遙感技術(shù)在面源污染中的應用

寧慕瑋

(中國礦業(yè)大學(北京)地球與測繪工程學院 北京 100083)

引言

近年來，隨著點源污染控制水平的提高，面源污染(或稱非點源污染)已經(jīng)成為水環(huán)境污染的主要來源。隨著中國對工業(yè)點源污染的大力治理，面源污染對水體污染所占比重呈上升趨勢，而農(nóng)業(yè)面源污染是中國水體面源污染的最主要組成部分。當前農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)引起了世界的注意并進行了廣泛而深人的研究，取得了較為顯著的成果。但有關(guān)面源污染的許多理論問題及過程機理尚不清楚，還沒有公認的或統(tǒng)一的面源污染評價指標、定量化評價方法和防控措施體系，所以仍不能滿足防治面源污染的需要。因此，各界人士利用多種手段了解農(nóng)業(yè)面源污染的來源。遙感具有可實時、快速地記錄大面積流域的空間信息及各種變化參數(shù)，提供精確的定性和定量數(shù)據(jù)，能對各種信息進行定量分析、動態(tài)監(jiān)測和自動成圖等優(yōu)點[1]。對流域污染進行治理的主要基本任務(wù)就是農(nóng)業(yè)面源污染負荷的定量化研究，定量研究流域非點源污染負荷可以為非點源污染的預測預報以及流域規(guī)劃和污染防治政策的制定提供重要依據(jù)[2]。遙感技術(shù)使用遙感遙測影像和數(shù)據(jù)為面源污染模型提供新的數(shù)據(jù)來源，彌補了常規(guī)方法獲取數(shù)據(jù)不足的缺點。

一、農(nóng)業(yè)面污染起因研究

(一)作物施肥以及殺蟲劑的使用

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上化肥以及殺蟲劑的用量較大，尤其是氮素以及磷素投入過量現(xiàn)象非常嚴重。根據(jù)統(tǒng)計資料顯示，我國化肥施用量居世界第1位。施肥過量導致農(nóng)藥會隨著降雨徑流進入到河流水體中，并破壞土壤的良好結(jié)構(gòu)，導致土地性能降低，甚至污染到地下水層。

(二)畜牧業(yè)的快速集約化發(fā)展

現(xiàn)階段畜牧業(yè)的發(fā)展從過去的分散型逐漸轉(zhuǎn)成大規(guī)模集約型[3]。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，畜禽糞便量在2010年將達45億噸，畜牧業(yè)面源污染是指在畜禽養(yǎng)殖的過程中沒有進行積極的處理，導致畜禽糞便中包含的有機污染物隨地表徑流或貯糞池滲漏污染地表水和地下水，給生態(tài)系統(tǒng)帶來巨大的破壞作用。

(三)農(nóng)業(yè)廢棄物及農(nóng)村生活垃圾污染

農(nóng)業(yè)廢棄物主要指廢棄的農(nóng)作物秸稈。我國廢棄的農(nóng)作物秸稈利用率很低，大部分被焚燒，或拋棄于河溝渠或道路，變成有機污染物。目前，我國農(nóng)村缺乏污水處理系統(tǒng)且人口居住分散，農(nóng)村居民生活污水基本上未經(jīng)任何處理便直接排放進入水體和土壤，其中經(jīng)土壤滲出進入水環(huán)境的污水約為10%，加重對環(huán)境的污染[4]。村民生活產(chǎn)生的固體垃圾一般傾倒于河道兩側(cè)或隨意堆放，不僅易堵塞河流，又嚴重污染水體。

(四)農(nóng)業(yè)水土流失加劇

水土流失是導致面源污染發(fā)生的動力因素，據(jù)悉，我國每年表土流失量在50億噸以上，其中有75%來自農(nóng)田和林地，因此水土流失是農(nóng)業(yè)面源污染系統(tǒng)中的重要組成部分。我國每年數(shù)百萬噸的氮、磷、鉀進入水體，在河流、水庫、湖泊、濱海造成嚴重污染。

二、遙感在面源污染基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取中的應用

(一)不同土地利用類型對面源污染的影響

根據(jù)以往的眾多研究可知，面源污染是一個綜合考慮的因素，但在控制一定量的基礎(chǔ)上，可以觀察土地利用類型與N、P負荷量的相關(guān)關(guān)系來大致得出的結(jié)論為耕地影響最大，其次是居民區(qū)，最后是林地和草地。

(二)不同土壤類型對面源污染的影響

不同土壤類型的分布地區(qū)和形成條件不同，土壤的成分和理化性質(zhì)不同，氮素的流失特征亦不同。通過研究發(fā)現(xiàn)，在同樣的土地利用方式和降雨強度下，壤土的有機物溶出時間最長，其次是粘土，黏壤土的溶出時間最短[5]。更加具體的分析要根據(jù)每個地區(qū)不同的土壤特征再次排序。80%的磷是以顆粒式存在的，研究P的問題上更加專注于土壤的負載。

(三)不同氣候?qū)γ嬖次廴居绊?/p>

在面源污染的研究中，氣候大多數(shù)指降雨量的程度，徑流是土壤中氮素流失的主要動力，而降雨是決定徑流量的重要因素[6]。通過前人的模擬試驗，在雨量和降雨歷時等條件相同的情況下，人工設(shè)置不同的降雨強度，實驗表明降雨強度増強，徑流量增大，土壤侵蝕量也隨之增強，土壤中顆粒態(tài)、溶解態(tài)氮素進入水體的量也増加。

三、遙感在面源污染預測預報中的應用

傳統(tǒng)的探測手段為通過野外的實地調(diào)查、查找文獻和監(jiān)測來獲取農(nóng)業(yè)面源污染的多種數(shù)據(jù)。而遙感技術(shù)獲取農(nóng)業(yè)面源污染研究中的水文、土壤、地形、氣象這4大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。之后，依據(jù)研究區(qū)域的地理情況和土地利用現(xiàn)狀對該區(qū)域進行分類，最終確定在不同的土地利用類型中面源污染的發(fā)生區(qū)域，并估算農(nóng)業(yè)面源污染負荷。相對于傳統(tǒng)的探測手段，遙感技術(shù)在經(jīng)濟投入上，遠遠少于前者，具有很高的經(jīng)濟效益[7]。在難以達到的地區(qū)，這種技術(shù)也許也是節(jié)省成本和時間并獲取需要數(shù)據(jù)的唯一有效方法[8]。

四、結(jié)論

我國目前面臨著經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護雙層重任，如何做到在保護好現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上實現(xiàn)經(jīng)濟又好又快地發(fā)展是迫切需要解決的問題。遙感技術(shù)無論在監(jiān)測、預報、調(diào)控中都是不可缺少的，衛(wèi)星遙感技術(shù)可以迅速、準確地提供大范圍流域的地質(zhì)地貌、植被覆蓋、土地利用以及土壤水狀況等多種信息。由此可知，遙感技術(shù)技術(shù)的綜合作用在面源污染的預報預測中擁有著無法比擬的優(yōu)勢。