黑龙江省面源污染研究现状

侯淑艳，杜方乐，李艳波，刘建新，李志飞，杨 薇

（1黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨150070；2延边州水土保持工作站，吉林延吉133002；3鄂尔多斯市水土保持工作站，内蒙古鄂尔多斯017000）

0 引言

面源污染又称为非点源污染，是目前全球普遍存在的环境问题。面源污染的形成过程是污染物通过降雨（或融雪）冲刷，通过径流进入到受纳水体从而引起水体的富营养化及其他形式的污染[1]。因此对于水体的污染最为严重。主要污染源有农田坡面径流、未进入地下水的城市径流、农村生活垃圾及畜禽养殖场、大气沉降产生的污染物等[2]。由于面源污染具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性和潜伏性等特点，因此其研究和控制的难度较大[3]。

黑龙江省地域广阔，是中国的主要粮食产区。近些年来，农民为了增产增收，不断加施化肥，加之黑龙江省人均耕地较多，农村劳动力越来越少，因此在耕地的管护方面农药的投入量势必加大。在化肥和农药使用方面，化肥存在施用总量年增长迅速且利用率低的问题，农药的使用量位居全国之首[4-5]。黑龙江省的耕地特点是坡度不大，但坡长较长，降雨集中的时候面源污染随着径流越汇集越多。

虽然黑龙江省一直有面源污染研究的报道，但是系统调查分析黑龙江2003—2017年的面源污染现状的一直未见报道。因此，笔者梳理了黑龙江省2003—2017年的面源污染研究现状，调查分析目前黑龙江省面源污染研究的情况，以期为黑龙江省未来继续开展面源污染研究指明方向。

1 黑龙江省面源污染研究进展

东北地区的面源污染研究始于20世纪80年代末、90年代初[6]，主要是以水源地保护及农业面源污染负荷研究为主。黑龙江省关于面源污染的研究起步较晚，2003年，翟平阳[7]在松花江流域水质污染防治一文中提到了面源污染是松花江水质恶化的一个主要原因之一，首次在黑龙江省的水质污染中提到了面源污染；于丽捷等[8]在北方环境中发表的浅谈牡丹江面源污染对地表水的影响，是黑龙江省关于面源污染研究的最早报道；杜传德等[9]在全国农业面源污染与综合防治技术学术研讨会发表了哈尔滨市农业面源污染初步调查与防治对策，这是哈尔滨市面源污染研究的初步阶段，也是黑龙江省早期的关于农业面源污染的报道。

之后的十几年间，相关报道的数量逐年呈增长的趋势，但总体数量不多。在所有的面源污染研究中主要包括以下几类：水环境污染调查研究、黑龙江省农业面源污染研究、面源污染治理研究等，关于面源污染机理研究、模型研究也有见报道，但数量极少；水环境污染及流域农业面源污染研究主要集中在松花江流域、牡丹江流域，关于呼兰河流域、乌裕尔河流域[10-11]也有少量文献报道。由此可以看出，黑龙江省的面源污染还处于起步阶段，由于黑龙江省特殊的地形地貌特征，因此在面源污染机理研究方面可能存在困难，面源污染的模型研究在黑龙江省也属于弱项，因此在今后的黑龙江省面源污染研究中可以在机理及模型等方面加大研究力度。

1.1 黑龙江省农业面源污染研究

按照面源污染发生的来源可将其分为农业面源污染和城市面源污染两种，其中农业面源污染的贡献率要比城市面源污染大的多[12]。黑龙江省位于世界四大黑土区之一的中国东北，是全国重要的粮食生产基地。近些年，农民为了增产增收，过度的开发利用土地，大量的施用化肥、农药，最近有一项研究得出黑龙江省的经济增长与农业面源污染的加重具有促进作用[13]，加之黑龙江省独特的耕地地貌特征，致使农业面源污染较严重。一直以来该项研究的热度始终是缓慢稳步增长。在黑龙江省面源污染研究中，关于农业面源污染研究所占的比重最大，从文献查阅情况来看，农业面源污染占所有研究的46%，其中关于农业面源污染的治理研究占农业面源污染研究的50%以上，还有部分关于农业面源污染的负荷、特征以及影响因素研究。

杜传德等[9]关于哈尔滨市农业面源污染初步调查与防治对策论文的发表开启了黑龙江省农业面源污染研究的先河，该调查研究以流经哈尔滨市的松花江干流及13条一级支流为基础，主要调查流域内农田面积、化肥、农药的施用种类及数量、施用次数，这一研究填补了哈尔滨市乃至黑龙江省关于农业面源污染造成的水环境污染状况及危害程度调查的一项空白。随后，张彦涛等[14]对黑龙江省各地区、各市县15年的化肥、农药的施用量和流失量进行了全面的调查与分析，调查分析表明：黑河市、大庆市、佳木斯市地区是黑龙江省高毒农药重点控制区；松花江哈尔滨江段干流流域、额穆尔河流域、乌裕尔河流域、呼兰河流域等是重点控制化肥流失区域；李家宇等[15]利用1987—2015年统计数据对黑龙江省农业面源污染影响因素进行了分析，结果表明：对于农业面源污染物的排放有着显著的影响的是农业结构、测土配方技术等解释变量；呈二次型显著影响的有农业经济规模、种植业结构、农村人口规模；而技术进步率、降雨，则与农业面源污染物的产生没有显著性联系。

1.1.1 农业面源污染的负荷研究 污染物负荷的主要来源是农村面源污染产生的CODcr、TN、TP，农村生活污染、畜禽养殖、农田农药化肥、农田生产废弃物等为农业面源污染的主要污染物来源[16]。研究表明[17]松花江流域各类农业面源污染源水体污染的负荷比为：畜禽养殖污染51.2%，农药化肥污染34.1%，固体废弃物污染8.3%，主要污染源是畜禽养殖污染、化肥农药污染、固体废弃物污染。周军等[18]利用清单法和等标污染负荷法，深入分析松花江一级支流阿什河流域农业非点源污染负荷及来源，确定了各污染源对阿什河水质污染贡献大小顺序为：化肥施用＞畜禽养殖＞农村生活污染＞土壤侵蚀＞秸秆污染，与上述研究结果基本一致。周军等[19]同样在牡丹江流域进行了农业面源污染源的调查研究与对比分析，在牡丹江流域农业面源污染的主要负荷仍然来自农田化肥施用及畜禽养殖。兴凯湖流域的面源污染负荷研究表明其主要污染源也来自农田的化肥施用及畜禽养殖[20]。大庆地区各类农业非点源污染对水体的污染负荷贡献率主要以农田地表径流为主，其次是生活污水和畜禽粪尿[21]。

从以上的研究结果中可以看出，各流域的面源污染负荷来源基本一致，那么在黑龙江省其他地区的面源污染负荷情况是否与这些结论一致，目前还没有文献可考，但是从张彦涛[14]的调查情况来看，黑龙江省的西部和北部地区农药施用量和畜禽养殖在全省范围内比重较高。因此，可以推断这些地区的农业面源污染负荷来源也以农田化肥农药施用及畜禽养殖为主，当然这还有待于做相关研究来加以证实。

1.1.2 农业面源污染的治理研究 农业面源污染问题是目前我国农业发展过程中比较突出的问题，其治理问题也得到我国政府及科研工作者的高度重视。习近平总书记在十九大报中提到“要加强农业面源污染防治，开展农村人居环境整治行动”。由此可见，面源污染的治理问题已经成为中国目前生态文明建设中的关键问题。

黑龙江省的农业面源治理起步于对农业面源污染调查研究之后的治理对策，并没有系统的、有针对性的治理方法[9，22]。随着农业面源污染研究的深入，学者们陆续提出了系统的关于黑龙江省的农业面源治理方法，同时政府相关的政策也随之出台。周军等[19]对牡丹江流域的农业面源污染特征进行深入研究之后，提出了优化施肥、畜禽养殖生态工程、生活垃圾堆肥处理、建立农田与河流之间的草地缓冲带等一系列治理措施；王忠良等[23]研究了湿地对于农业非点源污染的截留和去除效应，在对降雨径流汇入的湿地水样与降雨2天后湿地水样进行试验分析测试后发现，降雨后湿地水体中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度均有大幅度的下降，说明湿地对农业非点源污染物有很好的截留和去除效果。张兰庆[24]提出了源头治理技术及径流过程治理技术的农业面源污染治理方法；马放等[25]通过退耕还林、化肥减量、等高耕种与植被过滤等情景模拟控制非点源污染，每一种情景模拟都不同程度的减少了污染负荷的排放；王立等[26]利用菌根技术创新性地提出了“以源头减量为目的的农业清洁生产，以过程削减为目的的缓冲带截留技术，以终端净化为目的的复合生物强化修复技术”，“三段式”流域面源污染综合防治方法，这一技术有望成为当下面源污染治理的有效手段。在黑龙江省农业面源污染治理的政策研究方面虽然政府也取得了一定的成就，但是总体上还有一些欠缺和不足，主要表现在：首先是缺乏专项资金，政府运用财政政策支持农业面源污染治理能力不足，在农林水事务支出中几乎没有治理农业面源污染的支出[27]；其次是缺乏相关的法律法规政策，黑龙江省乃至全国都没有全面的、系统的关于农业面源污染治理的限制性规章管理政策，导致目前全国上下的面源污染问题无章法可依。2016年黑龙江省颁布了《黑龙江省水污染防治工作法案》（黑政发[2016]3号），法案中提出推进农村及农业污染的防治，严格控制面源污染的发生，同时把控制农业面源污染防治工作作为黑龙江省政府工作的重点工作来抓。可见黑龙江省政府对于农业面源污染治理的重视程度在逐步提高[28]。

1.2 水环境污染调查与分析

中国的环境污染中比较突出的为水环境污染，因为大量的点源污染与非点源污染的排污去向都是自然水体，从而导致水生态环境恶化严重。黑龙江省境内分布的水系流经工业农业分布区的主要是松花江及其支流，因此关于黑龙江省内水质污染的研究也集中在松花江流域。松花江是中国的七大水系之一，其综合污染指数位于七大流域前列[29]。于丽捷等[30]研究认为，面源污染是丰水期地表水水质变差的主要原因。面源污染对松花江水质污染负荷较点源污染重[31]。2000年，黑龙江省全省面源污染物化学需氧量、氨氮、总氮、总磷，入河总量分别为18.0×104t/a、1.72×104t/a、14.5×104t/a、5.04×104t/a[32]。2010年黑龙江省废水排放总量11.85亿t，化学需氧量排放总量44.44万t，氨氮排放量4.34万t。这些污染物排放区主要集中在哈尔滨、牡丹江、佳木斯、大庆等城市[33]，这些城市都是松花江的主要沿江城市。因此松花江的污染也主要集中在这几个城市流经段及几个重要支流中。松花江哈尔滨段阿什河口监测数据表明，阿什河水质已经达到V类水质标准，且其非点源污染已经超过点源污染，是目前松花江干流的主要污染源之一[29，34]。2011年的研究数据显示，阿什河流域农业非点源污染物等标污染负荷总量为5 572.96×106m3/a[35]。松花江另一大支流呼兰河水质监测评价显示，整个流域水质监测断面大多为V类水体，通过对各类污染源的排放入河量的计算发现，呼兰河哈尔滨段的污染物排放最为严重的污染源为老城区市政排水口和肇兰新河支流[10]。张立坤等人基于输出系数模型对呼兰河流域非点源污染输出进行风险分析，结果表明：氮污染的平均输出风险值达到40.48%，是流域非点源污染主要类型[36]。

1.3 机理与模型研究

非点源污染物的迁移转化规律及形成机理是对非点源污染进行模拟、评价、监测和治理的理论基础[37]。而非点源污染模型是极其有效的流域非点源污染模拟和污染负荷估算的定量化工具，为非点源污染评价、管理和治理提供了可靠依据[38]。

梁雄伟[39]研究表明：利用AMF对非点源污染滨岸缓冲带进行群落结构干扰与调整，其去除TN、TP及有机农药阿特拉津的能力分别是普通滨岸缓冲带去除率的1.20、1.10、1.11倍；孙洋阳[40]对松花江哈尔滨段底泥的污染物进行分析研究表明：阿什河口下的有机质及铵态氮含量最大，有机指数为0.5462，为有机污染水平；丁晶[41]对松花江干流和底泥有机污染物进行时空分析的研究表明底泥蓄积农药的能力比水体中要强；李瑛[42]的研究发现，松花江流域水体悬浮物中主要来源于新使用的农药进入水体中，部分被悬浮物吸附；底泥中的OCPs主要是来自长期风化作用造成的残留。

关于模型研究方面，梁雄伟[39]利用SWAT模型计算了阿什河流域中对地表水影响较大的区域的面源污染负荷，结果表明，功能区1、2中的污染负荷较低，功能区3、4、5污染负荷较高；马放等[25]在阿什河流域非点源污染控制措施研究中构建SWAT模型，并对该流域的非点源污染进行了量化评估；姜晓峰[34]研究证明，在研究区建立的SWAT模型适用于阿什河流域的径流与总氮及总磷模拟；张立坤等[36]利用输出系数模型对呼兰河流域非点源污染进行了输出风险分析。在湿地对于非点源污染截留及去除效应的研究中，王忠良[23]采用了SCS模型和溶解态氮磷污染负荷模型进行径流量和污染负荷估算；岳勇等[43]利用二元结构模型2000年松花江流域非点源污染负荷进行计算与结果验证，结果表明：在农田、农村居民点、畜禽养殖和城市径流4种非点源污染类型中，农田TN、TP和NH4+-N非点源污染负荷量最高；畜禽养殖COD非点源污染比重最大。

2 黑龙江省面源污染研究展望

本论文首次系统地梳理了黑龙江省2003—2017年的面源污染研究现状，全面调查分析了黑龙江省农业面源污染研究现状、水环境调查研究现状、面源污染机理及模型研究等。14年来，黑龙江省的面源污染研究虽然取得了一定的进展，但是还存在很多不足之处，对于黑龙江省面源污染未来的研究展望笔者建议从以下几个方面开展：

在全国的面源污染研究中，黑龙江省起步相对较晚，研究的范围较小，深度较浅，但总体上都有所提升。相关研究基本集中于松花江流域，关于牡丹江及地处大面积农业种植区的嫩江流域的相关研究报道很少。研究方法从水质监测调查到小区测量再到模型模拟，也在不断的改进提高。

在农业面源污染研究方面，以调查研究数据来取得农业面源污染负荷的文献居多，而面源污染物在径流中运移状况研究几乎没有，尤其是黑龙江省耕地面积大，耕种垄长较长，在耕地中N、P随径流进入水体的研究还有待于开展相关研究。在农业面源污染的治理研究方面，美国、欧盟及日本等发达国家在面源污染治理方面采取立法、鼓励农户采取新技术及政府补贴等全方位的措施加以应对，取得了较好的效果[44]。我国在农业面源污染治理方面还没有专门的立法。在农户对面源污染治理方面，黑龙江省仅有相关研究关注农户对于面源污染产生所起的作用[45]，并没有关于农户对于面源污染治理方面的相关的文献研究，这在黑龙江省未来的面源污染治治理研究中也是一块重要的研究领域；在我国面源污染治理新技术中[46]，黑龙江省只有关于湿地对于农业面源污染物的去除与拦截研究，其余的相关新技术及关于水土流失对面源污染治理的研究报道几乎没有。

在面源污染机理研究方面，黑龙江省几乎还是一片空白，而在全国已经开展成熟的模型研究，黑龙江省的相关报道也是微乎其微，因此关于黑龙江省的面源污染研究还有更多更广阔的空间去开展。