20年来农业面源污染治理的国际经验

20年来农业面源污染治理的国际经验

在许多发达国家，农业一体化的发展比中国快。从20世纪50年代到80年代，各种农业原料的产量迅速增加，农业表面的污染物越来越严重。而自20世纪80年代末以来欧美发达国家开始重视对农业面源污染的研究和治理，20多年来已经积累了丰富的经验。研究发达国家在控制农业面源污染上采取的主要策略和技术，不仅可获得可资借鉴的经验，还有助于全面审视和剖析中国农业面源污染控制中存在的问题，从而提高治理效率。1农业面源污染全球范围内，水资源的污染和清洁水源的短缺都在不断加剧。目前公认农业引起的面源污染是目前水体污染中最大的问题之一。特别是随着对点源污染控制的逐步加强，在水体污染中农业面源所占的比重不断增加。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，是河口污染的第三大污染源，是造成地下水污染和湿地退化的主要因素。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%。例如在瑞典，不同流域来自农业的氮占流域总输入量的60%～87%。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。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。2面源污染的治理由于水源特别是饮用水质量与人类健康关系密切，水的污染不仅影响生活和生产用水，还易引发疫病的大流行。世界各国很重视对水、特别是饮用水源的保护，将水资源质量的保护作为最重要的国策之一。各国在环境治理中投资最大的当属水污染的治理。在环境保护方面出台最早、最多、最严格的是与水源保护相关的法规和技术标准。为治理水污染，欧美各国于20世纪70年代以来陆续出台了一系列的法案，并启动了若干行动计划。在前期，治理重点为对工业和城市生活污水点源污染的治理。自20世纪80年代末以来，随着点源污染负荷的下降，面源污染负荷的增加，在全球范围内对农业面源污染控制不但逐步成为水污染治理的重点，也逐步成为现代农业和社会可持续发展的重大主题。1979年美国国会通过清洁水法案，将对水污染治理列入国家财政预算，联邦政府每年从财政预算中拨出20亿美元的专项基金，用于启动水污染治理的项目，近年流域治理的重点为面源污染监测及治理。2003年在美国总统布什向国会的提案中，对全国20个重点流域治理增加7%的预算，用于加强对流域面源污染治理的相关研究。在治理行动计划上，联邦政府设立了500亿美元的清洁水基金，主要作为“种子基金”，吸引地方政府共同投资，供农民、企业或地方通过无息或低息贷款的方式进行面源污染治理。在农业集约化程度较高的欧洲，第一个治理农业面源污染的法案出台于1989年。之后，欧盟不断加大用于减少农田氮、磷养分总用量、提高农田养分利用率的费用，进行农业面源污染控制的财政预算和投入。近年来相关投资每年已达1700亿欧元，为欧盟财政预算总支出的80%以上,各欧盟国家联邦政府、地方政府还有各自的相应投入。为有效的减少现代集约化农业对环境，特别是对水体的影响，许多国家和地方政府在原来的农业部的基础上，设立了农业与环境保护部，将减少污染，维护生态环境作为农业部门的职能之一,赋予现代农业以新的内涵，从研究和政府推动两个层面双管齐下，加大对农业面源污染的治理力度。3推广农业生产技术发达国家对农业面源污染主要采用源头控制的对策。其核心特征为依靠农业科技，研究和发展环境友好的新的农业生产技术替代原有技术，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的氮、磷径流和淋溶。3.1源头控制策略欧美国家最重要的控制原则是对点源污染和面源污染实行分类控制与监测。由于点源污染与面源污染发生机制不同，所有欧美国家目前对面源污染和点源污染均采用截然不同的控制策略与技术。对点源污染主要通过兴建污水处理工程进行末端控制。经过20多年的不断发展，进行末端控制的污水处理技术和监测技术已经比较成熟和规范，欧美主要国家政府部门的相关网站均可检索到相应的技术标准。对面源污染，国际范围内仍然缺少有效的控制和监测技术，在控制上采用源头控制策略，强调在全流域范围内通过农田最佳养分管理等农业措施削减氮、磷总量，在监测上则强调因地制宜，而没有标准的方法。发达国家不仅对点源和面源污染进行分类控制，对面源污染中不同的类型，如城区面源、农田面源、畜禽场面源也分别进行分类控制。城区面源主要是通过管网改造等基础设施建设进行治理。欧美的经验显示，城区面源控制中，以没有污水管网的老城区改造最费钱，因此政府要求新建居民区必须匹配管网设施。在进行农田面源污染控制上，主要是在全流域范围内广泛推行农田最佳养分管理（bestnutrientmanagementpractice,BNMP），通过对水源保护区农田轮作类型、施肥量、施肥时期、肥料品种、施肥方式的规定，进行源头控制。即使在对农民有巨额补贴的欧洲国家，能够采用污水处理设备的畜禽养殖场也很少，为此畜禽场面源控制，主要通过制定畜禽场农田最低配置（指畜禽场饲养量必须与周边可蓄纳畜禽粪便的农田面积相匹配）、畜禽场化粪池容量、密封性等方面的规定进行。管理部门在进行监控时，主要不是检查农村畜禽场排放污水是否达标，而重点检查农田最低配置、畜禽场化粪池容量等，实际上，在这些指标达标的条件下，极少会发生畜禽场的场地径流。3.2中央控制3.2.1综合农业及水土保持技术北美发达国家在农业面源污染控制上，对农民没有或只有很少补贴，主要是鼓励农民自愿采用环境友好的替代技术。在这种条件下，发展操作简单、价格便宜的替代技术，供农民广泛采用十分重要。目前发达国家对农田面源污染的主要控制技术有：(1)农田最佳养分管理；(2)有机农业或综合农业管理模式；(3)等高线条带种植；(4)农业水土保持技术措施。这些技术的主要优点是很少或基本不增加农民的费用。目前即使在对农民实施高额补贴的欧洲国家（政府每年对每公顷农田实施的环境政策补贴可达50～1000欧元），主要采用的仍是很少增加额外技术成本，但可有效减少农田和场地氮、磷径流和淋溶的替代技术。如在20世纪60年代推出的农田养分收支平衡记录单模型法，自80年代末以来经过科研部门的不断摸索、改进，目前在欧盟国家已经成为农户进行农田养分管理的一项实用技术被广泛采用。这一技术简单易行便于操作，不用进行化学测试，成本低廉，可有效提高肥料利用率，降低养分过剩对环境的不良影响。比较之下，一些价格较贵的尖端性农业生产技术，包括缓控释肥料技术、微生物肥料技术，至今没有成为农业面源污染控制的主流技术。3.2.2主要技术标准和奖惩各国的经验显示，在面源污染严重的水域，因地制宜的制定和执行限定性农业生产技术标准，实施源头控制，是进行氮、磷总量控制，减少农业面源污染最有效的措施。目前欧美国家用于控制农田引起面源污染的技术标准主要包括：(1)对水源保护区、水源涵养地的轮作类型的限定；(2)对水源保护区、水源涵养地肥料类型、施肥量、施肥期、施肥方法的限定。用于控制畜禽业引起面源污染的技术标准主要包括：(1)要求畜禽场就近配有足够的农田，以便保证在环境安全的前提下，消纳畜禽粪便（每公顷耕地1.5个畜单位，大约相当于15头猪1公顷耕地)；(2)要求畜禽场固液废弃物化粪池的容量达到可贮放6个月排出的固液废弃物；(3)要求化粪池密封性好，不会产生径流和侧渗。通常联邦政府出台的主要为框架性的政策和法规，地方政府则在联邦政府政策和法规的框架内，主要根据调查研究提供的基础信息、当地自然地理条件、农业生产水平，制定适合本地条件的技术标准和相应的奖惩规定。如德国，农民有在每年秋末收获后至春播前土地翻耕时施用厩肥的习惯。新的研究表明，在中欧的气候和农田植被条件下，这一时期农田施用流质厩肥是造成土壤硝酸盐淋溶、地下水污染最重要的原因。就此，德国于1989年正式通过立法，原则上禁止农民于每年11月15日至来年1月15日在农田施用流质厩肥。以后德国各州又分别在当地进行了相关的试验研究，根据本地气候、自然地理条件、土壤和轮作类型的不同，对农田使用流质厩肥的时间、使用量、施肥机械进行了明确和详尽的规定。由于这一技术标准的执行既未减少农民收益，又便于执行，操作性强，很快得到了农民认可。这一项标准的广泛采用对控制地下水硝酸盐污染发挥了重要作用。3.2.3生态农业作用程序和生产技术标准尽管许多国家的实践已经证明,制定和执行限定性农业生产技术标准是进行面源污染控制的关键措施，但由于这些规定有可能影响到广大农民收益，因而深入了解引发农业面源污染主要过程和环节，才能使这些技术标准的制定既有较大的控制效力，又适合当地条件，不增加或尽可能少增加农民和政府的额外负担，有较强的可操作性，从而保证其广泛实施。为保证限定性农业生产技术标准的科学性和合理性，欧洲各国自20世纪80年代末以来启动了一系列科研行动计划，在各地进行了大量相关试验研究。如德国仅在巴登州启动的“农业对地下水硝酸盐污染的影响及控制”重大研究专项中，定位监测点达上万个，项目历时逾10年，投资总计逾上亿马克。陆续完成了巴登州农田施用流质厩肥的规定；巴登州水源保护区农田轮作方式和肥料类型、施肥期、施肥方式、肥料用量的规定；巴登州综合农业施肥技术标准等一系列技术标准。德国许多地区地方政府根据水源保护的需要，依据不同土壤类型、作物类型和施肥量对地下水硝酸盐污染的田间试验研究结果和当地的水文地质条件、土地利用、高精度农田土壤数字信息，划定了三级标准的水源保护区，并规定了各级水源保护区允许的轮作类型和相应的施肥标准。通常在一级水源保护区仅允许作为林地和草地，不允许种植农作物，也不允许使用任何肥料。二级水源保护区，仅允许种植用肥量低的农作物，如黑麦等，并且作物的用肥量也必须控制在标准限量之内，不允许种植用肥量高的农作物如大多数蔬菜作物。三级水源保护区对作物种类和用肥量也有相应的限定。许多发达国家的基础研究工作非常细致，并已经用于指导实践。图1为加拿大一个县级政府部门为保护地下水、控制农业面源而颁布农田使用流质厩肥的条例。根据水文地质条件、土地利用类型、土壤物理性状，特别是土壤的排水性，明确划定全县允许使用流质厩肥的农田和草地范围。近年来德国各个州政府为减少农业面源污染，陆续颁布了一系列有利于环境安全和农业可持续发展的限定性和推荐性农业生产技术标准。为了便于农民掌握，许多标准尽量采用图、表的形式，表面上看起来简单而直观，农民使用时十分方便，但在这些标准的后边则蕴涵了大量的基础性科技工作。在欧洲通常规定生态农业不允许使用氮素化肥和农药，对磷素化肥的种类和用量也有严格的限制，因而生态农业是水源保护地允许采用的主要农田利用类型之一。由于不能使用氮素化肥和农药，采用恰当的轮作，不但可以有效的减少病虫草害的发生，改善作物品质，还可以提高土壤肥力，提高作物对土壤养分、水分及有机肥的利用效率。为指导农民在实施生态农业时进行科学的轮作，德国相关农业科研部门共计进行了50多个10年以上的长期定位轮作试验，获得了数以千万计的科学试验数据，完成了图2的研制。图2显示了撒克森州政府农业部门制定的生态农业轮作技术标准。按照其指示方式，可将其称之为“轮作红绿灯”。等级1～2为绿灯区(图2中显示为白色和浅灰色），当图2中前后茬作物组合处于绿灯区位置时，表示这种轮作方式十分有利于提高作物产量和品质，如图2中冬小麦与苜蓿等豆科牧草、蚕豆、豌豆、饲草的轮作，麦类作物与马铃薯的轮作。等级3为黄灯区(图2显示为灰色），表示这种前后茬的轮作方式不合适，将导致作物产量和质量效益的下降，如图2中豌豆与糖甜菜的轮作，早熟马铃薯与羽扇豆、豆科牧草的轮作。等级4为红灯区（图2中显示为黑色），表示这种前后茬的轮作方式极不合适，将导致作物产量和质量效益的大幅度下降。农民可以很方便的根据“轮作红绿灯”，同时参考农产品的价格变化，选择合适的轮作类型，实现农业生产的高效与环境安全的双重目标。自20世纪80年代以来，欧美发达国家在各主要农区和水域进行了大量的相关试验研究，了解不同地区现行农业措施的经济与环境生态效应。在扎实的试验研究基础上，这些国家自90年代以来陆续在各个主要农区和水域完成并推出了涉及种植业、养殖业、农村地区排污等各个方面，旨在进行农业面源污染控制的限定性和建议性农业生产技术标准，逐步形成了比较完整的、适合不同地区采用的环境安全的农业生产技术体系。3.3在政治方面3.3.1有关化肥的企业和设计在有相应的研究工作，为治理提供了比较到位的科学依据的基础上，各地区或流域根据本地的经济能力和控制目标，制定相应的奖惩措施。以农业绿箱政策形式，推动环境友好生产方式和相关技术标准的执行。表列出了德国撒克森州的规定。农民从事氮肥用量减少20%～50%的生态农业模式或综合农业模式的经营，每公顷可得到80～1500马克的补贴，这笔资助主要用于进行土壤矿质氮的分析，少用或不用农药、采用的一定轮作类型的耗工。目前德国在总面积为171.3×104ha的农业用地上(其中农田为118×104ha，草场、果园等合计52.7×104ha），有50×104ha的农业用地（占农用地总面积的30%）获得由欧盟、联邦政府和地方政府共同出资设立的各种类型的农业环境政策补贴。3.3.2建立健全农业环保技术标准及监督机构发达国家的经验显示，治理农业面源污染既要重视技术的作用，更要注意发挥软环境的作用。组成软环境的4个重要层面分别是：农业科研部门、政府机构、农业环境执行状况的监督部门和农民。各个层面功能不同，只有相互配合，才能发挥作用。在这里联邦政府及各级地方政府所属的农业科研部门主要提供进行农业面源污染控制所需要的技术支持，包括了解和弄清农民现行农作措施对环境的影响，研究并提出环境友好而经济可行的替代技术，为各级政府制定和执行农业环境政策、法规和技术标准提供科学依据；为在流域治理中进行氮、磷总量控制，通过技术层面与政策层面的结合大幅度削减农业面源污染排放量提供到位的技术支持。当研究弄清楚了引发农业面源污染的原因，阐明了解决这一问题的必要性和可行性，各级政府部门就开始通过立法及相应的奖惩政策施加影响。如欧盟国家自1989年颁布第一个农业环境法规之后，各级政府部门一方面加强有关的科研行动计划，建设环境安全的农业生产技术体系；另一方面切实落实各项奖惩政策，推动各项法规和技术标准的广泛执行。目前德国联邦政府农业部在欧盟和各州政府的投资之外，每年拿出近40亿欧元，占其年度财政预算总额的66%，用于支持其农业环境政策的落实，控制农业面源污染，提高农产品质量。有了各种技术标准、法规和政策支持，还要有有效的监督机构，才能保障广大农民真正执行各项标准和法规。在欧盟各国，出于简化机构、节省政府行政开支和农业科研部门在专业技术人员方面有优势的考虑，农业环境法规的监督和执行主要由各级政府部门委托地方农科院、地方农协等相应机构进行，各州原有机构设置不同，可根据本地条件因地制宜，建设农业环境技术标准的监督机构，而没有全国统一的机构。如德国撒克森州设有机构和专业完善的州立农科院，对农民和农场执行农业环境法规的监督。而且撒克森州的农协历史悠久，在本州各地具有健全的农业技术服务和推广网络，农业环境法规的监督和执行由州农业部委托农协进行。为保证监督的公正和效果，环境法规执行状况的监督与农业技术服务的推广设在两个不同部门，由不同人员分管。农民或农场违反了农业环境法规将受到刑事惩罚。由于有上述一系列完整的技术支持、政策保障和监督机构，农民在自觉执行有关规定的同时，积极尝试对环境更为友好的农业生产方式，这一过程也促进了农民环保意识的提高。4农业面源污染得到控制，水域富营养化得到加强自20世纪80年代以来，发达国家在治理农业面源污染方面做出了巨大努力，一些国家现已经取得了较明显的成效。农业集约化程度高的西欧国家自80年代末以来,各国流域逐步实施农业投入氮、磷总量控制，氮、磷化肥用量分别下降了大约30%和50%。如德国,氮、磷化肥用量由180kgN·ha-1和94kgP2O5·ha-1分别降至110kgN·ha-1和30kgP2O5·ha-1，法国由148kgN·ha-1和83kgP2O5·ha-1分别降至125kgN·ha-1和43kgP2O5·ha-1,荷兰由600kgN·ha-1和100kgP2O5·ha-1分别降至330kgN·ha-1和60kgP2O5·ha-1。连续近20年氮、磷化肥用量的大幅度下降使得农业面源污染得到了有效的控制。西欧曾经一度十分严重的地下水硝酸盐污染已经明显缓解，湖