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近年来,随着对点源污染的有效控制和农业投入的增加,面源污染造成的环境问题日益突出。农业面源污染是农村面源污染的主要组成部分,农田氮素损失是农业面源污染的主要贡献者之一。而我国村镇污染治理体系尚未建立,在村镇,生活污水、养殖废水几乎全部直排,对周围环境造成严重污染。目前村镇污染治理,套用解决城市污染和工业企业污染的主要末端治理手段,存在技术和经济障碍,常会出现既治不起,也治不净的情况。因此,探明农村面源污染特征,对农村环境治理及面源污染的控制具有重要意义;建立能够监测面源污染动态变化和优化组合治理方法的农业面源污染决策地理信息系统(GIS)成为必然趋势。
本研究选取太湖典型地区常熟市辛庄镇为研究区域,研究了该地区农村养殖废水、生活污水和稻田田面水的污染特征。并选取该地区典型稻田为对象,开展田间试验。采用田间观测和室内分析相结合的方法,利用地统计学分析空间相关性,研究稻田田面水三氮浓度时空变化规律。研究结果表明旱季河水中氮磷污染主要来自于生活污水和养殖废水,稻田田面水三氮浓度呈显著时空变异性。施基肥后8d,田面水TN平均浓度降到2.25 mg·L-1,稍高于2 mg·L-1(“农业用水和一般景观用水”V类水TN浓度临界值);施穗肥6d后田面水TN平均浓度降到1.21 mg·L-1,低于1.3mg·L-1(重度富营养化水体TN浓度临界值);施蘖肥后田面水TN平均浓度始终大于2 mg·L-1。本研究进一步采用地统计方法探讨了田面水三氮浓度空间变异结构。高斯模型作为拟合半方差函数理论模型,拟合度均达到极显著水平;氮素平均浓度具有中等的空间相关性,从不同采样时间田面水三氮浓度最大相关距离平均值来看,NH4+-N平均变程最大,为8.77m;TN和NO3--N较小,分别为6.40m,4.91m。本研究认为,应减少分蘖肥的施用,或者在该施肥期间,多次少量施用。稻田田面水的渗漏以及水流方向(自东向西)导致三氮浓度由东向西逐渐增大,因此常规的灌溉方式由排水口(排水口在西侧)排水,若改为由入水口(入水口在东侧)排水,则可避免在氮素积累的一侧排出,从而减少氮素流失。
在田间试验和总结前人模型的基础上,从农村面源污染的产生途径估算了各种污染的负荷,根据各种污染水体直接排放入受纳水体的实际情况,建立了农村面源污染决策模型。利用VB.net和GIS的二次开发工具MapObjects,开发了面源污染辅助决策信息系统,实现了镇域范围面源污染的一体化平台,并将其在江苏省常熟市辛庄镇进行了应用。
农村面源污染辅助决策模型,结构清晰,需求参数少且容易获得,决策结果能满足决策人员的需要,可以应用于农村面源污染的治理。农村面源污染决策支持系统操作简单,能对面源污染进行直观的动态监测、优化组合控制技术及核算投入成本,可以为管理农村面源污染提供监测、预警、治理一体化的辅助决策服务。