太湖流域农业面源污染对水体水质的影响.docx
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太湖流域农业面源污染对水体水质的影响
本科毕业论文（设计）
题目太湖流域农业面源污染对水体水质的影响
专业环境科学
作者姓名宋灿灿
学号2010203513
单位环境与规划学院
指导教师姚昕
2014年5月
教务处编
原创性声明
本人郑重声明：
所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。
除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。
本人承担本声明的相应责任。
学位论文作者签名：
日期：
指导教师签名:
日期：
目录
前言1
1太湖流域农业面源污染概况2
1.1农业面源污染的主要来源3
1.1.1化学肥料大量使用3
1.1.2畜禽和水产养殖业污染5
1.1.3农膜污染5
1.1.4水土流失6
1.1.5农田管理方式6
1.2农业面源污染的特征6
1.2.1分散性6
1.2.2随机性6
1.2.3广泛性7
1.2.4潜伏性7
2太湖流域水体水质状况7
2.1太湖流域水体概况7
2.2太湖流域水体水质现状8
2.2.1太湖九大湖区8
2.2.2太湖流域水体质量状况9
2.3农业面源污染水体的途径9
2.3.1以营养型污染物污染水体环境10
2.3.2以毒害型污染物污染水体环境10
2.4农业面源污染对水体的影响10
2.4.1农业面源污染对河流水质的影响10
2.4.2农业面源污染对湖泊、水库水质的影响10
2.4.3农业面源污染对地下水水质的影响10
3农业面源污染的防治措施11
3.1加强农业面源污染源的管理11
3.1.1加强农业节水，减少面源污染物排放11
3.1.2科学减少农田养分的投入11
3.2养分转移途径的管理11
3.2.1人工湿地在控制农业面源污染中的应用11
3.2.2建立、恢复和利用缓冲区、水陆交错带来防治农业面源污染12
3.3完善农业环境保护政策与立法12
3.4健全社会监督机制，提高公众参与度13
3.4.1加强宣传教育13
3.4.2构建技术服务体系13
3.4.3给予财政补贴13
结语14
参考文献15
致谢17
摘要
我国是一个农业大国，在生产快速发展的同时也产生了农业面源污染。
农业面源污染问题与人民群众的生活十分紧密，现在环境问题越来越受到全社会的高度重视。
本文主要对我国农业面源污染现状以及太湖流域农业面源污染的现状、来源和特征进行了说明。
通过对太湖九大湖区和湖心区水体水质现状的分析对农业面源污染对水体水质的影响进行了论述。
最后，针对农业面源提出了相应的防治措施：
加强农业面源污染源的管理；养分转移途径的管理；完善农业环境保护政策与立法；健全社会监督机制，提高公众参与度。
关键词：
农业；面源污染；现状；水环境；防治措施
Abstract
Chinaisalargeagriculturalcountry,with therapiddevelopmentofproduction,large agriculturalnon-pointsourcepollutionisproduced .Theagriculturalnon-pointsource pollutionis closedwith people's life.Nowtheenvironmental problemgetmoreandmoreattentionofthewholesociety.Thispaperfocusesonthe statusquoofChina's agriculturalnon-pointsourcepollution,andanalyzedthepresentstatus、sourceandfeaturesofnon-pointsourcepollutioninTaihulakeBasin.Throughtheanalysisofthe presentsituation of waterquality ofTaihu lakeandthelake district, nine of agriculturalnon-pointsourcepollution onwaterqualityarediscussed.Finally, accordingtothe agriculturalnon-pointsource controlmeasureswereputforwardStrengthentheagricultural non-pointsourcepollution sourcemanagement:
Nutrienttransferwaysofmanagement;Improvementofagriculturalenvironmentprotectionpolicyandlegislation;Asoundsocialsupervisionmechanism;improvepublicparticipation.
Keywords:
Agricultural;non-pointsourcepollution;TaihuLakebasin;waterenvironment;preventionmeasures
太湖流域农业面源污染对水体水质的影响
前言
我国是农业大国，近年来我国农业面源污染问题日益严峻，在各类环境污染中，农业面源污染所占比重达30％~60％以上。
已造成农村饮用水源地污染、土壤污染、空气污染以及蔬菜水果等农产品污染。
近年来，湖泊蓝藻污染、海湾和长江口赤潮现象频发，致使很多地方饮用水源地受到污染；在农业上，化肥的过度使用导致土壤发生板结，肥力下降，水土流失加重，未被利用的养分通过大气循环进入空气中，造成大气污染；我国每年生产的硝酸盐、亚硝酸盐含量超标的污染蔬菜水果已达到2.4×106t，因蔬菜水果农药残留过多引发的群众中毒事件时有发生[1]。
这些问题对受影响人群的生命和健康产生了严重后果，农业面源污染直接制约着社会和经济的可持续发展，成为关系国计民生的大问题。
研究显示，化肥、农药、畜药等农资品是我国农业面源污染的主要来源[2]，每年由于化肥农药残留、禽畜产品激素的使用以及抗生素和食品添加剂的滥用，不但消耗了大量的能源，而且造成了严重的环境污染，并严重威胁着我国国民体质。
据原国家环境保护总局粗略估计，我国水体中来自工业、生活和农业面源的污染物大约各占三分之一。
中国农业科学院的研究成果显示：
在中国水体污染严重的流域，农田、农村畜禽养殖和城乡结合部地带的排污是造成流域水体氮、磷富营养化的主要原因，其贡献大大超过来自城市地区的生活点源污染和工业点源污染[3]。
研究同时指出在中国流域面积大的水域，如滇池、五大湖泊、三峡库区等，水体富营养化的主要驱动因子为：
高氮、磷肥料用量的菜果花农田面积大幅度增长；流域农村地区畜禽养殖业密集发展；基础设施差的城乡结合部地带带动城镇建设快速扩展[4]。
太湖流域位于长江三角洲核心地区，总面积为3.69×104km2，行政区划分为江苏省苏南地区，浙江省的嘉兴、湖州二市及上海市的大部分，杭州市的一部分。
其中江苏省占53%，浙江省占33.4%，上海市占13.5%，安徽省占0.1%。
农业面源污染（ANPSP）是指在农业生产活动中，农田中的泥沙、营养盐、农药及其它污染物，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏，进入水体而形成的面源污染。
这些污染物主要来源于农田施肥、农药、畜禽及水产养殖和农村居民。
农业面源污染是最为重要且分布最为广泛的面源污染，农业生产活动中的氮素和磷素等营养物、农药以及其他有机或无机污染物，通过农田地表径流和农田渗漏形成地表和地下水环境污染。
本文主要通过对太湖流域农业面源的现状进行说明，分析农业面源污染的成因，重点介绍太湖流域农业面源污染对水体水质的影响和太湖流域水体的现状，同时就太湖流域目前的污染状况提出控制农业面源污染的对策以及改善水体水质的具体措施。
1太湖流域农业面源污染概况
太湖流域自然条件优越，农业生产基本条件好，水陆交通便利，工业发达，经济基础雄厚，科技力量强，市场信息灵通，人口稠密，劳动力素质高，基础设施和投资环境较好，是我国沿海主要对外开放地区。
除有特大城市上海外，尚有无锡、苏州、杭州、镇江、常州、湖州、嘉兴等7个大中城市及迅速发展的城镇乡村。
改革开放以来，太湖流域成为我国经济发展速度最快的地区之一，已经初步形成了由特大、大、中、小城市，县、镇、乡等齐全的城镇体系，不仅数目多，而且结构趋于合理。
沪杭、沪宁为明显的城市分布带，一般的小城市与集镇都具有沿河分布的特点。
我国城市发展有两个突出特点：
特大和大中城市都规划一定的工业园区，面向国际市场，其中尤以上海浦东经济开发区规模最大，这对太湖流域乃至长江三角洲都具有非常重要的重大的影响。
太湖流域的地理位置十分有利。
经济与科技实力较强，投资环境优越，交通、通信、公用设施、商业、服务业等条件良好，自然风光和历史古迹等旅游资源丰富，具有美好的发展前景，见图1。
图1太湖流域地理位置图
近年来，太湖流域农业发展迅速，但发展的背后却带来了农药、化肥的大量使用，畜禽粪便、水产养殖污水等得不到妥善处理，这使得整个流域原本就存在的农业面源污染问题更加突出，严重影响了太湖流域的水质。
过量施用化肥、不合理使用农药及畜禽粪便的无规划排放给流域内的水环境带来了无法承受的压力。
太湖流域来自农村面源的COD、氨氮、总磷和总氮分别约占各自总量的45.2%、43.4%、67.5%和51.3%，是太湖流域的重要污染源[5]。
据科技部“十五”重大科技专项“河网区面源污染控制成套技术”的调研表明，进入太湖的污染负荷中，83%的TN和84%的TP来源于农田、城乡结合部地区、农村畜禽养殖业和农村生活面源，贡献率远远超过来自工业和城市生活的点源污染。
由此可见，农业面源污染是造成太湖流域水体富营养化的重要原因。
1.1农业面源污染的主要来源
1.1.1化学肥料大量使用
近年来，随着人口的不断增长粮食需求大幅度增加，为了用有限的土地资源保障农产品的正常供给，在农业生产中普遍存在大量施肥和不合理施肥现象。
由图1可看出，1990年-1999年，我国的粮食产量保持上升趋势，但从2000年开始，粮食产量大幅度下降，这与我国的耕地面积减少有关。
从2011年开始，我国的粮食产量基本保持上升趋势，且上升幅度大于化肥的上升幅度。
1990年-2011年化肥的施用量一直保持较高的增长率，年施用量从1990年的2.59×107t增加到2011年的5.7×107t，占全世界平均消费量的1/4,平均达到430kg/hm2，远远超过国际上为防止水体污染而设置的225kg/hm2化肥使用量的上限值[6]。
从图2可看1990-2011
年我国单位化肥施用量上的粮食产量基本保持下降的趋势，从2004年开始到2010
年，下降的速度逐渐缓和。
2011年，我国1公斤化肥的施用仅对应9.48kg的粮食产量，施肥的贡献率可达40.8%[7]。
太湖流域3种主要化肥—氮肥、磷肥、钾肥使用量之比为1:
0.24:
0.05，化肥使用结构不合理，氮肥、磷肥过多，新型肥料品种的比例偏低，长期大量使用化肥导致土壤结构恶化，透水透气性差，土壤板结。
然而一般肥料的当季利用率只有30%左右，不合理的使用既浪费了肥料资源，又造成养分的流失。
农业面源污染的主要来源是未被利用的养分通过径流、淋溶、反硝化、吸附和侵蚀等方式进入环境，从而污染土壤、大气和水体[8]。
2007年5月，太湖水体中氮磷含量剧增,呈全湖性的富营养化，导致蓝藻爆发，严重影响附近市民的用水安全。
图21990-2011年我国粮食产量与化肥施用量对比[9]
图31990—2011年单位化肥施用量上的粮食产量变化[9]
1.1.2畜禽和水产养殖业污染
随着集约化养殖业的发展，产生大量畜禽粪便，这是形成农业面源污染的主要污染源，畜禽粪便中不仅含有丰富的营养物质，同时还含有一些重金属以及残留的抗生素，如果处理不当，将会引起土壤和水体污染。
据美国环保组织1998年的一份报告指出：
造成江河水质未能改善甚至恶化的头号污染源为两岸养殖业及其附属产业。
预计2015年畜禽粪便含量将达到6×109t，而全国90%以上的畜禽养殖场没有污水处理系统，畜禽粪便直接排人地表水，少量作为有机肥通过农田再利用[10]。
这些污染物不仅使水体富营养化，而且在养殖业发达地区，地面水的感观颜色已呈黄褐色，基本失去了人畜饮用功能。
1.1.3农膜污染
目前，我国农业白色污染甚为严重，地膜残留量非常高，且不易降解，再生利用率低。
使用过的农膜若不加以清除，会对环境造成污染，残存在土壤中的农膜碎片会改变或切断土壤孔隙连续性，影响水分下渗，降低土壤抗旱能力，导致土壤次生盐碱化；残膜在土壤中阻止根系串通，影响作物正常吸收水分和养分，影响肥效，致使作物产量下降；残膜还会对农村环境景观造成“视觉污染”。
同时，残膜与牧草收在一起，会影响牲畜消化系统，甚至死亡。
截至2005年，地膜使用量高达9.6×105t，地膜使用已经覆盖新疆、山东、山西、内蒙古、黑龙江、陕西、甘肃等高寒冷凉、干旱及半干旱地区的40多种农作物，并呈现持续增长的态势[11]。
农膜的大量使用必然会加剧农业面源污染。
1.1.4水土流失
过多的人口增加了对土地的压力，人们对自然资源过度开发破坏了生态平衡，滥伐森林、乱垦荒地、超载放牧以及城市的扩张和不适当的建设项目的开发与管理导致了土地资源严重退化，造成水土流失。
水土流失过程中土壤颗粒以及养分、农药、重金属等也随着迁移最终进入河流、湖泊等造成水体的污染[12]。
由水土流失不仅导致土壤肥力下降、养分损失，而且还造成水体富营养化和水质恶化[13]。
1.1.5农田管理方式
地表管理与施肥方式对太湖旱地氮磷流失也有重要影响，研究表明，通过采用秸秆覆盖、地表覆膜、肥料条施及穴施等耕作管理方式可分别降低59.8%、60.3%、50.1%和52.4%的氮流失和86.5%、90.5%、80.2%和80.5%的磷流失。
如果将农田田埂高度由6cm增加至8cm，则将使稻季氮素径流量和磷素径流排放分别降低约90%和73.4%。
由此可见，农田的管理方式也会对农业面源污染产生一定的影响。
1.2农业面源污染的特征
1.2.1分散性
与点源污染的集中排放不同，农业面源污染排放是分散的。
分散性主要是指：
氮、磷等营养物质是从许多并不固定的排污口流出，而不是从单一或少数几个固定的排污口流入水体。
1.2.2随机性
面源污染的主要来源是农家化肥的施用，但其施用量、农作物种类、作物、土壤理化性质、季节环境、使用方式不同，不同因素又相互影响，导致养分和农药含量的流失会有很大的差异。
这些随机因素打破了可变要素投入与污染物排放量之间、污染物排放量与水环境质量之间的稳定关系，使得农业面源污染排放的检测结果缺乏稳定[14]。
1.2.3广泛性
由于面源污染涉及多个污染源，在一定的区域内它们的排放是相互交叉的。
且不同的地理、气象、水文条件对污染物的迁移转化影响很大。
由人工生产的化学物质使用量十分惊人，造成的污染范围很大，农业面源污染现象普遍发生的。
这对自然界影响严重，对生态环境影响更是深刻而广泛。
1.2.4潜伏性
以农家化肥为例，在耕地中使用化肥后，降水和灌溉的时间是引起面源污染的主要原因。
在无降水或灌溉的情况下，化学肥料并不会造成大范围的农业面源污染问题。
2太湖流域水体水质状况
2.1太湖流域水体概况
太湖流域是长江三角洲的核心区域，地跨苏、浙、皖、沪三省一市，总面积36895km2，水体面积为2338km2，湖区整体呈椭圆形，南北长68.5km，东西平均宽34.0km，湖岸线全长约405.0km。
湖底地形十分平坦，平均水深为1.9m，最大水深为3.3m，大部分水深处于1.5~2.5m之间（占总面积的72.3%），从湖底地形可见湖盆形态呈浅碟形[15]，见图4。
图4太湖湖体功能区现状及河道示意图[9]
2.2太湖流域水体水质现状
20世纪70年代以来，中国重要的湖泊和河流如太湖、三峡库区、滇池等富营养化问题严重。
太湖流域内河网密布，其所覆盖的各行政区内受到污染的河流占水系总长的比例均在80%左右，上海为87%~92%，江苏省为82%~87%，浙江省为72%~79%[16]。
太湖流域是中国人口最为密集的区域，水质下降会给地区的生活用水带来极大威胁，给生产和经济发展造成巨大损失。
近年来，太湖水域的蓝藻爆发表明了太湖流域农业、经济发展对资源环境带来的巨大压力。
太湖流域频繁爆发水华现象始于20世纪80年代后期，至2006年水华爆发面积占太湖总面积的1/2以上[17-18]。
太湖污染主要来自工业污染、农业面源污染和生活污水污染，影响水质的主要为有机污染，有毒化合物和重金属含量相对较低。
TP和TN是太湖水体中超标最严重的，其次是COD、BOD5、NH3-N等。
2.2.1太湖九大湖区
太湖共有五里湖、梅梁湖、东太湖等9个湖区。
总体上，太湖西北部湖区水质较差，东南部湖区水质较好，在空间分布上呈现出由北向南、由西向东水质逐渐变好的状态。
其中竺山湖、梅梁湖水质最差，总体为劣于Ⅴ类，东太湖和东部沿岸区水质最好，详见表5。
表52009年各湖区水质指标
湖区
面积（km2）
水质指标（含TP、TN指标）
水质指标（不含TP、TN指标）
五里湖
8.6
Ⅴ
Ⅲ
梅梁湖
124
劣于Ⅴ
Ⅳ
竺山湖
68.3
劣于Ⅴ
劣于Ⅴ
贡湖
163.8
劣于Ⅴ
Ⅲ
东太湖
172.4
Ⅳ
Ⅱ
湖心区
972.9
劣于Ⅴ
Ⅲ
西部沿岸区
199.8
劣于Ⅴ
Ⅳ
东部沿岸区
268
Ⅴ
Ⅱ
南部沿岸区
363
Ⅴ
Ⅲ
从1997~2009年来看，太湖水由Ⅲ类水逐渐恶化为Ⅳ、Ⅴ类水，水质情况不容乐观，富营养化程度和面积逐渐增大，到2007年度太湖蓝藻爆发达到峰值，见图6。
表61997--2009年度太湖水质情况
水质评价类别
富营养化类别
中富面积/km2
中富比例/%
1997
Ⅲ
轻富
129.3
6.1
1998
Ⅲ
轻富
191.6
8.2
1999
Ⅲ
中富
1805
77.2
2000
Ⅲ
中富
526.4
22.5
2001
Ⅲ
轻富
1805
77.2
2002
Ⅲ
轻富
1952
83.5
2003
Ⅲ
中富
1653.6
70.7
2004
Ⅲ
中富
1800.6
77
2005
Ⅲ
中富
2029.9
86.8
2006
Ⅳ
中富
2181.3
93.3
2007
Ⅳ
中富
2039.7
87.2
2008
Ⅳ
中富
1897
81.1
2009
Ⅳ
中富
735
34.7
2.2.2太湖流域水体质量状况
由太湖流域水资源保护局于2012年12月发布的《太湖流域省界水体水资源质量状况通报（2012年12月）》可以了解到近两年太湖流域水体水质状况不容乐观。
太湖流域省界河流共有32个监测断面，18.7%的断面水质达到或优于Ⅲ类水标准，其余断面水质都受到不同程度污染，其中Ⅳ类占6.3%，Ⅴ类占18.8%，劣于Ⅴ类占56.2%。
与2011年同期相比省界河流断面水质达到Ⅲ类的比例增加了10.1%，太湖水质评价总体为Ⅴ类，营养状态属中度富营养。
水质分九个湖区按代表面积评价：
Ⅲ类占7.4%，Ⅳ类占27.2%，劣于Ⅴ类占65.4%；太湖41.6%的水域为轻度富营养，其余水域为中度富营养。
与2011年同期相比，Ⅲ类水面积比例减少了11.7%，Ⅳ类水面积比例增加了13.3%，Ⅴ类水面积比例减少了64.1%，劣于Ⅴ类水面积增加了62.5%；富营养化状况有所恶化。
2.3农业面源污染水体的途径
污染物通过农田排水、降雨径流、地下渗漏等途径进入地表和地下水体，导致河流水质变差、湖库富营养化、地下水超标等水环境恶化的现象。
农业面源污染造成的冲击效应是全方位的，涉及到以人类为中心的整个食物链。
但农业面源污染对水环境的危害是最为直接最为显著，主要为以下两方面：
2.3.1以营养型污染物污染水体环境
自然界中的水体富营养化是地质年代史上湖泊的老化过程，但由于人为因素而引起的外源营养物质的输入，会造成水体富营养化过程加速进行并使硅藻和甲藻（原先数量不大）等优势种类的地位在较短的时间内被蓝藻取代，同时蓝藻大量繁殖。
而人为的外源性营养物质输入的重要来源则是农业面源携带的以氮、磷等为代表的营养元素，特别是磷。
如1988-1989年西湖流域面源调查发现：
占流域面积仅有3.9%的水田产生氮负荷量为5.94t/km2.a占入湖总量的16%，磷负荷量为0.45t/km2.a占总量的17.5%。
可见面源营养型污染物对水体富营养化的贡献。
2.3.2以毒害型污染物污染水体环境
这主要归结于农药、除草剂及其降解产物，化肥中夹带的重金属、有毒有机物等。
其直接的毒害是引起水体生物的急性中毒，如有机磷、有机氯农药；以及有毒物在水体食物链中的富集，如磷肥中的重金属镉等。
上述毒害型污染物对水体环境负作用最终将影响到人类本身。
2.4农业面源污染对水体的影响
2.4.1农业面源污染对河流水质的影响
农业面源主要通过雨季降水径流对河流水质产生污染，面源污染物质及大量的泥沙汇入河道，造成水体浑浊，水质变差。
2.4.2农业面源污染对湖泊、水库水质的影响
我国巢湖、滇池、太湖等都出现过因富营养化而引起的蓝藻大量繁殖，饮用水源地受到污染的现象。
农业面源污染物中的氮、磷等元素大量进入湖泊、水库后，会导致水体出现富营养化。
在温度、光照等条件适宜的情况下，将会使藻类大量繁殖，进而水体的溶解氧含量降低，水体浑浊，并出现恶臭，水质迅速变差，甚至会产生微囊藻毒素。
2.4.3农业面源污染对地下水水质的影响
农业生产中大量施用的化肥、农药，只有少量被农作物吸收，剩余的大多被积蓄在土壤中，随灌溉和降雨逐步渗入到地下水中。
农业耕作活动可促进土壤中有机物的氧化，将有机氮氧化为无机氮（主要是硝态氮）。
因此，农业面源污染对地下水的影响主要表现为硝酸盐含量增高。
3农业面源污染的防治措施
由于面源污染具有发生区域随机性、排放污染源不确定性、分布范围广等特点，农业面源污染无法采取集中治理的方法，但可以根据其污染特点采取针对性的措施以减轻其危害。
对农业面源污染的控制主要包括两方面：
一是对污染扩散源的控制；另一方面是减少污染物向受纳水体的运移。
此外，还要加强环保宣传、加大执法力度。
3.1加强农业面源污染源的管理
发达国家对农业面源污染主要采取源头控制对策。
其特征为依靠农业科技、研究和发展环境友好型农业生产技术替代传统的生产技术，鼓励农民自愿或通过政府奖惩措施，促使农民采用新的替代技术。
在重要的流域和水源保护区，制定和执行农业生产技术标准，减少农田、畜禽养殖业和农村地区氮、磷
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