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涪江流域农业非点源污染空间分布及污染源识别(2)

时间:2015-12-15 16:20 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:丁晓雯,沈珍瑶 点击次数:

  根据ECM模型和确定的输出系数,对涪江流2010年的农业NPS污染负荷及空间分布进行模拟.研究用到的数据主要包括1∶10万土地利用1∶25万数字高程(digitalelevationmodel,DEM)1∶100万行政区划图和相关市/州的社会经济资料,如表3所示.通过卫星遥感图片解译获得研究区土地利用图;利用ArcGIS软件,通过DEM图生成研究区轮廓图、坡度图、河流图以及水系图;将全国行政区图数字化,结合研究区轮廓图,生成研究区的市、州域图.

  数据类型空间尺度分辨率描述来源土地利用1∶10000030m×30m研究区土地利用状况数字化、遥感图像解译、中科院地理所地形1∶25000090m×90m用于生成流域边界、获取高程、坡度等信息国家基础地理信息中心行政区划1∶1000000200m×200m研究区内各市、州的空间分布和边界国家基础地理信息中心社会经济研究区涉及的所有地级市、州各市、州人口数量、畜禽养殖和化肥施用等情况省、市统计局根据确定的输出系数,由于农村生活、畜禽养殖主要与人、畜禽的新陈代谢有关,随时空变化很小,因此,采用表1中的相关输出系数值对研究区2010年的农业非点源TN污染进行模拟.而农业用地的输出系数与化肥施用量密切相关,在结合各市、州化肥施用情况的基础上,1)研究区涉及阿坝州的农业用地中,土地利用类型无水田在GIS技术支持下,根据涉及的数据和中所列的输出系数,运用ECM模型,对研究区农业非点源TN污染负荷进行定量计算和空间分布模拟;并结合研究区土地利用图、市/州域图和DEM图等,对研究区的农业非点源TN污染负荷及强度的空间分布特征开展分析;并在此基础上,进行污染源识别.

  4、结果与分析

  4.1农业非点源TN污染负荷

  2010年,研究区农业非点源TN污染负荷为9.11×104t,按研究区面积29420km2计,区内平均负荷强度为3.10t·km-2.

  4.2农业非点源TN空间分布

  根据对流域农户的实地调研,农村生活、畜禽养殖产生的农业非点源TN可视为农家肥施入农业用地.借助ArcGIS软件,研究区2010年农业非点源TN的模拟结果如图2所示.

  4.2.1负荷总量空间分布分析

  从农业用地、行政区划、地形这3个空间角度,探讨研究区农业非点源TN负荷总量的空间分布特征.

  研究区的土地利用如图3所示.就各土地利用类型而言,农业非点源TN最主要分布在旱地,负荷量为7.02×104t,占总负荷的77.06%;其次分布于水田,负荷量为1.62×104t,占总负荷的17.78%;最后是果林,负荷量为0.47×104t,占总负荷的5.16%.

  研究区主要涉及绵阳、遂宁、德阳、阿坝、内江几个市、州,区内的行政区划如图4所示.就各市、州而言,农业非点源TN最主要分布在绵阳市,负荷量为4.71×104t,占总负荷的51.70%;最少分布于重庆市、内江市和阿坝州,负荷量分别为0.39×104、0.10×104和0.10×104t,占总负荷的4.28%、1.10%和1.10%;其它市介于其间研究区地形起伏,高程介于242~5556m之间,坡度介于0~66°之间,如图5所示.若将研究区根据坡度分为缓坡区(坡度<5°)、陡坡区(坡度为5~25°)和极陡坡区(坡度>25°),则农业非点源TN最主要分布在缓坡区,负荷量为5.38×104t,占4028空间单元面积/km2负荷总量负荷强度数值×104/t占总量比例/%数值/t·km-2与全区平均值的比值旱地123757.0277.065.671.83;农业用地1)水田41011.6217.783.951.27;果林10610.475.164.431.43;绵阳市193994.7151.702.430.78;德阳市26221.9721.627.512.42;行政区遂宁市38281.8420.204.811.55;重庆市10880.394.283.581.15;阿坝州22120.101.100.450.15;内江市2710.101.103.691.19;缓坡区(<5°)120615.3859.054.461.44;地形陡坡区(5~25°)106563.1734.802.970.96极陡坡区(>25°)67030.566.150.840.271)对于每一个行政区,由农村生活和畜禽养殖产生的TN视为全部以农家肥的形式均匀地施入农业用地,故表中的农业用地负荷来源为化肥施用、农村生活和畜禽养殖这3种总负荷的59.05%;其次分布在陡坡区,负荷量为3.17×104t,占总负荷的34.80%;最少分布在极陡坡区,负荷量为0.56×104t,占总负荷的6.15%.

  结合土地利用图和地形图对研究区农业非点源TN负荷的分析结果表明,极陡坡区的农业非点源TN主要分布于旱地、其次是水田,最后才是果林;农业非点源TN负荷在25°以上的坡耕地(旱地、水田)上仍有分布,进一步实施退耕还林,将25°以上的坡耕地有计划地转为林地是削减研究区农业非点源污染的有效措施之一.

  可见,就农业非点源TN负荷总量而言,对于各农业用地、各市/州、地形区,农业非点源TN主要分布在旱地、绵阳市和缓坡区.这一方面有其面积较大的原因(如表5),另一方面与旱地、缓坡地是农事活动聚集区,农业非点源TN输出强度大密切相关.

  4.2.2负荷强度空间分布分析

  污染负荷强度是单位面积上的负荷量,其能消除面积对负荷量的影响,是污染分析的重要指标.由于负荷强度具有很强的空间异质性,下文利用空间单元的平均TN负荷强度值,从农业用地、行政区划、地形这3个角度,探讨研究区农业非点源TN负荷强度的空间分布特征.

  就土地利用类型而言,在3种农业用地中,最高负荷强度区为旱地,负荷强度为5.67t·km-2,是全区平均负荷强度的1.83倍;低负荷强度区为水田,负荷强度为3.95t·km-2,是全区平均负荷强度的1.27倍;果林介于两者之间,负荷强度为4.43t·km-2,是全区平均负荷强度的1.43倍.

  研究区农业非点源TN负荷强度统计图(2010年)Fig.6StatisticalmapofagriculturalNPSTNloadingintensitiesinresearcharea(2010)就各市、州而言,高负荷强度区是德阳市,负荷强度为7.51t·km-2,是全区平均负荷强度的2.42倍;绵阳市和阿坝州为低负荷强度区,负荷强度为2.43t·km-2和0.45t·km-2,是全区平均负荷强度值的0.78和0.15;其它市介于其间.

  就地形而言,高负荷强度区为缓坡区,负荷强度为4.46t·km-2,是全区平均负荷强度的1.44倍;低负荷强度区为极陡坡区,负荷强度为0.84t·km-2,是全区平均负荷强度值的0.27;陡坡区介于两者之间,负荷强度为2.97t·km-2,是全区平均负荷强度值的0.96.

  可见,就农业非点源TN负荷强度而言,对于各农业用地、各市/州、地形区,农业非点源TN的高负荷强度区为旱地、德阳市和缓坡区.这与其农事活动发达、耕作方式粗放、农村生活和养殖废水处理率低、农业非点源TN输出强度大密切相关.

  4.3污染源分析

  2010年,研究区产生的农业非点源TN负荷为9.11×104t,其中由农业用地的化肥施用产生的负荷为5.66×104t,贡献率为62.12%,为首要污染源;由畜禽养殖产生的负荷为2.01×104t,为第二污染源,贡献率为22.07%;由农村生活产生的负荷为1.44×104t,贡献率为15.81%.在各农业用地中,旱地的化肥流失是最主要污染源,占总负荷的50.49%;其次为水田的化肥流失,占总负荷的8.89%;最后是果林的化肥流失,在畜禽养殖的各污染源中,猪的养殖废水、废物排放是最主要的污染源,占总负荷的8.78%,其次是大牲畜、家禽和羊的养殖.可见过量的化肥施用是研究区TN浓度增加的最主要原因.旱地是最主要污染源,一方面是由于其面积较大,另一方面由于该区旱地多为小麦/玉米轮作,土地利用率高,陡坡垦殖严重,化肥施用量大、流失程度严重的缘故.

  农业耕作的化肥施用(尤其是旱地的化肥施用)是研究区农业非点源TN的首要污染源,畜禽养殖和农村生活的N素排放也是重要来源.粗放的农事生产方式、陡坡耕作、养殖废水/废物的肆意排放、农村生活废水的低处理率等是造成研究区农业非点源TN污染的主要原因,其中粗放的农业耕作方式,尤其是旱地无节制地使用化肥是最主要原因.

  5、结论

  (1)2010年,研究区农业非点源TN污染负荷为9.11×104t,全区平均负荷强度为3.10t·km-2.4030

  (2)就各农业用地类型而言,农业非点源TN负荷最主要分布在旱地,负荷量为7.02×104t,最高负荷强度区也为旱地,负荷强度为5.67t·km-2;就各市、州而言,农业非点源TN负荷最主要分布在绵阳市,负荷量为4.71×104t,负荷强度最高区为德阳市,负荷强度为7.51t·km-2;就各地形区而言,农业非点源TN负荷最主要分布在缓坡区,负荷量为5.38×104t,最高负荷强度区也为缓坡区,负荷强度为4.46t·km-2.

  (3)农业用地的化肥施用是研究区农业非点源TN的首要污染源,贡献率为62.12%,其次是畜禽养殖和农村生活.在各农业用地中,旱地的化肥流失是最主要污染源,贡献率为50.49%;在各畜禽养殖中,猪的养殖废水、养殖废物排放是最主要的污染源,贡献率为8.78%.


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