梨树县农业非点源污染磷指数风险评价研究

【摘 要】随着社会经济的发展，农业非点源污染问题已日益严重。利用磷指数法对梨树县的农业非点源污染磷流失风险进行评价。根据磷素的不同流失程度、风险等级，提出相应的管理措施及建议。

【关键词】非点源污染；磷指数；地理信息系统；危险性；风险评价

1.研究区域概况

研究区域自然条件及社会经济概况。

梨树县位于吉林省西南部，辖内21个乡镇。属北温带半湿润季风大陆性气候。地上水资源比较丰富，但开发利用很不充分。农业是梨树县的基础产业，素来就有黄金玉米带之美誉。

2.农田磷指数风险评价体系的建立

2.1基本数据信息获取

本研究用到的数据主要有图形资料、降雨量数据、研究区域调查资料等。

2.2空间数据库的建立

通过地理信息系统软件对信息数据的提取，数据赋值，空间插值，公式计算，图层叠加等一系列步骤，建立评价指标体系，得到磷指数值，确定研究区磷流失的不同危险等级，从而进行研究区域内的磷指数风险评价。

3.磷指数法的具体应用

本文进行评价的方法，磷指数法采用宾夕法尼亚的索引版本8/2002。

第一部分：筛选工具

当研究区域满足土壤有效磷（Mehlich-3）>200mg P kg-1，或满足污染源距河流的贡献距离

第二部分：因子

A部分：来源因子

表3-1 来源因子

Table 3-1 source factors

土壤有效磷比率=0.20×（Mehlich-3）P（mg Pkg-1） （3-1）

化肥磷比率=化肥P含量×方法 （3-2）

有机肥磷比率=有机肥P含量×方法×有效性 （3-3）

来源因子=土壤有效磷比率+化肥磷比率+有机肥磷比率 （3-4）

B部分：迁移因子

表3-2 迁移因子

Table 3-2 Transport factor

*或在小河附近迅速的渗透性土壤

运输总和=土壤侵蚀+径流潜力+地表水体连通性+径流贡献距离 （3-5）

迁移因子=修改连接因子×（运输总和/22） （3-6）

磷指数（PI）值=2×来源因子×迁移因子 （3-7）

表3-3 磷指数的危险等级和管理指导

Table 3-3 Risk classes and management guidance for the phosphorus index

3.1来源因子的获取

3.1.1土壤有效磷

将研究区域各采样点获得的土壤速效磷含量转化为（Mehlich-3）P[1]，通过公式（3-1），转化为土壤有效磷比率，生成梨树县的土壤有效磷比率的空间分布数据图。经计算，梨树县土壤有效磷比率的均值为26.82mg/kg。

3.1.2施肥因子

通过实地调查，研究区域的施肥时间比较集中，化肥施用方式多以基肥为主，施肥时间主要集中在4-8月，一般施在土壤以下2cm左右。施肥多依赖化肥，所以本次评价不考虑有机肥的因素。结合当地施肥现状，将施肥因子中各相关方面对于不同地点给予相应赋值。

3.2迁移因子的获取

3.2.1土壤侵蚀量的计算

美国土壤流失通用方程（USLE）是目前估算高地侵蚀造成的土壤流失最普遍的估算式，也是当今世界上应用最为广泛的水蚀模型。表达式为：

A=R×K×L×S×C×P （3-8）

（1）降雨侵蚀力因子R。

本研究应用的是由梨树县气象局提供的近十年的降雨数据。整理得出多年月平均降雨量及年平均降雨量，利用降雨侵蚀力因子R的计算公式，求得该区的年降雨量为468.36mm，R值为26.16。

（2）土壤可蚀性因子K。

土壤可蚀性因子K反映不同土壤的潜在侵蚀性，K值越大，侵蚀敏感度越高，越易被侵蚀。相反，K值越小，侵蚀敏感度越低，也越不容易被侵蚀。K值大小与土壤粒度结构、土壤物理性质、机械组成、土壤有机质含量、土壤渗透性等息息相关。本文采用1995年，陈明华等人[2]建立的土壤可蚀性K值的计算公式：

K=10-3（164.8-2.31X1+0.38X2+2.26X3+1.31X4-14.67X5） （3-9）

利用ArcGIS软件，以梨树县土壤类型图作为底图，对研究区域gird图层进行相应的赋值，在计算机上可以获得土壤可蚀性K值空间分布。

（3）坡长、坡度因子LS。

有关地形因子LS的计算，本研究采用的是由W.H.维希迈尔和D.D.史密斯提出的，在我国应用较多[57-59]的计算公式。利用数字高程图确定坡度因子S以及坡长因子L。

LS=（L/22）0.3（θ/5.16）1.3 （3-10）

（4）地表植被覆盖因子C。

地表植被覆盖因子C值受影响因素较多，取值变化较大，很难确定其固定的值。因此本研究中对于C值得确定，通过参考查阅相关文献获得。

（5）水土保持措施因子P。

水土保持因子P无变化规律。根据研究流域土地利用现状，参考相关文献，确定P值，赋值后获得水土保持措施因子P值的空间数据图。

（6）土壤侵蚀量计算。

根据公式（3-8）获得土壤侵蚀量，从而确定土壤侵蚀分级，大部分地区土壤属于微度侵蚀，极少地区属于轻度侵蚀。

3.2.2径流潜力因子

本研究选用年径流深作为衡量径流对磷流失的影响指标。年径流深是指年径流量均匀地铺在整个流域上所相当的水层深度。通过查资料，确定径流深分级。根据梨树县年径流深度，将径流潜力因子赋值。

3.2.3地表水体连通性

根据研究区域考察情况，梨树县地区水稻田只有少量的排水沟零星分布于农田中，受经济条件限制，并不成一定规模，故相应等级为中，而旱地及其他非耕地地区则没有排水系统，相应等级为低，将各区域分别赋予相应的等级分值。

3.2.4径流贡献距离

径流贡献距离是指农田到最近水体的直接距离。在本研究中，运用地理信息系统量测得到农田各点到流域的距离。在宾夕法尼亚磷指数方法中，将距离因子分为五个等级，赋值并进行空间插值，形成径流贡献距离因子空间分布图。

3.2.5修改连接因子

通过土里利用图，可以看出，梨树县大部分河道和湖泊周围坡岸都没有建立植被缓冲带，只有部分地区有少量草皮，所以将修改连接因子赋值为1。

3.3磷指数的计算

将来源因子和迁移因子中各相关因子的各个空间分布图层设置相同大小的栅格，然后统一到同一坐标系中，利用栅格计算器功能，通过磷指数公式、图层叠加等操作，计算磷指数PI的值，形成梨树县磷指数值空间分布图。

4.研究结论

将研究区域按照农业非点源污染磷指数风险等级低、中、高、很高进行等级划分。研究表明，流域中磷素流失的危险等级为低的占研究区域面积的68%，主要分布在梨树县的中部，磷指数流失的危险等级为中的占31%，主要分布在梨树县的东南部，危险等级为高和很高的占1%，零星分布于石岭子镇、叶赫满族镇。

通过研究确定农业非点源污染磷流失的关键因子，磷流失危险等级的高低主要受土壤有效磷、磷肥施用量、地形坡度和土地利用类型以及污染源距河流距离的远近等关键因子的影响。其中土壤有效磷、磷肥施用量以及研究区的地形因子（坡度、坡长）主要起着比较大的作用。同时得出磷素流失的危险等级共同取决于源因子和迁移因子两个方面，任意单方面都不能单独决定农业非点源磷污染危险等级的大小。

根据研究区域不同的磷素磷流失程度、风险等级，提出控制污染源和控制污染物扩散途径等相应的管理措施及建议，为非点源污染的治理问题提供重要的科学依据。

【参考文献】

[1]宋建兰，崔建宁，薛会英，江荣风.Mehlich-3方法测定土壤有效养分的相关性研究[J].首届全国测土施肥技术研讨会论文集，2007（3）：188-192.

[2]陈明华，周伏建等.土坡可蚀性因子的研究.水土保持学报，1995，9（1）：19-24.