榆林市净氮净磷输入及面源污染潜在风险研究

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随着点源污染的有效治理,面源污染因其难以识别、不易控制成为了水体污染的首要问题。过量氮(N)、磷(P)营养物质进入水体是影响水体环境质量的直接因素之一,准确核算人为活动下氮、磷输入及识别面源污染风险等级对于区域生态环境保护工作具有重要的现实意义。为了研究与环境管理行政辖区相契合的区域氮、磷估算方法及面源潜在风险,本文选择黄河流域具有西北黄土区典型代表性的陕西省榆林市作为研究区域,从县区尺度上开展区域氮磷输入的空间格局特征及影响因素分析评估和面源潜在风险及其影响因素的研究。研究收集了1996-2019年榆林市12个县区的社会经济、农业生产等资料,通过人类活动净氮输入(NANI)模型、人类活动净磷输入(NAPI)模型、综合评价模型,核算了榆林市的人类活动净氮、净磷输入量,识别了面源潜在风险区。本文研究结果如下:(1)榆林市1996-2019年平均NANI值为3641 kg/(km~2·a);在空间分布上,NANI较高值主要集中在榆林市的绥德县、子洲县、米脂县等东部区域;氮源结构上,化肥施用为主要贡献因子,占比为39.8%~57.4%,其次分别是大气氮沉降,占比18.8%~28.1%,食品/饲料净氮输入量,占比13.8%~27.1%,农作物固氮,占比6.0%~10.9%;讨论确定榆林市的氮源污染防治工作应重点关注绥德县、子洲县、米脂县等NANI值较高区,同时要加强农业氮肥使用量的管理。(2)榆林市NAPI值在时空上存在明显的差异性。时间上,1996-2012年,呈现上升趋势,且增长迅速,随后进入平稳期;空间上分布上,研究区NAPI值整体呈南北较低,中东部较高,NAPI较高值主要集中在子洲县、绥德县、米脂县耕地占比较大地区;研究区NAPI的组成中,1996-2019年磷肥施用一直是最大来源,磷肥施用量所占NAPI的百分比48.5%~66.6%,均值为55.6%;其次是食品/饲料磷输入,变化范围在28.5%~43.3%,均值为38.2%;非食品磷占比最小,仅有4.6%~8.8%。(3)利用灰色关联度法分析了生产总值、农业生产总值、耕地面积、粮食产量、人口密度对研究区NANI的相关性,各影响因子中,粮食产量、人口密度、耕地面积都与NANI有着良好的关联性;利用LMDI(logarithmic mean Divisia index)对NAPI变化进行分解,分析了不同驱动因子对于人为磷输入变化量的贡献,在榆林市1996-2019年NAPI值变化中,人均GDP、人口数量两个驱动因子的效益为正,人均GDP变化的贡献最大,占92.16%,其次为人口变化效益,占7.84%。(4)利用均方差决策法根据降雨侵蚀因子(R)、坡长坡度因子(LS)和土壤可蚀性因子(K)、运移距离因子(D)及土地利用因子(U)数值的离散程度所反映的信息量确定各指标权重,各因子的权重分别为0.238、0.075、0.259、0.152和0.276;榆林市潜在面源污染值范围为0.139~0.919,根据自然断点法划分为较低、低、中度、较高和高5个风险等级,各风险等级的面积占比分别为16.31%、21.05%、30.42%、26.99%和5.24%;研究区潜在面源污染风险分布呈现出从西北往东南增大的空间特征,其中定边、佳县、绥德、子洲以较高风险区、高风险区为主,风险等级明显高于其他地区,应划为重点治理区域。
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