李秀芬朱金兆顧曉君朱建軍

(1.北京林業(yè)大學水土保持學院,北京 100083;2.上海市農業(yè)科學院,上海 201106)

農業(yè)面源污染現(xiàn)狀與防治進展＊

李秀芬1,2朱金兆1顧曉君2朱建軍2

(1.北京林業(yè)大學水土保持學院,北京 100083;2.上海市農業(yè)科學院,上海 201106)

通過對國內外農業(yè)面源污染研究資料的分析,認為農業(yè)面源污染的形式主要有:化肥污染、農藥污染、農膜污染、秸稈燃燒污染、養(yǎng)殖業(yè)污染及水土流失等。農業(yè)面源污染導致了土地退化,在全世界不同程度退化的12億hm2耕地中,約12%由農業(yè)面源污染引起;是河流和湖泊的重要污染源,導致美國40%的河流和湖泊水質不合格;是引起地表水氮、磷富營養(yǎng)化的主要因素,歐洲國家由農業(yè)面源污染排放的磷為地表水污染總負荷的24%-71%;中國的農業(yè)面源污染造成的水體氮、磷富營養(yǎng)化也顯著超過來自城市的生活點源污染和工業(yè)點源污染。提出目前比較好的防治措施有:最佳農田管理措施、植被過濾帶和人工濕地。建議我國控制農業(yè)面源污染必須從政策和法律上對農業(yè)生產活動進行規(guī)范,采用先進的理論和技術實行源頭控制,并輔助以過程控制和末端控制。

農業(yè);面源污染;現(xiàn)狀;最佳管理措施;污染防治

隨著經濟的發(fā)展,點源污染逐漸被重視和得到治理,使得面源污染在環(huán)境污染中所占的比例越來越大,已成為世界范圍內地表水和地下水污染的主要來源,全球30%-50%的地球表面已受到面源污染的影響[1],加強面源污染的治理不僅關系到社會主義新農村建設,也關系到整個經濟發(fā)展和人居環(huán)境。目前,我國農村水環(huán)境質量普遍很差,已嚴重影響到農村居民的居住環(huán)境,甚至造成了地下水污染[2]?！俺抢锶烁涣?產生的垃圾都運到了村子里,農村變得越來越臟”。其實,這種觀點只關注了一種污染現(xiàn)象。更為嚴重的面源污染也在威脅農村,后者的破壞面可能更大[3]。這種已存在和潛在的威脅已受到世界各國的高度重視,控制面源污染已經成為改善水環(huán)境的重要任務。

1 農業(yè)面源污染的主要形式和危害

農業(yè)面源污染是指在農業(yè)生產活動中,氮素和磷素等營養(yǎng)物質、農藥以及其他有機或無機污染物質,通過農田的地表徑流和農田滲漏形成的環(huán)境污染,主要包括化肥污染、農藥污染、畜禽糞便污染等。農業(yè)面源污染是導致目前河流、水庫、湖泊等水體水質惡化的重要原因。農業(yè)面源污染由于其污染物的廣域性、分散性、相對微量性和污染物運移途徑的無序性,而具有機理模糊、潛伏周期長、危害大等特點,從而導致農業(yè)面源污染成為目前國內外環(huán)境污染治理的難點領域,也成為我國新農村建設尤其是環(huán)境建設的最大障礙。

1.1 化肥污染

過量或不合理施用化肥會增加土壤重金屬與有毒元素,導致作物營養(yǎng)失調與NO-積累和土壤結構破壞,促使土壤酸化以及降低微生物活性等,從而造成對土壤和水體的污染。

在農業(yè)生產上,化肥的利用率只有30%-40%,其余的60%-70%白白流失掉[4]。有資料表明,中國氮肥利用率為30%-35%,磷肥和鉀肥分別為10%-20%和35%-50%,低于發(fā)達國家15-20個百分點[5]。綜合各地試驗結果,中國每年農田氮肥的損失率是33.3%-73.6%,平均總損失率約60%[6]。大量流失的化肥,隨水流進入溝渠,再匯集江、河、湖、水庫及近海域,使水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素富集,導致水質的惡化。

1.2 農藥污染

農藥作為外來化學物質會改變土壤的結構和功能,使其酸化,性質變劣;直接危害土壤中的生物,破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡;有些農藥殘留期長,通過食物鏈累積而危害人體健康。

當噴施的農藥是粉劑時,僅有10%左右的藥劑附著在植物體上,若是液體時,也僅有20%左右附著在植物體上,1%-4%接觸目標害蟲,40%-60%降落到地面,5%-30%漂浮于空中,總體平均約有80%的農藥直接進入環(huán)境[7]。漂浮在大氣和存在于土壤中的農藥經過降水、地表徑流和土壤滲濾進入水體中,最后導致水環(huán)境質量的惡化。

1.3 農膜污染

使用過的農膜若不加以清除,會對環(huán)境造成污染,殘存在土壤中的農膜碎片會改變或切斷土壤孔隙連續(xù)性,影響水分下滲,降低土壤抗旱能力,導致土壤次生鹽堿化;殘膜在土壤中阻止根系串通,影響作物正常吸收水分和養(yǎng)分,導致作物產量下降;殘膜還會對農村環(huán)境景觀造成影響。

1.4 秸稈燃燒污染

農村地區(qū)每年收獲季節(jié),都會有大量的秸稈堆放在田間地頭、路邊樹旁,除了一部分作飼料或燃料運回家,其余大部分秸稈采用就地集中焚燒的辦法處理,不但浪費了生物資源,在焚燒過程中,還產生滾滾濃煙,生成了極易形成酸雨的二氧化硫,嚴重破壞了大氣環(huán)境,直接威脅著人們的健康。

1.5 養(yǎng)殖業(yè)面源污染

隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,養(yǎng)殖場所排放廢水和糞便堆存期間因降水而淋溶出來的污染物排入到周圍的土壤環(huán)境,然后通過水土流失進入地表水。并且畜禽糞便中含有各種病原體對水體衛(wèi)生學污染影響巨大,應用畜禽糞污染的灌溉水或未經無害化處理的糞肥可導致食用農產品衛(wèi)生學污染[5]。由于水產養(yǎng)殖面積和產量的迅速增加,魚類糞便和投入的飼料、肥料及藥物對水體的污染也日趨嚴重。水產養(yǎng)殖向周圍水域環(huán)境中排放大量飼料、殘餌、排泄物等有機物、各類化學藥品或抗生素以及氮、磷等營養(yǎng)物,造成周圍水域的污染和富營養(yǎng)化以及底泥的富集污染[8]。

1.6 水土流失因子

由于過多的人口增加了對土地的壓力,導致人們亂墾荒地、濫伐森林、超載放牧等以及城市的擴張和不適當?shù)慕ㄔO項目的開發(fā)與管理,這些因素導致了土地資源嚴重退化,造成水土流失。水土流失過程中土壤顆粒以及其中的養(yǎng)分、農藥、重金屬等也隨著遷移最終進入河流、湖泊等造成水體的污染[5]。

2 農業(yè)面源污染現(xiàn)狀

國外的研究資料表明,農業(yè)是主要的面源污染來源。并且在全世界不同程度退化的12億hm2耕地中,約12%由農業(yè)面源污染引起[1]。美國環(huán)保局2003年的調查結果顯示,農業(yè)面源污染是美國河流和湖泊污染的第一大污染源,導致約40%的河流和湖泊水體水質不合格,是造成地下水污染和濕地退化的主要原因[8]。在歐洲國家,農業(yè)面源污染同樣是造成水體、特別是地下水硝酸鹽污染的首要來源,也是造成地表水中磷富集的最主要原因,由農業(yè)面源排放的磷為地表水污染總負荷的24%-71%[9],例如在瑞典,來自農業(yè)的氮占流域總輸入量的60%-87%[10]。愛爾蘭大多數(shù)富營養(yǎng)化的湖泊流域內并沒有明顯的點源污染[11]。芬蘭20%的湖泊水質惡化,而農業(yè)面源排放的磷素和氮素在各種污染源中所占比重最大,占總排放量的50%以上,各流域內高投入農業(yè)比例大的湖區(qū)更容易導致氮、磷等營養(yǎng)物質的富集[12]。荷蘭農業(yè)面源污染提供的總氮、總磷分別占環(huán)境污染的60%,40%-50%[13]。德國一些流域也因過量施用化肥導致河流中磷的濃度超過0.2mg·L-1。農業(yè)區(qū)域的面源污染在挪威地表水污染方面是主要的人為污染源,導致地表水富營養(yǎng)化和水質降低[14]。這種結果是由于現(xiàn)代農業(yè)強度不斷增長,結合小溪流、濕地和植被過渡帶這些能夠降低營養(yǎng)在農業(yè)景觀區(qū)域聚集的元素的消失造成的。同樣的發(fā)展趨勢在美國和歐洲其他地區(qū)也存在[15,16]。

中國農業(yè)科學院的研究成果顯示:在中國水體污染嚴重的流域,農田、農村畜禽養(yǎng)殖和城鄉(xiāng)結合部地帶的排污是造成流域水體氮、磷富營養(yǎng)化的主要原因,其貢獻大大超過來自城市地區(qū)的生活點源污染和工業(yè)點源污染[17]。研究同時指出在中國流域面積大的水域,如滇池、五大湖泊、三峽庫區(qū)等,水體富營養(yǎng)化的主要驅動因子為,高氮、磷肥料用量的菜果花農田面積大幅度增長;流域農村地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)密集發(fā)展;基礎設施差的城鄉(xiāng)結合部地帶城鎮(zhèn)建設快速擴展[18]。

3 農業(yè)面源污染的防治

影響農業(yè)面源污染的形成因素包括土地利用的類型、土壤類型、氣候、管理措施、地質地貌特性、水文過程等因素。對農業(yè)面源污染的控制包括兩方面:一是對污染擴散源的控制;另一方面是減少污染物向受納水體的運移。在污染源控制方面,最佳管理措施、關鍵控制區(qū)的管理和岸邊植被緩沖帶、水陸交錯帶濕地生態(tài)工程對減少污染物的水體遷移的重要生態(tài)工程技術。

3.1 農業(yè)面源污染防治政策措施

發(fā)達國家對農業(yè)面源污染主要采取源頭控制對策。其核心特征為依靠農業(yè)科技、研究和發(fā)展環(huán)境友好的農業(yè)生產技術替代原有的技術,通過鼓勵農民自愿或通過政府獎懲措施,推動農民采用新的替代技術,在重要的水源保護區(qū)和流域,制定和執(zhí)行限定性農業(yè)生產技術標準,減少農田、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農村地區(qū)氮、磷徑流和淋溶。美國和歐盟等都撥出專項資金用于啟動水污染治理項目[19]。

3.2 推行農田最佳養(yǎng)分管理

流域的景觀特征在影響地表水方面是重要的變量。搞清他們之間的關系在預測污染潛力,從事流域管理實踐對消除和降低污染危險方面是非常重要的。在農業(yè)面源污染控制中,最佳管理措施能適應面源污染的復雜性特點,已在美國、加拿大等成功應用[20]。農田最佳養(yǎng)分管理(best nutrient management practice,BNMP),通過對水源保護區(qū)農田輪作、施肥量、施肥時期、施肥方式的規(guī)定,進行源頭控制;畜禽場面源污染主要通過畜禽場與農田的合理配置、畜禽場化糞池容量、密封性等方面進行規(guī)定[20]。有效減少了污染物向水體排放。

3.3 植被過濾帶與人工濕地

意大利在東北部威尼托區(qū)的平原農耕地上,進行了窄植被過濾帶對除草劑(異丙甲草胺、特丁津、異丙隆)徑流的影響研究,提出植被過濾帶對除草劑有稀釋與吸收的作用[21]。德國在水庫周邊與溪流兩岸都設有不同寬度的植被過濾帶,用于過濾來自農田的泥沙和污染物,并將河岸改造成緩坡草地。我國研究人員也提出人工濕地、植被過濾帶與緩沖帶在面源污染控制中的應用。人工濕地法是采用濕地溝槽結合不同的過濾物質,試驗表明淺水池清除作用在夏天最高,在秋天和冬天最低;麥秸在夏天清除氮的能力最高,脫氮作用在秋天和冬天沒有什么區(qū)別[22]。挪威標準的濕地系統(tǒng)在清除農田徑流中的作用方面并不是很有效的,小濕地系統(tǒng)中加入大麥秸可能有利于氮的去除[23]。單一階段的人工濕地系統(tǒng)不能很有效地去除高含量的總氮,因為這種系統(tǒng)不能同時提供有氧和厭氧條件。垂直水流濕地能有效地去除氨態(tài)氮,但是脫氮作用很有限。相反,水平水流濕地提供了脫氮條件,但硝化作用卻有限。因此,把兩種人工濕地系統(tǒng)結合起來是非常必要的[24]。Seo DCh研究了2階段和3階段不同復合的人工濕地系統(tǒng)對清除韓國溫室農業(yè)廢水COD、T-N、T-P的作用,提出最佳的組合是水平-垂直-水平3階段組合人工濕地系統(tǒng),這種組合能夠有效地處理含有高硝酸鹽的農業(yè)廢水[25]。人工濕地處理系統(tǒng)能耗低、基建投資少、效果顯著,被認為是控制農業(yè)面源水體污染的一個重要的技術手段。我國從“八五”首次引進人工濕地工程技術來處理農田徑流廢水開始,已在滇池、太湖、官廳水庫等水域的面源污染控制及畜禽養(yǎng)殖廢水處理中采用人工濕地工程技術,取得了較為顯著的去污效果,為我國農業(yè)面源水體污染治理提供了一條極有參考價值的技術途徑和技術模式[18]。但人工濕地屬于末端防治,還必須和源頭控制相結合才能收到更為理想的效果。

4 小 結

人們的生活質量受到生活資料供給豐富程度的制約,同樣也受到廢棄物分解消化程度的影響,隨著經濟的不斷發(fā)展,生活資料供給越來越豐富,品種越來越齊全,與此同時,人們生活中產生的垃圾與廢水也越來越多,污染問題越來越突出。我國是一個農業(yè)大國,農業(yè)生產舉足輕重,農業(yè)面源污染發(fā)展之快,危害之大令人難以置信。農業(yè)面源污染控制的緊迫性必須引起黨和政府的高度重視,首先從政策、法律上對農業(yè)生產活動進行規(guī)范;技術上實行源頭控制為主,推行農業(yè)最佳施肥管理和小流域綜合治理。輔助以過程控制和末端控制,如增加植被緩沖帶和人工濕地等。

(編輯:李 琪)

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AbstractThrough analysis on research documents and references about agricultural non-point source pollution in China and abroad,the article concluded that agricultural non-point source pollutes included chemical fertilizers,pesticides,agricultural film,straw combustion,animal husbandry,and soil and water erosion,etc.Arable land were degraded by agricultural non-point source pollution.There were 12%of 1.2 billon hm2degraded arable land were caused by agricultural non-point source pollution in the world.Agricultural non-point source pollution was the main polluted source of rivers and lakes,and caused that 40%of rivers and lakes were not qualified for the basic use in America.Agricultaral non-point source pollution was also the main reason of P and N eutrophicationfor water bodies.P dischargedfrom agricultaral nonpoint source pollution took account of 24%-71%of the total ground water in European countries.Pollution from agricultural non-point sources were more serious than that from urban and industrial point source pollution in China.The best farmland management,constructed wetlands,and vegetationfilter were believed as effective measuresfor agricultural non-point source pollution controlling.It was proposed that in China agricultural activities should be standardized by policies and laws,headwater pollution control with advanced theories and technology should be used at first,and pollution control in middle and lower reaches should be used as assistance.

Key wordsagricultural;non-point source pollution;current situation;best farmland management;pollution control

Current Situation and Control of Agricultural Non-point Source Pollution

LI Xiu-fen1,2ZHU Jin-zhao1GU Xiao-jun2ZHU Jian-jun2
(1.College of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China;
2.Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai 201106,China)

X5

A

1002-2104(2010)04-0081-04

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.04.014

2009-12-08

李秀芬,博士生,主要研究方向為水土保持與荒漠化防治。

朱金兆,教授,博導,主要研究方向為水土保持與荒漠化防治以及林業(yè)生態(tài)工程。

＊上海市科技興農推廣項目:林下經濟生產模式集成與示范,滬農科推字(2008)第2-5號。