1.引言
农业被视为国家经济高速发展和粮食安全的支柱产业，但其发展面临着水资源和土地资源的双重制约。这两个刚性制约因素对农业的发展起着关键性作用。水资源和土地资源的短缺将直接威胁到农业的生产活动，特别是对作物的种植产生不利影响。实际上，由于水资源和土地资源在地理分布上的不匹配，水资源的稀缺性对区域农业发展的制约更为显著。据农粮组织的报告显示，高达60%的灌溉区域正面临严重的水资源短缺问题[1-2]。更令人担忧的是，为了满足农业生产的需要，全球约41%的灌溉水是通过削减最初用于生态系统的水来获取的[3]。因此，农业水和土地资源的有效利用对于农业及其相关领域的可持续发展至关重要。必须采取措施来保护和合理利用这些资源，以确保农业生产的稳定性和可持续性。
中国作为农业大国，其耕地面积占据世界的7%，约为1.3亿公顷，这一庞大的耕地面积在世界上人口众多的国家中发挥着关键作用，为全球22%的人口提供了粮食和生计保障[4-5]。然而，由于气候和人为因素的影响，中国的水土资源空间分布严重不匹配，且水资源短缺问题日益加剧。这种错位的空间分布对农业发展带来了巨大的挑战，成为制约农业可持续发展的主要障碍之一，特别是对于水资源的合理利用和陆水资源的均衡分配方面。在这种背景下，农业水土资源综合配置成为了解决这些问题的重要手段。农业水土资源综合配置旨在通过科学技术和管理手段，在特定的区域和作物灌溉季节内，对有限的灌溉水资源和土地资源进行合理分配，以实现社会、经济和生态目标。通过合理配置，可以提高农业水土资源的利用效率，减少环境污染，从而推动农业的可持续发展。农业水土资源综合配置的核心在于实现资源的优化利用和互补性配合。通过科学的规划和管理，可以使得不同地区和季节的农业水需求与土地资源的供给相匹配，减少资源的浪费和过度开采，提高资源利用的效率。同时，合理配置还可以减少农业活动对生态环境的影响，保护土壤和水体的生态功能，维护生态平衡。总之，农业水土资源综合配置是实现农业可持续发展的重要路径之一。通过科学规划和管理，可以最大限度地发挥农业水土资源的潜力，实现农业生产、社会经济和生态环境的协调发展，为实现农业的可持续发展做出积极贡献。
1.1农业面源污染的国内外研究现状
面源污染，也称为非点源污染，包括了土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药、各类大气颗粒物等，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等途径输入水体、土壤或大气环境。由于其监测困难、来源广泛和不确定、发生随机和滞后的特点，治理十分困难[6]。国外对于面源污染最早的研究可以追溯到20世纪50年代，当时通过SCS曲线代码、USLE软件等对土壤侵蚀和径流关系进行了研究。在60年代，随着计算机模拟技术的兴起，开始尝试运用模型求解降雨径流和土壤侵蚀关系，但由于计算机价格昂贵，这一方法并没有得到广泛应用。直到70年代，随着计算机模型的普及，通过计算机模型量化农业面源污染开始普及，方法主要包括经验统计模型、分析模型、机理模型、农业化学品运输模型、统一运输模型、农药迁移、径流模型和输出系数模型等。其中，输出系数模型最早由Norvell提出[7]，指定不同土地利用类型，假设其对水体的污染负荷与该土地利用类型下的面积相关，这一模型相对简单。Johnes[8]提出了考虑种植作物类型、人类生产生活、牲畜禽类以及降雨冲刷影响的输出系数模型，成为计算面源污染最为经典的模型。
到了80年代，面源污染模型开始注重实用和管理方面的研究，出现了农业管理系统的化学品径流和侵蚀模型、农田尺度侵蚀生产力模型、流域尺度面源污染模拟模型等。90年代，随着地理信息系统（GIS）技术的快速发展，开始应用于面源污染的研究中。由于GIS具备强大的能力，可以提取和输出空间数据，可以考虑面源污染空间参数定量不确定性，因此开始应用到面源污染的量化中[9]。
美国农业科学研究院（USDA-ARS）推出了化学品、农业管理制度的径流侵蚀集中式模型；美国土壤保持局、林业部、农业部农业研究所和内政部联合普林斯顿大学推出了水侵蚀预测集中式模型；Leon [10]等提出了水文模拟分布式模型；Williams和Arnold[11]提出了SWRRB模型；美国农业部Jeff Arnold博士开发了SWAT模型成为模拟面源污染的经典模型。
在国内，对于面源污染的研究始于20世纪80年代，但当时的研究仅限于对面源污染监测数据的机理研究和经验公式。直至90世纪中后期，随着地理信息系统（GIS）技术的发展，国内面源污染研究进入了繁荣时期。最初的研究范围主要围绕着洪水，但随后的研究发现，即使控制了点源污染，也无法改善应用水质，于是对面源污染有了更全面、更深刻的认识，研究也逐渐扩展。随着计算机技术的不断发展，软件模型、3S技术（即遥感、地理信息系统和全球定位系统）以及GIS技术的应用逐渐成熟，为面源污染量化提供了有利的工具和方法。这些技术的发展为研究人员提供了更准确、更全面地分析面源污染的能力，为面源污染的研究提供了更为有力的依据。从20世纪80年代至今，国内对面源污染的研究经历了从简单的监测数据分析到借助先进技术手段进行全面深入研究的演变。这些技术的应用使得研究者们能够更好地理解面源污染的来源、分布规律以及对环境的影响，为制定更有效的污染防治策略提供了重要支持。
2.农业面源污染的来源及特点
农业面源污染是指来自农业活动的污染物在雨水或灌溉水的冲刷作用下，被带入河流、湖泊和地下水等水体中的现象。这种污染形式已经成为全球水资源面临的重要挑战之一。
2.1 农业面源污染的来源：
农业面源污染主要来源于化肥、农药、畜禽养殖排放等活动，其污染物种类多样，包括硝酸盐、铵根离子、重金属、有机磷、农药、病原微生物、寄生虫和抗生素等。这些污染物的排放不仅对土壤、水体和大气等环境产生不利影响，还会威胁到人体健康。中国农业的化肥使用量巨大，平均施用量约为400 kg/hm2。过量的化肥施入土壤会导致土壤板结、酸化、硝酸盐积累等问题，而残余的氮磷等营养物质进入水体则会导致水体富营养化。此外，由于土壤淋滤，很多地区的地下水中硝酸盐和亚硝酸盐超标严重，进而危害人体健康。农业生产过程中，化肥和农药的施用会造成70%以上的损失率，并且会对大气造成污染。畜禽养殖产生的气体排放包括氨气、硫化氢等有害气体，如果未经净化处理直接排放到大气中会加剧空气污染。此外，畜禽粪污的处理和利用也可能导致土壤养分和盐分的快速累积，增加土壤的污染风险。另外，抗生素在动物粪污中的残留和流失也会导致环境的生态污染。除了以上提到的污染物外，农业面源污染还包括重金属、病原微生物和寄生虫等，这些污染物也对环境和人体健康造成威胁。例如，长期使用含有Cd的磷肥会导致土壤中Cd的积累，增加了水体污染的风险。
鉴于农业面源污染的来源和特点，传统的监测方法往往难以有效监测，导致其控制难度大、成本高。因此，通常需要通过污染模型模拟分析其来源和量级，以制定高效适宜的防控措施。这些措施旨在减少和消除农业面源污染对土壤、农作物、水体和大气等环境的危害，以实现农业的可持续发展。
2.2 农业面源污染的特点
点源分散：农业面源污染的特点之一是其点源分散性。与工业污染源不同，农业污染源通常分布在广阔的农田和养殖场中，难以集中管理和控制。
季节性变化：农业活动具有明显的季节性，导致农业面源污染的产生也呈现季节性变化。在农业生产的旺季，化肥施用、农药喷洒和农田排水等活动增加，从而加剧了污染的程度。
累积效应：农业面源污染具有一定的累积效应。长期以来，农业活动不当导致的污染物积累在土壤和水体中，难以迅速清除，进而影响水体的持续质量。
影响范围广泛：农业面源污染对水体生态系统的影响范围广泛，不仅影响水质，还会破坏水生生物栖息地，降低水体的生态功能。
难以监测和控制：由于农业面源污染的点源分散、季节性变化和累积效应，其监测和控制难度较大。需要采取多种手段和综合措施，从源头上减少污染物的输入，才能有效控制农业面源污染。
2.3 农业面源污染的危害
农业面源污染对人类健康、生态系统和社会经济都带来了严重的危害。以下是农业面源污染的主要危害：
水质恶化：农业面源污染导致水体中氮、磷等营养物质和农药残留物的浓度增加，使水体发生富营养化现象。过量的营养物质会导致藻类爆发生长，引发藻华，造成水体浑浊、臭味，严重影响饮用水安全和水生生物的生存环境。
生态系统破坏：农业面源污染对水生生物和陆地生态系统造成严重破坏。水体富营养化导致水生生物群落结构和功能受损，大量藻类的生长消耗了水中氧气，引发水体缺氧，导致鱼类死亡。同时，水体中的农药残留物也对水生生物产生毒性影响，破坏生物多样性。
土壤退化：农业面源污染使土壤中的营养物质、化学物质和重金属等污染物质积累增加，导致土壤质量下降、结构疏松、肥力降低。这不仅影响了农作物的生长发育，还导致土壤侵蚀和水土流失加剧，加速土地沙化和退化的进程。
农产品安全问题：农业面源污染使农产品中农药残留物和重金属含量超标，存在安全隐患。长期摄入含有农药残留物的农产品可能对人体健康造成慢性毒性影响，引发各种健康问题，如癌症、神经系统疾病等。
经济损失：农业面源污染给农业生产和社会经济带来了巨大损失。受污染影响的水体不能用于灌溉和农业生产，降低了农田的产出和经济效益。同时，水体污染还影响了渔业和水产养殖业的发展，造成相关产业的经济损失。
社会影响：农业面源污染引发的水质问题和农产品安全问题会引起公众的担忧和不满，导致社会舆论压力增加，对政府形象和稳定产生负面影响。此外，水资源短缺和水质恶化也可能导致社会不稳定，加剧社会矛盾和冲突。
3.农业面源污染的防治技术
农业面源污染是指由农业活动产生的污染物，如化肥、农药、畜禽粪便等，通过雨水或灌溉水的冲刷作用进入水体，引发水体污染的现象。这种污染形式对生态系统、水资源和人类健康都产生了严重的危害。为了有效防治农业面源污染，需要采取一系列技术手段和管理措施。以下是一些常见的农业面源污染防治技术：
表1 农业面源污染防控技术
4.结论与展望
农业面源污染作为一个全球性的环境问题，对农业生产、水资源、生态环境以及人类健康造成了严重影响。近年来，国内外对农业面源污染的研究取得了显著进展。从土壤侵蚀到农药残留，再到养殖废水等不同方面，研究者们通过模型模拟、遥感技术、地理信息系统等手段，深入分析了污染物的来源、分布规律及影响因素，提出了一系列的防治措施和管理策略。随着计算机技术、遥感技术和GIS技术的不断发展，面源污染研究的方法和手段也日益丰富和多样化。软件模型、3S技术的应用为面源污染的定量分析提供了有力支持，使研究者能够更准确地评估污染物的迁移转化过程和影响范围。尽管取得了一定的研究成果，但仍然面临着诸多挑战和问题。面源污染的治理难度大，因其具有来源广泛、时空变异性强等特点，使得治理工作更加复杂和困难。此外，农业生产模式的不合理、农药使用过量等问题也给面源污染的治理带来了一定的阻碍。
因此，加强政策法规的制定和实施，建立健全的监测体系和管理机制，是有效治理农业面源污染的关键。政府部门应加强监管，规范农业生产行为，推动绿色农业发展，促进农业可持续发展。
综合治理：应加强综合治理，采取多种手段并举的方式，结合土地利用规划、生态修复、农业技术创新等措施，全面提升农业面源污染治理效果。
科技创新：在技术上不断创新，加强基础研究和应用技术的开发。利用人工智能、大数据分析等新技术，提高面源污染监测、预测和管理的精准度和效率。
跨部门合作：加强跨部门协作，建立起农业、环保、水利等多部门之间的信息共享和协调机制，形成合力，共同应对面源污染挑战。
公众参与：加强公众参与和意识提升，提高社会各界对面源污染治理的关注度和参与度，形成全社会共同参与的良好氛围。
国际合作：加强国际合作与交流，借鉴国际先进经验和技术，共同应对全球性环境问题，推动农业面源污染治理的国际合作进程。
农业面源污染治理是一个系统工程，需要政府、企业、科研机构和公众共同参与，形成合力，共同促进农业可持续发展，维护生态环境的健康和稳定。只有通过持续不断的努力，才能实现农业生产和环境保护的双赢局面。
参考文献
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