yè)的糞便承載系數(shù)、代表種植業(yè)的耕地面積和代表農(nóng)民生活的人均收入，其中糞便承載系數(shù)顯示抑制作用，而耕地面積和人均收入則促進(jìn)面源污染的加重，且它們均以直接作

13、用的形式影響農(nóng)業(yè)面源污染。 以沼氣為主導(dǎo)的循環(huán)農(nóng)業(yè)對(duì)化肥施用、有機(jī)肥施用、農(nóng)作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污水、農(nóng)村生活垃圾、農(nóng)田侵蝕等7個(gè)污染源的控制既有直接作用，也有間接作用；既有促進(jìn)作用，也有抑制作用。1個(gè)8～10m3的戶用沼氣池全年可減少COD230．65kg、BOD5146．87kg、TN38．00kg、TP11．84kg的污染物進(jìn)入水體。王家溝小流域?qū)嵶C研究表明，2008年該流域農(nóng)業(yè)面源污染物COD、BOD5、TN、T

14、P的絕對(duì)排放量分別為12099、6414、1780、327kg，主要污染物仍然為T(mén)N、TP，主要污染源仍然為畜禽糞便、化肥、作物秸稈。COD、BOD5、TN、TP年平均濃度分別為22．23、11．44、3．15、0．58mg/L，與實(shí)測(cè)濃度無(wú)顯著差異，說(shuō)明大尺度的農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷計(jì)算與小尺度的農(nóng)業(yè)面源污染實(shí)測(cè)是相容的。為了使面源污染物達(dá)標(biāo)，在考慮水環(huán)境容量的基礎(chǔ)上，需要新建戶用沼氣池32口，最終沼氣池入戶率將達(dá)到49．2％。 論

15、文的特色之處在于：（1）采用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型全面分析農(nóng)業(yè)面源污染，建立了農(nóng)業(yè)面源污染壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型中基于污染源的理論指標(biāo)體系和基于污染物的實(shí)際指標(biāo)體系；（2）將基于清單法的大尺度農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷測(cè)算與小尺度實(shí)測(cè)相結(jié)合，定量表征各農(nóng)業(yè)面源各污染源的負(fù)荷貢獻(xiàn)。（3）從數(shù)量化角度探討沼氣、循環(huán)農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染削減的響應(yīng)關(guān)系，確立了戶用沼氣對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染削減的響應(yīng)參數(shù)。但由于大部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源于各種相關(guān)統(tǒng)計(jì)年報(bào)上的“面”上資料和現(xiàn)場(chǎng)抽樣