遙感技術在面源污染中的應用

寧慕瑋

(中國礦業大學(北京)地球與測繪工程學院 北京 100083)

引言

近年來，隨著點源污染控制水平的提高，面源污染(或稱非點源污染)已經成為水環境污染的主要來源。隨著中國對工業點源污染的大力治理，面源污染對水體污染所占比重呈上升趨勢，而農業面源污染是中國水體面源污染的最主要組成部分。當前農業面源污染已經引起了世界的注意并進行了廣泛而深人的研究，取得了較為顯著的成果。但有關面源污染的許多理論問題及過程機理尚不清楚，還沒有公認的或統一的面源污染評價指標、定量化評價方法和防控措施體系，所以仍不能滿足防治面源污染的需要。因此，各界人士利用多種手段了解農業面源污染的來源。遙感具有可實時、快速地記錄大面積流域的空間信息及各種變化參數，提供精確的定性和定量數據，能對各種信息進行定量分析、動態監測和自動成圖等優點[1]。對流域污染進行治理的主要基本任務就是農業面源污染負荷的定量化研究，定量研究流域非點源污染負荷可以為非點源污染的預測預報以及流域規劃和污染防治政策的制定提供重要依據[2]。遙感技術使用遙感遙測影像和數據為面源污染模型提供新的數據來源，彌補了常規方法獲取數據不足的缺點。

一、農業面污染起因研究

(一)作物施肥以及殺蟲劑的使用

我國是農業大國，農業生產上化肥以及殺蟲劑的用量較大，尤其是氮素以及磷素投入過量現象非常嚴重。根據統計資料顯示，我國化肥施用量居世界第1位。施肥過量導致農藥會隨著降雨徑流進入到河流水體中，并破壞土壤的良好結構，導致土地性能降低，甚至污染到地下水層。

(二)畜牧業的快速集約化發展

現階段畜牧業的發展從過去的分散型逐漸轉成大規模集約型[3]。根據數據顯示，畜禽糞便量在2010年將達45億噸，畜牧業面源污染是指在畜禽養殖的過程中沒有進行積極的處理，導致畜禽糞便中包含的有機污染物隨地表徑流或貯糞池滲漏污染地表水和地下水，給生態系統帶來巨大的破壞作用。

(三)農業廢棄物及農村生活垃圾污染

農業廢棄物主要指廢棄的農作物秸稈。我國廢棄的農作物秸稈利用率很低，大部分被焚燒，或拋棄于河溝渠或道路，變成有機污染物。目前，我國農村缺乏污水處理系統且人口居住分散，農村居民生活污水基本上未經任何處理便直接排放進入水體和土壤，其中經土壤滲出進入水環境的污水約為10%，加重對環境的污染[4]。村民生活產生的固體垃圾一般傾倒于河道兩側或隨意堆放，不僅易堵塞河流，又嚴重污染水體。

(四)農業水土流失加劇

水土流失是導致面源污染發生的動力因素，據悉，我國每年表土流失量在50億噸以上，其中有75%來自農田和林地，因此水土流失是農業面源污染系統中的重要組成部分。我國每年數百萬噸的氮、磷、鉀進入水體，在河流、水庫、湖泊、濱海造成嚴重污染。

二、遙感在面源污染基礎數據獲取中的應用

(一)不同土地利用類型對面源污染的影響

根據以往的眾多研究可知，面源污染是一個綜合考慮的因素，但在控制一定量的基礎上，可以觀察土地利用類型與N、P負荷量的相關關系來大致得出的結論為耕地影響最大，其次是居民區，最后是林地和草地。

(二)不同土壤類型對面源污染的影響

不同土壤類型的分布地區和形成條件不同，土壤的成分和理化性質不同，氮素的流失特征亦不同。通過研究發現，在同樣的土地利用方式和降雨強度下，壤土的有機物溶出時間最長，其次是粘土，黏壤土的溶出時間最短[5]。更加具體的分析要根據每個地區不同的土壤特征再次排序。80%的磷是以顆粒式存在的，研究P的問題上更加專注于土壤的負載。

(三)不同氣候對面源污染影響

在面源污染的研究中，氣候大多數指降雨量的程度，徑流是土壤中氮素流失的主要動力，而降雨是決定徑流量的重要因素[6]。通過前人的模擬試驗，在雨量和降雨歷時等條件相同的情況下，人工設置不同的降雨強度，實驗表明降雨強度増強，徑流量增大，土壤侵蝕量也隨之增強，土壤中顆粒態、溶解態氮素進入水體的量也増加。

三、遙感在面源污染預測預報中的應用

傳統的探測手段為通過野外的實地調查、查找文獻和監測來獲取農業面源污染的多種數據。而遙感技術獲取農業面源污染研究中的水文、土壤、地形、氣象這4大類基礎數據。之后，依據研究區域的地理情況和土地利用現狀對該區域進行分類，最終確定在不同的土地利用類型中面源污染的發生區域，并估算農業面源污染負荷。相對于傳統的探測手段，遙感技術在經濟投入上，遠遠少于前者，具有很高的經濟效益[7]。在難以達到的地區，這種技術也許也是節省成本和時間并獲取需要數據的唯一有效方法[8]。

四、結論

我國目前面臨著經濟發展和生態環境保護雙層重任，如何做到在保護好現有生態環境的基礎上實現經濟又好又快地發展是迫切需要解決的問題。遙感技術無論在監測、預報、調控中都是不可缺少的，衛星遙感技術可以迅速、準確地提供大范圍流域的地質地貌、植被覆蓋、土地利用以及土壤水狀況等多種信息。由此可知，遙感技術技術的綜合作用在面源污染的預報預測中擁有著無法比擬的優勢。