酸雨对杭州市农业可持续发展的影响及对策.doc

酸雨对杭州市农业可持续发展的影响及对策李忠全 潘贤春 孙晓法 酸雨、温室效应和臭氧层被破坏是全球三大环境问题。酸雨不仅危害人体健康,腐蚀建筑材料与文物古迹，而且导致土壤和河流湖泊酸化，使农作物减产、品质下降，森林衰退、渔业资源遭到破坏、水生动植物抗病力下降，造成巨大经济损失,已成为制约我市社会、经济可持续发展的重要因素之一。面对杭州市酸雨发生的趋势，酸雨污染对我市农业可持续发展的影响是不容乐观的。一、杭州市酸雨污染的现状酸雨通常是指pH值小于5.6（雨水中二氧化碳达到饱和时的pH值）的降水。降雨的酸化主要是由于人类大量使用矿物燃料向大气中排放有害气体如二氧化硫和氮氧化物与大气中的水分经大气化学反应而造成的。1、酸雨污染的趋势。近几年来,我市国民经济持续高速发展,能源和原材料消耗大幅度增长,以二氧化硫为主所造成的酸雨危害严重,酸雨率从1995年的44% 上升到1997年的73%，2001年达到了82.7%,2005年达到86.4%；年平均pH值除2004年外均在4.78以下，2001年为4.47；pH最小值均在4以下，最低的2002年已经达到了3.44。1998年我市被国务院列入酸雨控制区范围。杭州市的酸雨呈不断加重的趋势，重酸雨区的面积不断扩大，从1998年的5586.852增加到2002年136252，从3个县市增加到6个县市。表一 杭州市历年酸雨发生情况1990年2001年2002年2003年2004年2005年酸雨率64.4082.773.669.075.0786.4pH平均4.774.474.684.785.004.68pH最小3.993.913.443.703.533.42注：本表根据历年杭州市环境公报及相关资料整理2、酸雨污染的地区分布。我市重酸雨区覆盖区逐年扩大，2002年杭州市被酸雨区所覆盖，市区、桐庐、淳安、余杭、临安、建德等重酸雨区覆盖面积达136252，占全市总面积的82.1%；萧山为较重酸雨区，覆盖面积11632，占全市总面积的7%；富阳属中度酸雨区，占全市总面积的10.9%。2004年除了萧山、富阳两地外，杭州大部分地区都处在重酸雨区，其中临安市的酸雨频率和酸度最为严重。2005年全市均被重酸雨区覆盖。各县、市、区中，临安酸雨最厉害，历年酸雨pH最小值均出现在临安， 最低的一年达到了3.18；其次是桐庐；富阳的酸雨程度相对较轻。3、酸雨污染的季节分布。据环保部门的监测，杭州市冬季的降雨pH值最小，为3.37，污染最为严重，春秋季次之，为3.44-3.50，夏季最大，为4.83。静风或弱风时PH平均值最小，在3.85-4.21之间。在偏北风条件下，酸雨率最高，达57%。二、酸雨对杭州市农业可持续发展的影响虽然由于酸雨影响农业生产的事例并不多见，仅有上世纪90年代江干区发现酸雨对蔬菜生产造成危害及2005年7月天目山古柳杉由于酸雨影响导致瘿瘤病群发等少数几例，但是酸雨对我市土壤、农作物、渔业、林业的潜在威胁须引起高度重视。1、酸雨进一步加剧土壤酸化。土壤酸化主要表现在土壤pH值下降、盐基饱和度降低、铝离子大量积累。当酸雨大于土壤缓冲能力时土壤就会酸化，并改变土壤结构，导致土壤贫瘠化，特别是酸雨可降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量，使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降，对农作物大为不利。而且由于我市分布着较大规模的酸性土壤，酸雨对土壤的影响就更大。有试验表明，酸雨对浙江省酸性较强的红、黄壤的影响较大，在酸雨淋溶下，红黄壤释放出的活性铝浓度可达到对敏感植物根系严重危害的程度。表二 杭州市土壤分布情况土壤黄壤紫色土石灰土粗骨土山地草甸土潮土滨海盐土水稻土面积88.3613.206.9711.706.830.0045.153.0821.08pH值4.5-5.55.66.57.2-8.075.0-6.05.56.5-7.57.5分布海拔650700米以下的低山丘陵区650米以上的中、低山地丘陵山地丘陵山地低山丘陵的陡坡和顶部临安1100米以上的中山夷平面上平原地区和山谷的河溪两旁萧山、余杭境内钱塘江边的滩涂上平原地区杭州市地处我国的南方，土壤以红壤、黄壤为主，多呈酸性，再经酸雨冲刷，加速了酸化过程。据第二次土壤普查资料，全市土壤总面积为150.27万公顷，而本身即为酸性的土壤面积为115.364万公顷，占全市土壤面积的76.77%。其中酸性较重的红壤、黄壤面积达到95.46万公顷，占市土壤总面积63.53%。明显偏碱性的土壤（滨海盐土）仅3.08万公顷，占2.05%（表二）。这种情况在临安、淳安、桐庐等地更为突出，一方面这部分县市是我市酸雨发生最重的地区，无论是酸雨发生频率，还是酸雨的pH值，这几个县市都比较严重；同时这三个县市酸性土壤的比重又比较高，临安全市29.73万公顷土壤中，红、黄壤占了23.72万公顷，占76.42%，淳安县则占了76.18%，桐庐占77.15%。2、酸雨对农作物产生直接作用，造成减产和品质下降。1982年6月18日，重庆下了一场pH为3.9 的强酸雨, 某乡上万亩水稻叶片迅速变成赤色，这场灾害使水稻的产量损失80万斤。这是酸雨对农作物危害的首次报道。 酸雨影响农作物的产量和质量。有研究表明，番茄、胡萝卜和棉花的产量损失和酸雨pH值及SO2含量呈非常显著的相关性。对酸雨中等敏感的小麦在pH值为3.5的酸雨影响下，可减产13.7；pH值为3.0时减产21.6，pH值为2.5时减产34。不同品种的蔬菜对酸雨的敏感程度不同。在pH为3.5的高酸性环境里，酸敏感蔬菜蕃茄、芹菜、豇豆和黄瓜产量可下降20%；而有中等敏感性的生菜、四季豆和辣椒产量下降1020%；抗酸性较强的青椒、甘兰、小白菜、菠菜和胡罗卜的产量下降低于10%。而且有试验表明，大豆、蔬菜容易受酸雨危害，不仅使产量下降，而且导致蛋白质含量降低。这些影响一方面是由于酸雨和大气中的SO2,对农作物产生直接作用而引起的,包括对植物叶片的损伤、叶片营养元素的淋洗、生理生化过程的改变、生长发育的阻滞和产量降低等；更多的则是酸雨严重发生后，改变了农作物生长的环境，间接地影响农作物。比如酸雨导致土壤酸化，降低土壤肥力和生产能力；又比如在酸性环境下，农作物的病虫害发生加重等等。杭州江干区曾有酸雨造成蔬菜减产的报道：一场酸雨使蔬菜叶子一次次发黄。尤其是冬春二季，菜农的经济效益显著下降，究其原因是冬春二季恰好是酸雨发生比较严重的季节。余杭区超山梅林受酸雨等大气围绕的影响，自1970年至1984年渐渐衰败，产量急剧降低，由194公斤/亩降低到1.18公斤/亩，几乎绝收。粮食作物中，小麦属酸雨中等敏感作物，主要的生长季节又是冬春酸雨发生相对严重的季节，因此酸雨对我市小麦生产有影响，而对水稻影响基本不明显。由于茶叶本来就适宜在酸性土壤中种植，酸雨对茶叶基本没有影响。表三 酸雨对农作物产量的影响作物类型减产幅度（%）酸雨pH值抗性作物（水稻、大豆、花生）5.010-1520-254.64.0-3.62.6中等敏感作物（小麦、玉米、薯类）5.010-1520-254.64.0-3.62.8敏感作物（大部分蔬菜）5.010-1520-255.2-4.84.6-4.03.0注：本表引自酸雨对农业生产的影响及其对策，邢廷铣，土壤与环境，2002-13、酸雨危害森林，严重危及生态环境。2005年7月，天目山4000亩古柳杉群发生瘿瘤病，部分病害严重的柳杉树“平均每米枝条上分布着24.9个26.4个树瘤”，整个枝条就像是一串冰糖葫芦。其中直径50厘米以上的2032株古柳杉染病率几乎达100%。专家们调查后认为是酸雨腐蚀了树皮，造成伤口，使柳杉瘿瘤病菌能够轻易侵入树体，并布满整个树体。这是酸雨直接影响森林植物的典型事例。酸雨会对森林植物产生很大危害。北美酸雨区已发现大片森林死于酸雨，德、法、瑞典、丹麦等国已有700多万公顷森林正在衰亡。根据国内对105种木本植物影响的模拟实验，当降水pH小于3.0时，可对植物叶片造成直接的损害，使叶片失绿变黄并开始脱落。叶片与酸雨接触的时间越长，受到的损害越严重。野外调查表明，在降水pH小于4.5的地区，马尾松林、华山松和冷杉林等出现大量黄叶并脱落，森林成片地衰亡。例如重庆奉节县的降水pH小于4.3的地段，20年生马尾松林的年平均高度生长量降低50%。 而且大多数专家认为，森林的生态价值远远超过它的经济价值。虽然对森林的生态价值的计算方法还有一些争议，计算出来的数字还不能得到社会的普遍承认，但森林的生态价值超过它的经济价值，这一点，几乎已达成共识。一般认为森林的生态价值是它的经济价值的 28倍。因此由于酸雨对森林危害而造成的生态损失是极其巨大的。 酸雨对中国森林的危害主要是在长江以南的省份，而且浙江省是危害最严重的省份。杭州市是浙江省第二大林区，森林覆盖率62.8%,分布较大面积的马尾松，而且临安、淳安等县市既是森林的高覆盖区，又是酸雨的重发区，两相重叠，使我市森林受酸雨的影响更为严重。4、酸雨改变了水体环境，对渔业资源和水产养殖构成威胁。在二十世纪50年代初期，瑞典、挪威等国家的渔业生产无故减产，一时找不到原因，直到1959年发现与酸雨有关，是由于酸雨导致湖泊酸化，进而影响渔业生产。现在瑞典的85000个湖泊中，已有4000个被酸化，且毁灭了其中的水生植物和鱼类。表四 不同pH时鱼的存活和繁殖情况pH值存活和繁殖9.0-6.5鱼的成活繁殖完全正常，对鱼无害。6.5-6.0水中CO2浓度不超过100mg/l时，对任何鱼的存活繁殖无害。6.0-5.0如果CO2浓度不超过20mg/l或不含刚刚生成的铁沉淀，不会对鱼的存活产生影响，但对少数鱼的繁殖有影响。5.0-4.5对鲑科鱼和鲤科鱼的鱼苗、鱼卵有害，一些种类的鱼无法成功繁殖。4.5-4.0未经低pH驯化的鲑科和鲤科鱼幼苗难以长期存活；大部分鱼不能成功繁殖。4.0-3.5是鲑科鱼的致死范围，几乎所有的鱼都不能成功繁殖，拟鲤、鲈鱼经低pH驯化后可以存活一段时间。3.5-3.0任何鱼存活不超过几个小时，完全不能繁殖。注：本表引自酸雨对渔业的影响，曹立业，中国水产科学，1996-2河流湖泊酸化对水生生态的影响主要是导致鱼类死亡，因为酸性湖水或河水会降低水中含钙量，损坏鱼的脊椎和骨骼，使鱼崎形，成驼背或缩短。此外，酸性水还会使河底沉积物释放出有毒物质，如铅、镉、镍等。一般而言，淡水鱼类的生存范围是pH4-10，安全范围是5-9，最高生产力范围是6.5-8.5。有人研究了北美40种鱼和pH值的关系，在水体pH小于6时，有5种鱼消失；在水体pH小于5.5时，大约有11种鱼消失; 在水体pH小于5时，大约有21种鱼消失;在水体pH小于4.5时，大约有32种鱼消失；当水体pH小于4时，这40种鱼全部消失。相对于忍耐河水酸化的能力而言，虾类比鱼类更差，在已酸化的河流中，虾类要比鱼类提前灭绝。由于低pH值对鱼卵的卵膜具有溶解作用，所以水体酸化对水产动物的自然种族繁衍构成威胁。水体低pH值对鱼腮细胞及表皮细胞有影响，但更为重要的是容易使水体中无毒的硫化物变成有毒的硫化氢（对虾蟹的致死作用很强），并使水体中的有益微生物减少而使致病菌大量繁殖，更容易造成疾病发生和流行，导致水产品质量降低，影响水产品质量安全。有调查表明，钱塘江鱼类生物多样性在减退，鱼类种群资源数量逐年下降，从上世纪70年代至今的30年时间内鱼类种类数量从202种减少到127种（减少37%），一些名贵鱼类如鲥鱼、四鳃鲈等已基本销声匿迹。其中有化工、造纸工业及农村面源污染导致水体总N、P的含量提高，水体富营养的原因；也有采沙、水利、交通工程的影响，使底栖生物、鱼类产卵场、越冬场、索饵场受到严重破坏的原因。同时也不能排除越来越严重的酸雨对钱塘江渔业资源的影响。从市农科院实验中心的检测结果看，我市萧山、余杭等地的养殖用水属偏碱，pH值均在6.9以上，最高的达10.4，千岛湖水为7.2，尚不致以对水产养殖和水产资源造成大的危害。但是我们要应该看到，部分地区的内河水有酸化的趋向，如萧山围垦的八工段、十一工段地处钱塘江围垦区，受海潮影响，水质应该是明显偏碱，但2005年检测时pH值为6.9，已属偏酸。这种趋势应该引起我们足够的重视。三、酸雨对杭州市农业生产损失的初步估计1994年，国家环保局组织16位专家进行研究，估算出比较权威的数字，经济损失每年为140亿元。其中农作物损失值为45亿元，全国森林因酸雨造成的经济损失，只计算木材和薪材，大约为50亿元。国家“八五”科技攻关课题研究成果显示，酸雨对我国农作物、森林影响巨大，1997年江苏、浙江等7省因酸雨而造成约1.5亿亩农田减产，年经济损失达37亿元；森林受害面积128.1万公顷，年木材损失6亿元，森林生态效益损失54亿元。当年浙江省农作物受害面积63.29万公顷,经济损失28.50亿元。其中粮食、经济作物、蔬菜的受害面积分别为21.38、16.97和24.95万公顷，经济损失分别为0.257、0.283和2.310亿元。1992年，杭州市环保局参考西南地区酸雨研究成果对全市因酸雨造成的农业损失进行了大致估算，当年农业损失为7649万元，其中包括蔬菜6099万元、其它经济作物460万元、粮食损失590万元，占的年国内生产总值的0.6%，占酸雨对农业、建材、文物和人体健康等估计损失的28.77%。事实上，对农业损失的估计是偏低的。到目前为止还没有统一的办法对酸雨造成的农业损失进行估算，而且也仅有人对农作物和森林损失进行过估算。有专家认为，在没有成熟资料时，可以参考下列数据进行估算：蔬菜减产15%，果树减产15%，蚕桑业减产5%，粮食在重度污染时减产15%、中度污染时减产10%、轻度污染时减产5%。我市年平均pH值在4.47-5.00之间，已经到酸雨危害的临界点。我们按照上述对杭州市2005年酸雨可能造成的农业损失进行了粗略估算，2005年我市因酸雨造成的农业损失8.013亿元，占当年农业总产值的3.65%。其中蔬菜损失5，366亿元、果树损失1.690亿元，蚕桑损失0.062亿元，粮食损失0.895亿元。虽然我们目前还无法估算出酸雨导致的水产养殖病害损失，但是这种损失是客观存在的。由于酸雨的影响，我市虾蟹养殖的成本上升却是有目共睹的。以前仅在养殖周期开始前施用生石灰1次，而现在是每次雨后都要施用生石灰，即使是晴天，只要从江河抽水注入，就要施用生石灰。现在每一个养殖周期要比以前每亩多施生石灰1吨左右，直接增加成本300元。2005年全市养殖难美白对虾4.89万亩、罗氏沼虾1.25万亩、青虾3.68万亩、河蟹3万亩，虾蟹养殖面积达到12.82万亩，一年增加成本3846万元。四、防止酸雨污染的对策措施酸雨对农业、森林和渔业的影响日益为人们所重视，有关方面积极采取措施遏止SO2排放所造成的污染，但是对SO2排放污染的治理并不是一朝一夕能完成的，对SO2排放造成的污染进行修复则需要更长的时间，而且SO2在空气中具有流动性，靠一地一时的治理不能从根本上解决问题。酸雨问题会在我国长期存在。我们应该在做好SO2综合治理的同时，积极采取措施，通过筛选和培育抗酸雨品种、研究改进农业生产管理等办法，以适应难以控制的环境恶化。我市农业、林业科研推广机构要尽快开展这方面的研究，有关部门要立项给予支持。1、从源头控制SO2排放是根本。从源头控制，减少SO2排放是治本之策。一是完善国家环境保护法规，加强对工业废气排放的管理，严格实行“二控区”内SO2排放总量控制。二是限制高硫煤的开采利用，坚决杜绝含硫量大于3%的煤矿的开采。三是重点治理火力发电厂排放SO2对环境的污染，同时综合防治化工、冶金、有色金属、建材等行业生产过程中SO2排放。四是研究和开发SO2污染防治技术和设备，因地制宜地选用清洁煤炭使用技术。五是大力发展煤炭替代能源，调整能源结构，加快西气东输、东海油气田的进杭工程，实现能源结构的战略性调整，提高清洁能源比例，使其逐步成为杭州市区的主要能源。2、筛选和培育抗酸农作物品种和树种。筛选和培育抗酸农作物品种和树种是主动适应酸雨环境之举，这项工作在林业方面已经取得了一定的成果，但是在农作物和渔业方面的研究还非常少，需要引起各方面的关注。一是在现有农作物品种及树种中筛选抗酸雨品种，目前我国著名森林生态学家冯宗炜已经筛选出一批抗酸树种，以代替对酸雨非常敏感的马尾松。同时已经从园林树种中筛选出桂花、茶花、女贞等抗酸雨树种。二是利用高新技术，加快抗酸雨品种的培育。浙江大学茶叶研究所已经克隆了茶树根际耐酸铝真菌ALF-1与耐酸铝相关的基因片段，为通过基因操纵手段改良农作物品种，提高作物抗酸铝能力提供了条件。3、研究改进生产管理措施。通过生产措施的改进，可以暂时缓解酸雨对农业的影响。一是调整种植业结构，酸雨比较严重的地方，安排种植对酸雨不太敏感的作物和林木，如山茶、柑橘、橙、桧柏、侧柏等；在对酸雨敏感的作物和林木中间植抗酸雨树种，如银杉、金橘、桑树、樟树等树种，可以减轻酸雨的危害，因为这些植物有很强的吸酸能力，1的银杉可以吸收60公斤的SO2。二是种植绿肥、施用有机肥，在酸化地区酌情施用生石灰等措施提高土壤缓冲能力，缓解土壤酸化过程，在已经酸化的土壤和湖河及养殖池塘中也可以采用投入生石灰的办法进行中和恢复，并建立pH缓冲系统。三是利用设施推广避雨栽培方式，通过塑料薄膜的隔离，减轻酸雨对植物的直接危害。四是要研究受酸雨危害的动植物生态工程恢复技术，有试验表明，