中国农业面源污染负荷及防治对策

中国农业面源污染负荷及防治对策

人类活动造成的水污染是世界环境管理的难题，也是世界上最重要的环境问题之一。多年来的实践证明,单纯控制点源无法使水体免受污染,必须兼顾对面源的治理。最主要同时又是最易构成水体环境隐患的面源污染形式当属农业面源。这可以从美国1990年的调查评估报告看出:美国面源污染几乎占总污染量的2/3,其中农业面源占面源总量的68.83%,影响到50%~70%受污染或威胁的地表水体。由于农业活动的广泛性和普遍性,农业面源已成为目前水质恶化的一大威胁。所以本文就我国农业面源污染对水体的影响进行分析,并提出一些防治措施,为我国的水环境改善提供一些思路。1我国化肥的发展历程在我国,农业是一种污染源的观点已逐渐被认可。主要是因为我国农业生产的长足发展是以大量农用化学品的投入为代价的。表现为化肥、农药、除草剂等用量的幅度增长。由于目前农业生产大量施用农用化学品,特别是在过量或不合理施用的情况下,伴随着水土流失,大量氮、磷元素及农药等进入水体导致严重的污染,其中化肥的大量不合理施用是最主要的原因之一。所以本文欲分析我国化肥施用情况,试图揭示农业面源污染的起因。新中国成立到现在,我国化肥工业得到了迅速发展,进口化肥数量也在快速增加。目前,我国已是世界上最大的化肥消费国,总体上化肥施用量经历了三个发展阶段。第一阶段为建国到70年代,这一时期是我国化肥的起步阶段。虽然化肥用量增加较快,但全国化肥施用量仍然很低。第二阶段为70年代后期到90年代后期,这一时期可以称为我国化肥的起飞阶段。经过20多年的发展,我国化肥施用量先后跨越了1000万t、2000万t、3000万t与4000万t四个台阶,单位播种面积的化肥用量已大大超过世界平均水平。第三个阶段为90年代后期到2008年,为我国化肥的成熟期,这一时期的主要特点是化肥总量与90年代后期基本持平,但肥料的结构发生了较大的变化,其中磷、钾肥与复合肥的比例大大增加,而氮肥的比例有所下降,肥料利用率有了一定的提高。与化肥用量发展的三个阶段相比,我国化肥利用率虽有提高,但总体上并没有突破性进展,全国化肥利用率大多数在30%~40%徘徊,其余60%~70%的化肥进入了环境,其中最主要是氮肥,况且流失的化肥多为溶解态,进入水体,极易刺激藻量的异常生长。进入20世纪80年代以来,我国每年都有1000万~2500万t的化肥进入环境,也就是说20世纪70年代后期到90年代后期是我国化肥用量飞速增加的时期,同时也是化肥损失量飞速增加的时期。由此可见,这一时期是我国水环境最易受到农业面源威胁的时期。2我国水污染现状分析我国传统的发展模式是以“高投入、高消耗和高污染”为特点的,没有考虑环境容量的问题,导致了环境质量的整体恶化,其中水环境的恶化最为突出。我国淡水湖泊总蓄水量达6380亿m3,是地下水开采量的2.2倍,是河流可利用水资源的几十倍,是我国最重要的淡水资源,下面就以水污染为例分析我国水污染的发展概况。湖泊水污染产生的重大问题是湖泊富营养化,我国湖泊富营养化始于20世纪70年代初,70年代末,被调查的湖泊70%已处于富营养状态,占被调查湖泊的41%,这一时期虽然湖泊富营养化发展较快,但仍有12%的湖泊处于贫营养化状态。到80年代末,我国湖泊富营养化进一步加剧,有61%的被调查湖泊处于富营养状态(共调查26个湖泊),此时仅有4%的被调查湖泊处于贫营养状态。到90年代后期,处于富营养状态的湖泊已占被调查湖泊总数的77%(共调查26个湖泊),此时被调查湖泊中已经没有哪个处于贫营养状态了。3我国化肥用量的发展总结我国湖泊富营养化发展的30多年可见,湖泊的富营养化始于20世纪70年代,发展于80年代到90年代。这一发展过程与前文所述的我国化肥施用量的发展过程基本同步。虽然湖泊的富营养化是由多种因素引起的,但70年代到90年代化肥用量的大幅度增加,随之产生的大量化肥损失,对湖泊的富营养化必然产生巨大贡献。其他方面的研究结果也证实了农业面源对我国水体污染的影响。4农业面源的动态河流水生态环境质量的要求,要把控制农业面源的形成最根据前文分析我国化肥用量的变化与水体污染的进程可见,在时间与程度上二者基本是同步的,所以,随着点源日益得到控制,农业面源将是造成我国水体污染最重要的因素,并且防治任务具有艰巨性和长期性的特点。表现在三方面,其一为农业面源污染带来的污染负荷大,其二为农业面源污染的复杂性,其三为农业面源污染防治难度大。4.1污染物总量及含量不仅通过施用化肥,通过畜禽养殖、施用农药和生活污水等途径还有相当部分的污染物要进入水体。根据辽宁省面源污染负荷结果,每年由畜禽养殖产生的污染物中含56.2万t氮,21.2万t磷,农药中污染物量(以纯磷计)约为0.01万t,以生活污水的形式每年产生的面源污染物分别为氮9.15万t,磷为1.52万t,推算全国结果可见(辽宁作为全国平均水平计算),全国每年通过化肥、畜禽养殖、施用农药和生活污水的途径将产生农业面源污染物分别为2136万t氮和705万t磷。如果这些氮、磷全部进入水体,足以使我国目前湖泊总淡水储量的速效氮含量增加35mg/L,而速效磷增加12mg/L。4.2农业面源污染从本质上讲,农业面源对水体的污染起因于对土壤的扰动而引起的农田土粒、农药及其它有机或无机污染物,在降雨或灌溉过程中,借助农田地表径流、农田排水或地下渗漏等途径进入水体,或畜禽养殖的任意排污直接造成水体污染等方面。所以,农业面源对水体的污染过程实质是污染物从土壤圈和生物圈向水圈的迁移、转化和扩散过程。由于污染物在各圈层间迁移、转化和扩散过程的复杂性,决定了农业面源污染的复杂性。另外,农业配套设施不完善,其后果造成了面源污染物的实际流失。况且,农业生产具有它的特殊性,目前尚无法对农业排污进行集中处理,也没有健全的排放标准,也基本没有防止农业生产中产生地表径流的设施,这些均造成了农业面源污染的复杂性特点。4.3土-植物系统分配特征我国农业面源污染防治任务艰巨,难度较大,且是一个长期的过程。不仅是因为农业面源污染负荷巨大,来源复杂,也与其他因素有关,主要表现在以下几个方面:其一,从机理的角度来讲,不同下垫面条件下水-土-植物系统中农业面源污染物的产生机理,迁移、转化和入水体特征以及生物可利用性;农业面源污染物在水-土-植物系统的分配特征;村落废弃物、集约化养殖等过程中产生的农业面源污染物的形态、迁移、转化过程、排放通量,以及对水体污染的贡献、农业面源污染负荷总量、入水体通量的评估方法等方面,均有一些科学问题有待于进一步研究,任务艰巨。机理的研究是进行农业面源污染防治的基础,机理研究任务的艰巨性,增加了农业面源污染防治的难度。另外,从管理的角度也说明了农业面源污染防治难度较大。农业面源污染的管理主要包括畜禽饲养中的养分管理和土壤养分管理两大方面。具体内容包括:控制肥料施用数量,减少土壤养分积累量,调节饲料中的养分比例,提高养分利用效率等方面。涉及的科学问题复杂多变,生产环节较多,而且必要的设施和政策法规也没跟上。即从管理的角度上讲,进行管理所必须的科学依据、政策法规以及必要的管理设施基本上均不具备。再加上我国是一个农业大国,经济水平较低,对农业面源污染防治的投入严重不足,农民的环保意识淡薄,这些均说明我国农业面源污染防治难度大,任务艰巨,是一个长期的、艰苦的过程。5预防和处理5.1生态农业政策我国是一个农业大国,农业面源污染是水环境的主要威胁,建立、健全防止农业面源污染的政策和法规是解决这一问题的重要举措。主要包括农田肥料用量、农药的品种和用量以及水体周边大型养殖厂建造等方面。20世纪80年代后期,西欧发达国家推行的一系列生态农业政策大大消减了农业面源污染。这些政策的主要目的是通过提高农业资源利用率和科技水平,促进高产水平下物质投入在生产系统内部的良性循环,减缓化肥、农药的施用对环境的不良影响。如:德国政府对农田氮肥用量进行了规定,要求作物收获后,土壤中无机氮的含量不能超过50kg/hm2,如果超过将受到政府的处罚;同时德国政府近年来用于影响生态农业政策的补贴每年达70多亿马克,占农业投资总额的18%,农民从事生态农业及综合农业经营方式,可得到80~1500马克/hm2的补贴。当然,照搬发达国家的生态农业政策不适合我国人口众多、经济落后的基本国情。应加强农业面源污染的监测和调查工作,较为全面真实的了解农业面源污染的具体情况,就农药、化肥等污染物制定标准化使用规范,最终制定和完善防治农业面源污染的政策和法规。5.2推广使用先进的农药农业面源污染主要来自于化肥、农药等农用化学物质的不合理使用和畜禽养殖等方面。所以,鼓励农民增加有机肥用量,大力推广平衡施肥技术,减少化肥用量,特别是减少经济作物的化肥用量;推广科学的栽培技术,改进农药施用技术和施药机械,提高农药的使用效率,尽力采取以菌治虫、以虫治虫等方法,大幅度减少农药的施用量,大力开发和推广高效、低毒、低残留、易分解的新型农药,大力推广生物防治技术和综合防治技术,最终实现减少化肥、农药等的损失和污染。禁止在水域附近新建养殖厂和屠宰厂,采取先进工艺,增设污染处理设施,加强对大型畜禽养殖厂的管理和提高对养殖过程中产生污染物的无害化处理水平,做到废水达标排放,畜禽粪便进行无害化处理和综合利用,变废为宝。这些先进技术的应用是提高资源利用效率,防治农业面源对水环境污染的重要措施之一。5.3生态修复与水体净化加强生态建设是我国水环境保护的重要手段之一。具体包括三方面的建设内容,其一是大力发展生态农业,加强生态农业建设,其二是加强水环境保护,重视水体周围环境的生态建设,其三是加强受污染水体的生态修复。其中生态农业建设不单单是科学施肥、合理使用农药、植树、种草、兴修水利、治理水土流失等方面,而是要形成物质、能量充分利用,多技术整合的复合高效人工生态系统。其意义也远不是单纯为了增加农业生物学产量,而是涉及自然资源的充分、合理与高效利用以及农业环境保护等问题。因此,建设生态农业实际上是把生态农业作为一种资源高效利用、乡村环境保护和污染治理的技术进行推广。加强水体周围环境的生态建设是切断农业面源污染物进入水体通道的重要措施。具体包括:建立、恢复和利用湿地、缓冲区、水陆交错带,开展小流域综合治理,防治农业面源污染。国外许多国家在这方面开展了广泛研究,目前,仍在实验开发用于此种目的的设置有美国的植被过滤带(Vegetatedfiltertrips),新西兰的水边休闲地(Retirementofriparianzones),英国的缓冲区(Bufferzones),中国的多水塘和匈牙利的Kis-Palaton工程。英国政府建议在污染源与接纳水体之间建立缓冲(Bufferzones)来控制农业面源污染。受污染水体的生态修复是指使被污染水体恢复到未污染原有状态所采用的技术。该技术对受污染水体中的污染物进行转移、转化及降解,将废水中的复杂有机物分解为简单