0引言 2016年,农业部关于农业面源污染防治会议中提出,坚持把农业环境保护与治理作为实现现代农业的重要措施,实现“一控两减三基本”的农业面源污染防控目标,为建设美丽新农村、绿色生态新农业保驾护航。国家统计局年度数据如表1所示,从表中可以看出我国农用塑料薄膜从2007年的193.75万吨到2015年的260.36万吨,增长了66.61万吨;农用化肥施用量从5108万吨增长到6022.60万吨,增长了914.6万吨;农药的使用量从162.28增长到178.30,增长了16.2万吨;牛、羊、家禽的出栏量从2007年至2015年分别增加了643.87、3901.99和240853.56万。随着我国人口的不断增加,耕地面积的逐渐减少,土地资源日益紧张,通过大棚、覆膜提高农产品种植产量,利用各类农药化肥对农田进行除害增产,同时人们对畜禽产品的需求增加,刺激了畜禽产品的生产,直接或间接的导致我国农业面源污染问题的日益加剧。
表1国家年度统计数据 file:///C:\Users\ying\AppData\Local\Temp\ksohtml8380\wps1.png指标 年度 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
农业面源污染是土壤、河流、湖泊的重要污染源之一,影响粮食安全,制约我国现代绿色农业和经济的可持续发展。同时农业面源污染还存在着污染物数量巨大、污染范围广、污染时间长,给农业面源污染的监控与治理带了很大的问题。而目前我国对农业面源污染的研究工作主要是对农业面源污染现状、污染物形成机制、污染补偿政策等方面的研究[1-7]。随着科技的发展,GIS技术(Geographic Information System,GIS)凭借其对空间数据采集、表达、处理、管理、查询与分析及可视化表达等能力,以及GIS对空间数据模型的建立、各种专题图的建立、空间数据的质量评价等功能,被广泛的应用于林业、农业、交通运输、环境保护等各个领域。但将GIS技术应用与农业面源污染防治的研究比较少,利用GIS技术强大的空间数据处理、存储、表达功能,对唐山地区农业面源污染进行空间表达[8-12]。探讨将GIS技术更好的应用与农业面源污染的防控过程中去。 1研究区域概况与数据来源 唐山市,位于河北省东部, 南临渤海,北依燕山,毗邻京津,是京津唐工业基地中心城市,总面积为13472平方千米。 本文的研究数据主要来自唐山市11个区县共计152个采样点的土 壤。利用专家咨询法,选择了测定土壤中的有机质、氮元素、速效磷、速效K,以及土壤PH值对唐山地区农业面源污染进行分析。 采用0.5M碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤中速效磷,利用重铬酸钾法测定土壤中有机质含量,采用扩散法测定土壤中氮的含量,采用火焰光度计测定土壤中速效钾含量。运用ArcGIS10.4软件进行空间数据表达与专题图绘制,同时进行空间数据处理与存储。 2农业面源污染现状分析 通过实验得出唐山地区11个区县土壤中PH值、有机质、氮元素、速效磷、速效K,如表2所示,表3为全国第二次土壤普查推荐的土壤肥力等级。从表2中数据可以看出,玉田县土壤中的N元素含量高达63.0487mg/kg,迁西县的N元素含量高居第二是41.9160mg/kg。相比表三中数据,唐山市各地区土壤中氮元素的含量较低,最高等级为4级。同时,唐山地区土壤中有机质的含量最高的为丰南区,含量分别为0.6160mg/kg。根据表3中土壤肥力等级中分级标准,可以看出唐山地区土壤有机质含量极低,土壤肥力很低,绝大多数为6级,只有丰南区土壤肥力为5级。从土壤中氮元素和有机质含量可以看出,唐山地区土壤肥力较差,土壤贫瘠,为了增加农作物的产量,大都通过给土壤增施肥料的方法,而长期大量化肥的施用会造成土壤面源污染。迁安市、曹妃甸区的速效磷含量分别为153.8426mg/kg和123.5200mg/kg。速效钾含量较高的两个城市为迁安市和曹妃甸区,含量分别为632.1524mg/kg,598.4159mg/kg。结合表3中数据,可以看出唐山地区土壤中磷钾的含量较高,但有机质含量却很低,可以看出,唐山地区土壤中多施磷肥、钾肥,也造成了土壤中磷、钾元素的污染。 表2土壤中N、P、K、PH、有机质含量 表3 土壤养分分级标准
同时本文通过建立关联ID将唐山地区土壤实验中的N、P、K、PH以及土壤有机质含量数据导入到唐山地区各区县的空间数据,建立空间属性数据。运用ArcGIS10.4软件制作了唐山地区氮含量与土壤PH值专题图、唐山地区磷钾含量专题图、土壤有机质含量专题图。
file:///C:\Users\ying\AppData\Local\Temp\ksohtml8380\wps2.pngfile:///C:\Users\ying\AppData\Local\Temp\ksohtml8380\wps3.pngfile:///C:\Users\ying\AppData\Local\Temp\ksohtml8380\wps4.png 从唐山地区氮元素含量专题图中可以看出,唐山地区中西北部土壤中氮元素含量较高,而中部地区氮元素含量最低,东南地区氮元素含量适中。从唐山地区土壤磷钾含量专题图中,可以看出唐山地区北部、东南部地区磷钾含量较高。土壤中有机质量专题图中,唐山地区土壤有机质含量在西北部地区较高,中南部地区土壤有机质含量较低。结合表2、表3数据,可以得出唐山地区各区县土壤肥力较低,磷钾肥施用量较大。为保证唐山地区农作物产量,同时要满足粮食安全,因此建立合理的施肥模式尤为重要。 3唐山地区农业面源污染的防治与建议 3.1建立合理的施肥模式与方法 针对唐山地区土壤农业面源污染现状,提出建立合理的施肥模式。我国对化肥的使用已有十多年的历史,化肥对农作物的产量增收也是功不可没,但大量化肥的施用,对土壤造成的极大的负担同时也造成化肥的浪费。施肥是农业生产过程中必不可少的,也是农民增产增收的直接方法,针对合理施肥,建立合适的施肥模式与方法。 第一,农民是农业的主人,因此,加强对农民的培训与教育,使农民相信科学,相信技术,摒弃传统的施肥越多、产量越高的施肥理念。 第二,建立合理科学的施肥方式方法。采用精准的农药施用技术,推广绿色的防控技术,减少农药的使用。 第三,政府建立奖惩措施,鼓励农民采用新的替代技术,例如鼓励农民使用缓释肥、采用有机肥+的施肥模式,有机肥+缓释肥、有机肥+复合肥等等。 3.2建立基于WebGIS农业面源污染信息系统 随着WebGIS的迅猛发展与应用,使得GIS技术更进一步的应用到农业面源污染防控过程中,而建立针农业面源污染信息系统,对农业面源污染进行实时监控,同时将WebGIS应用到农业面源污染防控过程是十分必要的。农业面源污染信息系统的建立可以实现对农业化肥农药、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、决策与一体的农业面源污染数据分析系统,同时设计空间展示、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,形成一个有机的整体。为农业面源污染预测和预报提供可靠的宜居,为农业环境污染治理决策提供较为快速准确的技术支持,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。 4结语 本文以唐山市为例,采集了11个区县152个采样点土壤,通过实验测得土壤中氮元素、磷元素、钾元素、PH值、土壤有机质的含量,得出唐山地区土壤肥力较低,为保证农作物产量,化肥施用显得尤为重要,本文提出建立精准施肥、有机肥+的施肥方式。同时本文利用ArcGIS10.4软件制作专题图来展示唐山地区农业面源污染现状,将GIS的强大的空间数据处理能力,对唐山地区土壤数据进行处理,虽然将GIS技术应用到农业面源污染领域之中,但如何能更好的将GIS技术应用到农业面源污染领域当中,更好的对农业面源污染数据进行实时监控,建立基于GIS的农业面源污染防控系统,在今后还有待研究。同时将WebGIS应用到农业面源污染的防控过程中。 5参考文献 [1]张水龙,庄季屏.农业非点源污染研究现状与发展趋势[J].生态学杂志,1998(06):52-56. [2]丁晓雯,李薇,陈庆伟.农业非点源污染模型研究现状与发展趋势[J].现代农业科技,2008(14):261-262+265. [3]朱乾德. 平原水网农村生活区非点源污染流失规律与防控措施研究[D].中国水利水电科学研究院,2016. [4]王楠. 吉林省农业非点源污染生态补偿机制研究[D].吉林大学,2009. [5]闵继胜,孔祥智.我国农业面源污染问题的研究进展[J].华中农业大学学报(社会科学版),2016(02):59-66+136. [6]孙棋棋,张春平,于兴修,李建华,张永坤,高燕.中国农业面源污染最佳管理措施研究进展[J].生态学杂志,2013,32(03):772-778. [7]李自林.我国农业面源污染现状及其对策研究[J].干旱地区农业研究,2013,31(05):207-212. [8]叶延琼,章家恩,李逸勉,李韵,吴睿珊.基于GIS的广东省农业面源污染的时空分异研究[J].农业环境科学学报,2013,32(02):369-377. [9]雷能忠,黄大鹏.基于GIS的农业面源污染风险评估[J].中国农学通报,2007(12):381-385. [10]施加春,徐建民,史舟,谢正苗,刘杏梅.基于WebGIS的农业面源污染信息系统的开发及应用[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2003(02):110-115. [11]陈玉东,陈梅,张龙江,周慧平,张卫东,石先罗,高恒娟.基于GIS的龙墩水库典型小流域面源污染氮磷负荷研究[J].生态与农村环境学报,2015,31(04):492-499. [12]郭鹏. 基于Geodatabase农业面源污染数据库的建立与应用[D].西南农业大学,2004. [13]姜世英,韩 鹏,贾振邦, 等. 南水北调中线丹江口库区农业面源污染 PSR 评价与基于GIS的空间特征分析 [J]. 农业环境科学学报,2010, 29( 11) :2153-2162. [14]张文东, 许 仕, 庐 俊.江西省农业面源污染空间分布格局[J]. 安徽农业科学, 2012, 40( 16) :9056-9059. [15]李秀芬,朱金兆,顾晓君,朱建军.农业面源污染现状与防治进展[J].中国人口·资源与环境, 2010年,20(4):81-84.
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