[本篇论文由5var5VAR论文频道为您收集整理，5VAR论文频道http://paper.5var.com将为您整理更多优秀的免费论文，谢谢您的支持]    摘要：太湖流域地处长江三角洲核心部位，是我国的工业经济中心，但同时也是水体富营养化最严重的地区之一。文章通过实地调研、采集得到太湖流域污染的相关数据资料，运用结构解析模型（ISM）建模，通过研究太湖蓝藻各诱发因子的主次关系，对太湖蓝藻危机爆发的成因做了深入的分析。并以GIS为平台核算其耕地面积，结合当地土壤数据及作物特征，计算出了太湖流域农业每年磷的排放量，占总磷排放量的70.7%，得出农业面源产生的的氮、磷流失是引起太湖水体富营养化的重要原因。

    关键词：太湖；农业面源污染；富营养化；ISM；GIS

     Abstract：Taihu Lake basin in the heart of Yangtze River Delta is a regional industrial and economic centre in China，with thequality as one of serious eutrophical water bodies.Based on field study and ISM modeling，the correlation between primary andsecondary inducing factors of algae crisis was discussed and factors of algae in the Lake crisis were analyzed.With GIS as aplatform to estimate arable land，also combined with local soil and crop characteristics，annual amount of agricultural phosphorusemission in the basin was calculated，which accounted for 70.7%of annual total phosphorus emission.It was concluded that loss ofnitrogen and phosphorus from agricultural non-point source was the most important contributor of the Lake eutrophication.

Key words：Taihu Lake；agricultural non-point source；eutrophication；ISM；GIS随着我国经济建设的快速发展与改革开放的日益深化，长三角地区的经济发展取得了令人瞩目的成就，但在2007年5月，持续的高温天气使得太湖蓝藻大规模爆发，导致无锡市水源地水质污染，直接威胁到无锡市民的饮用水安全[1]。对于太湖目前最突出的富营养化问题，仅以工业污染为主要对象的治理措施，已很难起到预期效果，近年来在太湖总氮和总磷的来源中，工业污染比例显著下降，而农业面源污染和城市生活污染比例显著增加[2]。

    1太湖蓝藻影响因素分析

太湖水质不断恶化虽然与近年来异常高温、少雨天气，以及太湖水位的降低有关，但主要原因还是排入太湖的污染物远远超出它的环境容量[1-3]，造成近年来蓝藻数量加速增长。颜润润等[4]曾借助藻类动态模型对2004年8月太湖水体中TN、TP的变化以及藻类生长过程进行了模拟。

    1.1 ISM建模分析[5]

1.1.1分析方法本文应用结构解析模型（ISM）建模[6]，对导致太湖蓝藻爆发各因素之间的关系进行分析，采用有向图描述系统的结构关系，找出太湖蓝藻爆发的根本原因。

    1.1.2因子选取

经过深入分析研究，本文提出11个因素，定义如下：S1（N、P营养盐）S2（污染物）；S3（底泥）；S4（浮游植物）；S5（光强）；S6（水温）；S7（人类社会经济活动）；S8（污染物排放）；S9（河道淤塞）；S10（湿地生态破坏）；S11（水循环）。

    1.1.3模型建立[7]

（1）根据各因素之间的相互关系，建立邻接矩阵，如图1。其中1表示Si对Sj有影响，0表示Si对Sj无影响。

    （2）对邻接矩阵进行布尔代数运算得到可达性矩阵，如图2。

    （3）根据可达性矩阵得到各个因素的可达性集合P（S）i、先行集合Q（S）i，并计算共同集合系统P（S）i（Q（S）i，如表1所示。


（4）通过级间划分和强连通块划分，得到多级阶梯结构模型如图3所示。
    综上，将多级阶梯结构模型中的因素代号用实际代表的因素代替，可得结构解析模型，如图4所示。

    1.2太湖蓝藻爆发影响因素分析

由图4可知，太湖蓝藻爆发最直接的因素即表层原因是N、P营养盐（S1）浓度和水温（S6）；中层原因是污染物（S2）浓度增加、底泥（S3）的积累和释放以及

    阶水循环（S11）的减缓；深层原因是污染物排放（S8）的增加、湿地生态破坏（S10）及入湖河道淤塞（S9）；根本原因则是人类社会经济活动（S7）和光强（S5）。

    N、P营养盐（S1）浓度的增加和水温（S6）的升高直接导致蓝藻爆发，光强（S5）引起水温（S6）升高直接影响蓝藻生长。人类活动导致N、P营养盐（S1）浓度的增加：污染物排放（S8）来自农业（化肥、农药和除草剂大量使用）、工业、生活和养殖业（围箱养殖规模急速扩张，有机饲料大量投放）；湿地生态的破坏（S10）影响水体的自净能力；围垦和河道淤塞（S9）减缓了水体循环，使水体交换时间由309天延长至一年，同时也影响了环境容量。这些构成了太湖水质快速恶化的主要原因。综上，可主要从污染物排放（S8）入手分析主要污染来源。

    2太湖流域农业面源污染现状

由表2可知2000年农业面源污染产生的NH3-N、TP各占总量的57%和38%[8]，2005年为43.4%和67.5%[8]。农业面源污染造成的危害范围最大、程度最重，已成为湖泊富营养化的主要污染源[9]。

    (Si)

    调查研究表明，太湖流域农业面源污染主要来源于化肥、农药过量施用，秸秆、畜禽粪便处理不当，淤泥沉积，水土流失，居民生活污水及废弃物排放等。由于该地区雨水丰沛、河网密布，面源污染物极易聚集水体。

    3用GIS估算农业面源污染的影响

太湖流域是我国农业发达地区之一，集约化程度较高，是高投入、高产出区，据统计，流域内耕地平均化肥施用量（折纯量）从1979年的0.02445kg/m2增至目前的0.06675kg/m2，已超过专家建议的适宜施肥量（0.0102~0.0195kg/m2）2~3倍[10]，而发达国家规定0.0225kg/m2为安全上限。

    一般来说，富营养化的主要限制因子是磷。磷在农业环境中的流失量虽然不大，但当水体中含氮充分时，磷浓度达到0.015mg/L，就可能引起“水华”[11]。磷的来源主要是化肥。本文主要计算磷排放量来分析农业面源污染的影响。

    本文运用GIS技术对太湖流域土地面积进行了分析，具体步骤如下。

    3.1使用ArcGISExplorer软件获取太湖流域遥感图像[12-14]将地球信息科学数据共享网提供的太湖流域1：400万土壤数据库所提供的SHP文件加载在ArcGISExplorer软件中，关闭其遥感图像层，得到图5。其中每个封闭的图形所圈定的地理位置表示该区域土壤类型相同。重新加载卫星遥感图像层后之后，得到图6。

    3.2导出经过编号的土壤分布图通过太湖流域1：400万土壤数据库提供的各区块土壤数据，我们得到了各块土地的面积，加注了标号的土壤分布图见图7。

    3.3计算太湖流域耕地面积ArcGISExplorer软件所提供的图像分辨率不足以区分耕地和绿化带的区别，所以在计算耕地面积时还使用了Google earth和Photoshop两款软件。

    Google earth的分辨率可以很容易分清太湖流域的绿化带和耕地，但较难分辨耕地上的所有作物，所以仅统计耕地面积。

    首先截取Google earth在整个太湖流域分辨率最高的图片，所有图片分区域进行截取后编号保存，分批加载至Photoshop中。再利用Photoshop自带的图像拼接功能依次拼接截取的图像，将所有图片拼接成一幅整图。截取图像时对几个特定经纬度进行标注，方便两款软件图像信息的整合。在ArcGISExplorer软件中对同样的几个经纬度进行标注，将图5截取并导入在用Photoshop软件拼接成的以Google earth为数据源的整图中，通过等比扩大使两个图层中的标注经纬度重合。

    然后利用“魔棒”工具对图5所在图层进行区域“选择”操作，可独立选择单个封闭图形所在区域，改变操作图层至Google earth拼接图像，将选择区域剪切至新图像，并对图像进行编号。依次操作每个封闭图形，直至图5所表示的图像被完全切割完毕。再对每个图片进行细致比对，通过Photoshop软件自带的“快速选择工具”将同类事物快速选出，并在右侧信息栏统计其所在最小矩形框的面积。

    计算流域耕地面积时，通过对每个封闭图形中的小图进行数次选取统计，再对多次处理所得数据进行统计，直接与该区域图像大小进行比对得出耕地所占比例。同时

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