城鄉交錯帶小流域污染特征及控制研究進展

宋宇加

(長春科技學院環境工程系，吉林 長春 130600)

1.研究背景

我國正處于經濟發展的快速階段，載負經濟增長的人工建筑物、廢棄物和不斷增加的人口已經接近甚至超過了環境承載力，中國已成為全球元素遷移產生污染問題最多的國家，而在中國，城市又是大多數污染物的重要來源，據《邁向環境可持續的未來——中華人民共和國環境分析》報道［1］，2012年世界十大污染嚴重城市中，我國的太原、北京、烏魯木齊、蘭州、重慶、濟南、石家莊都被列入其中，主要都是人群活動和工業污染疊加的結果。僅大氣污染每年造成的損失就達到了國內生產總值的1.2%。各種污染歸根到底都是污染物質不合理的遷移，而造成這種結果的原因是人類自身的各種不良活動。

2.城鄉交錯帶小流域的污染特征

2.1 生態特征

城市既包括典型的主城區，也包括城鄉交匯處的邊緣地帶。隨著中國城市化的迅速發展，越來越多的城市功能向城鄉交錯帶轉移，使得這里成為受城市生態系統和農業生態系統雙重影響最為明顯的地區，其特點是地表景觀變化迅速，物質流和能量流大量集中，原有的自然生態系統受到強烈沖擊和改造，物質遷移的方式和數量發生劇烈變化。因此，這里成為既不同于典型城市街區，有不同于典型農村地區的一種過渡帶。

城市生態系統是一種典型的人工生態系統，又是一種脆弱的生態系統。說它屬于人工系統，是因為此系統以人工建筑物為主，不透水斑塊占據系統的主體，制造有機物和氧氣的生產者不足以養活消費者，大量物質和能量需要從其他生態系統輸入，而自身產生的大量廢棄物也因分解者少需要輸出到其他生態系統，所以，如果城市生態系統的規劃設計不合理，必然導致大量污染元素無節制的輸出或堆積，當超過生態系統的自我凈化能力時，污染就會發生。

2.2 污染元素遷移的狀況

城市溝谷地是連接城市基底與城市河流的紐帶，其特點是規模小但分布廣，遍布于各種類型的城市，類似于人體內分布的大量毛細血管源源不斷地向大型河流輸送各種物質，是城市水力和潛流侵蝕綜合作用的集中地，作為一種典型的水陸交錯帶，這里往往最先接受大量的非點源污染物，同時往往也是容易被忽略的對象。如果其污染狀況長期得不到研究和治理，那么主要江河水體的污染問題將不可能得到根本解決。城市水環境安全也就無從談起。

非點源污染一般是指由于降水引起的各種污染物由大氣圈和土壤圈逐漸向水圈遷移，最終導致水體污染的一種污染形式。非點源污染是在多個圈層之間同時交叉進行的，因此污染物遷移途徑較多，遷移過程較為復雜，同時還受到氣象、水文、地貌等外界因素的影響，所以非點源污染發生的隨機性、不確定性較大，近些年的進一步研究發現，除了受以上幾種因素影響外，土地利用、土壤特性、地表徑流、植被覆蓋等因素也會對非點源污染的發生、發展產生明顯影響。因此，有學者認為，分散性與不確定性是非點源污染的最主要特征，與點源污染的研究不同，搞清污染物的來源、遷移途徑及時空分異規律是今后非點源污染研究的主要方向。

城市生態系統和農業生態系統均是非點源污染物的重要來源，美國環保署(EPA)的研究認為，農業、城市和工礦區是非點源污染物的主要來源，氮、磷、重金屬是其中最主要的污染元素［2］。

Chesters 和Schierow 在研究美國非點源污染現狀時指出，20 世紀60年代時，人們認為美國地表水惡化的主要原因是點源污染，到了20 世紀80年代，人們才意識到，非點源污染對水體污染的貢獻率被大大低估，原因是之前人們未能將點源污染與非點源污染有效地區分開，非點源污染才是美國河流污染的最主要原因［3］。

3.城鄉交錯帶小流域污染控制方法

國內外對元素遷移的系統化研究始于20 世紀70年代，研究方法也在不斷的進步，主要包括以下幾個方面。

3.1 野外定位監測

這種方法是獲得研究區域各種數據的最直接最有效的方法，尤其是長期不間斷地定位監測，可以獲得很多寶貴的數據，借以分析和找出元素遷移的時空規律。近些年來，隨著科技的發展，人們將定位監測方法與遙感和地理信息系統技術相結合，大大提高了判別能力和工作效率。

3.2 3S 技術

也就是指遙感、地理信息系統和衛星定位技術。這些技術可以幫助研究者直觀準確的從圖片中掌握各種環境因子的分布和變化情況，取得了一些成果，但由于非點源污染具有分散不確定的特點，地理邊界與污染發生位置難以識別和確定等原因，使得單靠這項技術有一定的局限性，需要與其它方法結合使用。

3.3 模型研究

模型研究在最近二十多年越來越受到重視，針對不同類別、不同來源和不同遷移轉化機制的污染物，國內外開發了很多不同的模型，如1971年美國農業部使用通用土壤流失軟件(USLE)用于研究土壤侵蝕作用，雖然早期的模型還存在很多不成熟的地方，但還是為非點源污染的定量研究奠定了基礎。之后，越來越多模型隨之出現，Saleh 將SWAT 模型用于研究德克薩斯州Bosque 流域畜牧業生產導致的富營養化問題;美國環保署使用基于GIS 支持的BASINS 模型研究流域點源與非點源污染綜合控制問題;美國農業研究局研發的AGNPS 模型，用于小流域農業生態系統非點源污染的模擬和預測等。這些模型的優點是可以提高工作效率，在一定程度上減輕野外監測的工作量，但每種模型都有一定的局限性，其模擬的情況往往與實際情況有出入，導致最終的模擬結果與實際結果出現偏差，因此，模型的使用一般要與實地監測和實驗室分析數據相結合使用，用以對模型進行校正或者確定模型是否適合否以區域的元素遷移研究。

3.4 工程化治理方法

目前已在有些國家實施的水陸交錯帶生態工程研究包括美國的植被過渡帶項目［4］，新西蘭的水邊休閑地項目［5］，英國的緩沖帶項目［6］，匈牙利的Kis-Balaton 項目以及中國的多水塘項目等［7］。這些工程項目都是利用水陸交錯帶的截留作用治理河流水體富營養化的有益嘗試。

我國有關水陸交錯帶的研究包括對水質影響的研究，對元素遷移的影響研究，受損河道生態修復技術，城市河岸帶開發研究四個方面。通過這些研究，試圖找出污染元素的來源，遷移過程和最終去向，也就是研究源—流——匯之間的關系。從研究的成果看，人們對源和匯的研究已經比較清楚，可以找到污染元素的最初源地和最終匯聚地，但對其遷移過程尚不是很清楚。

4.結語

城鄉交錯帶小流域污染具有污染源分布廣泛，污染路徑復雜多樣，污染物種類繁多的特征，同時，這一區域的污染對江河干流的水質影響很大，目前，國內外已對其污染過程有了初步的認識，但是很多涉及污染機理的內容還不清楚，并且污染的治理措施相對比較單一，無法適應不同區域，不同污染情況的治理需要，景觀生態學的治療措施相對于其他措施來說具有投資較小，治理效果明顯，且不易發生二次污染的特點，是未來這一區域污染治理研究的主要發展方向之一。

［1］張慶豐;羅伯特·克魯克斯;邁向環境可持續的未來——中華人民共和國環境分析［M］.北京:中國財政經濟出版社;2012.36-37.

［2］Huaguo Xiao;Wei Ji;Relating landscape characteristics to non-point source pollution in mine waste-located watersheds using geospatial techniques ［J］;Journal of Environmental Management;2007，82:111–119.

［3］Chesters G;L Schierow;A primer on nonpoint pollution ［J］;J.Soil and Water Conserv;1985，40:9-13.

［4］Dillaha T A;Reneau R B Mostaghimi;Vegetative filter strips for agricultural ono-point source pollution control Trans ［J］;ASAE，1989，(32):513-519.

［5］Christine M;Smitha Riparian;Pasture retirement effects on sediment，phosphorus，and nitrogen in channellised surface run ‐off from pastures ［J］;New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research;1989，(23):25-29.

［6］A D Muscutt;G L Harris;S W Bailey et al.Buffer zones to improve water quality:a review of their potential use in UK agriculture ［J］;Agriculture Ecosystems ＆ Environment;1993，45，(1–2):59–77.

［7］Chengqing Yin;Ming Zhao;Weigen Jin;et al.A multi-pond system as a protective zone for the management of lakes in China，Nutrient Dynamics and Retention in Land/Water Ecotones of Lowland，Temperate Lakes and Rivers ［M］Germany:springer;1997.78-92.