总结：农业面源污染防控与水环境保护研究展望

时间：2018-02-28 来源：《中国科学院院刊》 作者：杨林章 吴永红

1.2 农业面源污染形成的原因与特征

随着社会和经济的不断发展，农村的产业结构和生活方式也不断发生变化。因此，包括农业生产和农村居民来源在内的面源污染源排放量不断增加，地表水受到严重污染。农业面源污染的形成和产生高度依赖于气象条件，例如降雨，并且通常是间歇性的而不是连续性的降雨。一般来说，在发展中国家，包括农田、畜禽、水产养殖、农村径流和分散式生活污水在内的农业源是造成面源污染的主要原因。此外，在山区，不适当的土地利用和随之而来的水土流失也会造成农业面源污染。

(1)农药化肥的流失。在20世纪50年代绿色革命爆发之后，无机肥料、有机肥料和农药的投入迅速增加，成为全球和中国获得作物的高产量和间接提高畜牧生产的主要手段。随之而来的结果是，农业面源污染物排放强度和频率也相应的大幅增加。中国是世界上最大的合成氮肥用户，然而，这种以农业化学为基础的集约化农业是农业面源污染的主要贡献者，也是重要的温室气体甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)贡献者。N2O通过大气沉降或随降雨，以气体的面源污染形式进入地表水体。中国农业部的一项调查显示，稻田的氮素利用率为30%—35%，而磷利用率则仅为10%—20%。全球范围内，养分利用效率普遍低下，导致农田径流中TN、TP排放量普遍增加。农田中这些养分的释放已成为农业面源污染的主要来源。

(2)畜禽和水产养殖。畜禽和水产养殖过程中的残饵以及产生的排泄物等，也是农业面源污染物的主要类型。畜禽粪便流失已经成为污染大户，我国的规模养殖中有2/3仍缺乏防污设施，每年产生的约38亿吨畜禽粪便，其处理率不到50%，其中总量的1/4 进入水体。有关报道表明，在湖泊中的残饵污染占投饵量的10%—40%，COD排放达到了约500万吨，接近生活污水COD 排放量。集约化畜禽养殖场产生的废弃物实质与农户散养的畜禽生产的粪便一样是一种资源，但目前我国还没有很好地加以利用，以致“资源”变成了农业污染的“罪魁祸首”。

(3)土地利用不当。在山区，不合理的土地利用导致的土壤侵蚀是造成农业面源污染的另一个主要原因，因为营养物质可随流失的土壤迁移进入下游水体。传统的顺坡耕种、陡坡耕作、复种等种植效率高，更易加剧土壤侵蚀。而土壤侵蚀是规模最大、危害程度最严重的一种农业面源污染，它在损失土壤表层有机质层的同时，许多营养及其他污染物进入水体形成严重的农业面源污染。吴永红等指出，滇池流域内7.7%的氮污染负荷源自于山地水土流失，29.7%的磷污染负荷也由水土流失造成，水土流失是滇池农业面源污染的主要形式之一。三峡库区是典型的山地土地类型，也是我国典型的水土流失重灾区，降雨量集中期(每年4—10月)，三峡片区各子流域的农业面源污染负荷强度表现出很强的空间差异性，且农业面源污染负荷的时空分布与年降水量和人类活动呈现明显的正相关。

(4)农村径流和分散式生活污水的排放。受传统生活习惯影响，我国农村生活以一家一户一院的形式为主。农村污水包括农村生活污水(如粪尿水、洗衣水、厨房水等)和农村生产废水(由散户畜禽养殖、小作坊等排放)。农村生活污水和生产废水未经处理的直接排放也是引发农业面源污染的主要原因。我国农村居住人口众多，其中农村人口占全国人口的50.32%。由于缺乏管理和规划，大部分农村地区没有污水收集和处理系统，也没有垃圾收集和处理系统，这种分散式的生活污水或垃圾渗滤液直接进入河流和农田生态系统中，势必形成大规模和低浓度的面源污染负荷。

2 农业面源污染的控制策略

目前，国内外开展了大量的有关农业面源污染防控的研究，开发了不少行之有效的技术，其中部分技术还建立了示范工程，如节水灌溉、保护性耕作和生态沟渠。但是，这些更多是关注技术层面的防控，缺乏系统和全面的控制体系;更多的只是关注对农业生态系统局部或某个要素的修补或完善，而缺乏对整个农业生态系统功能的恢复与优化。事实上，农业生态系统的各种物质循环，如水分和养分，以及各个生态要素之间是相互作用的。因此，要维持和提高农业生态系统内在消纳农业面源污染的能力，需要从生态系统的全局出发，构建一个生态系统要素与物质交换、能流与物流联动、信息流互换的综合防控策略。

基于此，笔者根据面源污染的形成和发展过程于2011年提出了农业面源污染控制工程的“减源(Reduce)—拦截(Retain)—修复(Restoration)”(3R)策略与实践方案，即在农业面源污染控制工程建设过程中，以实现农业环境保护、农业经济可持续发展与农村人居环境和谐发展为目标，从污染物产生的源头开展污染物的减量化工程(减源)，在污染物迁移过程中开展污染物的拦截与阻断工程(拦截)，并对面源污染物进行深度的处理与再净化，在此基础上对农业生态系统进行环保修复(修复)，实现农业生态系统自我修复功能的提高和系统的稳态转换。

基于循环经济理论与全球资源战略的要求，笔者对3R策略。进行了发展和升华，形成了另外一种更高级的农业面源污染控制工程指导模式——“源头减量(Reduce)—过程阻断(Retain)—养分再利用(Reuse)—生态修复(Restore)”(4R)策略，形成了包括源头减量、过程阻断、养分再利用和生态修复防控面源污染的综合性策略(图 2)。 基于4R策略布局的技术分布在各节点上，使节点技术在流程上衔接、时空上覆盖，形成区域集成技术体系，其特点有全过程、全空间覆盖，氮减排与资源利用结合，农业发展与环境保护双赢。4R 策略详述如下：

(1)源头减量。类似于点源污染控制，减少来源是农业面源污染控制的关键和最有效的策略。由于养分利用效率低且肥料投入过量，直接导致了农田中氮和磷的过度排放。因此，降低源头的策略主要包括优化养分和水分管理过程，减少肥料的投入，提高养分利用效率，以及实施节水灌溉和径流控制。

(2)过程阻断。过程控制技术包括生态沟渠、缓冲带、生态池塘和人工湿地。一般来说，生态沟渠是农业领域最有效的营养保留技术之一。在生态沟渠中，排水中的氮、磷等营养物质可以通过沟渠中的生物进行有效的拦截、吸附、同化和反硝化等多种方式去除，并已在我国太湖地区得到广泛应用。此外，采用保护性耕作、免耕和生态隔离带等措施也是拦截农业面源污染的重要措施。

(3)养分再利用。养分再利用将面源污水中的氮、磷等营养物再度进入农作物生产系统，为农作物提供营养，达到循环再利用的目的。对于畜禽粪便和农作物秸秆中的氮、磷养分，可通过直接还田，或养殖废水和沼液在经过预处理后进行还田。对于农村生活污水、农田排水及富营养化河水中的氮、磷养分，可通过稻田湿地系统对其消纳净化和回用。研究结果表明，在水稻拔节期和灌浆期，稻田人工湿地对低污染水中氮、磷的净化效率分别达到了75%—81%、82%—96%。

(4)水生生态系统修复。这里的水生生态系统指的是农业区内的污水路径，如运河、沟渠、池塘和溪流，而不是最终的目的地水域，如湖泊和水库。尽管在运输过程中采取了有效措施减少化肥投入和控制污染物输出，但仍有大量的有机质和氮、磷等污染物将不可避免地被释放出来。因此，需要对这些面源污水的输移路径进行水生生态修复，以提高其自净能力。迄今为止，已经开发并广泛应用了生态浮床、生态潜水坝、河岸湿地和沉水植物等多种修复技术。

上一页页码：[<< 1 2 3 >>] 下一页 共3页