1.1.2　农业面源污染研究意义

人类利用和改造自然的能力随着科学技术的快速发展逐步提高，在20世纪50～60年代，人们在获取物质财富的同时也付出了巨大的环境代价，人类活动对生态环境产生的负面影响开始凸现。自然资源的过度耗竭、生物多样性的减少、温室效应的加剧、水环境的污染、酸雨加剧等生态环境问题直接对人类自身的生存安全造成威胁。在过去的经济发展模式中，生态环境研究侧重于经济发展对环境的影响；而现在，人们逐渐感受到生态环境压力对经济发展以及社会存在安全性的影响。

目前，由大规模农业开垦所导致的生态环境问题已经在世界范围内引起了高度重视。我国人口众多且耕地面积有限，因而过度开垦和农用化学品的施用所引发的生态环境问题尤为突出。例如典型集约化农区的三江平原，为了满足人口增长带来的粮食增产需求，该区自20世纪50年代经历了数次农业开发。第一次农业开发是1949～1960年，在此期间耕地总面积由7870km2增至15130km2；第二次农业开发为20世纪60年代初至1977年，全区耕地面积增加40.12%；第三次农业开发为1978年到1985年，期间耕地面积增加了40.24%；第四次农业开发是20世纪80年代中期到2000年，全区耕地总面积达到47330km2，增加了59.2%。几次农业开发均以增加粮食产量为目的，导致原本以沼泽湿地、林地和草地为主要生态景观的自然生态系统演变为以农田为主的农业生态系统，自然生态与人工生态相互竞争的局面由此形成。

区域农业开发通过水资源的人工配置、土地利用结构的改变和人工植被的扩展打破了区域自然生态系统的植被演替过程，改变了区域生态系统的结构和功能。1949～2011年，通过研究三江平原土地利用变化和生态系统服务价值的变化趋势，发现生态系统服务价值减少、增加和没有变化的区域分别为全区面积的58.16%、26.62%和15.22%，总体呈现生态系统服务价值损失的趋势（常守志等，2011）。同时，大规模的农业垦殖，使得区域天然湿地面积从1932年的54300km2减少到2000年的9069km2，减少了83.3%。加上区内黑土土壤疏松，三江平原的土壤理化性质恶化，肥力下降，土壤有机质含量由12%下降到1%～2%，水土流失面积达237.6×104hm2（李颖等，2002）。此外，大规模农业开垦使区域下垫面发生了明显的阶段性变化。农业开发所形成的农业区域是一个完整的自然地理单元，下垫面条件是影响区内生态系统的决定因素，影响着水量平衡，进而影响水文循环过程及土壤中N、P物质的转化与迁移过程，最终制约着以水、土为依托的生态系统演变。

上述生态环境问题的关键原因在于：在以耕地垦殖为主要形式的大规模农业开发胁迫下，区域土地利用结构发生根本变化。由于湿地、林地开垦为耕地，旱地转水田，区域生态水文过程改变，并加快了污染物的输移，导致土地退化。而以N、P为主的污染物在流域内的迁移是水环境恶化的源头，区域生态系统在水和土两个基本要素的胁迫下发生演变，进而对区域生态环境构成威胁。农业生产和农村生活是区域水体N、P污染的主要来源，为遏制区域内水体富营养化加重的趋势，控制农业面源N、P污染是防控三江平原流域水体的重要措施。围绕该区域流域农业面源问题，近年来先后开展了水体硝酸盐污染、农药分布特征、沉积物多环芳烃变化规律和地表景观演变特征等方面的研究，这些工作为认识流域营养物质在土水界面迁移转化及农业面源污染等方面积累了丰富的经验。土地利用变化、农业面源污染和N、P循环是影响区域农业可持续发展的重要因素。随着国家新增千亿斤粮食计划的推进，深刻认识区域农业活动胁迫下，土地利用变化对区域生态水文过程的作用机制，掌握农业活动对区域农业面源N、P污染物迁移转化的影响，进而实现农业和水环境的协调发展，是解决区域农业面源问题的关键。