农业面源污染现状与防治进展

摘要 通过对国内外农业面源污染研究资料的分析,认为农业面源污染的形式主要有:化肥污染、农药污染、农膜污染、秸秆燃烧污染、养殖业污染及水土流失等。农业面源污染导致了土地退化,在全世界不同程度退化的12亿hm²耕地中,约12%由农业面源污染引起;是河流和湖泊的重要污染源,导致美国40%的河流和湖泊水质不合格;是引起地表水氮、磷富营养化的主要因素,欧洲国家由农业面源污染排放的磷为地表水污染总负荷的24%-71%;中国的农业面源污染造成的水体氮、磷富营养化也显著超过来自城市的生活点源污染和工业点源污染。提出目前比较好的防治措施有:最佳农田管理措施、植被过滤带和人工湿地。建议我国控制农业面源污染必须从政策和法律上对农业生产活动进行规范,采用先进的理论和技术实行源头控制,并辅助以过程控制和末端控制。

关键词 农业;面源污染;现状;最佳管理措施;污染防治

中图分类号 X5 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2010)04-0081-04 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.04.014

随着经济的发展,点源污染逐渐被重视和得到治理,使得面源污染在环境污染中所占的比例越来越大,已成为世界范围内地表水和地下水污染的主要来源,全球30%-50%的地球表面已受到面源污染的影响[1],加强面源污染的治理不仅关系到社会主义新农村建设,也关系到整个经济发展和人居环境。目前,我国农村水环境质量普遍很差,已严重影响到农村居民的居住环境,甚至造成了地下水污染[2]。“城里人富了,产生的垃圾都运到了村子里,农村变得越来越脏”。其实,这种观点只关注了一种污染现象。更为严重的面源污染也在威胁农村,后者的破坏面可能更大[3]。这种已存在和潜在的威胁已受到世界各国的高度重视,控制面源污染已经成为改善水环境的重要任务。

1 农业面源污染的主要形式和危害

农业面源污染是指在农业生产活动中,氮素和磷素等营养物质、农药以及其他有机或无机污染物质,通过农田的地表径流和农田渗漏形成的环境污染,主要包括化肥污染、农药污染、畜禽粪便污染等。农业面源污染是导致目前河流、水库、湖泊等水体水质恶化的重要原因。农业面源污染由于其污染物的广域性、分散性、相对微量性和污染物运移途径的无序性,而具有机理模糊、潜伏周期长、危害大等特点,从而导致农业面源污染成为目前国内外环境污染治理的难点领域,也成为我国新农村建设尤其是环境建设的最大障碍。

1.1 化肥污染

过量或不合理施用化肥会增加土壤重金属与有毒元素,导致作物营养失调与NO-积累和土壤结构破坏,促使土壤酸化以及降低微生物活性等,从而造成对土壤和水体的污染。

在农业生产上,化肥的利用率只有30%-40%,其余的60%-70%白白流失掉[4]。有资料表明,中国氮肥利用率为30%-35%,磷肥和钾肥分别为10%-20%和35%-50%,低于发达国家15-20个百分点[5]。综合各地试验结果,中国每年农田氮肥的损失率是33.3%-73.6%,平均总损失率约60%[6]。大量流失的化肥,随水流进入沟渠,再汇集江、河、湖、水库及近海域,使水体中的氮、磷等营养元素富集,导致水质的恶化。

1.2 农药污染

农药作为外来化学物质会改变土壤的结构和功能,使其酸化,性质变劣;直接危害土壤中的生物,破坏土壤生态系统平衡;有些农药残留期长,通过食物链累积而危害人体健康。

当喷施的农药是粉剂时,仅有10%左右的药剂附着在植物体上,若是液体时,也仅有20%左右附着在植物体上,1%-4%接触目标害虫,40%-60%降落到地面,5%-30%漂浮于空中,总体平均约有80%的农药直接进入环境[7]。漂浮在大气和存在于土壤中的农药经过降水、地表径流和土壤渗滤进入水体中,最后导致水环境质量的恶化。

1.3 农膜污染

使用过的农膜若不加以清除,会对环境造成污染,残存在土壤中的农膜碎片会改变或切断土壤孔隙连续性,影响水分下渗,降低土壤抗旱能力,导致土壤次生盐碱化;残膜在土壤中阻止根系串通,影响作物正常吸收水分和养分,导致作物产量下降;残膜还会对农村环境景观造成影响。

1.4 秸秆燃烧污染

农村地区每年收获季节,都会有大量的秸秆堆放在田间地头、路边树旁,除了一部分作饲料或燃料运回家,其余大部分秸秆采用就地集中焚烧的办法处理,不但浪费了生物资源,在焚烧过程中,还产生滚滚浓烟,生成了极易形成酸雨的二氧化硫,严重破坏了大气环境,直接威胁着人们的健康。

李秀芬等:农业面源污染现状与防治进展中国人口•资源与环境 2010年 第4期1.5 养殖业面源污染

随着畜牧业的发展,养殖场所排放废水和粪便堆存期间因降水而淋溶出来的污染物排入到周围的土壤环境,然后通过水土流失进入地表水。并且畜禽粪便中含有各种病原体对水体卫生学污染影响巨大,应用畜禽粪污染的灌溉水或未经无害化处理的粪肥可导致食用农产品卫生学污染[5]。由于水产养殖面积和产量的迅速增加,鱼类粪便和投入的饲料、肥料及药物对水体的污染也日趋严重。水产养殖向周围水域环境中排放大量饲料、残饵、排泄物等有机物、各类化学药品或抗生素以及氮、磷等营养物,造成周围水域的污染和富营养化以及底泥的富集污染[8]。

1.6 水土流失因子

由于过多的人口增加了对土地的压力,导致人们乱垦荒地、滥伐森林、超载放牧等以及城市的扩张和不适当的建设项目的开发与管理,这些因素导致了土地资源严重退化,造成水土流失。水土流失过程中土壤颗粒以及其中的养分、农药、重金属等也随着迁移最终进入河流、湖泊等造成水体的污染[5]。

2 农业面源污染现状

国外的研究资料表明,农业是主要的面源污染来源。并且在全世界不同程度退化的12亿hm²耕地中,约12%由农业面源污染引起[1]。美国环保局2003年的调查结果显示,农业面源污染是美国河流和湖泊污染的第一大污染源,导致约40%的河流和湖泊水体水质不合格,是造成地下水污染和湿地退化的主要原因[8]。在欧洲国家,农业面源污染同样是造成水体、特别是地下水硝酸盐污染的首要来源,也是造成地表水中磷富集的最主要原因,由农业面源排放的磷为地表水污染总负荷的24%-71%[9],例如在瑞典,来自农业的氮占流域总输入量的60%-87%[10]。爱尔兰大多数富营养化的湖泊流域内并没有明显的点源污染[11]。芬兰20%的湖泊水质恶化,而农业面源排放的磷素和氮素在各种污染源中所占比重最大,占总排放量的50%以上,各流域内高投入农业比例大的湖区更容易导致氮、磷等营养物质的富集[12]。荷兰农业面源污染提供的总氮、总磷分别占环境污染的60%,40%-50%[13]。德国一些流域也因过量施用化肥导致河流中磷的浓度超过02mg•L-1。农业区域的面源污染在挪威地表水污染方 面是主要的人为污染源,导致地表水富营养化和水质降低[14]。这种结果是由于现代农业强度不断增长,结合小溪流、湿地和植被过渡带这些能够降低营养在农业景观区域聚集的元素的消失造成的。同样的发展趋势在美国和欧洲其他地区也存在[15,16]。

中国农业科学院的研究成果显示:在中国水体污染严重的流域,农田、农村畜禽养殖和城乡结合部地带的排污是造成流域水体氮、磷富营养化的主要原因,其贡献大大超过来自城市地区的生活点源污染和工业点源污染[17]。研究同时指出在中国流域面积大的水域,如滇池、五大湖泊、三峡库区等,水体富营养化的主要驱动因子为,高氮、磷肥料用量的菜果花农田面积大幅度增长;流域农村地区畜禽养殖业密集发展;基础设施差的城乡结合部地带城镇建设快速扩展[18]。

3 农业面源污染的防治

影响农业面源污染的形成因素包括土地利用的类型、土壤类型、气候、管理措施、地质地貌特性、水文过程等因素。对农业面源污染的控制包括两方面:一是对污染扩散源的控制;另一方面是减少污染物向受纳水体的运移。在污染源控制方面,最佳管理措施、关键控制区的管理和岸边植被缓冲带、水陆交错带湿地生态工程对减少污染物的水体迁移的重要生态工程技术。

3.1 农业面源污染防治政策措施

发达国家对农业面源污染主要采取源头控制对策。其核心特征为依靠农业科技、研究和发展环境友好的农业生产技术替代原有的技术,通过鼓励农民自愿或通过政府奖惩措施,推动农民采用新的替代技术,在重要的水源保护区和流域,制定和执行限定性农业生产技术标准,减少农田、畜禽养殖业和农村地区氮、磷径流和淋溶。美国和欧盟等都拨出专项资金用于启动水污染治理项目[19]。

3.2 推行农田最佳养分管理

流域的景观特征在影响地表水方面是重要的变量。搞清他们之间的关系在预测污染潜力,从事流域管理实践对消除和降低污染危险方面是非常重要的。在农业面源污染控制中,最佳管理措施能适应面源污染的复杂性特点,已在美国、加拿大等成功应用[20]。农田最佳养分管理(best nutrient management practice, BNMP),通过对水源保护区农田轮作、施肥量、施肥时期、施肥方式的规定,进行源头控制;畜禽场面源污染主要通过畜禽场与农田的合理配置、畜禽场化粪池容量、密封性等方面进行规定[20]。有效减少了污染物向水体排放。

3.3 植被过滤带与人工湿地

意大利在东北部威尼托区的平原农耕地上,进行了窄植被过滤带对除草剂(异丙甲草胺、特丁津、异丙隆)径流的影响研究,提出植被过滤带对除草剂有稀释与吸收的作用[21]。德国在水库周边与溪流两岸都设有不同宽度的植被过滤带,用于过滤来自农田的泥沙和污染物,并将河岸改造成缓坡草地。我国研究人员也提出人工湿地、植被过滤带与缓冲带在面源污染控制中的应用。人工湿地法是采用湿地沟槽结合不同的过滤物质,试验表明浅水池清除作用在夏天最高,在秋天和冬天最低;麦秸在夏天清除氮的能力最高,脱氮作用在秋天和冬天没有什么区别[22]。挪威标准的湿地系统在清除农田径流中的作用方面并不是很有效的,小湿地系统中加入大麦秸可能有利于氮的去除[23]。单一阶段的人工湿地系统不能很有效地去除高含量的总氮,因为这种系统不能同时提供有氧和厌氧条件。垂直水流湿地能有效地去除氨态氮,但是脱氮作用很有限。相反,水平水流湿地提供了脱氮条件,但硝化作用却有限。因此,把两种人工湿地系统结合起来是非常必要的[24]。Seo DCh研究了2阶段和3阶段不同复合的人工湿地系统对清除韩国温室农业废水COD、T-N、T-P的作用,提出最佳的组合是水平-垂直-水平3阶段组合人工湿地系统,这种组合能够有效地处理含有高硝酸盐的农业废水[25]。人工湿地处理系统能耗低、基建投资少、效果显著,被认为是控制农业面源水体污染的一个重要的技术手段。我国从“八五”首次引进人工湿地工程技术来处理农田径流废水开始,已在滇池、太湖、官厅水库等水域的面源污染控制及畜禽养殖废水处理中采用人工湿地工程技术,取得了较为显著的去污效果,为我国农业面源水体污染治理提供了一条极有参考价值的技术途径和技术模式[18]。但人工湿地属于末端防治,还必须和源头控制相结合才能收到更为理想的效果。

4 小 结

人们的生活质量受到生活资料供给丰富程度的制约,同样也受到废弃物分解消化程度的影响,随着经济的不断发展,生活资料供给越来越丰富,品种越来越齐全,与此同时,人们生活中产生的垃圾与废水也越来越多,污染问题越来越突出。我国是一个农业大国,农业生产举足轻重,农业面源污染发展之快,危害之大令人难以置信。农业面源污染控制的紧迫性必须引起党和政府的高度重视,首先从政策、法律上对农业生产活动进行规范;技术上实行源头控制为主,推行农业最佳施肥管理和小流域综合治理。辅助以过程控制和末端控制,如增加植被缓冲带和人工湿地等。

(编辑:李 琪)

参考文献(Reference)

[1]Dennis L, Corwin, et al. Nonpoint Pollution Modeling Based on GIS[J]. Soil & Water Conservation. 1998,(1): 75-88.

[2]郑安. 农村污水处理亟待重视[J].中华建设,2007,(9):20-21.[Zhen An. Polluted Water in Rural Area Need to Treatment [J]. Chinese Construction,2007,(9):20-21.]

[3]杨伟利, 阿柱. 农村遭遇面源污染危机[J]. 环境,2007,(8):43-45. [Yang Weili, A Zhu. Nonpoint Pollution Crisis in Rural Areas [J]. Environment,2007,(8):43-45. ]

[4]叶恩发, 黄金煌. 加强福建省农业面源污染防治工作的对策与建议[J]. 中国农学通报, 2004,(11):45-47. [Ye Enfa, Huang Jinhuang. Strategy and Suggestion for Agricultural Nonpoint Source Pollution Control in Fujian Province [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2004,(11):45-47.]

[5]赵同科, 张强. 农业非点源污染现状、成因及防治对策[J]. 中国农学通报,2004,(11):14-17. [Zhao Tongke, Zhang Qiang. Status, Cause and Control Strategies of Agricultural Nonpoint Source Pollution [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2004,(11):14-17.]

[6]张夫道. 化肥污染的趋势与对策[J]. 环境科学.1985,6 (6):54-58. [Zhang Fudao. Trend and Control Strategy of Chemical Fertilizer Pollution [J]. Environment Sciences,1985,6 (6):54-58. ]

[7]Sharpley A N, Chapra S C R, Wedepohl R, et al. Managing Agricultural Phosphorus for Protection of Surface Waters,Issues and Options[J]. Journal of Environmental Quality,1994,23: 427-451.

[8]US Environmental Protection Agency. NonPoint Source Pollutionfrom Agriculture. http://www.epa. gov/region8/water/nps/npsurb.html,2003.

[9]Vighi M, Chiaudani G. Eutrophication in Europe, the Role of Agricultural Activities[R]. In:Hodgson E. Reviews of Environmental Toxicology.Amsterdam:Elsevier,1987:213-257.

[10]Lena B V. Nutrient Preserving in Riverine Transitional Strip[J]. Journal of Human Environment, 1994,3 (6):342-347.

[11]Foy R H, Withers P J A. The Contribution of Agricultural Phosphorus to Eutrophication[J]. Proceedings of Fertilizer Society, 1995:356.

[12]Uunk E J B. Eutrophication of Surface Waters and the Contribution of Agriculture[J]. Proceeding of the Fertilizer Society, 1991, 303:55.

[13]Boers P C M. Nutrient Emissions from Agriculture in the Netherlands: Causes and Remedies[J]. Water Science and Technology, 1996,33: 81.

[14]Borgvang S A, TjomslandT. Nutrient Supply to the Norwehian Coastal Areas (1999) Calculated by the Model TEOTIL. NIVAreport . 4343-2001, Statlig program for forurensningsoverakning 815/01 TA-1783/2001 (in Norwegian).

[15]Mander Ue, Kuusemets V, Loehmus K, et al. Efficiency and Aimensioning of Riparian Buffer Zones in Agricultural Catchments[J]. Ecol Engineer,1997:(8):299-324.

[16]Lowrance R, Altier LS, Williams RG, et al. REMM: The Riparian Ecosystem Management Model[J]. Soil Water Cons,2000,55(1):27-34.

[17]张维理,武淑霞,冀宏杰等.中国农业面源污染形势估计及控制对策:Ⅰ 21世纪初期中国农业面源污染的形势估计[J].中国农业科学,2004,37(7):1008-1017. [Zhang Weili, Wu Shuxia, Ji Hongjie. Estimation of Agricultural Nonpoint Source Pollution in China and the Alleviating Strategies: Ⅰ Estimation of agricultural Nonpoint Source Pollution in China Early 21 century [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2004,37(7):1008-1017.]

[18]汪洪,李录久,王凤忠等. 人工湿地技术在农业面源水体污染控制中的应用[J].农业环境科学学报,2007,26(B10):441-446. [Wang Hong, Li Lujiu, Wang Fengzhong, et al. Application of Contructed Wetland for treating Water Pollution From Agricultural Nonpoint Sources [J]. Journal of AgroEnvironment Science,2007,26(B10):441-446.]

[19]张维理,冀宏杰,Kolbe H等.中国农业面源污染形势估计及控制对策:Ⅱ 欧美国家农业面源污染状况及控制[J].中国农业科学,2004,37(7):1018-1025. [Zhang Weili, Ji Hongjie, Kolbe H, et al. Estimation of Agricultural Nonpoint Source Pollution in China and the Alleviating Strategies: Ⅱ Status of agricultural Nonpoint Source Pollution and the Alleviating Strategies in European and American Countries [J]. Scientia Agricultura Sinica,2004,37(7):1018-1025.]

[20]蒋鸿昆, 高海鹰,张奇.农业面源污染最佳管理措施(BMPs)在我国的应用[J]. 农业环境与发展,2006,23(4):64-67. [Jiang Hongkun, Gao Haiyan, Zhang Qi. Beast Management Practices for Controlling Nonpoint Source Pollution in China [J]. Envirmanagement, 2006, 23(4):64-67.]

[21]Monica Vianello,Luciano Scarponi, Costantino Vischetti.Herbicide Losses in Runoff Events from a Field with a Low Slope: Role of a Vegetative Filter Strip[J] . Chemosphere,2005,61:717-725.

[22]韩秀娣.最佳管理措施在非点源污染防治中的应用[J].上海环境科学, 2000, 19(3):102-104. [Han Xiudi. Application of Optimat Management Practices to NPSP Control [J]. Shanghai Environment Sciences, 2000,19(3):102-104.]

[23]Anne Kristine Svika, Pa。l Tore Mrkvedb. Use of Stable Nitrogen Isotope Fractionation to Estimate Denitrification in Small Constructed Wetlands Treating Agricultural Runoff[J]. Science of the Total Environment, 2008,392:157-165.

[24]Vymazal J. Removal of Nutrient in Various Type of Constructed Wetland[J]. Sci Total Environ, 380:48-65.

[25]Seo DCh, Hwang SH, Kim HJ,et al. Evaluation of 2-and 3-Stage Combinations of Vertical and Horizontal Flow Constructed Wetlands for Treating Greenhouse Wastewater[J]. Ecological Engineering, 2008,(32):121-132.

Current Situation and Control of Agricultural Nonpoint Source Pollution

LI Xiufen1,2 ZHU Jinzhao1 GU Xiaojun2 ZHU Jianjun2

(1.College of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083,China;

2.Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai 201106,China)

Abstract Through 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 hm² degraded 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 eutrophication for water bodies. P discharged from agricultaral nonpoint sour ce 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 vegetation filter were believed as effective measures for 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 words agricultural; nonpoint source pollution; current situation; best farmland management; pollution control

推荐访问:防治 进展 现状 污染 农业