城乡交错带小流域污染特征及控制研究进展

宋宇加

(长春科技学院环境工程系，吉林 长春 130600)

1.研究背景

我国正处于经济发展的快速阶段，载负经济增长的人工建筑物、废弃物和不断增加的人口已经接近甚至超过了环境承载力，中国已成为全球元素迁移产生污染问题最多的国家，而在中国，城市又是大多数污染物的重要来源，据《迈向环境可持续的未来——中华人民共和国环境分析》报道［1］，2012年世界十大污染严重城市中，我国的太原、北京、乌鲁木齐、兰州、重庆、济南、石家庄都被列入其中，主要都是人群活动和工业污染叠加的结果。仅大气污染每年造成的损失就达到了国内生产总值的1.2%。各种污染归根到底都是污染物质不合理的迁移，而造成这种结果的原因是人类自身的各种不良活动。

2.城乡交错带小流域的污染特征

2.1 生态特征

城市既包括典型的主城区，也包括城乡交汇处的边缘地带。随着中国城市化的迅速发展，越来越多的城市功能向城乡交错带转移，使得这里成为受城市生态系统和农业生态系统双重影响最为明显的地区，其特点是地表景观变化迅速，物质流和能量流大量集中，原有的自然生态系统受到强烈冲击和改造，物质迁移的方式和数量发生剧烈变化。因此，这里成为既不同于典型城市街区，有不同于典型农村地区的一种过渡带。

城市生态系统是一种典型的人工生态系统，又是一种脆弱的生态系统。说它属于人工系统，是因为此系统以人工建筑物为主，不透水斑块占据系统的主体，制造有机物和氧气的生产者不足以养活消费者，大量物质和能量需要从其他生态系统输入，而自身产生的大量废弃物也因分解者少需要输出到其他生态系统，所以，如果城市生态系统的规划设计不合理，必然导致大量污染元素无节制的输出或堆积，当超过生态系统的自我净化能力时，污染就会发生。

2.2 污染元素迁移的状况

城市沟谷地是连接城市基底与城市河流的纽带，其特点是规模小但分布广，遍布于各种类型的城市，类似于人体内分布的大量毛细血管源源不断地向大型河流输送各种物质，是城市水力和潜流侵蚀综合作用的集中地，作为一种典型的水陆交错带，这里往往最先接受大量的非点源污染物，同时往往也是容易被忽略的对象。如果其污染状况长期得不到研究和治理，那么主要江河水体的污染问题将不可能得到根本解决。城市水环境安全也就无从谈起。

非点源污染一般是指由于降水引起的各种污染物由大气圈和土壤圈逐渐向水圈迁移，最终导致水体污染的一种污染形式。非点源污染是在多个圈层之间同时交叉进行的，因此污染物迁移途径较多，迁移过程较为复杂，同时还受到气象、水文、地貌等外界因素的影响，所以非点源污染发生的随机性、不确定性较大，近些年的进一步研究发现，除了受以上几种因素影响外，土地利用、土壤特性、地表径流、植被覆盖等因素也会对非点源污染的发生、发展产生明显影响。因此，有学者认为，分散性与不确定性是非点源污染的最主要特征，与点源污染的研究不同，搞清污染物的来源、迁移途径及时空分异规律是今后非点源污染研究的主要方向。

城市生态系统和农业生态系统均是非点源污染物的重要来源，美国环保署(EPA)的研究认为，农业、城市和工矿区是非点源污染物的主要来源，氮、磷、重金属是其中最主要的污染元素［2］。

Chesters 和Schierow 在研究美国非点源污染现状时指出，20 世纪60年代时，人们认为美国地表水恶化的主要原因是点源污染，到了20 世纪80年代，人们才意识到，非点源污染对水体污染的贡献率被大大低估，原因是之前人们未能将点源污染与非点源污染有效地区分开，非点源污染才是美国河流污染的最主要原因［3］。

3.城乡交错带小流域污染控制方法

国内外对元素迁移的系统化研究始于20 世纪70年代，研究方法也在不断的进步，主要包括以下几个方面。

3.1 野外定位监测

这种方法是获得研究区域各种数据的最直接最有效的方法，尤其是长期不间断地定位监测，可以获得很多宝贵的数据，借以分析和找出元素迁移的时空规律。近些年来，随着科技的发展，人们将定位监测方法与遥感和地理信息系统技术相结合，大大提高了判别能力和工作效率。

3.2 3S 技术

也就是指遥感、地理信息系统和卫星定位技术。这些技术可以帮助研究者直观准确的从图片中掌握各种环境因子的分布和变化情况，取得了一些成果，但由于非点源污染具有分散不确定的特点，地理边界与污染发生位置难以识别和确定等原因，使得单靠这项技术有一定的局限性，需要与其它方法结合使用。

3.3 模型研究

模型研究在最近二十多年越来越受到重视，针对不同类别、不同来源和不同迁移转化机制的污染物，国内外开发了很多不同的模型，如1971年美国农业部使用通用土壤流失软件(USLE)用于研究土壤侵蚀作用，虽然早期的模型还存在很多不成熟的地方，但还是为非点源污染的定量研究奠定了基础。之后，越来越多模型随之出现，Saleh 将SWAT 模型用于研究德克萨斯州Bosque 流域畜牧业生产导致的富营养化问题;美国环保署使用基于GIS 支持的BASINS 模型研究流域点源与非点源污染综合控制问题;美国农业研究局研发的AGNPS 模型，用于小流域农业生态系统非点源污染的模拟和预测等。这些模型的优点是可以提高工作效率，在一定程度上减轻野外监测的工作量，但每种模型都有一定的局限性，其模拟的情况往往与实际情况有出入，导致最终的模拟结果与实际结果出现偏差，因此，模型的使用一般要与实地监测和实验室分析数据相结合使用，用以对模型进行校正或者确定模型是否适合否以区域的元素迁移研究。

3.4 工程化治理方法

目前已在有些国家实施的水陆交错带生态工程研究包括美国的植被过渡带项目［4］，新西兰的水边休闲地项目［5］，英国的缓冲带项目［6］，匈牙利的Kis-Balaton 项目以及中国的多水塘项目等［7］。这些工程项目都是利用水陆交错带的截留作用治理河流水体富营养化的有益尝试。

我国有关水陆交错带的研究包括对水质影响的研究，对元素迁移的影响研究，受损河道生态修复技术，城市河岸带开发研究四个方面。通过这些研究，试图找出污染元素的来源，迁移过程和最终去向，也就是研究源—流——汇之间的关系。从研究的成果看，人们对源和汇的研究已经比较清楚，可以找到污染元素的最初源地和最终汇聚地，但对其迁移过程尚不是很清楚。

4.结语

城乡交错带小流域污染具有污染源分布广泛，污染路径复杂多样，污染物种类繁多的特征，同时，这一区域的污染对江河干流的水质影响很大，目前，国内外已对其污染过程有了初步的认识，但是很多涉及污染机理的内容还不清楚，并且污染的治理措施相对比较单一，无法适应不同区域，不同污染情况的治理需要，景观生态学的治疗措施相对于其他措施来说具有投资较小，治理效果明显，且不易发生二次污染的特点，是未来这一区域污染治理研究的主要发展方向之一。

［1］张庆丰;罗伯特·克鲁克斯;迈向环境可持续的未来——中华人民共和国环境分析［M］.北京:中国财政经济出版社;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.