基于GIS的唐山地区农业面源污染防控探讨

张英 徐硕 马书燕 郭淑英 李利博

摘 要 在对国内外农业面源污染研究资料分析基础上，调查唐山地区的农业面源污染现状，分析其农业面源污染的主要污染源，探讨将地理信息系统（GIS）强大的空间数据处理及可视化功能应用到农业面源污染防控中，提出针对唐山地区农业面源污染的防控建议：将GIS技术应用到农业面源污染防控过程中;构建基于WebGIS农业面源污染信息系统;提高农民保护生态环境的主动性，减少面源污染。

关键词 农业面源污染;GIS;防控技术;唐山地区

中图分类号：X592 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.03.012

农业面源污染指在农业生产活动中农田里的泥沙、化肥、农药及畜禽粪便等物质在降水或灌溉过程中，通过地表径流、地下渗漏、农田排水等过程进入水体造成的环境污染[1]。农业面源污染不仅会导致土壤退化，还会造成河流、湖泊等水源质量下降。我国首次污染源普查数据显示，2007年通过农业面源污染排放的总氮约占同期全国总氮排放量的57.2%，而总磷排放量约为28.5万t，约占全国总磷排放量的67.3%。调查表明，农业面源污染即将成为我国流域污染的主要因素。农业面源污染已是我国土壤、河流、湖泊的重要污染源，因此对农业面源污染防控技术及防控体系的研究成为近年来农业可持续发展的重要课题。目前各领域对农业面源污染的研究主要集中在农业面源污染现状及对策上[2-7]，而利用GIS技术来分析农业面源污染，将GIS技术应用到农业面源污染防控的研究较少[8-9]。地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是集属性信息和空间信息编辑、存储、分析、处理于一体的技术系统。强大的空间数据处理功能，独特的地图视觉化效果和地理分析功能，结合计算机软件和硬件的支持，使得GIS技术被广泛应用到各个领域。近年来，GIS技术在农业面源污染防控中的应用越来越广泛，利用GIS技术强大的空间数据分析、处理及可视化功能，可以对农业面源污染信息进行存储和编辑，还可以通过其强大的空间数据信息分析功能直观地展示研究区农业面源污染的时空动态变化，从而对农业面源污染进行实时监控，为农业面源污染防控技术与时空分异研究提供依据。

1  唐山地区农业面源污染现状

唐山位于河北省东部，属暖温带半湿润大陆性季风气候。唐山市土地总面积约142.86万hm2，农用地约88.73万hm2，其中耕地57.05万hm2，约占农用地的64.30%，所占比重最大;园地12.78万hm2，约占农用地的14.40%;牧草地7.49万hm2，约占8.44%;林地11.41万hm2，约占12.86%;森林覆盖率31.75%。2016年，唐山市粮食平均667 m2产量为425.3 kg，增长2.3%;蔬菜播种面积19.0万hm2，产量1 466.9万t，增长1.0%;肉类产量75.8万t（包括猪、牛、羊），比2015年增长2.3%;禽蛋产量38.1万t，增长2.3%。种植业和畜牧业的迅速发展，导致唐山市农药化肥及畜禽粪便等污染问题也越来越严重。

目前，唐山市农业面源污染主要有农药化肥过量使用、畜禽粪便、秸秆焚烧等，不仅会对农村环境造成不良影响，还会对土壤、河流等造成一定程度的污染。以化肥农药为例，表1是唐山市2006—2016年使用的化肥、农用薄膜、农药数量，可以看出全市化肥施用量从2006年的36.8万t到2016年的38.3万t，增加了近2万t，其中复合肥施用量增加得最多，接近3万t;化肥施用量高，利用率低，80%的化肥并没有被农作物吸收，而是随着水体进入土壤，导致土壤污染;全市农用塑料薄膜使用量10年间没有显著增加，还呈现出逐年降低状态，但其使用量却高达1.1万t，其中地膜使用量约占65%。农膜的使用加重了土壤污染。全市农药施用量每年约为5.8万t，但只有约35%的农药被植物所吸收，其余均渗入土壤、水体中或沉积在植物体内。

农业面源污染会造成土壤污染，直接影响土壤肥力与质量;还会造成水污染，导致水体富营养化，水体质量下降;部分農药化肥还会残留在农作物自身中，从而导致农产品的品质下降;大量的畜禽粪便、生活垃圾导致人们居住环境的脏、乱、差。农业面源污染具有污染物数量多、污染时间相对较长、污染范围较广等特点，还具有很大的随机性，不容易被监测，对农业面源污染进行实时监测是难上加难，因此农业面源污染一直未得到彻底治理。农业面源污染是一种间歇发生的，随机性、不确定性很强的复杂过程，估算其发生负荷的难度大。如何实时准确地估算农业面源污染发生负荷成为有效治理农业面源污染的又一难题，而GIS的出现，正好可以很好地解决这一难题。

2  唐山地区农业面源污染防治建议

影响农业面源污染的因素主要有土地利用类型、土壤类型、气候、管理措施、地质地貌特性、水文过程等。农业面源污染防治可从两个方面着手：1）监控与预测，实时准确地对农业面源污染进行监测，并针对监测结果采取相应的防治措施。2）农业面源污染防治不仅是一方的问题，应让政府、农民、技术人员等多方共同努力完成。根据唐山地区农业面源污染现状，结合农业面源污染的特点，笔者对唐山地区农业面源污染的防治提出几点建议。

2.1  将GIS技术应用到农业面源污染防控过程中

农业面源污染不仅包括各种属性数据，还包括大量的空间数据，如行政边界数据、农用地块数据、化肥农药施用量数据、土壤分等定级及土壤肥力数据、农用地利用类型数据、道路河流数据等各种矢量数据和栅格数据。GIS具有强大的空间数据存储和处理功能，可以实现农业面源污染数据的空间处理和可视化。同时可以利用GIS技术的高效、灵活、直观等特点，将其与农业面源模型相结合。可以建立唐山地区农业面源污染的SWAT模型与GIS技术相结合，实现对唐山地区农业面源污染的实时监控，完成对农业面源污染的预测与判断。

2.2  构建基于WebGIS农业面源污染信息系统

随着WebGIS的迅猛发展，GIS技术得以更广泛地应用到农业面源污染防控过程中，而構建农业面源污染信息系统，对农业面源污染情况进行实时监控，将WebGIS应用到农业面源污染防控过程是十分必要的。构建农业面源污染信息系统，可以实现对化肥农药、农膜的监测和管理。结合数据库技术、地理信息系统技术、管理信息系统技术实现一个集数据处理、存储、分析、管理、决策于一体的农业面源污染数据分析系统，同时设计了空间展示、数据查询、统计分析、成果导出等功能，可以将农业面源污染属性数据与空间数据结合起来，形成一个有机整体，为农业面源污染预测和预报提供可靠的依据，为农业环境污染治理决策提供技术支持，以提高农业面源污染普查数据的利用价值，规范农业面源污染的排放行为。

2.3  提高农民保护生态环境的主动性，减少面源污染

农民是农业的主人，也是实现农业面源污染源头控制的关键。应提高农民的生态环境保护意识，主动减少农药化肥、农膜等使用量。同时加强对农民的宣传培训，让农民相信科学、相信技术，掌握科学合理的施肥方式方法。采用农药精准施用技术，推广绿色防控技术，减少农药使用量。政府建立奖惩措施，鼓励农民采用化肥替代技术，例如鼓励农民使用缓释肥，采用“有机肥+”的施肥模式，如有机肥+缓释肥、有机肥+复合肥等。

3  结语

农业面源污染导致土壤和水体的污染，同时也威胁着粮食安全，进而影响了人类和社会的发展。农业面源污染具有污染物量大、污染时间长、范围广、随机性大、不易监测的特点。本文对唐山地区农业面源污染现状进行分析，探讨从政府出台政策、提高农民自身素质等方面着手来加强对农业面源污染防治，将GIS技术引入农业面源污染防控中，利用GIS强大的空间与属性数据存储、处理功能，对污染情况进行实时监控，构建基于WebGIS的农业面源污染防控系统，具有重要的现实意义。

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（责任编辑：易  婧）

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