来源 :航天宏图2022-12-13
为进一步规范与加强农业面源污染监测评估工作，重点打好农业面源污染防治攻坚战，近日发布的《全国农业面源污染监测评估实施方案(2022—2025年)》再次对我国农业面源污染监测与评估工作做出具体部署。农业面源污染的监测主要包括种植业氮磷流失监测、畜禽养殖业排污监测、农村生活源排污监测和流域内河流水质监测四个方面。在农业面源污染形成过程中，受到土壤类型、农业生产方式、作物品种、气候条件、地形地貌、径流特性等众多因素的影响，会发生一系列的生物、化学、物理过程，从而导致了农业面源污染监测、评估具有很强的复杂性和随机性。
解决方案
农业面源污染的问题由来已久，迟迟得不到根本上的解决，因此如何高质量推动面源污染治理是解决这一困难的破题关键。针对以上难点，航天宏图从地面监测和估算模型两方面出发，建成布局合理的“天空地”一体化监测、模型动态评估、多级联动的农业面源污染综合监测评估体系。
▲图1 农业面源溯源流程图
典型案例介绍
根据不同的应用场景，选取不同方法进行溯源，以下为不同尺度下的溯源案例。
案例一：河道尺度
航天宏图基于高分辨率卫星多光谱遥感数据，结合自动站监测数据和人工采样数据，利用遥感水质反演模型，结合无人机巡航、无人船巡航、人工现场勘察等手段，对嘉兴市重点区域河道水质分布情况进行污染溯源分析，并结合前期潜在污染源调查结果，综合分析重点区域河道主要污染成因。
图2为基于GF1/PMS反演的嘉兴新滕塘河段总氮浓度分布图。图中区域1和2为总氮浓度高值区，对总氮遥感反演高值区域进一步分析，从图3可知，总氮浓度高值区周边存在种植区和大量农村居民点，推测受农田氮磷流失和生活污水排放影响，总氮浓度偏高，后期结合人工现场核查进一步核实，明确污染源。
▲图2 新滕塘河段总氮重点区域分布图
▲图3 新滕塘河段总氮重点区域细节图
（左图：区域1，右图：区域2）
案例二：流域尺度
航天宏图利用目前被广泛使用的非点源污染物模拟模型——SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型，结合气象数据、数字高程数据、土地利用数据、土壤数据等建立了长江中下游典型大型湖泊——洪湖流域的农业面源污染模型，经过率定好的SWAT模型模拟了洪湖流域近年来径流、蒸散等水文情势以及污染物运移情况，并对该流域进行了细致的非点源污染空间分布分析（图4）。
模型结果显示，洪湖流域污染物主要以总氮为主，主河道附近及流域中游的子流域氮污染较为严重。结合图5的模拟分析，在洪湖流域相比单位面积湿地，单位面积农田更容易产出更多的有机氮和无机氮，即单位面积农田对氮污染的贡献更大，这也就解释了洪湖流域氮污染严重的原因。后续还可以结合模型对流域污染做更精细的分析和农业面源污染评估。
▲图4 2016-2020年洪湖流域年均总磷、总氮、
有机磷、有机氮、泥沙产量、生化需氧量、
叶绿素a、溶解氧模拟空间分布
▲图5 不同土地利用类型非点源污染对比图
案例三：行政尺度（省市县）
航天宏图基于高分辨率卫星多光谱遥感数据，结合自动站监测数据和统计年鉴数据，采用遥感分布式非点源污染评估模型（DPeRS），对河南省境内非点源污染负荷的空间分布特征和污染来源进行像元尺度评估分析。
图6为河南省总氮、总磷、化学需氧量和氨氮这四类污染物负荷的空间分布特征，可以发现不同污染物负荷的空间分布存在差异性，这是由于农田径流和城镇径流等区域所贡献的污染负荷存在差异。图7为河南省农业面源污染程度分级，分别为轻度、中度、中强度和强度污染，结果表明河南省大部分地区的面源污染为轻度，中强度和强度的污染多分布在城镇区域。
▲图6 河南省不同类型污染物负荷的空间分布
（总氮、总磷、化学需氧量和氨氮）
▲图7 河南省农业面源污染程度分级
总结与展望
航天宏图通过“天空地”一体化遥感监测，实现农业面源污染溯源监测。同时，结合模型，实现流域以及更大尺度的农业面源污染空间分布、运移模拟，并可根据模型结果，提供污染解决措施和方案。未来我们将研究运用新技术，不断攻克农业面源污染溯源的技术难题、解决业务痛点，全面提升遥感监测和模型估算的精度，充分发挥技术能力与优势。