（生态学专业论文）城乡统筹发展背景下重庆市生态环境系统sd仿真研究.pdf

摘要 城乡统筹发展背景下重庆市生态环境系统 s d 仿真研究 生态学专业硕士研究生：罗光斌 指导教师：何丙辉教授 摘要 系统动力学( s d ) 隶属于系统科学的范畴，它把研究对象看成一个系统，从系统的内部结 构出发研究系统的功能，并集结自然科学和社会科学准则对研究对象进行定性与定量相结合 的全面分析。生态环境系统是一个多因子、高阶次、非线性的复杂大系统，涉及的影响因素 很多，传统研究方法不再适用于这种复杂系统的研究。为此，本文选用系统动力学原理和方 法研究城乡统筹发展背景下重庆市生态环境问题，对其行为特征的演变进行仿真模拟、预测 预报和政策试验。 本文研究主要有四个部分，第一部分是重庆市城乡统筹发展背景下生态环境现状评价研 究，利用时序主成分分析法对重庆市1 9 9 8 2 0 0 8 年1 1 年间生态环境系统行为演变进行实证评 价研究。结果显示，城乡背景下重庆市生态环境整体水平在1 9 9 8 2 0 0 8 年l1 年间呈持续上升 趋势，在其间有变化速率的起伏改变。系统协调度在这期间呈“双峰态”变化：1 9 9 8 2 0 0 1 年 间以低速率稳步上升，2 0 0 1 年达第一个演变峰值0 5 2 3 8 ，2 0 0 2 有一个突然的急剧下降f 评价指 数一1 3 4 7 8 ，年际变化幅度达到- 1 8 7 1 5 ) 并逐渐演变达到谷底，2 0 0 4 年开始以较快速率( 平均年 际增幅0 7 2 5 9 ) 回升，到2 0 0 6 年演变到第二个峰值o 7 7 4 9 ，此后又开始变缓下降。重庆市城乡 生态环境子系统间的关系可以用方程式f = o 7 4 5 6 f ，一0 7 3 1 1 只来表征。 第二部分是重庆市生态环境系统动力学建模研究，应用系统动力学原理和方法分析了重 庆市城乡统筹发展背景下的生态环境系统，认为系统包括三个主要的状态变量：污染、人口 和资金，三个状态变量通过另外一些常量和辅助变量相互作用，从而构成不同反馈极性的循 环回路。在此基础上，本文建立了重庆市城乡统筹发展背景下生态环境系统动力学模型，然 后估计了模型的相关参数并确定了模型的动力学方程式，最后检验发现模型能很好地通过结 构检验和历史行为检验，表明此模型能很好地刻画实际系统。 第三部分是重庆市生态环境系统动力学模型的模拟仿真研究，结果表明：( 1 ) 未来近1 0 年内，全市总人口呈逐步增长态势，到2 0 2 0 年将增加到3 8 6 0 1 4 万人，城镇人口将增至2 4 7 8 2 1 万人，农业人口逐步减少至1 31 2 8 3 万人，城镇化率达到0 6 4 2 ，工业产值有大幅度增加，城 镇化进程较快。在城乡统筹发展背景下，重庆市生态环境总污染中工业三废污染所占比重大 于农业面源污染，城镇化给城镇生态环境所带来的环境负荷较大，而给乡村生态环境带来的 环境负荷则相对较小。( 2 ) 从总量看，重庆市工业三废污染属废水型污染，而从污染增加的速 两南大学硕+ 学位论文 率看，则属废气型污染。综合考虑，全市目前的工业三废污染格局是：废水污染 废气污染 固体废弃物污染。其中，工业固体废弃物污染属“粉煤灰”污染型，废气污染属“二氧化硫 烟尘”污染型。( 3 ) 从污染总量看，重庆市农业面源污染属“养殖农化”型污染，其中种植 污染比养殖污染大，在种植污染中农药化肥污染最大，其次是秸秆污染，地膜污染最小。但 从污染增加速率看，则属于以种植污染为主的“农化养殖”型污染，农化污染增加是最快的， 其次是养殖和秸秆污染，地膜污染相对最小。 第四部分是重庆市生态环境系统动力学模型的政策试验研究，以2 0 1 0 年为政策试验时间 起点对模型进行模拟，最终结果发现：( 1 ) 统筹重庆市城乡发展，必须严格控制好人口和资本 两个因素，以实现城乡生态环境的协调发展。对于人口一要控制好总量规模达到3 8 3 1 5 7 万人 左右，二要逐步提高城镇化率到0 6 9 8 左右；对于资本要素，要特别注意控制好农业投资比例 以免间接引起农业面源污染加重。( 2 ) 控制城镇工业三废污染要注意调整产业结构，从源头上 控制污染的发生，同时提高污染处理率、资源重复利用率并降低生产能耗；优化模拟认为系 统中生活排污也应引起足够重视，并应在基本方案的基础上减少4 0 左右。( 3 ) 控制农业面源 污染要着重控制养殖污染物的排放和农药化肥的施用，并加大对面源污染物的有效处理和利 用，优化方案建议逐步提高1 0 r 1 5 。 关键词：重庆市生态环境城乡统筹系统动力学 n a b s i k a o l s y s t e md y n a m i c ss i m u l a t i o no n e c o e n v i r o nm e n ts y s t e mo fc h o n g q i n gc i 够 b a s e do nt h eb a c k g r o u n do f b a l a n c i n g r u r a l a n du r b a nd e v e l o p m e n t c a n d i d a t e ：l u og u a n g b i n s u p e r v i s e r ：p r o f h ebi n g - h u i m a jo r ：e c o l o g y d i r e c t i o n ：a g r o e c o s y s t e mr e g u l a t i o np r i n c i p l ea n dm e t h o d s a b s t r a c t s y s t e md y n a m i c s ( s d ) f a l l si n t ot h ec a t e g o r yo fs y s t e m ss c i e n c e i tr e g a r d e st h er e s e a r c h o b j e c t 弱as y s t e m , a n da n a l y s i s e st h es y s t e m 。sf u n c t i o n st h r o u g hi t si n t e r n a ls t r u c t u r e i tc o m b i n e s n a t u r a ls c i e n c ea n ds o c i a ls c i e n c e ，a d o p t sq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v et oa n a l y s et h es y s t e m c o m p r e h e n s i v e l y e c o - e n v i r o n m e n t a ls y s t e m i sam u l t i - f a c t o r , h i i g h o r d e r , n o n - l i n e a rc o m p l e x s y s t e m ，i n v o l v e sm a n yc o m p l i c a t e df a c t o r s s o , t r a d i t i o n a lr e s e a r c h m e t h o d sa f en ol o n g e r a p p l i c a b l et os u c hc o m p l e xs y s t e m s t h e r e f o r ew ec h o s es y s t e md y n a m i c st os t u d yt h ep r o b l e mo f e c o - e n v i r o n m e n ts y s t e mi nc h o n g q i n gi nt h eb a c k g r o u n do fc o n d u c t i n gu r b a na n dr u r a l d e v e l o p m e n t , h o p i n gt os i m u l a t ea n df o r e c a s tt h ee v o l u t i o no fi t sb e g a v i o r sa n dc a r r yo u tp o l i c y e x p e r i m e n t a t i o n0 1 1i t t h i sp a p e ri sm a i n l yd i v i d e di n t of o u rp a r t s , t h ef i r s ti st h ee v a l u a t i o nr e s e a r c ho np r e s e n t u r b a ne c o - e n v i r o n m e n ti nc h o n g q i n gc i t yi nt h eb a c k g r o u n do fc o n d u c t i n gu r b a na n dr u r a l e c o - e n v i r o n m e n td e v e l o p m e n t a n dt h e n , t h eb e h a v i o r so fe c o e n v i r o n m e n ts y s t e md u r i n g19 9 8t o 2 0 0 8i nc h o n g q i n gc i t yw a se m p i r i c a l l ye v a l u a t e db yu s i n gt u n e ss e r i e sa n a l y s i s p c am e t h o d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo v e r a l ll e v e lo fe c x ) - e n v i r o n m e n tq u a l i t yi nc h o n g q i n gc i t yi nt h ec o n t e x t o fu r b a na n dr u r a ld e v e l o p m e n th a sc o n t i n u e dt or i s e ，a n dt h ec h a n g i n gr a t e sc h a n g e du pa n dd o w n i nt h em e a n t i m e t h ec o o r d i n a t i o nd e g r e ev a r i a t i o n so ft h es y s t e ms h o w e dad o u b l ep e a k sc u r v e ：i t i n c r e a s e ds t e a d i l yw i t hal o w r a t ef r o m1 9 9 8t o2 0 0 1 ；a n dt h e ni tr e a c h e dt h ef i r s tp e a l ( 0 f0 5 2 3 8i n 2 0 0 1 ，t h e r ei sas u d d e ns h a r pd e c l i n e ( e v a l u a t i o ni n d e xo f - 1 3 4 7 8 ，i n t e r - a n n u a lv a r i a t i o ns c o p eo f 1 1 1 西南大学硕十学位论文 1 8 7 1 5 ) i n2 0 0 1 ，a n dg r a d u a l l ye v o l v e dt ot h eb o t t o m ，t h e ni ts t a r t e dt or i s ea g a i nw i t ham o r er a p i d r a t e ( t h ea v e r a g ei n t e r - a n n u a lg r o w t hr a t ei s0 7 2 5 9 ) i n2 0 01 i t se v o l u t i o nr e a c h e dt ot h es e c o n d p e a ko 7 7 4 9i nt h ey e a ro f2 0 0 6a n db e g a nt od e c l i n e n l er e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns u b s y s t e m so f u r b a na n dr u r a le r x 卜e n v i r o n m e n ti nc h o n g q i n gc i t yc a l lb ec h a r a c t e r i z e dw i t ht h ee q u a t i o nf 2 0 7 4 5 6 f 1 - o 7 3l l 尼 t h es e c o n dp a r ti st h er e s e a r c ho nd y n a m i cm o d e lo fe c ( - e n v i r o n m e n ts y s t e mi nc h o n g q i n g c i 够b ym e a n so fs y s t e md y n a m i c st h e o r ya n dm e t h o d s ，t h i sp a p e ra n a l y s i s e st h ee c o - e n v i r o n m e n t o fc h o n g q i n gc i t yi nt h eb a c k g r o u n do fc o o r d i n a t i n gu r b a n - r u r a ld e v e l o p m e n t f r o mt h ea n a l y z a t i o n , t h ep a p e rb e l i e v e st h a tt h es y s t e mc o n s i s t so ft h r e em a j o rs t a t ev a r i a b l e s ：p o l l u t i o n , p o p u l a t i o na n d f u n d s 1 1 1 e ya r ei n t e r r e l a t e da n di n t e r a c to ne a c ho t h e rt h r o u g ho t h e rs t a t ev a r i a b l e sa n da u x i l i a r y v a r i a b l e s t h u st h es y s t e mc o n s t i t u t i n gm a n yf e e d b a c kl o o p sw h i c hh a v ed i f f e r e n tp o l a r i t y f o rt h a t p o i n t , t h i sp a p e rh a se s t a b l i s h e dt h es y s t e md y n a m i cm o d e lo fc o , o - e n v i r o n m e n ts y s t e mo f c h o n g q i n gc i t yi nt h eb a c k g r o u n do fc o o r d i n a t i n gu r b a n - r u r a ld e v e l o p m e n t , a n dt h e ne s t i m a t e dt h e m o d e lp a r a m e t e r sa n dd e t e r m i n e dt h em o d e lk i n e t i ce q u a t i o n t h es i m u l a t i o na n df i n a lt e s to ft h e m o d e li n d i c a t et h a ti t ss t r u c t u r ea n dh i s t o r i c a lb e h a v i o u r sa r ew e l lt e s t i f i e d s o ，t h em o d e lc a nw e l l d e s c r i b et h ea c t u a ls y s t e m t h et h i r dp a r ti ss y s t e md y n a m i c ss i m u l a t i o nf o rs t u d yo nc o o - e n v i r o n m e n ts y s t e mo f c h o n g q i n gc i t ya n dt h er e s u l t ss h o wt h a t ：( 1 ) i nt h en e x tn e a r l y1 0y e a r s ，t h ec i t y st o t a lp o p u l a t i o n w i l li n c r e a s et o3 8 6 0 1 4m i l l i o n ；t h eu r b a np o p u l a t i o nw i l li n c r e a s et o2 4 7 8 2 1m i l l i o n ；t h e a g r i c u l t u r a lp o p u l a t i o nw i l lg r a d u a l l yr e d u c et o1 3 1 2 8 3m i l l i o n , t h eu r b a n i z a t i o nr a t eh a sr e a c h e d 0 6 4 2 ，as u b s t a n t i a li n c r e a s ei si ni n d u s t r i a lo u t p u t , t h ep r o c e s so fr a p i du r b a n i z a t i o nh a sb e e n i m p r o v e dq u i c k l y i nt h ec o n t e x to fu r b a na n dr u r a ld e v e l o p m e n ti nc h o n g q i n gm u n i c i p a l i t y , t h e t o t a lp o l l u t i o ni nt h ee n v i r o n m e n to fi n d u s t r i a lw a s t ep o l l u t i o ni sg r e a t e rt h a nt h ep r o p o r t i o no f a g r i c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n , i ti sr e l a t i v e l ys m a l l ( 2 ) a saw h o l e ，t h ei n d u s t r i a lw a s t e p o l l u t i o ni nc h o n g q i n gi saw a t e r - 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a wp o l l u t i o n ，t h ep l a s t i cf i l mp o l l u t i o ni st h es m a l l e s to n e h o w e v e r v i e wa tt h ei n c r e a s i n gr a t e so fp o l l u t i o n , i ti s “p e s t i c i d e s f e r t i z e r - e u l t i v a t i o n ”p o l l u t i o no nt h eb a s i s o fp l a n t i n gp o l l u t i o n , p e s t i c i d e s f e r t i z e rp o l l u t i o ni n c r e a s ei st h ef a s t e s t , a n dt h e ni st h ef a r m i n ga n d s t r a wp o l l u t i o n , f a r mp l a s t i cf i l mp o l l u t i o ni sr e l a t i v e l ym i n i m a l t h ef o u r t hp a r ti st h ep o l i c yp i l o ts t u d i e st oe c o l o g i c a le n v i r o n m e n ts y s t e md y n a m i c sm o d e lo f c h o n g q i n g ，c o n s i d e r i n gt h ey e a ro f2 0 10 觞t h ep o l i c yt e s ts t a r t i n gp o 缸s i m u l a t et h em o d e l r e s u l t s s h o wt h a t ：( 1 ) t oc o o r d i n a t et h ed e v e l o p m e n to fu r b a na n dr u r a la r e a si nc h o n g q i n g s ，w em u s t i v a b s t r a c t s l r i c t l yc o n t r o lt h ep o p u l a t i o na n dc a p i t a lt h e s et w of a c t o r s s o 舔t oc o o r d i n a t et h ed e v e l o p m e n to f u r b a na n dr u r a lc o o - e n v i r o n m e n t a sf o rt h et o t a lp o p u l a t i o n , f i r s ti st oc o n t r o lt h et o t a lp o p u l a t i o nt o r e a c h3 8 315 7m i l l i o n ；s e c o n di st og r a d u a l l yi n c r e a s et h eu r b a n i z a t i o nr a t et oa b o u t0 6 9 8 ；a sf o rt h e c a p i t a le l e m e n t , p a r t i c u l a ra t t e n t i o ns h o u l db ep a i dt oc o n t r o l l i n gt h er a t i oo fi n v e s t m e n ti n a g r i c u l t u r es o 舔n o tt oi n d i r e c t l yc a u s e di n c r e a s e da g r i c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ( 2 ) i n o r d e rt oc o n t r o lt h ei n d u s t r i a lw a s t ep o l l u t i o no c c u r r i n gi nc i t i e sa n dt o w n s ，w em u s tp a ya t t e n t i o nt o a d j u s t i n gt h ei n d u s t r i a ls t r u c t u r e ，a n da tt h es a m et i m e ，i m p r o v et h er a t e so fp o l l u t i o nd i s p o s a la n d r e s o u r c 沱r e c y c l i n g ，r e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o n ；o p t i m i z i n gs i m u l a t i o ns h o w e dt h a tt h el i v i n g s e w a g ei nt h es y s t e ms h o u l da l s ob ep a i ds u 伍c i e n ta t t e n t i o na n db er e d u c e db y4 0 o rs oo nt h e b a s i so ft h eb a s i cs c h e m e ( 3 ) 1 1 1 ec o n t r o lo fa g r i c u l t u r a ln o n p o 缸s o u r c ep o l l u t i o ns h o u l df o c u so n t h ee m i 豁i o no fp o l l u t a n t sa n dp e s t i c i d e s ，f a r m i n gf e r t i l i z e ra p p l i c a t i o n , a n di n c r e a s et h ee f f e c t i v e p r o c e s s i n ga n du s eo fp o l l u t a n t sa n dp e s t i c i d e s o p t i m i z a t i o ns c h e m es h o w e st h a t 伍e ys h o u l db e g r a d u a l l yi m p r o v e da t10 15 k e yw o r d s ：c h o n g q i n gc i t y , e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t , u r b a na n dr u r a ld e v e l o p m e n t , s y s t e m d y n a m i c s v 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了 特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：多l 参气、 签字日期： 踟f 。年嘲乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：匝不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者张誓力导师张”i ：j 7 勿 j f 厂 厂 签字日期：沙 口年i 月 1 7 日 签- t - 日期：汕轴c 月厶日 第1 章文献综述 第1 章文献综述 1 1 农业面源污染 1 1 1 农业面源污染概述 作为相应于点源污染的一个重要类型，面源污染，是指溶解的或固体的污染物从非特定 地点，在降水等冲刷力作用下，通过径流过程汇入受纳水体，并收起水体富营养化的一种污 染形式【l j 。它是相对于点源污染提出来的，也称“非点源污染”( n o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ) 。 美国清洁水法修正案中认为：面源污染物以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水 体的过程就称为面源污染【2 硼。农业面源污染，则是指在农业生产活动中，氮素和磷素等营养 物质、农药以及其他有机或无机污染物质，通过农田的地表径流和渗漏，形成对水环境和农 田生态环境所造成的大面积污染1 5 1 。它强调的是与农业生产生活相关的非点源污染类型。 随着环保意识的增强，点源污染得到了很好的控制，非点源污染成为目前环境污染的主 要贡献。据调查显示，美国面源污染约占总污染量的2 3 ，其中农业面源污染占面源污染总量 的6 8 - - 8 3 ，导致5 0 - - 7 0 的地面水体受污染或影响。荷兰面源污染中大致5 0 左右来自 农业面源污染，丹麦2 7 0 条河流近7 0 左右的污染负荷来自面源污染【6 】。爱尔兰大多数湖泊的 富营养化都是由面源污染引起的【7 】。芬兰境内一些水质恶化的湖泊流域，环境污染负荷5 0 以 上来自农业面源污染p 1 0 1 。 目前，面源污染已成为我国流域污染的主导因素，其农业面源污染占到了面源污染总量 的6 0 - - 8 0 n - 1 3 1 。我国一些重要生态湖泊的富营养化污染主要也是由源污染所释放的n 、p 等营养盐类物质引起的。水体严重污染的流域，农田、农村畜禽养殖和城乡结合部的生活排 污是造成水体氨磷富营养化的主要原因，其贡献率超过来自工业和城市生活的点源污染【1 4 】。 就中国巢湖、滇池和太湖流域来看，1 9 9 5 年进入并滞留于巢湖中的污染物，6 9 5 的总氮和 5 1 7 的总磷来自面源污染【1 5 1 。到2 0 0 5 年，滇池流域的污染负荷中，来自农业面源污染的总 氮、总磷和化学需氧量( c o d ) 分别占6 0 7 0 、5 0 6 0 和3 0 - - 一4 0 t 1 4 1 。据我国2 0 0 0 年水资源公报显示，在2 4 个作过污染评价的湖泊中，9 个湖泊水质符合或优于类水，4 个 湖泊部分水体受到污染，l1 个湖泊水体污染严重。对太湖流域的调查发现农业面源污染引起 的总氮排放量达2 1 7 7 1 0 4 t ，占该地区总氮排放量的3 6 1 l ，其中化肥流失占农村污染源的 5 8 1 5 t 1 6 1 。 1 1 1 1 农业面源污染的特征 农业面源污染的发生具有随机性、污染排放方式和时间不确定性、污染负荷散性等特性： ( 1 ) 污染发生的随机性 农业面源污染是一个大系统问题，它的发生、发展和演变涉及到众多的因素，其中一些 变量本身就是带有不确定性的随机变量和随机性影响。那么，辨识农业面源污染系统中的不 确定性因素和随机变量对面源污染的研究非常重要。 ( 2 ) 污染排放时间和排放方式的不确定性 农业面源污染浓度低、范围大，故其污染负荷在时间上具不匀称性并在空间上具异质性。 西南大学硕士学位论文 ( 3 ) 污染负荷的分散性 农业面源污在时空上具有异质性，说明它也具有分散性，由于分散就造成它不易被监测， 要想对其进行具体的辨识和监测，就要付出很高的成本。 1 1 1 2 农业面源污染的类型 一般地，按污染的成因将农业面源污染分为化肥污染、农药污染、农膜污染、秸秆污染 和集约化养殖污染。 ( 1 ) 农药和化肥污染 在世界范围内，我国农药的产生量及施用量都是最大的。农药的大量作用虽然有效控制 了病虫害，但是却造成了农业产品质量下降和环境污染。无论采用何种类型的耕作措施，农 药的有效利用率一般都只有3 0 左右，大量未利用农业药的施用首先对土壤造成污染，其中 一部分还随土壤流失污染水体。我国1 9 9 9 年全年使用农药量1 3 2 2 万t ，作物只吸收3 5 左右， 大部分进入了水体、土壤及农产品中。1 9 9 2 年度太湖流域每公顷耕地农药用量为8 0 7 2 k g ，是 全国平均用药水平的3 5 7 2 倍。按流失率8 0 计算，太湖流域每公顷耕地每年就会有6 4 k g 农 药流失到土壤、水和空气中圈【ln 。 化肥施用量大、利用率低、水土流失严重等是引起化肥污染的主要因素。最近二十年化 肥的全用量有逐年增加，给农业增产带来很大的促进作用，对我国解决温饱问题起了非常大 的作用。但是与此同时，在化肥的全用过程中，也存在一些负面影响，比如土壤板结、理化 性质退化等。我国是世界上化肥总量施用最多的国家，从建国初期的0 6 万吨左右，到2 0 0 1 年使用量就增加到4 2 5 3 8 万吨，年均增幅非常大。施用的化肥中有很大一部分未被有效利用， 三峡库区施用化肥中n 、p 的利用效率只有3 0 左右，而其中绝大部分进入了土壤、地表水系 和地下水。我国目前肥料配比n ：p ：k 比例大约为l ：0 4 5 ：0 1 7 ，氮肥施用量是最高的，其 次是磷肥。但是二的利用率者不是很高，因此这样的施肥比例很容易造成n 、p 类营养盐类的 流失，进而引起污染。太湖流域的研究表明，氮素流失率为1 l 时，进入水体量为5 3 1 0 1 4 t y e a r ： 当流失率为2 0 时，进入水体量为9 6 5 4 7 5 2 。磷素在5 流失率时，进入水体量为2 6 5 6 7 4 t y e a r ；当流失率为7 时，则为3 7 1 9 4 0 to s j 。 ( 2 ) 畜禽养殖污染 畜牧业在我国农村经济中占有重要地位，为人民生活水平的提高和营养膳食结构的改善 做出了很大贡献。但是，在畜牧业带来巨大经济效益的同时，也产生了巨大的畜禽粪尿污染 0 9 - 2 2 ，杜军等( 2 0 0 4 ) 的研究表明，从1 9 9 7 年到2 0 0 1 年三峡库区牲畜养殖产生的氮、磷污染负 荷居于城市生活污水、农业农药化肥面源污染、牲畜养殖排泄物等3 类污染的首位，分别占 到8 3 9 、7 2 4 ，为同期城市生活污水氮、磷污染负荷的8 7 倍和4 倍，是三峡库区水质恶 化的首要因子。 ( 3 ) 秸秆污染 秸秆的污染排放主要来自秸秆焚烧和秸秆长期弃置堆放，引起腐烂进而污染水体。调查 显示，重庆市秸秆产生量中，市辖区占2 9 8 8 ，县占7 0 1 2 。在重庆秸秆的处理方式主要有， 丢弃、田间焚烧、还田、堆肥、饲料、燃烧以及其他用途；其中丢弃的占1 7 6 ，田间焚烧量 占6 7 ，还田量占7 2 1 ，堆肥量占6 2 2 ，作为饲料的占8 5 1 ，燃烧的量占6 8 9 6 ，原 料的占0 1 6 ，其他用途占0 4 8 。这些数据显示，在农业秸秆因焚烧和堆放而产生的污染很 2 第1 章文献综述 大。而现目前，我国每年的农作物秸秆利用率不到7 0 。 ( 4 ) 农膜污染 在现今大棚农业日渐普及的情况下，农膜的使用量也不断增加，由此而产生的污染也不 断加剧。目前的耕作模式下，农膜的残留系数大，并膜半衰期又长留在土壤中不易分解。因 此，农膜积留在土壤中会对环境产生很大危害。最明显的是影响作物根系伸展、影响土壤物 理结构和化学性质，另外农膜残片会进入作物秸秆进而进入到食物链，从而影响人和农畜健 康。 1 1 2 农业面源污染研究进展 1 1 2 1 国外农业面源污染研究进展 于上世纪6 0 年代，欧美发达国家就有进行农业面源污染方面的研究。美国做工作的是比 较突出的，早在7 0 年代就提出了b m p s ( 最佳管理措施) ，后又出台c w a 清洁水法案、最大日 负荷t m d l 计划和国家河口清洁计划进行行面源污染监剖2 3 1 。最佳管理措施中包括工程措施 和非工程措施两大类。其中工程措施有人工湿地、植被过滤带和草地、河岸缓冲带、暴雨蓄 积池和沉淀塘等；非工程措施有免耕少耕法、有害物综合管理、生物废弃物的再利用等。到 8 0 年代后期，欧盟专门出台一部分法案以治理农业面源污染。之后，欧盟不断加大用于减少 农田氮、磷养分总用量、提高农田养分利用率的费用，进行农业面源污染控制的财政预算和 投入，积极地从研究和政府推动两方面着手，加大对农业面源污染的治理力度【2 4 1 。在这以后， 许多西方发达国家如加拿大英国和德国等先后也在这方面展开了大量的工作，日本、土耳其 等亚洲国家也紧随其后开始重视农业面源污染问题。 农业面源污染本质上是氮、磷和泥沙等面源污染物的一种扩散过程，国外早期研究主要 集中于这些面源污染物在环境中的迁移规律研究。到了上世纪9 0 年代，研究注意力逐步转移 到对非保守性或固体污染物的研究上来，对如农药、除草剂等非点源有毒有机物的研究趋于 增加，研究对象也从化肥转向农药。h u b e r l 2 5 j 研究了德国农田、果园中杀虫剂4 2 种成分随地 表径流的流失率，n g 2 6 等研究了农业区a t r a z i n e 和m e t o l a e h l o r 两种农药随径流的流失。 综观国外农业面源污染研究进展，其研究初期主要以统计调查为手段进行定性研究，随 着研究的不断深入，逐步转向机理研究、甚至模型模拟研究、实地监测控制和实用治理研究。 以模型为基础，结合计算机技术进行仿真逐渐得到研究者的重视。在农业面源污染定性研究 转向定量研究及定性与定量研究结合研究过程中，模型研究起着非常重要的作用。经常用到 主要有经验统计模型、机理过程模型两大类。经验统计模型主要在上世纪7 0 年代以前的研究 中应用的较多，以s c s 径流曲线数法和h o n o n 入渗方程为代表【2 3 1 。7 0 年代后期开始现机理模 型研究，其中最著名的是模拟农业污染的a r m ，另外有流域模型a n s w e r s 等。随后3 s 技 术的兴起，使得模型研究水平提高到了一个新的高度，其应用更加普遍，模拟运行更加有效， 功能更加强大而全面。3 s 技术在面源污染研究领域得到了迅速应用，并逐渐成为对面源污染 负荷进行定量研究的主要手段f 2 7 】，并在欧美各国开展研究f 2 8 1 。一些大型专业化软件陆续出现， 比较著名是c r e a m s 、s w a t 、a g n p s 、w e p p 等 2 9 - 3 1 1 。 1 1 2 2 我国农业面源污染研究情况 相对国外来说，我国农业面源污染研究起步较晚，其先导可以追述为上世纪6 0 年代的以 土壤化学径流侵蚀研究为主要特征的土壤肥力径流损失研究。我国农业面源污染研究是在城 3 两南大学硕士学位论文 市面源污染研究基础上逐步发展起来的，在此基础上于8 0 年开始进行小流域、湖泊和水库等 生态尺度内的农业面源污染研究。 目前国内农业面源污染研究主要侧重两大方面：营养元素流失研究和土壤侵蚀研究。侵 蚀性降雨的打击力和降雨径流的冲刷作用，引起严重的水土流失，带走大量土壤和营养物质， 并沉积在湖泊或者河流引起污染。侵蚀性降雨、地形坡度、作物覆盖率和土地耕作方式等是 土壤侵蚀的主要贡献因子。水建国等在不同坡度红壤区进行了长1 5 年的定点观测研究，最后 表明植被因子和坡度坡长因子与水土流失关系密切【3 2 1 。卓慕宁等在广东进行坡面侵蚀研究表 明，降雨因子、坡度因