遥感技术在面源污染中的应用

宁慕玮

(中国矿业大学(北京)地球与测绘工程学院 北京 100083)

引言

近年来，随着点源污染控制水平的提高，面源污染(或称非点源污染)已经成为水环境污染的主要来源。随着中国对工业点源污染的大力治理，面源污染对水体污染所占比重呈上升趋势，而农业面源污染是中国水体面源污染的最主要组成部分。当前农业面源污染已经引起了世界的注意并进行了广泛而深人的研究，取得了较为显著的成果。但有关面源污染的许多理论问题及过程机理尚不清楚，还没有公认的或统一的面源污染评价指标、定量化评价方法和防控措施体系，所以仍不能满足防治面源污染的需要。因此，各界人士利用多种手段了解农业面源污染的来源。遥感具有可实时、快速地记录大面积流域的空间信息及各种变化参数，提供精确的定性和定量数据，能对各种信息进行定量分析、动态监测和自动成图等优点[1]。对流域污染进行治理的主要基本任务就是农业面源污染负荷的定量化研究，定量研究流域非点源污染负荷可以为非点源污染的预测预报以及流域规划和污染防治政策的制定提供重要依据[2]。遥感技术使用遥感遥测影像和数据为面源污染模型提供新的数据来源，弥补了常规方法获取数据不足的缺点。

一、农业面污染起因研究

(一)作物施肥以及杀虫剂的使用

我国是农业大国，农业生产上化肥以及杀虫剂的用量较大，尤其是氮素以及磷素投入过量现象非常严重。根据统计资料显示，我国化肥施用量居世界第1位。施肥过量导致农药会随着降雨径流进入到河流水体中，并破坏土壤的良好结构，导致土地性能降低，甚至污染到地下水层。

(二)畜牧业的快速集约化发展

现阶段畜牧业的发展从过去的分散型逐渐转成大规模集约型[3]。根据数据显示，畜禽粪便量在2010年将达45亿吨，畜牧业面源污染是指在畜禽养殖的过程中没有进行积极的处理，导致畜禽粪便中包含的有机污染物随地表径流或贮粪池渗漏污染地表水和地下水，给生态系统带来巨大的破坏作用。

(三)农业废弃物及农村生活垃圾污染

农业废弃物主要指废弃的农作物秸秆。我国废弃的农作物秸秆利用率很低，大部分被焚烧，或抛弃于河沟渠或道路，变成有机污染物。目前，我国农村缺乏污水处理系统且人口居住分散，农村居民生活污水基本上未经任何处理便直接排放进入水体和土壤，其中经土壤渗出进入水环境的污水约为10%，加重对环境的污染[4]。村民生活产生的固体垃圾一般倾倒于河道两侧或随意堆放，不仅易堵塞河流，又严重污染水体。

(四)农业水土流失加剧

水土流失是导致面源污染发生的动力因素，据悉，我国每年表土流失量在50亿吨以上，其中有75%来自农田和林地，因此水土流失是农业面源污染系统中的重要组成部分。我国每年数百万吨的氮、磷、钾进入水体，在河流、水库、湖泊、滨海造成严重污染。

二、遥感在面源污染基础数据获取中的应用

(一)不同土地利用类型对面源污染的影响

根据以往的众多研究可知，面源污染是一个综合考虑的因素，但在控制一定量的基础上，可以观察土地利用类型与N、P负荷量的相关关系来大致得出的结论为耕地影响最大，其次是居民区，最后是林地和草地。

(二)不同土壤类型对面源污染的影响

不同土壤类型的分布地区和形成条件不同，土壤的成分和理化性质不同，氮素的流失特征亦不同。通过研究发现，在同样的土地利用方式和降雨强度下，壤土的有机物溶出时间最长，其次是粘土，黏壤土的溶出时间最短[5]。更加具体的分析要根据每个地区不同的土壤特征再次排序。80%的磷是以颗粒式存在的，研究P的问题上更加专注于土壤的负载。

(三)不同气候对面源污染影响

在面源污染的研究中，气候大多数指降雨量的程度，径流是土壤中氮素流失的主要动力，而降雨是决定径流量的重要因素[6]。通过前人的模拟试验，在雨量和降雨历时等条件相同的情况下，人工设置不同的降雨强度，实验表明降雨强度増强，径流量增大，土壤侵蚀量也随之增强，土壤中颗粒态、溶解态氮素进入水体的量也増加。

三、遥感在面源污染预测预报中的应用

传统的探测手段为通过野外的实地调查、查找文献和监测来获取农业面源污染的多种数据。而遥感技术获取农业面源污染研究中的水文、土壤、地形、气象这4大类基础数据。之后，依据研究区域的地理情况和土地利用现状对该区域进行分类，最终确定在不同的土地利用类型中面源污染的发生区域，并估算农业面源污染负荷。相对于传统的探测手段，遥感技术在经济投入上，远远少于前者，具有很高的经济效益[7]。在难以达到的地区，这种技术也许也是节省成本和时间并获取需要数据的唯一有效方法[8]。

四、结论

我国目前面临着经济发展和生态环境保护双层重任，如何做到在保护好现有生态环境的基础上实现经济又好又快地发展是迫切需要解决的问题。遥感技术无论在监测、预报、调控中都是不可缺少的，卫星遥感技术可以迅速、准确地提供大范围流域的地质地貌、植被覆盖、土地利用以及土壤水状况等多种信息。由此可知，遥感技术技术的综合作用在面源污染的预报预测中拥有着无法比拟的优势。