常明慶，王 平，周小玲，黃忠良

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境工程研究所，湖南 長沙 410004；2.四川省環(huán)境保護科學(xué)研究院，四川 成都 610041；3.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004)

林業(yè)非點源污染研究進展

常明慶1,2，王 平1*，周小玲3，黃忠良3

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境工程研究所，湖南 長沙 410004；2.四川省環(huán)境保護科學(xué)研究院，四川 成都 610041；3.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004)

非點源污染作為目前影響水環(huán)境質(zhì)量的重要污染源，已引起廣泛關(guān)注，并成為研究熱點之一，但其研究重點主要集中在農(nóng)業(yè)非點源污染領(lǐng)域。而林業(yè)非點源污染對山區(qū)、丘陵等區(qū)域地表水體的水質(zhì)有重要的影響，尤其是采伐、整地、使用化學(xué)物質(zhì)和林火等林業(yè)活動對水質(zhì)的影響更大，因此開展林業(yè)非點源污染的研究，制定相應(yīng)的防治措施具有重要的意義。

林業(yè)； 非點源污染； 水質(zhì)

水環(huán)境污染通?？梢苑譃辄c源(Point Source)污染和非點源(Non-point Source)污染。美國清潔水法修正案(1977年)對非點源污染的定義為：污染物以廣域的、分散的、微量的形式進入地表及地下水體而引起的污染[1-2]。近年來，點源污染的重視程度和控制水平不斷提高，而非點源污染由于涉及范圍廣、控制難度大，已成為影響水環(huán)境質(zhì)量的重要污染源[3]。但是國內(nèi)外有關(guān)非點源污染的研究主要集中在與農(nóng)業(yè)非點源污染相關(guān)的領(lǐng)域，而對林業(yè)非點源污染還沒有給予足夠的重視，缺少系統(tǒng)的研究和論證，因此探討林業(yè)非點源污染的研究現(xiàn)狀和進展具有重要的意義。

1 非點源污染研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代，美、英、日等國率先開展了非點源污染的研究，70年代起開始系統(tǒng)化研究，并付于管理實踐。其中美國是世界上少數(shù)幾個對點源和非點源污染進行全國性系統(tǒng)控制研究的國家之一[4]。美國1972年的《清潔水法》首次將非點源污染控制納入國家法規(guī)，1987年的《清潔水法修正案》規(guī)定各州都要將非點源污染治理列入州政府議事日程[5]。我國真正意義上的非點源污染研究始于北京市徑流污染的研究及20世紀(jì)80年代初的全國湖泊、水庫富營養(yǎng)化調(diào)查和河流水質(zhì)規(guī)劃研究[6]。90年代以來，農(nóng)藥、化肥污染的特征及影響因素研究和黑箱經(jīng)驗統(tǒng)計模型在農(nóng)業(yè)非點源污染研究方面占據(jù)了重要地位[7]。

1.1非點源污染的特點和類型

非點源污染的特點可以歸結(jié)為不確定時間、不確定途徑和不確定量等[8-9]。具體來講，主要的特點有：隨機性、廣泛性、復(fù)雜性、滯后性、時空性、具有初期效應(yīng)[10-11]。

非點源污染的污染源歸納起來一般包括以下方面：土壤的侵蝕和流失；農(nóng)用化學(xué)制品的應(yīng)用；城鎮(zhèn)地表徑流；農(nóng)田污水灌溉；礦區(qū)、建筑工地徑流；大氣干、濕沉降；林區(qū)地表徑流；旅游污染；水體人工養(yǎng)殖；農(nóng)村生活污水；分散形式畜牧業(yè)養(yǎng)殖廢水；底泥二次污染等[9,12]。賀纏生等[13]根據(jù)非點源污染的發(fā)生區(qū)域和過程將其分為城鎮(zhèn)地表徑流污染、農(nóng)業(yè)流域非點源污染、礦區(qū)和建筑工地地表徑流污染、林區(qū)地表徑流污染、大氣降水污染等。

1.2非點源污染的表現(xiàn)和危害

非點源污染是溶解性或固體污染物在大面積降水和徑流作用下匯入水體而引起的污染，這些污染物是指諸如大氣懸浮物，城市垃圾，禽畜排泄物，農(nóng)田、土壤中的化肥、農(nóng)藥、重金屬，以及其他有毒、有害物質(zhì)等[14]。非點源污染主要表現(xiàn)為氮、磷等植物養(yǎng)分、農(nóng)藥、重金屬及鹽類污染物等，通過地表徑流與下滲過程污染水體，其結(jié)果不僅加重了湖泊、水庫、海灣等水體的富營養(yǎng)化，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)、降低水體溶解氧和減少生物多樣性，并且，在土壤中逐漸積累的污染物質(zhì)也構(gòu)成了對地下水的極大威脅，從而引起地表水和地下水中污染物含量超標(biāo)，導(dǎo)致水質(zhì)嚴(yán)重惡化[15-16]。

1.3非點源污染的研究方向

樊娟等[17]對目前國內(nèi)外非點源污染的統(tǒng)計表明，非點源污染研究主要集中在調(diào)查與評價、模型研究和防治技術(shù)三方面。將農(nóng)業(yè)、城市非點源污染負(fù)荷模型與“3S”技術(shù)結(jié)合，與水質(zhì)模型對接，用于流域水質(zhì)管理，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、城市非點源污染研究的新熱點[18]。各種建設(shè)工程的非點源污染也受到了關(guān)注，如高速公路建設(shè)項目、礦山開采項目、半懸索道建設(shè)項目、礦區(qū)、建筑工地的土壤流失量和非點源污染負(fù)荷量的計算研究也有一定的進展[19-20]。

2 林業(yè)非點源污染概念和特點

林業(yè)非點源污染是指林業(yè)生產(chǎn)活動過程中或林區(qū)降雨過程中產(chǎn)生徑流，使得一些污染物隨水流進入林區(qū)的河流(或者湖泊)，從而引起水質(zhì)污染的現(xiàn)象[21]。這些污染物主要包括：

(1) 林業(yè)生產(chǎn)活動或管理過程中的營養(yǎng)物質(zhì)、溫度、有毒化學(xué)物質(zhì)和金屬、有機物、病原菌、除草劑、殺蟲劑等，以及在林業(yè)生產(chǎn)活動中和這些物質(zhì)相關(guān)的其他污染物。所有這些污染物有可能影響河流水水質(zhì)和水生棲息地，并影響地表水和地下水水質(zhì)；森林砍伐也影響了小流域的水文，從而有可能降低水質(zhì)。

其中美國環(huán)保局濕地、海洋、流域非點源污染控制辦公室認(rèn)為林業(yè)非點源污染最應(yīng)該關(guān)注的方面是沉積物，因為沉積物的運輸遷移對于幾乎所有的采伐活動和森林道路的影響是一個長期的過程(超過2年)。

(2) 林區(qū)降雨過程中所發(fā)生的地表侵蝕和徑流，使地表的植物殘體、枯枝落葉及其形成的腐殖物中的營養(yǎng)物質(zhì)隨水流進入水體，在一定程度上形成非點源污染。尤其是在森林砍伐區(qū)，由于原有植被和生態(tài)系統(tǒng)被破壞，可以增加地表徑流和土壤侵蝕，區(qū)域非點源污染的潛在威脅增加。其中影響流域非點源污染負(fù)荷的主要因素有水文地質(zhì)、土壤類型和土壤化學(xué)性質(zhì)、植物類型及覆蓋面積、排水系統(tǒng)密度、降雨特性(雨量、強度、徑流量)等。

林業(yè)非點源污染的特點主要有[21]：

(1) 不確定性：由于林業(yè)非點源污染受到林業(yè)生產(chǎn)活動和降雨(或融雪)形成的徑流的影響作用，而降雨和生產(chǎn)活動時間沒有規(guī)律可循，由此產(chǎn)生的林業(yè)非點源污染也具有不確定性。

(2) 復(fù)雜性：林區(qū)污染物的來源、種類復(fù)雜，林業(yè)生產(chǎn)方式的多樣，使得林業(yè)非點源污染的監(jiān)測、研究、控制和處理困難而復(fù)雜。

(3) 滯后性：森林對大氣降水有很強的緩沖作用，而且可以改變降水的水質(zhì)，非點源污染對環(huán)境的影響有一個量的積累過程，在時間上表現(xiàn)出滯后效應(yīng)。

(4) 時空性：非點源污染負(fù)荷的時間(降雨徑流過程、年內(nèi)不同季節(jié)及年際間)和空間(不同地點)變幅大。

(5) 具有初期效應(yīng)：污染負(fù)荷在徑流初期含量較高，在時間上存在一個較明顯的初期效應(yīng)。

3 林業(yè)非點源污染的研究現(xiàn)狀

林業(yè)非點源污染的來源包括自然原因和人為原因，自然原因包括降雨和植被變化等因素，人為原因包括采伐森林、旅游、放牧和施用化肥、除草劑、殺蟲劑等因素[22]，這些都會引起森林集水區(qū)水質(zhì)的變化。目前林業(yè)非點源污染的研究主要有以下幾個方面：

(1) 森林采伐對溪流水質(zhì)的影響

(2) 林、營林過程中化學(xué)物質(zhì)的使用

林業(yè)施肥始于20世紀(jì)30年代，在北美、澳大利亞和日本等國首先開展試驗研究，主要是為了改善林木營養(yǎng)狀況和促進林木生長，以達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、低成本的營林目的[25]。我國自20世紀(jì)70年代末開始研究楊樹、泡桐、桉樹和杉木等速生用材樹種幼林期的施肥效應(yīng)，并對養(yǎng)分管理理論和技術(shù)進行了探討[26]。這些研究結(jié)果促進了部分造林工程中人工林的施肥，但也在一定程度增加了林地非點源污染的風(fēng)險。

在營林過程中，化肥、殺蟲劑、除草劑等化學(xué)物質(zhì)的使用，會有一部分最終進入溪流，污染水體[27]。為了在急劇減少的土地上可持續(xù)地生產(chǎn)木材，過去的幾十年間美國東南部的森林越來越多地使用化學(xué)物質(zhì)，大約每年有800000hm2森林使用除草劑來控制競爭植物的生長。自1969年以來在美國東南部地區(qū)林用化肥施用量達到了4000000hm2，在1990～1999年間，林用化肥與過去十年相比增加了近800%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界上其他地區(qū)森林施肥，而且這個數(shù)字還在增加，這對水質(zhì)產(chǎn)生了潛在的危害[28]。FOX等[29]研究表明，森林施肥在美國兩大區(qū)域是一個應(yīng)用廣泛的造林措施。在南部，2005年超過485623hm2的火炬松(Pinustaeda)和濕地松(Pinuselliottii)施用了氮肥或氮磷復(fù)合肥；在西北太平洋地區(qū)每年有大約40469hm2花旗松(Pseudotsugamenziesii)使用化肥。

盡管林區(qū)總的水質(zhì)狀況很好，但在采取施肥等林業(yè)管理措施以后潛在地改變了水體質(zhì)量。不過最優(yōu)管理措施(Best Management Practiced,BMPs)在美國實施25年以來的跟蹤研究表明，森林施肥對水質(zhì)指標(biāo)的危害很小或不產(chǎn)生危害[29]。因此，按照最優(yōu)方案施肥還是可行的。

(3) 整地方式對水質(zhì)的影響

(4) 林火引起的森林溪流水質(zhì)變化

4 展望

由于森林與水質(zhì)之間的關(guān)系較復(fù)雜，不僅受到森林、土壤、地質(zhì)、氣象等因素的影響，同時也受到人類活動的影響，以至于很難找出林業(yè)非點源污染影響的主導(dǎo)因素。在今后，應(yīng)綜合多學(xué)科內(nèi)容進行系統(tǒng)和全面的林業(yè)非點源污染的研究，提出一個完善的治理和防治方案。以后的研究應(yīng)主要集中以下幾個方面：

(1) 森林系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的地球化學(xué)循環(huán)機理研究；

(2) 不同的林業(yè)生產(chǎn)活動方式(營林、造林)產(chǎn)生的非點源污染影響；

(3) 不同的林分結(jié)構(gòu)(或樹種)防治林業(yè)非點源污染的能力，并選擇合適的植被恢復(fù)模式；

(4) 建立林業(yè)非點源污染相關(guān)的預(yù)測、評價模型，并提出合理的治理措施。

[1] Novotny V, Olem H. Water Quality: Prevention,Identification,and Management of Diffuse Pollution[M]. New York:Van Nostrand Reinhold Company.1993.

[2] 苑韶峰,呂軍,俞勁炎.氮、磷的農(nóng)業(yè)非點源污染防治方法[J].水土保持學(xué)報,2004,18(1):122-125.

[3] 王少麗,王興奎,許迪.農(nóng)業(yè)非點源污染預(yù)測模型研究進展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2007,23(5):265-271.

[4] 張維理,輯宏杰,KOLBE H,等.中國農(nóng)業(yè)面源污染形勢估計及控制對策 Ⅱ.歐美國家農(nóng)業(yè)面源污染狀況及控制[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2004,37(7):1018-1025.

[5] 曹麗萍,王曉燕,廣新菊.非點源污染控制管理政策及其研究進展[J].地理與地理信息科學(xué),2004,20(1):90-94.

[6] 鄭一,王學(xué)軍.非點源污染研究的進展與展望[J].水科學(xué)進展,2002,13(1):105-110.

[7] 趙慧娟.密云水庫土門西溝小流域非點源污染監(jiān)測與評價[D].北京林業(yè)大學(xué),2007.

[8] Carpenter S R, Caraco N F , Correll D L, et al. Non-point pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen[J]. Ecological Applications,1998,8(3):559-568.

[9] 黃虹,鄒長偉,陳新庚. 中國非點源污染研究評述[J].生態(tài)環(huán)境,2004,13(2):255-257.

[10] 張瑜英,孫麗云,李占斌.城市非點源污染研究進展與展望[J].人民黃河,2007,28(3):42-43.

[11] 沈珍瑤,等.長江上游非點源污染特征及其變化規(guī)律[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[12] Boyer E W, Goodale C L, Jaworski N A, et al. Anthropogenic nitrogen sources and relationships to river nitrogen export in the northeastern U.S.A.[J]. Biogeochemistry, 2002, 57(1):137-169.

[13] 賀纏生,傅伯杰,陳利頂.非點源污染的管理及控制[J].環(huán)境科學(xué),1998,19(5):87-91.

[14] 張中杰.農(nóng)業(yè)非點源污染來源及其防治措施[J].地下水,2007,29(5):98-100.

[15] 陳志凡,趙燁.基于氮素流失對非點源污染研究的述評[J].水土保持研究,2006,13(4):49-53.

[16] Brauer N, Geen A T and Dahlgren R A. Temporal variability in water quality of agricultural tailwaters: implications for water quality monitoring[J].Agricultural Water Management,2009,96(6):1001-1009.

[17] 樊娟,劉春光,石靜,等.非點源污染研究進展及趨勢分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2008,27(4):1306-1311.

[18] 楊愛玲,朱顏明.城市地表飲用水源保護研究進展[J].地理科學(xué),2000,20(1):72-77.

[19] Drapper D, Tomlinson R, Williams P. Pollutant concentrations in road runoff: southeast Queensland case study [J]. Journal of Environmental Engineering,2000,126(4):313-320.

[20] 王和意,劉敏,劉巧梅,等.城市降雨徑流非點源污染分析與研究進展[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2003,16(6):283-285.

[21] United States Environmental Protection Agency Office of Water. National Management Measures to Control Nonpoint Source Pollution from Forestry[R].USEPA,Washington,DC,2005.4.

[22] Wang X, Saleh A, Mcbroom M W, et al. Test of APEX for Nine Forested Watersheds in East Texas[J]. Journal of Environmental Quality,2007(36):983-995.

[23] Nieminen M. Effects of clear-cutting and site preparation on water quality from a drained Scots pine mire in southern Finland[J].Boreal environment research,2003,8:53-59.

[24] 張榮瑛.森林采伐對生態(tài)環(huán)境的影響[J].亞熱帶水土保持,2006,18(4):15-18.

[25] 邱爾發(fā),鄭郁善,洪偉.竹林施肥研究現(xiàn)狀及探討[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2001,23(4):551-555.

[26] 陳偉,薛立.人工林施肥研究進展綜述[J].廣東林業(yè)科技,2004,20(1):61-66.

[27] 施立新,余新曉,馬欽彥.國內(nèi)外森林與水質(zhì)研究綜述[J].生態(tài)學(xué)雜志,2000,19(3):52-56.

[28] McBroom M W, Beasley R S, Chang M, et al. Water quality effects of clearcut harvesting and forest fertilization with Best Management Practices[J]. Journal of Environmental Quality,2008,37(1):114-124.

[29] Fox T R, ALLEN H L, Albaugh T J, et al. Forest fertilization and water quality in the united states[J]. Better Crops,2007,91(1):7-9.

[30] 褚繼東,龐然,劉鳳玉.不同經(jīng)營措施對林地土壤侵蝕影響的研究[J].水土保持科技情報,2005(4):5-7.

[31] McBroom M W, Chang M, Sayok A K. Forest Clear-cutting and Site Preparation on a Saline Soil in East Texas: Impacts on Water Quality[M]//Proceedings of the Eleventh Biennial Southern Silvicultural Research Conference. USDA Forest Service Southern Research Station,2001,521-528.

[32] Yao Shuren.Effects of fire disturbance on forest hydrology[J].Journal of forestry research,2003,14(4): 331-334.

[33] Carignan R, D，Arcy P and Lamontagne S. Comparative impacts of fire and forest harvesting on water quality in Boreal Shield lakes [J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 2000,57(2): 105-117.

(責(zé)任編輯：譚著明)

Progressofresearchonnon-pointsourcepollutionofforestry

CHANG Mingqing1,2, WANG Ping1*, ZHOU Xiaoling3, HUANG Zhongliang3

(1.Institute of Environmental Engineering, Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004, China; 2.Sichuan Academy of Environmental Protection Science,Chengdu 610041,China; 3.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

Non-point source pollution is an important pollution of water environment quality which has been given extensive attention and become a hot research topic, but the research is mainly focus on the field of agricultural non-point source pollution. Non-point source pollution from forestry has important impact on the quality of surface water bodies of mountain area, hilly land and other regions. In particular, the management activities such as cutting, soil preparation, use of chemical substances and prescribed burning have greater impact on the water quality. Therefore, carrying out research on forestry non-point source pollution and taking relevant prevention measures will be of great significance.

forestry; non-point source pollution; water quality

X 501

A

1003-5710(2010)04-0036-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2010. 04. 010

2010-07-01

2010-08-12

國家“十一五”科技支撐項目(2006BAD03A16-04)，湖南省環(huán)境科學(xué)重點學(xué)科基金(2006180)資助

常明慶(1963-)，男，漢族，河南安陽人。

*通訊作者： 王 平(1964-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:wangping@csuft.edu.cn.