三江平原农业非点源污染的发生与防治

三江平原农业非点源污染的发生与防治

三江平原位于黑龙江省东部。位于黑龙江省、松花江和乌苏里江的冲积线，面积9.9万公里2公顷，耕地面积366.77万hm。这是国家的重要商品农业基地。三江平原地势低平,大部分地区土壤质地粘重,排水能力差,易形成涝灾而减产。因此,为了改良低湿地,从20世纪80年代起,三江平原开始“以稻治涝”,并取得了显著的效益。1981年三江平原水稻种植面积为7万hm2,90年代以后发展迅速,到2005年达到150.9万hm2。随着水田面积的迅速增加,农业水资源的需求量也迅速增加。为此,黑龙江省有关部门针对三江平原进行了大量的调研和规划,认为三江平原内陆水资源虽然并不丰富,但该区“两江一湖”(黑龙江、乌苏里江和兴凯湖)的过境水资源十分丰富,未来三江平原将大力发展地表水灌溉,减少和替换现有井灌水稻面积,以实现区域水环境的良性循环。中国工程院院士、全国政协原副主席、中国工程院“东北水资源”项目组组长钱正英认为在三江平原建设以水稻为主的国家商品粮基地,将为国家粮食安全做出巨大贡献,他还提出:“东北水资源今后的最大威胁是水质污染,防止污染将是今后水资源工作艰巨而严重的任务。”钱正英院士的话反映出了当前人们所关注的焦点问题——农业非点源污染。农业非点源污染主要是指在农业生产活动中,农田中的氮素、磷素、农药以及其他有机或无机污染物质,在降水或灌溉过程中,通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏,使大量污染物质进入受纳水体(如河流、湖泊、水库、海湾等),造成污染。其主要的污染物质是氮、磷营养元素。在丹麦270条河流中94%的氮负荷、52%的磷负荷是来自于非点源污染;荷兰来自于农业非点源污染的总氮、总磷分别占水环境污染总量的60%和40%~50%。我国地表水的非点源污染也占很大比重,湖泊的氮磷50%以上来自于农业非点源污染,如太湖,农业非点源氮量占入湖总氮量的77%,磷占33.4%。从国家粮食安全的角度出发,三江平原必须大力发展粮食生产。但是,如果片面追求粮食作物的种植面积和产量,不注意保护环境,将会引发严重的农业非点源污染和环境危机。因此,钱正英院士指出:“在规划三江平原以水稻为主的国家商品粮基地过程中,应建设人工与自然复合的湿地生态系统,达到人与自然和谐发展。”1江平原农业非点源污染状况随着我国农业的大规模开发,农药和化肥的施用量迅速增加。长期以来,由于施肥时间、施肥方法、施肥量的不合理,我国的肥料利用率普遍较低,氮肥为30%~40%、磷肥为10%~20%、钾肥为35%~50%,而发达国家化肥利用率为50%~60%左右。同时,我国农药利用率不足30%,比发达国家低20%。因此,农民提高粮食产量的主要办法就是过量使用化肥和农药,2008年,我国化肥的使用量达5239万t,平均施肥量为430.43kg/hm2,远远超过发达国家225kg/hm2的安全上限;2000年,我国农药使用量为128万t(成药),平均约14kg/hm2,比发达国家高出1倍。这样做的后果只能是导致土壤结构遭到破坏、肥力下降以及严重的农业面源污染。自20世纪50年代三江平原进行大规模农业开发以来,过量使用化肥农药已经导致三江平原的水资源受到了不同程度的污染。根据多年的国家水文年鉴资料,三江平原主要河流的各项水质指标中,COD、BOD5等大幅度超标,最高可达27倍以上。2003年三江平原Ⅳ、Ⅴ类地下水水质面积达到15%。下面对三江平原挠力河流域的农业非点源污染状况进行简单介绍。挠力河位于黑龙江省三江平原腹地,是乌苏里江左岸的重要河流,发源于完达山脉北坡,全长约596km,是三江平原最大的内河。自河源至河口,沿途有宝石河、大索伦河、蛤蟆通河、七星河、外七星河、宝清河、七里沁河、小佳河等支流汇入。整个水系流经宝清、富锦、饶河三县(市)和五九七、八五二、八五三、大兴、红旗岭、红卫、胜利、八五九、饶河等17个农场,流域面积为2.4863万km2。宝清站以上多为山区,面积为1.0363万km2,宝清站以下大部分为平原,面积为1.45万km2。挠力河流域内水资源缺乏,大部分地区远离外江,调水困难。三江平原全区的问题在挠力河流域都有所体现。2009年统计资料显示,农垦建三江分局所辖挠力河流域的5个农场(八五九、胜利、七星、大兴、红卫)合计农用化肥和农药的使用量分别为46288t和1581t,见表1。使用的农用化肥主要有尿素、磷酸氢二铵、三料磷肥、钾肥、少量稀土微肥和过磷酸钙等。从化肥利用率来看,氮肥、磷肥和钾肥的利用率分别为40%~50%、10%~20%和30%~40%。通过对从内、外七星河以及挠力河支流几座水库采集的水样进行分析,发现七星河的氨态氮含量为0.02~0.06mg/L(国标为0.02mg/L),超标1~2倍,而几座水库中的超标污染物主要是SS、CODcr和Hg,比较严重的清河、新鲜河水库的Hg含量超标3~4倍。以上数据说明大量施用化肥和农药确实给地表水水质带来不利影响。另外,随着畜牧业生产规模的不断扩大和集约化程度的不断提高,以及20世纪80年代以来农膜覆盖技术的普遍推广,畜禽粪便污染以及农用残膜“白色污染”已经成为农业非点源污染的重要组成。畜禽养殖业对环境的影响主要表现在:一是畜禽粪便或高浓度有机废水进入江河湖泊中,造成水质恶化,并可能导致水体富营养化;二是恶臭气体污染空气;三是采用高浓度畜禽养殖污水灌溉农田,影响土壤质量。随着农膜覆盖技术的推广,大量农膜残留于土壤中,不仅给农业生产带来不良影响,而且会破坏土壤环境。据统计,1998年,我国农膜用量达到120万t,而农膜回收率却不足30%。2009年,建三江分局所辖5个农场肉牛存栏2.3万头,饲养羊17.2万只,生猪饲养量5.2万头,家禽饲养量116万只。另外,近几年覆膜技术在三江平原迅速得到推广,而且由单一的大豆覆膜发展到大豆、玉米、南瓜、角瓜覆膜种植,2009年,上述5个农场的农膜使用量为2187t,覆膜面积达到829hm2。考虑上述情况,在三江平原畜禽养殖业和农膜覆盖技术迅速发展的过程中,如果处理不当或管理不到位,也存在着引发农业面源污染的隐患。2三江平原农业非点源污染防治对策2.1非点源污染控制从根本上说,非点源污染的直接和本质成因是流域的降雨径流过程。降雨径流的冲刷和淋洗是产生非点源污染的原动力,降雨径流又是非点源污染物的载体,没有降雨或降雨强度很小,形成不了地表径流,非点源污染也就无从谈起,大多数的非点源污染都与水土流失过程密切相关。非点源污染的控制管理包括两方面:一是对污染源的控制;二是对污染物扩散途径的控制。水土流失防治措施正是通过控制水土流失的侵蚀和搬运过程,来控制非点源污染物的扩散途径,截断非点源污染的污染链和减少污染量,主要表现在拦蓄径流泥沙,减少进入水体的泥沙和泥沙所吸附的营养物质以及有毒元素等污染源,达到净化径流水质,保护水体质量的目的。常用的水土保持措施包括生物措施、耕作措施、工程措施和流域综合治理措施,各种措施控制农业非点源污染的机理见表2。2.2大力推进农村地区环保宣传教育工作农民是农业生产活动的具体执行者,因此,农民是防治农业非点源污染最为重要的力量。但是由于经济、社会、文化等多方面的原因,导致我国农民环保意识整体不高。各有关部门应积极行动起来,加强农村地区环保宣传教育的力度,使广大农民了解国家有关的环保政策和法规,切实增强农民的环境意识和法制观念,积极引导农民发展生态农业。进行生态农业建设应做好以下几个方面的工作:(1)大力推广使用复合肥、有机肥,推广测土施肥、精准施肥技术,降低化肥用量;(2)推广使用无毒、低残留农药,对农民进行施药技术培训,改进施药机械,同时加快抗虫抗病作物品种的培育,降低农药用量;(3)推广堆肥技术、资源化技术和减量化技术,重点发展应用以沼气为纽带的畜禽粪便综合利用技术,降低畜禽养殖业污染。2.3江平原湿地资源现状根据《湿地公约》定义:“湿地是指不问其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带、静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者,包括低潮时水深不超过6m的水域”。湿地不仅是许多野生动植物生长繁殖的场所,它还具有涵养水分、调节气候的功能,更重要的是湿地具有净化污水的功能,作为农田与水体之间的一个过渡带,湿地能够通过土壤吸附、植物吸收、生物降解等一系列作用,降低进入地表水中的氮、磷化合物的含量,有效控制农业非点源污染。因此,湿地被誉为“地球之肾”。我国是世界上湿地资源最丰富的国家之一,湿地面积居世界第四,亚洲第一。湿地分为天然湿地和人工湿地,天然沼泽湿地在三江平原分布较为集中。随着人口急剧增加,为了解决粮食安全问题,对湿地资源掠夺式的开发利用导致湿地面积迅速减小,生态功能和效益下降。历史上三江平原共经历了4次开荒高潮,结果是湿地所占面积比例由1949年的49.04%降低至1994年的13.61%。挠力河流域面积约占三江平原总面积的1/4,湿地面积占到三江平原湿地面积的1/4以上。流域内有七星河湿地、外七星河湿地及挠力河湿地3个重要湿地,其中,七星河湿地是国家级湿地自然保护区。20世纪50年代以来人类的开垦活动导致挠力河流域的湿地大面积萎缩。1954年,流域内湿地面积比例为45.85%,而2000年,流域内湿地面积比例锐减至11.07%。针对上述情况,为了充份发挥湿地的生态功能,对三江平原农业非点源污染进行有效防治,各有关部门应积极行动起来,加强对湿地资源的保护。为此,应做好以下几个方面的工作:(1)积极改造中低产田,调整农业结构,走以技术为主要内涵的农业发展之路,在现有耕地上集约经营,提高粮食产量,全面停止湿地开荒,并有计划地在三江平原的一些低地进行退耕还湿;(2)对三江平原湿地基础数据进行调研,在摸清湿地资源现状的基础上,根据湿地生态系统脆弱性和受威胁程度的不同,提出不同类型湿地生态系统合理利用的有效途径,制定湿地资源保护与开发利用的长远规划;(3)对三江平原已经建立的湿地自然保护区加强管理和保护,同时,继续增加湿地自然保护区的数量,并加大经费投入,与科研院所结合,建立湿地生态系统研究网络,为湿地资源的科学管理和合理利用提供科学依据;(4)加强立法,完善保护湿地资源及发挥湿地效益的法律体系,充分发挥现有法律法规在湿地资源保护中的作用。例如,黑龙江省于1998年12月制定了保护湿地资源的地方性法规——《关于加强湿地保护的规定》。2.4农业非点源污染调查方法长期以来,对三江平原农业非点源污染缺少系统的调查,三江平原农业非点源污染底数不清,这也为控制农业非点源污染带来了困难。因此,有关部门应组织力量,对三江平原农业非点源污染现状进行全面调查。在摸清污染底数的基础上,采用元素示踪技术、AGNPS、SWAT等模型以及以GIS为核心的“3S”技术对三江平原农业非点源污染进行监测和预测,从而为三江平原农业非点源污染提供科学依据。2.5尽快建立和完善农业非点源污染控制的立法我国现行的环境保护和污染防治的法律主要有《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》和《中华人民共和国农业法》,这些法律的实施,有效地促进了环境保护工作,减少了环境的破坏和污染。但是我国现行的《水污染防治法》中的条款主要是针对点源污染,直接对于农业非点源污染做出规定的条文并不多。我国现行的《农业法》中也仅是有部分涉及非点源污染的思想。而我国现行的《环境保护法》颁布实施于1989年,实施了17年一直未修订过,因此,有关专家认为,《环境保护法》已难以适应时代和环保工作的需求。因此,尽快建立我国综合性的农业环境保护法规,加快农业非点源污染控制的立法是当务之急。欧美等发达国家非常重视农业非点源污染的防治。欧盟自1989年出台第一个治理农业非点源污染的法案以来,不断完善农业非点源污染控制的法律体系。美国在农业非点源污染控制方面也有系统的法律框架,包括清洁水法案、非点源污染实施计划、最大日负荷计划、动物集中饲养计划规定、农村清洁水实施计划、国家河口实施计划、杀虫剂实施计划以及海岸非点源污染控制实施计划等。此外,还积极鼓励农民对农业非点源污染进行主动控制。我国应充分借鉴发达国家的经验,制定、完善控制农业非点源污染的相关法律法规,使农业非点源污染的防治有法可依,有章可循。同时,应结合三江平原农业非点源污染的特点,制定可操作性较强的地方性法规