李樂, 劉常富

三峽庫區(qū)面源污染研究進展

李樂, 劉常富*

中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所, 國家林業(yè)和草原局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室, 北京 100091

為掌握三峽庫區(qū)面源污染研究動態(tài)并明確研究中存在的問題, 基于1990—2018年三峽庫區(qū)面源污染的相關(guān)研究成果, 檢索、分類并統(tǒng)計分析了已發(fā)表論文數(shù)量變化趨勢和高頻被引論文內(nèi)容, 從機理、影響因素、負(fù)荷與模型模擬、防治四個方面論述了庫區(qū)面源污染的研究進展, 以便更好地進行區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理。面源污染機理研究主要集中在降雨徑流、土壤侵蝕、不同土地利用類型、不同管理措施下泥沙、N、P等污染物流失特征, 多關(guān)注單一過程及單一尺度, 嚴(yán)重破碎化土地利用格局背景下的面源污染發(fā)生過程、擴散格局及其轉(zhuǎn)化機制有待進一步研究。影響因素多討論土地利用, 景觀格局變化對面源污染的影響機制仍不明晰。負(fù)荷模擬研究主要是建立經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃吞接憞饽Ｐ驮趲靺^(qū)的適用性, 原始開發(fā)少。面源污染防治措施多集中于工程及單一技術(shù)措施, 最佳管理措施(BMPs)的研究較少, 缺乏生態(tài)系統(tǒng)、景觀及流域尺度面源污染綜合防控技術(shù)。提出三峽庫區(qū)面源污染研究需在以下方面有所加強: (1)不同尺度和格局下N、P、泥沙等耦合作用下的運移、轉(zhuǎn)化機理及其不同污染物在不同陸面斑塊界面之間轉(zhuǎn)化機制; (2)景觀過程與面源污染動態(tài)關(guān)系; (3)借鑒國外模型理念, 研發(fā)適合我國區(qū)域地理特征的面源污染機理預(yù)測模型; (4)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化面源污染監(jiān)測系統(tǒng); (5)統(tǒng)籌“山水林田湖草”系統(tǒng)治理, 研發(fā)面源污染綜合防控技術(shù)體系。

三峽庫區(qū); 面源污染; 模型模擬; 遷移轉(zhuǎn)化; 控制

0 前言

面源污染(又稱非點源污染, non-point source pollution, NPS pollution)是指溶解的和固體污染物, 從非特定的地點隨著降雨(或融雪)產(chǎn)生的徑流進去受納水體而造成水環(huán)境污染[1]。相對于有固定排放口的點源污染, 面源污染往往不易被觀察到, 具有隨機性大, 污染物的來源和排放點不固定, 污染負(fù)荷的時空變化幅度大等特點, 進而導(dǎo)致對其監(jiān)測、模擬和控制十分困難[2–3]。面源污染尤其是農(nóng)業(yè)面源污染已成為世界各國普遍關(guān)注的焦點[4]。

三峽庫區(qū)位于長江流域腹地, 是長江流域生態(tài)環(huán)境保護和修復(fù)的主控節(jié)點。庫區(qū)地貌類型以低山丘陵為主, 農(nóng)業(yè)種植地位高, 柑橘生產(chǎn)是主要支柱產(chǎn)業(yè), 耕地多分布在長江干、支流兩岸, 且大部分為坡耕地和梯田, 78.70%的坡耕地土壤為易風(fēng)化侵蝕、土壤熟化度低的紫色土。自2003年三峽水庫蓄水以來, 庫區(qū)的水質(zhì)狀況成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點之一。受水庫淹沒的直接影響, 庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少9708.35×104元[5], 加上大量移民活動, 如耕地開墾、大興土木、破壞植被等, 致使水土流失加劇, 污染物排放量加大, 農(nóng)業(yè)面源污染加劇[6]。三峽庫區(qū)具有鮮明區(qū)域特色, 污染物的種類、負(fù)荷、發(fā)生規(guī)律、影響因素因地而異。針對三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境特點、社會經(jīng)濟狀況, 學(xué)者們對面源污染成因、遷移轉(zhuǎn)化途徑和如何控制與減緩面源污染進行了一系列卓有成效的探索, 但該區(qū)域內(nèi)面源污染研究成果仍然缺乏系統(tǒng)的梳理和綜合評價; 且加強該地區(qū)面源污染研究工作, 具有重要的現(xiàn)實意義。本文在回顧三峽庫區(qū)面源污染研究相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上, 采用統(tǒng)計分析和討論相結(jié)合的方法, 對相關(guān)研究進行梳理和分析, 綜述了三峽庫區(qū)面源污染研究的總體趨勢、主要研究內(nèi)容、存在的問題等, 以期對區(qū)域面源污染的深入研究提供參考。

1 三峽庫區(qū)面源污染研究總體趨勢

由圖1可以看出, 1990年至2018年, 每年發(fā)表的三峽庫區(qū)面源污染文獻(xiàn)數(shù)量呈波動遞增趨勢。早期零星出現(xiàn)關(guān)于庫區(qū)水土流失和土壤養(yǎng)分流失的研究, 2003年庫區(qū)面源污染專項研究開始, 對三峽庫區(qū)面源污染研究的關(guān)注逐年加強, 2008年以后庫區(qū)面源污染研究進入快速發(fā)展階段, 年發(fā)表研究文獻(xiàn)約25篇左右, 說明庫區(qū)面源污染研究逐漸受到重視, 已成為學(xué)者研究熱點。但是針對三峽庫區(qū)面源污染的外文研究文獻(xiàn)數(shù)量還不多, 發(fā)表的文獻(xiàn)從 2008年開始, 且多為國內(nèi)學(xué)者所著, 目前在國際上具有較大影響力的研究文獻(xiàn)還相對較少。

結(jié)合具體內(nèi)容大致將檢索到的文獻(xiàn)分為4類, 即調(diào)查評價類、機理探索與影響因素類、負(fù)荷量化與模型模擬類、防治措施與管理類。其中負(fù)荷量化與模型模擬類(39.81%)和調(diào)查評價類(24.76%)文章較多, 機理探索與影響因素類(18.81%)和防治措施與管理類(16.61%)文獻(xiàn)較少。調(diào)查評價類研究以現(xiàn)狀評價為主, 它為進一步研究提供了充足的基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 隨著人們對面源污染認(rèn)識程度的加深, 現(xiàn)狀分析已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要, 負(fù)荷量化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯恐攸c, 模型模擬成為主流方法。如何管理和控制面源污染是最終目的, 但多數(shù)研究只針對性提出對策建議, 缺少實踐應(yīng)用與驗證, 已有技術(shù)缺乏有效融合與集成, 在庫區(qū)面源污染防治方面研究者還必須給予更多的關(guān)注。機理研究是有效控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 面源污染作用機理及其遷移過程極其復(fù)雜, 是目前庫區(qū)面源污染研究的難點和薄弱環(huán)節(jié)。從中英文高頻被引文獻(xiàn)研究內(nèi)容來看, 受關(guān)注程度較高的文獻(xiàn)為養(yǎng)分流失規(guī)律和過程模型模擬; 研究污染物主要針對地表徑流中的N、P、泥沙, 影響因素方面多討論土地利用; 使用模型主要是應(yīng)用比較成熟SWAT模型, 并且注重模型參數(shù)的不確定性分析。

圖1 三峽庫區(qū)面源污染研究文獻(xiàn)的時間特征(根據(jù)中國知網(wǎng)和Web of Science(核心區(qū)), 截至2018年11月)

Figure 1 Temporal characteristics of references on non-point source in the Three Gorges Reservoir Areas (based on the CNKI and SCI, update to November 2018)

2 三峽庫區(qū)面源污染機理研究

面源污染的產(chǎn)生和形成是由自然過程引發(fā)的一種連續(xù)的生態(tài)過程。降雨在不同下墊面產(chǎn)生地表徑流, 同時對土壤產(chǎn)生侵蝕作用, 由此產(chǎn)生的徑流和泥沙是污染物輸移的載體。地表土壤是污染物存在的母體, 在降雨徑流的驅(qū)動下, 大量可溶性污染物與泥沙及其附著污染物發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化, 同時降雨過程中土體內(nèi)污染物隨降水入滲產(chǎn)生淋溶垂直遷移。因此, 面源污染的形成機理過程主要由降雨徑流、土壤侵蝕和污染物遷移轉(zhuǎn)化3個方面組成, 三者密切相關(guān), 掌握面源污染的過程機理是開展模型化、防控和管理研究的基礎(chǔ)[7]。

2.1 降雨徑流與面源污染

降雨徑流過程是造成面源污染物輸出的原動力[8]。一般情況下, 降雨徑流中污染物濃度大大高于降雨前濃度[9], 暴雨期徑流污染物濃度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過非暴雨期[10]。在面源污染研究中, 大多以水文學(xué)為基礎(chǔ), 重點研究徑流的產(chǎn)流匯流特征, 最具有代表性的是美國水土保持局提出的SCS-CN (Soil Conservation Service-Curve Number)法。20世紀(jì)60年代以來, 我國學(xué)者在國外流域水文模型發(fā)展的基礎(chǔ)上, 探索并逐步形成了蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流兩大理論, 并且提出我國特色徑流計算的方法。其中, 陳西平[11]提出了計算農(nóng)田徑流污染負(fù)荷的三峽庫區(qū)模型, 可計算庫區(qū)單位面積徑流和污染物輸入及輸出量。相關(guān)學(xué)者采用小區(qū)定位監(jiān)測、人工模擬降雨、模型模擬等不同方法對三峽庫區(qū)不同尺度小流域產(chǎn)流進行研究, 結(jié)果表明: 降雨量與地表徑流量呈指數(shù)關(guān)系, 隨著降雨量的增加而增加, 而降雨強度與地表徑流的具體關(guān)系尚不明晰[12], 降雨歷時與產(chǎn)流率呈對數(shù)正相關(guān)關(guān)系[13]。另外, TN濃度對降雨徑流變化的響應(yīng)比TP濃度的響應(yīng)更靈敏[14], 徑流量與N、P不同形態(tài)的負(fù)荷呈多項式[15]和線性[16]關(guān)系。目前, 降雨徑流研究較為成熟, 人工降雨和自然降雨定點監(jiān)測與模型相結(jié)合是研究產(chǎn)匯流機制的主要途徑?；谒哪Ｐ湍M是比較通用的方法, 對無大量實測水文資料地區(qū)的降雨-徑流過程研究有重要意義。

2.2 土壤侵蝕與面源污染

土壤侵蝕是面源污染發(fā)生的主要形式, 土壤侵蝕過程分離出的土壤通常稱作泥沙, 不僅本身就是重要的面源污染物, 還可以吸附N、P等其他污染物。從面源污染角度研究土壤侵蝕, 首推美國USLE (Universal Soil Loss Equation)方程[17–18]及修正擴展的RUSLE[19], 且被納入AGNPS、SWAT和AnnAGNPS等模型中, 后來又形成了注重流失過程和遷移機理的WEPP模型[20]。學(xué)者們通過小區(qū)試驗、核素示蹤技術(shù)、遙感監(jiān)測和模型估算等方法對三峽庫區(qū)土壤侵蝕做了大量研究工作, 在國內(nèi)具有一定代表性。嚴(yán)重的土壤侵蝕與泥沙輸移是三峽庫區(qū)泥沙重要的來源之一, 坡耕地是三峽庫區(qū)泥沙主要源地[21]。137Cs示蹤法對三峽庫區(qū)土壤侵蝕速率研究結(jié)果表明, 不同土地利用類型的土壤侵蝕強度大小順序為: 耕地>園地>草地>荒地> 林地[22], 坡耕地土壤流失速率受土壤類型、坡度等因子影響較大, 坡度越大, 土壤侵蝕速率也越高[23]。根據(jù)小區(qū)試驗結(jié)果, TN和TP主要通過泥沙輸出, 所占總量比例分別為86. 6%和98.4%[24], 土壤侵蝕和營養(yǎng)物質(zhì)流失主要發(fā)生在6—8月降雨集中的暴雨季節(jié)[25]。因此, 采取合理措施控制該地區(qū)土壤侵蝕對控制面源污染物的產(chǎn)生意義重大。對土壤可蝕性K值的研究表明, 三峽庫區(qū)24個土壤亞類中有14個亞類處于高可蝕性等級, 其中, 中高可蝕性和高可蝕性面積占庫區(qū)總面積的74.49%, 存在很大的土壤侵蝕風(fēng)險[26]。采用GIS技術(shù)和RUSLE模型相結(jié)合的方法使土壤侵蝕的研究有了新的發(fā)展方向, 經(jīng)估算三峽庫區(qū)1995—2010年均土壤侵蝕量為18476.27×104t·a-1, 平均土壤侵蝕模數(shù)為3316.53 t·(km2·a-1)-1, 屬于中度侵蝕[27], 植被覆蓋和降雨變化對土壤侵蝕影響較大[28]。目前, 土壤侵蝕的研究已經(jīng)由經(jīng)驗性分析轉(zhuǎn)向了以動力學(xué)和水文學(xué)相結(jié)合的機理研究。

2.3 污染物遷移轉(zhuǎn)化

面源污染物的遷移轉(zhuǎn)化是污染物在外力驅(qū)動下由土壤圈向水圈擴散的過程, 包括土壤溶質(zhì)隨地表徑流流失和地下滲漏淋失[7]。小流域土壤養(yǎng)分N、P主要經(jīng)由降雨形成地表徑流輸出[29], 主要包括兩個部分,一是泥沙中所攜帶的N、P元素物質(zhì)流失; 二是徑流中溶解的N、P元素流失[14]。TN的負(fù)荷流失過程和降雨量關(guān)系較為密切, TP的負(fù)荷流失受降雨強度影響較大; N素的流失以溶解態(tài)為主, 而P素則以顆粒態(tài)為主[16]。庫區(qū)紫色土的高土壤入滲率, 及其基巖的低滲透性決定了壤中流的普遍存在, 在農(nóng)業(yè)施肥的影響下, 壤中流中NO3—-N的濃度在20.55—37.26 mg·L-1之間, 超過國際飲用水標(biāo)準(zhǔn)(10 mg·L-1), 壤中流中的溶解態(tài)TP平均濃度為0.07 mg·L-1, 超過水體富營養(yǎng)化的臨界濃度(0.02 mg·L-1)[30]。坡度在一定范圍內(nèi)與N、P流失量呈正相關(guān), 土壤N平均流失量在15°坡度時最大, 土壤P平均流失量在25°坡度時最大[31]。在其他影響因子一致的情況下, 土壤類型與N、P流失量有一定的影響, 化肥施用量與流失量之間存在線性關(guān)系[32], 土壤肥力越高, N、P流失越多, 且N流失受土壤肥力影響比P大;當(dāng)農(nóng)田中土壤粉粒和粘粒比例高時, N流失量大, 當(dāng)沙粒比例高時, 有利于P的流失[33]。另外, 顆粒態(tài)磷是土壤磷淋溶的主要形態(tài), 溶解性有機磷是溶解態(tài)磷淋溶最主要的形態(tài)[34], NO3—-N是土壤氮素淋溶的主要形態(tài), 紫色土坡耕地土壤TN的年淋失量為TP的101.2—123.3倍, 養(yǎng)分滲漏淋失以N素為主[35]。因此, 合理施用氮肥, 提高氮肥利用效率是降低N素淋失、防治流域農(nóng)業(yè)面源污染的關(guān)鍵。不同污染物化學(xué)特征不同, 污染機理不盡相同, 研究各物質(zhì)在土壤圈及土壤-水界面的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其影響因素, 對控制面源污染具有重要意義。

3 三峽庫區(qū)面源污染的影響因素

3.1 土地利用

不合理的土地利用方式導(dǎo)致的土地覆被類型變動將會改變污染物在土壤、生物、水等圈層中的運移和傳輸途徑, 增加營養(yǎng)元素流失量, 加強流域水土流失并影響水文循環(huán)的所有環(huán)節(jié), 從而導(dǎo)致面源污染加劇, 引發(fā)水體惡化[36]。定位實驗表明, 三峽庫區(qū)5種代表性土地利用方式的養(yǎng)分年輸出總量有較大的變異, 表現(xiàn)為坡地農(nóng)田＞梯田農(nóng)田＞梯田果園＞坡地果園, 坡地果園是較理想的土地利用方式, 既減少投資, 又可減少土壤侵蝕[37]; 不同利用方式降低水土和養(yǎng)分流失的順序是: 免耕地>耕地, 橙區(qū)>農(nóng)區(qū), 石坎梯地>坡地[38]。就其驅(qū)動機制來看, 土地利用方式轉(zhuǎn)變而引起的地表徑流與N、P等營養(yǎng)元素的輸出系數(shù)變化是其最根本因子。當(dāng)土地利用方式發(fā)生轉(zhuǎn)變, 其利用目的和土地管理方式的改變必然引起面源污染程度差異。例如, 以農(nóng)業(yè)種植為主的流域內(nèi)溪流中硝態(tài)氮明顯高于以林地為主的流域, 林地面積增加會使水體中N素明顯減少[39]。

不同土地利用類型下面源污染物流失變異性較強。三峽庫區(qū)小流域長期定位觀測研究結(jié)果表明, 不同土地利用類型TP流失負(fù)荷的大小順序為農(nóng)田＞柑橘園＞茶園＞竹林＞板栗林＞喬木林[40]; 另有學(xué)者計算庫區(qū)不同土地利用類型TN、TP輸出系數(shù)為農(nóng)田＞城鎮(zhèn)＞草地＞林地[41]。面源污染不僅與土地利用類型及數(shù)量結(jié)構(gòu)有關(guān), 也與區(qū)域空間配置格局密切相關(guān)。多種土地利用類型構(gòu)成異質(zhì)景觀對土壤養(yǎng)分的分布和遷移產(chǎn)生影響[42], 各項污染物濃度往往介于林地、草地、耕地等單一方式為主控制的小流域之間[43]。

景觀格局是生態(tài)過程的基礎(chǔ), 通過格局特征可以推測過程特征, 而過程反過來又影響格局形成[44]。三峽庫區(qū)秭歸縣農(nóng)林小流域景觀格局特征對徑流、泥沙等污染物輸出的影響研究表明, 流域徑流量與農(nóng)坡地、農(nóng)梯地、農(nóng)林梯地、居民地等斑塊面積比例指數(shù)以及聚集度等景觀指數(shù)顯著正相關(guān), 而與林地、灌木地斑塊面積比例指數(shù)顯著負(fù)相關(guān); 泥沙輸出量與農(nóng)坡地、農(nóng)林梯地、居民地等斑塊面積比例指數(shù)、聚集度指數(shù)等顯著正相關(guān), 而與林地、灌木地斑塊面積比例指數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)等顯著負(fù)相關(guān)[45], 證明景觀格局深刻影響著徑流和污染物的產(chǎn)生與輸移過程。但是, 由于當(dāng)前的景觀格局指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義并不明確, 通過格局指數(shù)與水質(zhì)污染物相關(guān)性分析得到的結(jié)果尚需進一步的解釋[46]。由此可見, 面源污染雖然是由自然過程引發(fā)的生態(tài)過程, 但在人類活動尤其是土地利用活動影響下得以強化, 筆者據(jù)此構(gòu)建土地利用對面源污染影響的基本原理圖(圖2)。

3.2 自然地理特征

自然地理條件與人為活動決定了三峽庫區(qū)面源污染的區(qū)域特征。三峽水庫蓄水運行中, 將在三峽庫區(qū)形成長約632 km, 落差30 m的消落帶。消落帶是一種特殊的流域景觀單元, 連接陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)。按175 m蓄水方案, 三峽工程將淹沒土地864 km2, 淹沒土壤主要為肥力高的沖積土和水稻土。低水位時消落帶可攔截來自陸源的污染物質(zhì), 但當(dāng)水位上升時又直接與水體發(fā)生作用, 向水體釋放污染物。因此, 消落帶成為三峽庫區(qū)面源污染物輸出的一個敏感區(qū)域[47]。目前關(guān)于消落帶面源污染的研究主要集中在水-土界面上養(yǎng)分交換特征[48]以及干濕交替對土壤磷素釋放的影響[49]。水土流失和地表徑流是面源污染產(chǎn)生的主要條件, 庫區(qū)多是坡地、加之降雨集中、強度大、水力沖蝕作用強烈, 水文和地形等自然因素決定庫區(qū)面源污染形式主要為水土流失型[50]。土壤類型、結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性質(zhì)都會影響地表徑流量和污染物遷移速度[40], 而地表植物可減少地表徑流, 阻止泥沙遷移、固持營養(yǎng)物質(zhì), 降低面源污染發(fā)生的風(fēng)險。

3.3 農(nóng)業(yè)活動

化肥和農(nóng)藥用量、種類、使用時間, 農(nóng)業(yè)廢棄物利用和堆放方式, 耕作方式, 畜牧養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)活動可以通過降雨-徑流過程影響面源污染。據(jù)估算三峽庫區(qū)(重慶段)種植業(yè)化肥施用量高于全國平均水平, 單位面積施肥折純量為TN 23.25 t·km-2、TP 20.34 t·km-2, 種植業(yè)污染負(fù)荷總量較高[51]。田間施用殺蟲劑平均只有3%產(chǎn)生藥效, 除草劑有效利用的部分占5%—40%[52]。化肥農(nóng)藥施用規(guī)模直接決定TN、TP、有毒有機物和無機物的產(chǎn)生量, 農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)的過量和不合理施用是庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染主要原因。耕作方面, 水土保持耕作相比于常規(guī)耕作, 能有效減少農(nóng)田N、P流失量[8, 25]。此外, 畜禽糞便與農(nóng)業(yè)廢棄物如不合理利用會加重庫區(qū)面源污染。

圖2 土地利用對面源污染的影響基本原理

Figure 2 The influence mechanism of land-use to nonpoint source pollution

3.4 社會經(jīng)濟因素

社會經(jīng)濟發(fā)展也是影響面源污染的重要因素。研究表明, 經(jīng)濟增長是影響三峽庫區(qū)重慶段農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因, 且種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活三大類污染源排放量與農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展之間都具有協(xié)整關(guān)系。長期來看, 農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展對農(nóng)業(yè)面源污染有減緩作用, 與傳統(tǒng)的環(huán)境-經(jīng)濟增長庫茲涅茨倒U型曲線所揭示的一般規(guī)律相同, 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展和種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的污染排放量具有雙向的因果關(guān)系, 但經(jīng)濟發(fā)展是農(nóng)村生活污染排放量增長的原因, 農(nóng)村生活污染排放量不是經(jīng)濟增長的原因, 它們之間是單向因果關(guān)系[53]。同類研究[54]也證明三峽庫區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展對三峽庫區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染的預(yù)防與治理既存在正效應(yīng), 也存在負(fù)效應(yīng)。農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷總體上隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大而變小, 二者呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 原因為小規(guī)模經(jīng)營下農(nóng)戶投入的化肥、農(nóng)藥相對較大且田間管理不足, 增加了農(nóng)業(yè)面源污染的風(fēng)險。因此, 適度的經(jīng)營規(guī)模可以促進化肥、農(nóng)藥等相對合理的施用以及農(nóng)戶對農(nóng)田的管理效應(yīng), 進而減少農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷。

4 三峽庫區(qū)面源污染負(fù)荷及模型研究

三峽庫區(qū)面源污染負(fù)荷有以下特點, 面源污染占總?cè)霂熵?fù)荷的60%—80%, 主要來自長江干流、嘉陵江、烏江三江入庫, 其中又屬長江干流對入庫面源污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)占絕對優(yōu)勢, 嘉陵江、烏江的面源污染總貢獻(xiàn)率僅占13.4%—39.4%; 農(nóng)業(yè)面源所占比例很大, 主要污染物是: TP、BOD5、TN、CODCr等, 氮對水體的影響以溶解態(tài)氮為主, 磷對水體的影響以顆粒態(tài)磷為主[55–58]; 不同土地利用類型中, 耕地為主要污染負(fù)荷產(chǎn)出源頭, 泥沙、TN、TP負(fù)荷分別達(dá)到庫區(qū)總量產(chǎn)出的91.34%、76. 36%和83.69%[59], 旱地和稻田徑流中面源污染物濃度較高, 來源于紫色土、水稻土和黃土的徑流中營養(yǎng)元素占到了污染物總荷載的很大比例; 面源污染物的產(chǎn)出與海拔高度呈對數(shù)關(guān)系, 污染物產(chǎn)出的峰值在200 m—500 m海拔梯度, 這個梯度內(nèi)以農(nóng)地為主[60–61]。面源污染物產(chǎn)生的關(guān)鍵區(qū)域主要位于庫區(qū)腹地的云陽、奉節(jié)、萬州、巫溪、豐都、巫山等區(qū)縣, 且距河流越近, 面源污染危險性越高[62–63]。從面源污染負(fù)荷研究方法來看, 多采用人口、面積、單位排放系數(shù)等經(jīng)驗公式進行推導(dǎo)和估算, 雖然適合缺乏監(jiān)測資料的實際, 但由于忽略了遷移轉(zhuǎn)化過程和源區(qū)空間異質(zhì)性, 在一定程度上影響了其科學(xué)性及指導(dǎo)性[64]。為使預(yù)測結(jié)果更加合理, 學(xué)者還基于水文分割法[55]、降雨量-輸沙量-污染物相關(guān)關(guān)系模型[65]、泥沙輸移比[62, 66]、盲數(shù)理論與動態(tài)因子[67]、產(chǎn)沙量與吸附態(tài)面源相關(guān)性[68]和RUSLE方程的耦合負(fù)荷模型等對面源污染負(fù)荷研究進行了多方面的探索。

通過模型對面源污染進行模擬, 是目前面源污染研究的重要手段之一。模型化研究大致經(jīng)歷初期統(tǒng)計模型、機理模型、實用型模型和大型專業(yè)模型四個發(fā)展階段。隨著3S技術(shù)的迅速發(fā)展和面源污染機理的深入研究, GIS與分布式參數(shù)模型耦合集成已經(jīng)成為面源污染研究的主要手段, 包括SWAT、AGNPS、AnnAGPS、BASINS等。這類模型可對降雨徑流、土壤侵蝕、溶質(zhì)運移等連續(xù)模擬, 還可以對流域面源污染時空變化、負(fù)荷關(guān)鍵源區(qū)進行識別, 并與污染管理措施相結(jié)合, 進而為面源污染的控制提供參考。目前庫區(qū)模型化研究尚處于起步階段, 雖然提出了一些基于面源污染機理的概念模型, 但研究缺乏連續(xù)性, 大多還是直接利用國外現(xiàn)有模型或根據(jù)實際情況加以修正, 主要包括AnnAGNPS與SWAT。

從AnnAGNPS在庫區(qū)典型小流域及主要支流應(yīng)用結(jié)果來看, 徑流模擬效果優(yōu)于對泥沙和養(yǎng)分的模擬, 徑流模擬誤差均在可接受范圍之內(nèi), 泥沙輸出量的模擬誤差較高, 氮磷等養(yǎng)分輸出的模擬誤差最高, 對泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)等模擬方式有待進一步改進。泥沙模擬誤差可通過調(diào)整RUSLE和HUSLE等子模型的輸入?yún)?shù)來減小。該模型總體上模擬結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)研究和政府統(tǒng)計數(shù)據(jù)較為相符, 適用于三峽庫區(qū)地理氣候條件[69–71]。但是, 模型不確定分析指出, 不同分辨率DEM對泥沙、總磷、有機碳輸出影響顯著, 三峽庫區(qū)類似黑溝小流域宜采用5 m格網(wǎng)尺度DEM, AnnAGNPS模型較不適合于尺度較小、坡度較大的小流域泥沙負(fù)載預(yù)測[72]; 空間離散單元(SDU)水平, 即SDU大小及數(shù)量影響輸入?yún)?shù)空間聚合效應(yīng)及模型輸出結(jié)果, 徑流、泥沙和養(yǎng)分輸出具有不同的SDU適宜水平和范圍, 且對泥沙、總氮、總磷模擬影響較大[73]。

SWAT是一套由USDA-ARS歷經(jīng)30多年開發(fā)的具有很強的物理機制, 適用于復(fù)雜大流域的分布式水文模型。已有部分學(xué)者將SWAT模型應(yīng)用到庫區(qū)及主要支流的面源污染負(fù)荷、時空分異規(guī)律、不同土地利用類型污染負(fù)荷的差異性及其模型不確定性研究, 驗證SWAT在庫區(qū)地理氣候條件下的可行性和適用性。結(jié)果表明模型對徑流、泥沙、營養(yǎng)鹽(TN、TP)模擬結(jié)果在合理范圍之內(nèi), 達(dá)到了較好的模擬效果, 其中徑流模擬效果最佳, 其次為泥沙、營養(yǎng)鹽[74]。同時模型在大寧河流域的應(yīng)用研究結(jié)果表明, 面源污染負(fù)荷的不確定性主要受徑流產(chǎn)生過程的參數(shù)的影響[75], 不同的流域劃分方案對營養(yǎng)物質(zhì)的流失產(chǎn)生了輕微的影響, 但沒有明顯的變化趨勢和規(guī)律[76]; 空間數(shù)據(jù)對徑流和氮的模擬結(jié)果影響較小, 而對泥沙和磷的模擬結(jié)果影響較大, 且存在空間數(shù)據(jù)分辨率的閾值, 分辨率越高并不意味著模擬結(jié)果越準(zhǔn)確[77]; 土壤數(shù)據(jù)分辨率對模擬結(jié)果的影響較小, 而不同土壤數(shù)據(jù)來源對模擬結(jié)果影響較大, 這種影響在進行污染物模擬時要比流量模擬時要大[78]; 降水空間變異和監(jiān)測誤差對水文模擬結(jié)果的不確定性影響顯著, 對面源污染物模擬的不確定性相較與對流量的模擬的不確定性會被放大[79–80]。目前在該區(qū)域內(nèi)對引用的外國模型主要集中在小流域及中等尺度流域, 而在大流域尺度上有待更加深入的研究。受模型本身設(shè)計的局限性、國內(nèi)外實際差異性、模型參數(shù)輸入的不確定性以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源等因素的影響, 模型對預(yù)測結(jié)果的偏差在所難免, 但是相關(guān)監(jiān)測資料的缺乏使模型難于校準(zhǔn)和驗證, 使其推廣使用受到限制。

關(guān)鍵源區(qū)(CSAs)識別是流域面源污染控制的先決條件[81]。基于研究區(qū)的實際情況及資料的可獲得性, 目前庫區(qū)關(guān)鍵源區(qū)識別主要利用SWAT等大型流域模型對污染物的遷移路徑、轉(zhuǎn)化過程及輸出連續(xù)模擬, 找出污染發(fā)生的時間與重點區(qū)域, 或者通過輸出系數(shù)法計算流域中不同土地利用類型的污染物年負(fù)荷量, 找出污染負(fù)荷量大的流域或流域的重要部位。但是經(jīng)驗?zāi)Ｐ臀纯紤]污染物遷移輸出過程的外部影響因子, 不確定性高, 同類研究出現(xiàn)對重點控制區(qū)域結(jié)果不一致的情況[82–84]。王金亮等[85]通過最小累計阻力模型構(gòu)建了庫區(qū)面源污染阻力面, 用阻力值大小來預(yù)測庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染發(fā)生的潛在風(fēng)險, 具有很好的借鑒意義。

5 三峽庫區(qū)面源污染防治研究

三峽庫區(qū)對面源污染防控措施的研究可追溯至水土流失的研究。坡耕地是三峽庫區(qū)的主要生產(chǎn)用地, 也是主要產(chǎn)沙單元, 土地退化嚴(yán)重?！捌赂奶荨钡却胧┑膶嵤┤〉昧溯^好的水土保持效果, 但梯田建設(shè)工程量大、成本高。“大橫坡+小順坡”耕作模式是長江上游廣大農(nóng)民長期實踐經(jīng)驗的總結(jié), 具有減少細(xì)溝侵蝕、排水通暢、防止滑塌、耕作方便及節(jié)省勞力的優(yōu)點。通過在忠縣的坡耕地人工降雨試驗, 基本查明了不同坡面特征下細(xì)溝發(fā)生的臨界坡長, 采用橫坡截留溝在臨界坡長處截斷坡面, 劃分小地塊, 形成小順坡, 最終提出適合三峽庫區(qū)的“大橫坡+小順坡”坡耕地有限順坡耕作技術(shù)模式[86]。根據(jù)區(qū)域現(xiàn)場條件, 選擇“坡改梯”或“大橫坡+ 小順坡”耕作模式可有效減少陡坡耕地的水土流失, 降低面源污染發(fā)生風(fēng)險。將植物籬技術(shù)應(yīng)用于坡耕地的治理, 可起到減緩坡面、改變氮磷等面源污染物在坡面的分布狀態(tài)以及降低其含量的作用, 從而控制水土流失與面源污染, 并且具有投資小、施工簡單、操作方便等優(yōu)點。湖北省秭歸縣的經(jīng)驗表明, “植物籬+經(jīng)濟林”模式具有增加地表覆蓋、減緩地表徑流、增加土壤肥力和防止坡面水土流失的功能, 與純坡地經(jīng)濟林相比總純收入增長11%[87], 實現(xiàn)了生態(tài)效益與經(jīng)濟效益的有效結(jié)合。緩沖帶(濕地)可通過植物吸收、物理沉積、土壤微生物轉(zhuǎn)化等多種途徑減少面源污染物進入水體[88]。謝慧等利用SWAT模型模擬三峽庫區(qū)流域面源污染, 篩選庫區(qū)流域范圍內(nèi)的面源污染關(guān)鍵區(qū)域并進行情景分析, 結(jié)果表明添加田邊緩沖帶情景時, 泥沙、總氮、總磷及綜合污染負(fù)荷比無任何管理措施的基準(zhǔn)情景分別減少了29%、23%、28%、29%[74]。在忠縣石盤丘流域[89]和涪陵王家溝小流域[90]研究發(fā)現(xiàn), 稻田可為面源氮、磷提供沉淀區(qū), 合理增加稻田數(shù)量, 優(yōu)化稻田空間格局是控制三峽庫區(qū)面源污染有效措施。退耕還林工程實施以來使流域土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生改變, 通過優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)也可控制面源污染, 對秭歸縣蘭凌溪小流域氮磷控制效應(yīng)研究表明, 小流域土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)優(yōu)先增加林地, 適當(dāng)控制園地發(fā)展, 且將住宅用地面積比例控制在5%以下, 并通過林茶、林果間作等方式改變小流域部分園地單一類型片狀分布格局[91]。

肖新成等[92]以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益最優(yōu)和農(nóng)業(yè)面源污染減排為目標(biāo), 并考慮到農(nóng)作物清潔生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用和推廣對提高種植業(yè)經(jīng)濟收益和降低農(nóng)業(yè)面源污染的作用, 運用線性規(guī)劃模型優(yōu)化庫區(qū)重慶段種植業(yè)結(jié)構(gòu), 得到最優(yōu)路徑為重慶段糧食生產(chǎn)用地應(yīng)保持約119.16×104hm2, 蔬菜用地保持約33.25×104hm2,經(jīng)濟林(煙草、水果、茶)用地應(yīng)維持在17.05×104hm2;同時指出在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中應(yīng)大力推廣清潔生產(chǎn)技術(shù), 并在保證糧食生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下, 逐漸縮減玉米和大豆的種植面積, 適當(dāng)增加經(jīng)濟林種植面積。在庫區(qū)王家溝小流域測算結(jié)果表明, 建設(shè)1個8—10 m3的戶用沼氣池, 全年可減少 COD 230.65 kg、BOD5 146.87 kg、TN 38.00 kg、TP 11.84 kg進入水體[93]; 利用沼肥減少引起面源污染的化肥施用量, 不會造成農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量下降, 還可以減少由于大量施用化肥而帶來的水體富營養(yǎng)化等一系列環(huán)境污染問題。

隨著對面源污染研究的深入, 僅靠單一的技術(shù)及工程措施或政策措施無法徹底防控面源污染。對面源污染防控及管理措施的研究逐漸從單一的防治措施演變到通過建立面源污染控制措施體系來控制面源污染。最具代表性的“最佳管理措施(BMPs)”的核心是以合理利用土地為基礎(chǔ), 通過管理措施和非管理措施的有效組合以控制面源污染物的產(chǎn)生和運移, 防止污染物進入水庫、湖泊、河流等水體。隨著研究不斷深入, BMPs并非一種確定的方法或手段, 實質(zhì)上已成為一種理念。有學(xué)者在庫區(qū)王家溝小流域通過土地利用格局優(yōu)化分析, 在宏觀層面上實現(xiàn)了面源污染控制的最佳途徑, 同時根據(jù)實際情況設(shè)計了一套集農(nóng)村居民點-旱坡地-水田-消落帶于一體的多重攔截與消納面源污染物的農(nóng)業(yè)面源污染控制系列化最佳管理措施, 通過評價該BMPs對N、P和泥沙等污染物的綜合去除率達(dá)到89%以上[94], 從源頭控制、路徑耗散、末端處理三個層面減少了面源污染負(fù)荷。然而, 決策管理者與利益相關(guān)者對相關(guān)管理措施持不同意見。例如, 對三峽庫區(qū)巫溪縣92個農(nóng)民和42個決策管理者進行了問卷調(diào)查, 以分析對最佳管理措施的認(rèn)可程度。結(jié)果表明, 政策管理者對大多數(shù)保護措施的支持意愿都比農(nóng)民相對要高, 而農(nóng)民較為支持邊坡防護、河岸森林緩沖帶、水平溝等非農(nóng)措施以及一些能夠改善土壤養(yǎng)分的措施[95], 說明農(nóng)民對管理措施的接受程度主要取決于措施的實施能否帶來好的經(jīng)濟效益。對面源污染進行有效治理和控制, 遠(yuǎn)不只是一個技術(shù)問題, 更多的是政治的、體制的和經(jīng)濟的問題。

6 結(jié)論與展望

經(jīng)過多年探索, 庫區(qū)面源污染研究已經(jīng)從初期的定性化轉(zhuǎn)向定量化, 由統(tǒng)計、調(diào)查轉(zhuǎn)向機理模型模擬及實用治理, 研究內(nèi)容較為全面, 涉及基礎(chǔ)理論、流失規(guī)律、負(fù)荷量化、控制措施, 研究尺度由微觀到中觀到宏觀, 研究方法包括傳統(tǒng)方法、模型模擬和新技術(shù)。雖然取得了較大的進展, 但仍然存在不少問題, 有待進一步完善。

庫區(qū)面源污染機理研究主要集中在降雨徑流、土壤侵蝕、不同土地利用類型、不同管理措施下泥沙、N、P等污染物流失特征, 研究多關(guān)注單一過程, 當(dāng)前嚴(yán)重破碎化土地利用格局背景下的面源污染發(fā)生過程、擴散格局及其轉(zhuǎn)化機制仍不明晰。不同面源污染物遷移轉(zhuǎn)化特征具有差異性, 其產(chǎn)生的實質(zhì)是養(yǎng)分或污染物從“土相”向“水相”的運移[96]。三峽庫區(qū)已在消落帶開展了水-土界面上養(yǎng)分交換特征的研究, 但不同陸面斑塊界面之間N、P遷移轉(zhuǎn)化機制研究較少。此外, 不同的監(jiān)測尺度涉及不同的流域產(chǎn)匯流過程及其伴隨的滲濾、吸附等機制, 導(dǎo)致不同尺度下污染物產(chǎn)出的顯著差異[97], 將一種尺度上的生態(tài)規(guī)律轉(zhuǎn)換到另外一種尺度上時往往會出現(xiàn)較大的偏差[98]。因此, 尺度問題是影響面源污染輸移機理的重要科學(xué)問題, 也是一大挑戰(zhàn)。今后應(yīng)深化基礎(chǔ)研究, 重點揭示不同尺度和格局下N、P、泥沙等耦合作用下的運移、轉(zhuǎn)化機理及其不同污染物在不同陸面斑塊界面之間轉(zhuǎn)化機制, 以期為面源污染的防治提供理論基礎(chǔ)。

面源污染影響因子眾多, 雖由自然過程引發(fā), 但在土地利用活動下得以強化。景觀格局變化對養(yǎng)分等面源污染物發(fā)生、遷移和轉(zhuǎn)化具有顯著影響[99], 主要表現(xiàn)在土地利用/覆被的變化引起生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量流動過程的變化。研究面源污染物輸出對景觀格局變化的響應(yīng), 通過景觀合理布局, 有效地截留進入水體的養(yǎng)分元素, 無疑是一種較為經(jīng)濟、有效的流域面源污染控制新方法。當(dāng)前景觀格局作用量化的研究相對較少, 格局分析及與過程耦合有待進一步發(fā)展?，F(xiàn)有研究一是將靜態(tài)的景觀格局指數(shù)與水環(huán)境質(zhì)量之間進行相關(guān)性分析[45], 再者是憑借經(jīng)驗或賦予權(quán)重貢獻(xiàn)法確定不同景觀類型對面源污染生態(tài)過程的作用[100]。由于景觀格局指數(shù)生態(tài)學(xué)意義并不明確, 無法系統(tǒng)揭示面源污染物輸移對景觀格局變化的響應(yīng)機制。流域景觀格局與面源污染這一生態(tài)過程之間的關(guān)系十分復(fù)雜, 往往是非線性、耦合與反饋關(guān)系。因此, 景觀過程與具體生態(tài)過程間的動態(tài)關(guān)系是未來研究的另一挑戰(zhàn), 還需更深入研究才能得出準(zhǔn)確結(jié)論。

過程模型模擬是目前主要的研究方法, 庫區(qū)基本上以引用國外模型為主, 主要是探討國外模型適用性與參數(shù)獲取, 對模型本身鮮有研究。模型校驗方面多使用長江干流水文資料對影響徑流、泥沙、營養(yǎng)鹽(TN、TP)的敏感參數(shù)進行調(diào)整, 但忽略水電站對徑流的調(diào)控作用和對泥沙沉積的影響, 導(dǎo)致率定的參數(shù)偏離研究區(qū)實際取值。Hong等[101]在目標(biāo)流域選擇典型小流域應(yīng)用物理模型, 然后將在小流域獲得的參數(shù)推廣至整個流域, 以獲得整個流域的面源污染負(fù)荷, 為大尺度的面源污染負(fù)荷估算提供了一種實用的方法, 但是選擇的小流域必須具備充足的數(shù)據(jù)。由于缺乏模型運行和校正需要的數(shù)據(jù)和相關(guān)實驗研究, 使得模型模擬結(jié)果得不到很好的校準(zhǔn)與驗證。因此, 未完全標(biāo)定模型輸出的分析, 是否有助于獲得水文過程的關(guān)鍵信息是當(dāng)前研究中要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。今后應(yīng)系統(tǒng)分析引進模型不確定性, 明確相關(guān)模型在三峽庫區(qū)建立及校驗的主要缺陷, 借鑒國外模型理念, 立足于研發(fā)反映我國區(qū)域地理特征的面源污染負(fù)荷估算方法與機理預(yù)測模型。

與此同時, 對庫區(qū)開展系統(tǒng)面源污染背景調(diào)查, 建設(shè)長期標(biāo)準(zhǔn)化面源污染監(jiān)測系統(tǒng)是一個值得開展的研究方向, 尤其是建立以日為步長的重點支流及不同地理特征、不同土地利用模式小流域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫具有重要意義。基礎(chǔ)資料的完善不僅為模型的應(yīng)用和提出提供數(shù)據(jù)支撐, 也為流域污染物排放總量控制、水環(huán)境承載力確定等方面的研究提供可靠數(shù)據(jù)源。此外, 完善相關(guān)數(shù)據(jù)共享機制, 提高監(jiān)測數(shù)據(jù)使用效率也是推動區(qū)域面源污染研究的有效手段。

面源污染研究的最終目的是如何防治, 目前庫區(qū)面源污染控制措施多集中于工程及技術(shù)措施, 而對土地合理規(guī)劃利用、管理及政策措施所發(fā)揮的作用研究不足。綜合防治方案以理論框架和建議為主, 缺乏實證研究及已有技術(shù)的集成與推廣應(yīng)用。對最佳管理措施(BMPs)的研究也比較欠缺, 已有研究也主要通過模型進行情景分析?，F(xiàn)有面源污染防治技術(shù)僅關(guān)注源頭減量或過程阻斷, 缺少從生態(tài)系統(tǒng)的層面上進行調(diào)控, 忽略了生態(tài)系統(tǒng)自身的調(diào)控功能與機制, 制約著農(nóng)業(yè)面源污染防控措施的有效實施[96]。楊林章研究團隊在太湖地區(qū)面源污染研究中, 針對農(nóng)業(yè)面源污染防治提出了“減源-攔截-修復(fù)”(3R)理論[102], 后對該理論進行了豐富和發(fā)展, 形成“源頭減量-過程阻斷-養(yǎng)分再利用-生態(tài)修復(fù)”(4R)理論, 提出了農(nóng)業(yè)面源污染治理的總體思路、相關(guān)技術(shù)集成與工程化應(yīng)用框架, 并在工程實踐中取得了良好的效果[103], 對三峽庫區(qū)的面源污染防治具有很好的借鑒意義。與其他生態(tài)系統(tǒng)類似, 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)也具有多種生態(tài)服務(wù)功能?？赏ㄟ^優(yōu)化土地利用和管理模式, 施加局部關(guān)鍵措施控制等方法提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)利用率, 減少水土流失和生活污水的產(chǎn)生, 力求養(yǎng)分在到達(dá)水體之前達(dá)到平衡。實質(zhì)是增強多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)同效應(yīng), 使面源污染物產(chǎn)量最小而提高生態(tài)和經(jīng)濟效益[104]。面源污染的防治是一個系統(tǒng)工程, 并不依賴于單一的技術(shù)措施, 需考慮全局性。今后應(yīng)結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)原理與土地優(yōu)化配置理論等相關(guān)理論, 采用“源頭控制、過程阻斷和末端削減”的整體思路, 統(tǒng)籌“山水林田湖草”系統(tǒng)治理, 農(nóng)、林、水等綜合措施緊密結(jié)合, 因地制宜研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)、景觀及流域尺度面源污染綜合防控模式, 即整體景觀優(yōu)化調(diào)控, 局部關(guān)鍵措施控制和多重攔截與消納模式和控制途徑集成技術(shù)體系。

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A review of non-point source pollution in the Three Gorges Reservoir Area (TGRA)

LI Le, LIU Changfu*

Key Laboratory of Forest Ecology and Environment, National Forestry and Grassland Administration, Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China

In order to clarify the problems and deficiencies of the tendency of research on non-point source pollution, the count and changing tendency of related literatures and contents of high-cited literatures were retrieved, classified and analyzed statistically in this paper based on the research results of non-point source pollution from 1990 to 2018 in the Three Gorges Reservoir Area (TGRA). The research progress of non-point source pollution in the TGRA was discussed from four aspects of the mechanism, influencing factors, load and model simulation and prevention to achieve better regional ecosystem management.Existing research on the mechanism of non-point source pollution was mainly from a single process and scale of rainfall runoff, soil erosion, different land uses and the loss characteristics of pollutants of sediment, N, and P, etc. under different management measures; further research will focus on the occurring process, diffusing pattern and its transforming mechanism of non-point source pollution under the background of severe fragmentized land use. On the influencing factors, more existing discussions were on land use without a clear influential mechanism of how the landscape pattern changes to generate non-point source pollution. In the load simulation, existing research was mainly on establishing the empirical model and discussing the applicability of foreign models in the reservoir area, few of them were on primary developments. In preventing non-point source pollution, existing research focused mainly on engineering and single technical measures, few of them were on the optimal management (BMPs) and on the comprehensive prevention and control technology of non-point source pollution in ecosystems, landscapes and watersheds. Research on non-point source pollution in the Three Gorges Reservoir area should be improved as follows: (1) the migration and transformation mechanism of the N and P and sediment under coupling action in different scales and patterns and the mechanism of their different pollutants transferring among the interface of different land surface patches; (2) the dynamic relationship between non-point source pollution and landscape process; (3) using foreign model ideas as a reference to develop a prediction model of non-point source pollution applicable for our regional geographical characteristics; (4) establishing a standard non-point source pollution monitoring system; (5) overall planning of systematic governance of ‘mountain, water, forest, land, lake and grass,’ and developing a comprehensive technical system of prevention and control of the area’s source pollution.

Three Gorges Reservoir Area (TGRA); non-point source pollution; model simulation; migration and transformation; control

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.02.026

X501

A

1008-8873(2020)02-215-12

2018-12-26;

2019-02-28

國家重點研發(fā)計劃(2017YFC0505306)

李樂(1991—), 男, 甘肅酒泉人, 博士研究生, 主要從事面源污染及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究, E-mail: zglkylile@126.com

劉常富, 男, 博士, 教授, 主要從事森林生態(tài)學(xué)研究, E-mail: liucf898@163.com

李樂, 劉常富. 三峽庫區(qū)面源污染研究進展[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(2): 215-226.

LI Le, LIU Changfu. A review of non-point source pollution in the Three Gorges Reservoir Area (TGRA)[J]. Ecological Science, 2020, 39(2): 215-226.