劉 青， 金高潔， 高 超， 張正濤

20世紀(jì)60年代以來，非點源污染的研究及其治理成為國際環(huán)保界關(guān)注的新話題[1,2]。尤其是在我國僅占世界6%的徑流量，水資源十分緊缺的情況下，農(nóng)業(yè)非點源污染問題已變得十分嚴(yán)峻[3]。農(nóng)業(yè)非點源污染在水環(huán)境污染中占有很大比重[4]，過量使用化肥是造成非點源污染的主要因素，我國有將近50%地下水和近 2000萬hm2耕地面積受農(nóng)業(yè)非點源污染影響[5]。至 2005 年，農(nóng)業(yè)非點源污染已占我國全部污染的1/3，并有繼續(xù)惡化的趨勢[6]。農(nóng)化產(chǎn)品在徑流中的流失,化肥中N、P在地面中的富集與輸出是非點源污染貢獻(xiàn)最大但又是目前難以控制的問題[7]。國外對于非點源污染的治理已經(jīng)相當(dāng)成熟，除了相關(guān)法律法規(guī)的制定和模型的應(yīng)用外，還通過各種經(jīng)濟(jì)政策的激勵手段綜合治理。在國內(nèi)，非點源污染治理起步較晚，特別是在污染嚴(yán)重的農(nóng)村地區(qū)，人們對于非點源污染的認(rèn)識不足，各種防治技術(shù)及政策法規(guī)的制定有待加強(qiáng)。

1 非點源污染介紹及防治中存在的問題

1.1 非點源污染介紹

非點源污染(Non-Point Source Pollution)，又稱面源污染，指溶解的或固體的污染物從非特定的地點，在降水或融雪作用下,經(jīng)過徑流過程匯入受納水體(河流、湖泊、水庫和海灣等)，引起水體富營養(yǎng)化或其他形式的污染過程[8]。它具有發(fā)生時間的隨機(jī)性、發(fā)生范圍的分散性、發(fā)生方式的間歇性、發(fā)生周期的潛伏性等不確定性的特點。

非點源污染受兩個因素影響，一是自然因素，主要是由降雨引起的流域地表水土流失和徑流污染；二是人為因素，包括土地利用結(jié)構(gòu)和類型不合理，化肥農(nóng)藥過量使用，畜禽糞便、農(nóng)村生活污水、生活垃圾隨意排放等[9,10]。根據(jù)污染區(qū)域劃分，非點源污染可分為城市非點源污染、農(nóng)村非點源污染和礦區(qū)非點源污染[11]，其中農(nóng)村非點源污染最為嚴(yán)重；根據(jù)污染源劃分，可分為畜禽養(yǎng)殖非點源污染、種植業(yè)非點源污染、農(nóng)村生活非點源污染。

1.2 國內(nèi)非點源污染防治存在的問題

首先是信息不對稱，污染信息難以獲取。究其原因，一是人們對非點源污染認(rèn)識不夠，尤其在農(nóng)村，環(huán)保意識十分薄弱；二是信息公開的有效性難以確保, 即有關(guān)政府的全部信息不能夠充分、真實、及時地公開[12]；三是我國農(nóng)村采取獨(dú)立分散的生產(chǎn)、生活活動，很難對其一一進(jìn)行監(jiān)督[13]。此外，有些農(nóng)民為提高產(chǎn)量而犧牲環(huán)境的情況屢見不鮮，對污染狀況隱瞞不報，這必然造成農(nóng)村環(huán)境長久持續(xù)的破壞和污染。其次，防治資金不足，技術(shù)落后，研究資料及經(jīng)驗缺乏也是造成其難以防治的原因。再次，污染原因多樣，往往采取單一措施難以防治。這就要求必須分析具體原因，找出不同類型污染原因，綜合防治。此外，政府重視不夠，責(zé)任不明確。在實際工作中很少甚至沒有考慮非點源污染問題，造成水污染控制規(guī)劃與控制措施脫離實際等嚴(yán)重后果[14]。了解非點源污染的特征及現(xiàn)狀，可以為非點源污染防治技術(shù)及手段的研究提供科學(xué)依據(jù)。

2 國內(nèi)非點源污染的防治現(xiàn)狀

2.1 信息數(shù)據(jù)庫的建立

國內(nèi)，上海、北京等城市已開展降雨徑流水質(zhì)的監(jiān)測工作，所得數(shù)據(jù)及其相關(guān)研究成果可為非點源污染的管理提供重要的信息基礎(chǔ)[15]。國內(nèi)學(xué)者利用組件式地理信息系統(tǒng)GIS (Geographic Information System)對密云水庫地區(qū)進(jìn)行二次開發(fā)，建立非點源污染信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，其中包括區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水源污染數(shù)據(jù)、水質(zhì)信息數(shù)據(jù)、模型因子數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)[16]，可為后續(xù)非點源污染防治提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 傳統(tǒng)技術(shù)在非點源污染防治中的應(yīng)用

2.2.1 緩沖帶在非點源污染防治中的應(yīng)用

緩沖帶是指利用永久性植被攔截污染物或有害物質(zhì)的條帶狀、受保護(hù)的土地。其作用是通過滯緩徑流、沉降泥沙、強(qiáng)化過濾和增強(qiáng)吸附等功能降低各種污染物的濃度。此外，緩沖帶還具有增加生物多樣性和植被覆蓋率的作用。目前，緩沖帶在國內(nèi)非點源污染防治中應(yīng)用較為普遍[17]。緩沖帶的位置、寬度，植被，水文條件和土壤類型是影響緩沖帶防治效果的主要因素。

2.2.2 不同類型的非點源污染防治

按污染源、污染范圍不同將非點源污染劃分為不同類型，提出對不同類型非點源污染進(jìn)行分類治理：

(1)對于種植業(yè)：優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，合理調(diào)節(jié)土地利用方式，采用保護(hù)性耕作；控制化肥使用量；調(diào)整化肥使用結(jié)構(gòu)；開發(fā)新型環(huán)保的綠色化肥[18]；使用低毒及生物農(nóng)藥；節(jié)水灌溉等[19]。

(2)對于養(yǎng)殖業(yè)：污染發(fā)生前，鼓勵大規(guī)模集中養(yǎng)殖；選址時盡量遠(yuǎn)離河道；使用綠色飼料[19]；污染發(fā)生后，利用有機(jī)肥料還田；建設(shè)沼氣工程；采取好氧堆肥技術(shù)、發(fā)酵床技術(shù)[20]。

(3)對于農(nóng)村生活污水、垃圾：建立完善的污水處理網(wǎng)；生活垃圾集中處理；加大對農(nóng)村無害化公廁的資金投入，建設(shè)戶用型沼氣工程等。

(4)對于城市非點源污染：有學(xué)者利用景觀生態(tài)規(guī)劃技術(shù)確定城市景觀空間格局與城市非點源污染之間的關(guān)系，從而制定土地開發(fā)法規(guī)，控制不透水面積比例[21]。

(5)對于礦區(qū)非點源污染：調(diào)整土地利用類型，增加植被覆蓋率，防止水土流失。

2.3 與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合防治非點源污染

2.3.1 3S技術(shù)在非點源污染中的應(yīng)用

GIS的空間分析能力，RS的動態(tài)監(jiān)測功能和GPS的高效精確定位在非點源污染防治中發(fā)揮了重要作用。全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)可以高精度、快速、全天候的定位污染源，并為GIS提供地面高程信息。遙感RS(Remote Sense)可提供實時、動態(tài)的數(shù)據(jù)并隨時監(jiān)測非點源污染狀況，并可用于土地利用分類，反應(yīng)污染區(qū)空間分布特征，進(jìn)行關(guān)鍵區(qū)識別等[22]。GIS可對海量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行操作、檢索、顯示、空間模擬、三維顯示等[23]。GIS還可與環(huán)境模型集成，處理數(shù)據(jù)、顯示模擬結(jié)果等[24]。目前，西湖流域、九龍江流域、石頭口門水庫流域都已將GIS技術(shù)應(yīng)用于非點源防治[25-28]。

2.3.2 模型在非點源污染防治中的應(yīng)用

模型應(yīng)用對非點源污染研究起到了至關(guān)重要的作用。目前，國內(nèi)學(xué)者應(yīng)用SWAT模型進(jìn)行N素的識別，對污染源進(jìn)行解析以及探究非點源污染時空分布規(guī)律等；利用ESSI-2模型描述農(nóng)藥的降解、吸附、下滲、輸移、匯聚等過程，可以對農(nóng)藥的輸移過程和時空分布進(jìn)行模擬分析[29]，利用AnnAGNPS模型對采煤塌陷區(qū)進(jìn)行非點源污染模擬研究并計算礦區(qū)非點源污染貢獻(xiàn)等[30]。

2.4 法律、經(jīng)濟(jì)、教育手段在非點源污染防治中的應(yīng)用

從20世紀(jì)八十年代開始，我國陸續(xù)制定了《環(huán)境保護(hù)法》、《水污染防治法》、《水土保持法》、《農(nóng)業(yè)法》等[31]。這些法律的頒布在一定程度上抑制了非點源污染，但針對性不強(qiáng)。研究表明，經(jīng)濟(jì)刺激手段一般優(yōu)于直接管制手段，可以更為直接地控制非點源污染[32]。目前，我國生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制在理論研究和實踐方面已經(jīng)開始起步[33]。教育手段具有可接受性強(qiáng)、效率高、成本低的優(yōu)點。國外提倡在法律、經(jīng)濟(jì)手段防治的基礎(chǔ)上，輔以教育手段，而國內(nèi)非點源污染防治宣傳力度不夠，民眾防治意識較弱，有待加強(qiáng)。

綜上所述，目前水土流失、徑流污染、土地利用類型和結(jié)構(gòu)不合理、化肥農(nóng)藥過量使用、畜禽糞便、生活垃圾、污水隨意排放等制約著國內(nèi)非點源污染的防治。針對種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、生活污水垃圾以及城市和礦區(qū)不同類型的非點源污染，提出優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)、控制化肥農(nóng)藥使用量、提倡大規(guī)模養(yǎng)殖、使用綠色飼料、有機(jī)肥還田、沼氣工程、建立污水處理廠、垃圾集中處理、土地利用方式、增加植被覆蓋率等措施，建立非點源污染信息數(shù)據(jù)庫，結(jié)合3S、景觀生態(tài)規(guī)劃、緩沖帶、好氧堆肥、營養(yǎng)元素循環(huán)利用以及法律、經(jīng)濟(jì)、教育等技術(shù)和手段，綜合用于多種類型的非點源污染防治之中，防治技術(shù)、防治手段、防治措施之間既相互獨(dú)立又相輔相承，如圖1所示。

圖1 國內(nèi)非點源污染防治示意圖

3 國內(nèi)外非點源污染防治研究進(jìn)展

3.1 國外研究進(jìn)展

20世紀(jì)60年代，美國及歐洲一些國家開始研究非點源污染模型，隨后模型逐漸發(fā)展，其中比較著名的有暴雨洪水管理模型SWMM(Storm Water Management Model)、分布式暴雨水文模型STROM(Storage, Treatment, Runoff, Overflow, Mode)、基于連續(xù)降雨事件的經(jīng)驗集中型模型GLEAMS(Groundwater Loading Effects of Agricultural Management Systems)、以及水土分析工具SWAT(Soil and Water Assessment Tools)模型[34]。20世紀(jì)70年代，美國進(jìn)一步重視對城市地表徑流的研究。美國環(huán)保局通過全國城市徑流項目，收集2300場城市降雨的數(shù)據(jù)，形成了首個全國性的降雨徑流水質(zhì)數(shù)據(jù)庫[15]。時至今日，以美國領(lǐng)先的非點源污染模型向?qū)嵱梅较虬l(fā)展，涉及領(lǐng)域更廣、類型更加多樣，并與GIS、RS、GPS結(jié)合廣泛應(yīng)用于非點源污染的模擬、負(fù)荷計算、污染物遷移、空間分布規(guī)律以及影響評價等領(lǐng)域[35]。

政策法規(guī)方面，美國《清潔水法》專門條款規(guī)定使用最佳管理實踐(BMPs)用以控制農(nóng)業(yè)非點源污染，并規(guī)定建立國家污染物排放消除制度，以及規(guī)定各州政府制定水污染管理計劃[36]。新西蘭的《自然資源管理法》、《2010環(huán)境戰(zhàn)略》相關(guān)規(guī)定都對非點源污染起到了抑制作用。此外，新西蘭還采用經(jīng)濟(jì)工具刺激以及公眾參與的方式防止非點源污染。

3.2 國內(nèi)研究進(jìn)展

國內(nèi)非點源污染研究起步較晚，20世紀(jì)80年代在國內(nèi)點源污染逐步得到控制后，非點源污染日益突顯，非點源污染研究逐漸發(fā)展。早期非點源污染研究主要是對農(nóng)業(yè)非點源污染宏觀性探討，例如我國關(guān)于湖泊富營養(yǎng)化的調(diào)查研究、探討非點源污染對水質(zhì)的影響等。隨后，國內(nèi)學(xué)者對非點源污染負(fù)荷估算研究。模型的應(yīng)用進(jìn)一步推動了我國非點源污染研究發(fā)展。目前國內(nèi)用于非點源污染研究的模型較多，其中SWAT模型應(yīng)用較為廣泛。北京密云水庫流域、巢湖流域等廣泛運(yùn)用SWAT模型得出較好的模擬結(jié)果[27,28]。此外，有學(xué)者采用多準(zhǔn)則分析法MCA(Multicriteria analysis)客觀確定污染因子權(quán)重，避免主觀因素影響以得到最優(yōu)解[37]。還有學(xué)者利用徑流曲線數(shù)法SCS(Curve Number Method)方法計算降雨徑流量[38]。目前，國內(nèi)對于農(nóng)業(yè)非點源污染研究取得一定成果的同時，已有學(xué)者將研究方向轉(zhuǎn)向城市非點源污染、高速公路非點源污染以及礦區(qū)非點源污染等，使得國內(nèi)非點源污染研究領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，研究范圍更加全面。

4 以鄱陽湖流域為例，國內(nèi)非點源污染防治進(jìn)展

4.1 鄱陽湖非點源污染防治現(xiàn)狀

鄱陽湖流域鷹潭市生豬養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展較快，但各養(yǎng)殖場太過分散，布局不合理，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，造成了大量的非點源污染。鷹潭市采取規(guī)模養(yǎng)殖，科學(xué)劃定畜禽養(yǎng)殖的禁養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)和宜養(yǎng)區(qū)，從污染源頭治理；加快大中型沼氣池工程項目建設(shè)；設(shè)立獎勵資金等手段綜合防治。目前，鷹潭市對于生豬養(yǎng)殖造成的污染治理已初見成效。對鄱陽湖的水產(chǎn)養(yǎng)殖中的重金屬污染，學(xué)者利用單項污染指數(shù)法和Hakanson生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法進(jìn)行分析研究，得出鄱陽湖重金屬污染等級目前還處于安全級[39]。但這并不意味可以忽略重金屬污染的存在。還有學(xué)者借鑒水文學(xué)中的水文分割法，將總徑流劃分為地表徑流和基流兩個部分，再進(jìn)行非點源污染負(fù)荷計算，用以探索徑流N、P等物質(zhì)入湖規(guī)律，為非點源污染防治提供科學(xué)基礎(chǔ)。此外，還有學(xué)者利用GIS技術(shù)對鄱陽湖區(qū)域進(jìn)行較為準(zhǔn)確的土地利用分類及獲取污染信息，，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析[40]，建立數(shù)字化專家系統(tǒng)。

4.2 中澳合作治理鄱陽湖農(nóng)業(yè)非點源污染

鄱陽湖位于江西省北部，長江中下游南岸，是我國目前第一大淡水湖。近年來，鄱陽湖水質(zhì)惡化嚴(yán)重，主要是N、P等營養(yǎng)元素進(jìn)入水體引起的水體富營養(yǎng)化。因此，2010年江西省水利科學(xué)研究院與澳大利亞聯(lián)邦工業(yè)與科研組織(CSIRO)水土資源所簽訂了“中國鄱陽湖非點源營養(yǎng)元素截留與循環(huán)利用研究”合作研究協(xié)議并現(xiàn)已取得圓滿成[41,42]。

項目通過對進(jìn)入鄱陽湖及其濕地水體中N、P以及其他污染物的特性進(jìn)行分析，選擇出可用于水污染處理的工礦業(yè)副產(chǎn)品材料，將這些工礦業(yè)廢渣作為人工濕地系統(tǒng)的基質(zhì)，吸附進(jìn)入湖區(qū)的N、P以及有毒金屬和非金屬污染物，并對它們的吸附能力進(jìn)行評價。該項目開拓出了利用工礦業(yè)廢渣吸附攔截營養(yǎng)元素以及將吸附N、P后的工礦業(yè)副產(chǎn)品材料用于環(huán)境營養(yǎng)改良的循環(huán)利用新途徑。

4.3 鄱陽湖非點源污染防治評價

根據(jù)對鄱陽湖非點源污染防治現(xiàn)狀的分析可以得出，政府的高度重視加大了對污染防治人力和物力的投入，例如對營養(yǎng)元素的截留有效地減少了鄱陽湖非點源污染；對種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的治理從源頭上控制了過量營養(yǎng)元素的產(chǎn)生；而通過對吸收的營養(yǎng)物質(zhì)回收再利用，堅持了可持續(xù)發(fā)展道路；此外利用工業(yè)廢料還降低了污染防治的成本。但非點源污染防治具有長期性和復(fù)雜性，在當(dāng)前防治過程中仍出現(xiàn)一些不足，例如對于鄱陽湖的防治不僅局限于鄱陽湖本身，還要考慮到上游及支流污染對鄱陽湖的影響；在對吸附物回收再利用時，必須確保有毒物質(zhì)未被吸附或已被分離；吸附后的基質(zhì)再生利用途徑需進(jìn)一步試驗研究；另外還需加強(qiáng)法制建設(shè)，并建立健全非點源污染監(jiān)測體系；明確非點源污染主管部門及其職責(zé)等。

5 結(jié)論與展望

通過分析非點源污染的特點、類型、影響因素和介紹應(yīng)用于非點源污染防治中的傳統(tǒng)技術(shù)、3S技術(shù)、景觀生態(tài)規(guī)劃技術(shù)、信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及各類模型，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景，得出以下結(jié)論及展望：

(1)針對資金不足、技術(shù)落后、重視不夠、責(zé)任不明確等，結(jié)合法律、經(jīng)濟(jì)、教育以及各種技術(shù)手段，對不同類型的非點源污染采取分類防治，但各種技術(shù)、手段、措施并非完全獨(dú)立，而是相互交錯、相輔相成，綜合作用，從源頭和污染過程兩方面控制非點源污染。

(2) N、P超標(biāo)引起的水體富營養(yǎng)化對鄱陽湖流域非點源污染影響最為嚴(yán)重，利用工礦業(yè)礦渣建立人工濕地系統(tǒng)成為有效的治理方式。這種垃圾資源化利用的方式不僅為鄱陽湖的污染治理提供科學(xué)依據(jù)，還將為國內(nèi)非點源污染治理開辟一條新途徑。

(3)目前，國內(nèi)用于非點源污染研究的模型多為借鑒國外，適用性不強(qiáng)，且各模型適用尺度較為混亂，模擬精度不高。因此，在今后研究中應(yīng)著力開發(fā)適合國內(nèi)需求的模型并提高模型精度。

(4)今后對于非點源污染的防治必然走向科學(xué)化、技術(shù)化、規(guī)范化、法制化、綜合化的道路。目前，我國的非點源污染治理狀況還不容樂觀，今后還有很多的工作需要去完成。對重金屬等有毒物質(zhì)的非點源污染要尋求更好的防治途徑；對礦區(qū)非點源污染研究不夠，防治措施較少；教育這種低成本手段的應(yīng)用需加強(qiáng)。此外，空氣非點源污染，如多環(huán)芳烴排放、秸稈焚燒等，也必須引起足夠的重視。

(5)根據(jù)我國非點源污染防治中的不足，提出幾點建議：突出重點，專項防治；多種技術(shù)手段結(jié)合，綜合防治；生態(tài)治理，堅持可持續(xù)發(fā)展；因地制宜地治理非點源污染；明確責(zé)任，政府支持，保障資金充足；建立科研機(jī)構(gòu)，開發(fā)先進(jìn)技術(shù)；從源頭治理，控制污染發(fā)生。

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