基于GIS的唐山地區農業面源污染防控探討

張英 徐碩 馬書燕 郭淑英 李利博

摘 要 在對國內外農業面源污染研究資料分析基礎上，調查唐山地區的農業面源污染現狀，分析其農業面源污染的主要污染源，探討將地理信息系統（GIS）強大的空間數據處理及可視化功能應用到農業面源污染防控中，提出針對唐山地區農業面源污染的防控建議：將GIS技術應用到農業面源污染防控過程中;構建基于WebGIS農業面源污染信息系統;提高農民保護生態環境的主動性，減少面源污染。

關鍵詞 農業面源污染;GIS;防控技術;唐山地區

中圖分類號：X592 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.03.012

農業面源污染指在農業生產活動中農田里的泥沙、化肥、農藥及畜禽糞便等物質在降水或灌溉過程中，通過地表徑流、地下滲漏、農田排水等過程進入水體造成的環境污染[1]。農業面源污染不僅會導致土壤退化，還會造成河流、湖泊等水源質量下降。我國首次污染源普查數據顯示，2007年通過農業面源污染排放的總氮約占同期全國總氮排放量的57.2%，而總磷排放量約為28.5萬t，約占全國總磷排放量的67.3%。調查表明，農業面源污染即將成為我國流域污染的主要因素。農業面源污染已是我國土壤、河流、湖泊的重要污染源，因此對農業面源污染防控技術及防控體系的研究成為近年來農業可持續發展的重要課題。目前各領域對農業面源污染的研究主要集中在農業面源污染現狀及對策上[2-7]，而利用GIS技術來分析農業面源污染，將GIS技術應用到農業面源污染防控的研究較少[8-9]。地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是集屬性信息和空間信息編輯、存儲、分析、處理于一體的技術系統。強大的空間數據處理功能，獨特的地圖視覺化效果和地理分析功能，結合計算機軟件和硬件的支持，使得GIS技術被廣泛應用到各個領域。近年來，GIS技術在農業面源污染防控中的應用越來越廣泛，利用GIS技術強大的空間數據分析、處理及可視化功能，可以對農業面源污染信息進行存儲和編輯，還可以通過其強大的空間數據信息分析功能直觀地展示研究區農業面源污染的時空動態變化，從而對農業面源污染進行實時監控，為農業面源污染防控技術與時空分異研究提供依據。

1? 唐山地區農業面源污染現狀

唐山位于河北省東部，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。唐山市土地總面積約142.86萬hm2，農用地約88.73萬hm2，其中耕地57.05萬hm2，約占農用地的64.30%，所占比重最大;園地12.78萬hm2，約占農用地的14.40%;牧草地7.49萬hm2，約占8.44%;林地11.41萬hm2，約占12.86%;森林覆蓋率31.75%。2016年，唐山市糧食平均667 m2產量為425.3 kg，增長2.3%;蔬菜播種面積19.0萬hm2，產量1 466.9萬t，增長1.0%;肉類產量75.8萬t（包括豬、牛、羊），比2015年增長2.3%;禽蛋產量38.1萬t，增長2.3%。種植業和畜牧業的迅速發展，導致唐山市農藥化肥及畜禽糞便等污染問題也越來越嚴重。

目前，唐山市農業面源污染主要有農藥化肥過量使用、畜禽糞便、秸稈焚燒等，不僅會對農村環境造成不良影響，還會對土壤、河流等造成一定程度的污染。以化肥農藥為例，表1是唐山市2006—2016年使用的化肥、農用薄膜、農藥數量，可以看出全市化肥施用量從2006年的36.8萬t到2016年的38.3萬t，增加了近2萬t，其中復合肥施用量增加得最多，接近3萬t;化肥施用量高，利用率低，80%的化肥并沒有被農作物吸收，而是隨著水體進入土壤，導致土壤污染;全市農用塑料薄膜使用量10年間沒有顯著增加，還呈現出逐年降低狀態，但其使用量卻高達1.1萬t，其中地膜使用量約占65%。農膜的使用加重了土壤污染。全市農藥施用量每年約為5.8萬t，但只有約35%的農藥被植物所吸收，其余均滲入土壤、水體中或沉積在植物體內。

農業面源污染會造成土壤污染，直接影響土壤肥力與質量;還會造成水污染，導致水體富營養化，水體質量下降;部分農藥化肥還會殘留在農作物自身中，從而導致農產品的品質下降;大量的畜禽糞便、生活垃圾導致人們居住環境的臟、亂、差。農業面源污染具有污染物數量多、污染時間相對較長、污染范圍較廣等特點，還具有很大的隨機性，不容易被監測，對農業面源污染進行實時監測是難上加難，因此農業面源污染一直未得到徹底治理。農業面源污染是一種間歇發生的，隨機性、不確定性很強的復雜過程，估算其發生負荷的難度大。如何實時準確地估算農業面源污染發生負荷成為有效治理農業面源污染的又一難題，而GIS的出現，正好可以很好地解決這一難題。

2? 唐山地區農業面源污染防治建議

影響農業面源污染的因素主要有土地利用類型、土壤類型、氣候、管理措施、地質地貌特性、水文過程等。農業面源污染防治可從兩個方面著手：1）監控與預測，實時準確地對農業面源污染進行監測，并針對監測結果采取相應的防治措施。2）農業面源污染防治不僅是一方的問題，應讓政府、農民、技術人員等多方共同努力完成。根據唐山地區農業面源污染現狀，結合農業面源污染的特點，筆者對唐山地區農業面源污染的防治提出幾點建議。

2.1? 將GIS技術應用到農業面源污染防控過程中

農業面源污染不僅包括各種屬性數據，還包括大量的空間數據，如行政邊界數據、農用地塊數據、化肥農藥施用量數據、土壤分等定級及土壤肥力數據、農用地利用類型數據、道路河流數據等各種矢量數據和柵格數據。GIS具有強大的空間數據存儲和處理功能，可以實現農業面源污染數據的空間處理和可視化。同時可以利用GIS技術的高效、靈活、直觀等特點，將其與農業面源模型相結合。可以建立唐山地區農業面源污染的SWAT模型與GIS技術相結合，實現對唐山地區農業面源污染的實時監控，完成對農業面源污染的預測與判斷。

2.2? 構建基于WebGIS農業面源污染信息系統

隨著WebGIS的迅猛發展，GIS技術得以更廣泛地應用到農業面源污染防控過程中，而構建農業面源污染信息系統，對農業面源污染情況進行實時監控，將WebGIS應用到農業面源污染防控過程是十分必要的。構建農業面源污染信息系統，可以實現對化肥農藥、農膜的監測和管理。結合數據庫技術、地理信息系統技術、管理信息系統技術實現一個集數據處理、存儲、分析、管理、決策于一體的農業面源污染數據分析系統，同時設計了空間展示、數據查詢、統計分析、成果導出等功能，可以將農業面源污染屬性數據與空間數據結合起來，形成一個有機整體，為農業面源污染預測和預報提供可靠的依據，為農業環境污染治理決策提供技術支持，以提高農業面源污染普查數據的利用價值，規范農業面源污染的排放行為。

2.3? 提高農民保護生態環境的主動性，減少面源污染

農民是農業的主人，也是實現農業面源污染源頭控制的關鍵。應提高農民的生態環境保護意識，主動減少農藥化肥、農膜等使用量。同時加強對農民的宣傳培訓，讓農民相信科學、相信技術，掌握科學合理的施肥方式方法。采用農藥精準施用技術，推廣綠色防控技術，減少農藥使用量。政府建立獎懲措施，鼓勵農民采用化肥替代技術，例如鼓勵農民使用緩釋肥，采用“有機肥+”的施肥模式，如有機肥+緩釋肥、有機肥+復合肥等。

3? 結語

農業面源污染導致土壤和水體的污染，同時也威脅著糧食安全，進而影響了人類和社會的發展。農業面源污染具有污染物量大、污染時間長、范圍廣、隨機性大、不易監測的特點。本文對唐山地區農業面源污染現狀進行分析，探討從政府出臺政策、提高農民自身素質等方面著手來加強對農業面源污染防治，將GIS技術引入農業面源污染防控中，利用GIS強大的空間與屬性數據存儲、處理功能，對污染情況進行實時監控，構建基于WebGIS的農業面源污染防控系統，具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]? 王依賀，單東方，趙春江，等.北京市大興區農業面源污染普查數據應用分析[J].農機化研究，2012，6（6）：189-193.

[2]? 柯紫霞，趙多，汪勇，等.浙江省農業面源污染源頭控制途徑與對策[J].環境污染與防治，2009，31（11）：104-106 .

[3]? 楊林章，施衛明，薛利紅，等.農村面源污染治理的“4R”理論與工程實踐——總體思路與“4R”治理技術[J].農業環境科學學報，2013，32（1）：1-8.

[4]? 柴世偉，裴曉梅，張亞雷，等.農業面源污染及其控制技術研究[J].水土保持學報，2006，20（6）：192-195.

[5]? 梁流濤，馮淑怡，曲福田.農業面源污染形成機制：理論與實證[J].中國人口·資源與環境， 2010，20（4）：74-80.

[6]? 肖新成，謝德體，何丙輝，等.基于農業面源污染控制的三峽庫區種植業結構優化[J].農業工程學報，2014，30（20）：219-227.

[7]? 李秀芬，朱金兆，顧曉君，等.農業面源污染現狀與防治進展[J].中國人口·資源與環境， 2010，20（4）：81-84.

[8]? 張文東，許仕，廬俊.江西省農業面源污染空間分布格局[J].安徽農業科學，2012，40（16）：9056-9059.

[9]? 姜世英，韓鵬，賈振邦，等.南水北調中線丹江口庫區農業面源污染PSR評價與基于GIS的空間特征分析[J].農業環境科學學報，2010，29（11）：2153-2162.

（責任編輯：易? 婧）

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