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基于GIS的农业面源污染防控技术 研究与应用

2020-07-27 发布
首页 / 毕业论文 491 0 0

liubing123

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0引言
2016年,农业部关于农业面源污染防治会议中提出,坚持把农业环境保护与治理作为实现现代农业的重要措施,实现“一控两减三基本”的农业面源污染防控目标,为建设美丽新农村、绿色生态新农业保驾护航。国家统计局年度数据如表1所示,从表中可以看出我国农用塑料薄膜从2007年的193.75万吨到2015年的260.36万吨,增长了66.61万吨;农用化肥施用量从5108万吨增长到6022.60万吨,增长了914.6万吨;农药的使用量从162.28增长到178.30,增长了16.2万吨;牛、羊、家禽的出栏量从2007年至2015年分别增加了643.87、3901.99和240853.56万。随着我国人口的不断增加,耕地面积的逐渐减少,土地资源日益紧张,通过大棚、覆膜提高农产品种植产量,利用各类农药化肥对农田进行除害增产,同时人们对畜禽产品的需求增加,刺激了畜禽产品的生产,直接或间接的导致我国农业面源污染问题的日益加剧。


1国家年度统计数据
file:///C:\Users\ying\AppData\Local\Temp\ksohtml8380\wps1.png指标
年度
用塑料薄膜使用量(万吨)
农用化肥施用折纯量(万吨)
农用氮肥施用折纯量(万吨)
农用磷肥施用折纯量(万吨)
农药使用量(万吨)
牛出栏数量(万头)
羊出栏数量(万只)
家禽出栏量(万只)
2015
260.36
6022.60
2361.57
843.06
178.30
5003.37
29472.70
1198720.6
2014
258.02
5995.94
2392.86
845.34
180.69
4929.15
28741.60
1154167.1
2013
249.32
5911.86
2394.24
830.61
180.19
4828.15
27586.80
1190459.0
2012
238.30
5838.85
2399.89
828.57
180.61
4760.90
27099.55
1207704.3
2011
229.45
5704.24
2381.42
819.19
178.70
4670.68
26661.52
1132715.2
2010
217.30
5561.68
2353.68
805.64
175.82
4716.82
27220.15
1100578.0
2009
207.97
5404.40
2329.90
797.70
170.90
4602.17
26732.89
1060945.0
2008
200.69
5239.00
2302.88
780.08
167.23
4446.10
26172.34
1022155.7
2007
193.75
5108.00
2297.21
773.02
162.28
4359.50
25570.71
957867.0
   




农业面源污染是土壤、河流、湖泊的重要污染源之一,影响粮食安全,制约我国现代绿色农业和经济的可持续发展。同时农业面源污染还存在着污染物数量巨大、污染范围广、污染时间长,给农业面源污染的监控与治理带了很大的问题。而目前我国对农业面源污染的研究工作主要是对农业面源污染现状、污染物形成机制、污染补偿政策等方面的研究[1-7]。随着科技的发展,GIS技术(Geographic Information System,GIS)凭借其对空间数据采集、表达、处理、管理、查询与分析及可视化表达等能力,以及GIS对空间数据模型的建立、各种专题图的建立、空间数据的质量评价等功能,被广泛的应用于林业、农业、交通运输、环境保护等各个领域。但将GIS技术应用与农业面源污染防治的研究比较少,利用GIS技术强大的空间数据处理、存储、表达功能,对唐山地区农业面源污染进行空间表达[8-12]。探讨将GIS技术更好的应用与农业面源污染的防控过程中去。
1研究区域概况与数据来源
    唐山市,位于河北省东部,南临渤海,北依燕山,毗邻京津,是京津唐工业基地中心城市,总面积为13472平方千米。本文的研究数据主要来自唐山市11个区县共计152个采样点的土壤。利用专家咨询法,选择了测定土壤中的有机质、氮元素、速效磷、速效K,以及土壤PH值对唐山地区农业面源污染进行分析。采用0.5M碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤中速效磷,利用重铬酸钾法测定土壤中有机质含量,采用扩散法测定土壤中氮的含量,采用火焰光度计测定土壤中速效钾含量。运用ArcGIS10.4软件进行空间数据表达与专题图绘制,同时进行空间数据处理与存储。
2农业面源污染现状分析
通过实验得出唐山地区11个区县土壤中PH值、有机质、氮元素、速效磷、速效K,如表2所示,表3为全国第二次土壤普查推荐的土壤肥力等级。从表2中数据可以看出,玉田县土壤中的N元素含量高达63.0487mg/kg,迁西县的N元素含量高居第二是41.9160mg/kg。相比表三中数据,唐山市各地区土壤中氮元素的含量较低,最高等级为4级。同时,唐山地区土壤中有机质的含量最高的为丰南区,含量分别为0.6160mg/kg。根据表3中土壤肥力等级中分级标准,可以看出唐山地区土壤有机质含量极低,土壤肥力很低,绝大多数为6级,只有丰南区土壤肥力为5级。从土壤中氮元素和有机质含量可以看出,唐山地区土壤肥力较差,土壤贫瘠,为了增加农作物的产量,大都通过给土壤增施肥料的方法,而长期大量化肥的施用会造成土壤面源污染。迁安市、曹妃甸区的速效磷含量分别为153.8426mg/kg和123.5200mg/kg。速效钾含量较高的两个城市为迁安市和曹妃甸区,含量分别为632.1524mg/kg,598.4159mg/kg。结合表3中数据,可以看出唐山地区土壤中磷钾的含量较高,但有机质含量却很低,可以看出,唐山地区土壤中多施磷肥、钾肥,也造成了土壤中磷、钾元素的污染。
2土壤中NPKPH、有机质含量
区县
N
mg/kg
P
mg/kg
K
mg/kg
PH
有机质
(%)
迁西县
41.9160
53.1184
490.2784
8.41
0.3855
遵化市
37.4915
77.5753
524.2547
8.362
0.3727
迁安市
27.6646
153.8426
632.1524
8.376
0.3641
丰润区
13.4131
67.6945
389.7521
8.42
0.2528
滦县
19.2115
20.4625
401.2587
8.37
0.1851
玉田县
63.0487
52.2249
451.2356
8.362
0.4807
市区
14.6706
27.6966
418.1214
8.3870
0.4494
滦南县
25.3825
10.0210
300.5264
8.312
0.2938
丰南区
24.4510
27.6337
485.2652
8.324
0.6160
曹妃甸区
19.5674
123.5200
598.4159
8.374
0.3545
乐亭县
27.6646
82.6209
562.1047
8.29
0.3338
3 土壤养分分级标准 
项目
有机质(%
氮元素
mg/kg
速效磷
mg/kg
速效钾
mg/kg
级别
含量
1
>4
>150
>40
>200
2
3~4
120~150
20~40
150~200
3
2~3
90~120
10~20
100~150
4
1~2
60~90
5~10
50~100
5
0.6~1
30~60
3~5
30~50
6
<0.6
<30
<3
<30


同时本文通过建立关联ID将唐山地区土壤实验中的N、P、K、PH以及土壤有机质含量数据导入到唐山地区各区县的空间数据,建立空间属性数据。运用ArcGIS10.4软件制作了唐山地区氮含量与土壤PH值专题图、唐山地区磷钾含量专题图、土壤有机质含量专题图


file:///C:\Users\ying\AppData\Local\Temp\ksohtml8380\wps2.pngfile:///C:\Users\ying\AppData\Local\Temp\ksohtml8380\wps3.pngfile:///C:\Users\ying\AppData\Local\Temp\ksohtml8380\wps4.png
从唐山地区氮元素含量专题图中可以看出,唐山地区中西北部土壤中氮元素含量较高,而中部地区氮元素含量最低,东南地区氮元素含量适中。从唐山地区土壤磷钾含量专题图中,可以看出唐山地区北部、东南部地区磷钾含量较高。土壤中有机质量专题图中,唐山地区土壤有机质含量在西北部地区较高,中南部地区土壤有机质含量较低。结合表2、表3数据,可以得出唐山地区各区县土壤肥力较低,磷钾肥施用量较大。为保证唐山地区农作物产量,同时要满足粮食安全,因此建立合理的施肥模式尤为重要。
3唐山地区农业面源污染的防治与建议
    3.1建立合理的施肥模式与方法
针对唐山地区土壤农业面源污染现状,提出建立合理的施肥模式。我国对化肥的使用已有十多年的历史,化肥对农作物的产量增收也是功不可没,但大量化肥的施用,对土壤造成的极大的负担同时也造成化肥的浪费。施肥是农业生产过程中必不可少的,也是农民增产增收的直接方法,针对合理施肥,建立合适的施肥模式与方法。
第一,农民是农业的主人,因此,加强对农民的培训与教育,使农民相信科学,相信技术,摒弃传统的施肥越多、产量越高的施肥理念。
第二,建立合理科学的施肥方式方法。采用精准的农药施用技术,推广绿色的防控技术,减少农药的使用。
第三,政府建立奖惩措施,鼓励农民采用新的替代技术,例如鼓励农民使用缓释肥、采用有机肥+的施肥模式,有机肥+缓释肥、有机肥+复合肥等等。
3.2建立基于WebGIS农业面源污染信息系统
随着WebGIS的迅猛发展与应用,使得GIS技术更进一步的应用到农业面源污染防控过程中,而建立针农业面源污染信息系统,对农业面源污染进行实时监控,同时将WebGIS应用到农业面源污染防控过程是十分必要的。农业面源污染信息系统的建立可以实现对农业化肥农药、农膜的监测和管理。结合数据库技术、地理信息系统技术、管理信息系统技术实现一个集数据处理、存储、分析、管理、决策与一体的农业面源污染数据分析系统,同时设计空间展示、数据查询、统计分析、成果导出等功能,可以将农业面源污染属性数据与空间数据结合起来,形成一个有机的整体。为农业面源污染预测和预报提供可靠的宜居,为农业环境污染治理决策提供较为快速准确的技术支持,提高农业面源污染普查数据的利用价值、规范农业面源污染的排放行为。
4结语
本文以唐山市为例,采集了11个区县152个采样点土壤,通过实验测得土壤中氮元素、磷元素、钾元素、PH值、土壤有机质的含量,得出唐山地区土壤肥力较低,为保证农作物产量,化肥施用显得尤为重要,本文提出建立精准施肥、有机肥+的施肥方式。同时本文利用ArcGIS10.4软件制作专题图来展示唐山地区农业面源污染现状,将GIS的强大的空间数据处理能力,对唐山地区土壤数据进行处理,虽然将GIS技术应用到农业面源污染领域之中,但如何能更好的将GIS技术应用到农业面源污染领域当中,更好的对农业面源污染数据进行实时监控,建立基于GIS的农业面源污染防控系统,在今后还有待研究。同时将WebGIS应用到农业面源污染的防控过程中。
5参考文献
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