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

3 存在问题与展望

自20 世纪80年代对农业面源污染问题开始关注至今的30多年间，我国通过多年的自主研发和借鉴国外的成功经验，目前已经形成了面向农业面源污染控制，农村生活污水治理，农业废弃物、畜禽粪便和生活垃圾处理，以及塘、浜和小河等小水体修复等一系列颇有成效的技术。这些技术及相应的工程建设在削减农业面源污染负荷和改善生态环境均起到了较好的效果。

但是，这些技术多针对污染物发生和迁移的某一个环节或者某一个子系统，所建立的污染控制工程相对孤立，尽管对污染物浓度的控制已取得了一定的成效，但由于污染总量大，处理后尾水中的污染负荷依然可观，不仅造成污染物中氮、磷等养分资源的浪费，而且下游水体水质的改善效果甚微。与西方国家和日本以保护性耕作为主，复种指数低，面源污染防治多以牺牲农业生产产量或中小企业发展为代价来达到保护小区域环境的目的不同，我国人多地少，粮食安全问题突出，耕地集约化程度高，待改善水环境面积大且水系庞杂，这决定了我国农业面源污染防控不可能像西方和日本一样，采用某一或几项高效技术，利用大量闲置土地来进行湿地或隔离带工程建设来实现污染物削减，也不可能在短期内实现高密度、高频次污染物自动检测;同样，由于农业发展还没达到一定的规模化，农业生产也没严格的技术规程或标准，也很难在短时间内完成相关环境立法。

因此，我国农业面源污染控制须走大区域联控之路，即不仅要集成度高，而且从点到面、从线性到空间的全过程、全区域的覆盖。“十五”至“十二五”期间，基于区域污染物联控思路，我国已形成了“源头减量(Reduce)—过程阻断(Retain)—养分再利用(Reuse)—生态修复(Restore)”的4R策略。迄今为止，针对上述各农业面源污染防控四个过程的技术研究颇多，技术储备也相当丰厚，相应的工程运行也取得一定成效。

但针对不同区域农业面源污染特征，如何进一步深入发掘技术优势，合理布局合理布局基于4R策略的技术体系，最大化提高各个过程的技术集成度，实现防控工程的时空衔接、区域污染物负荷的显著削减和区域水质的整体改善仍是农业面源污染控制亟待解决的难题之一。此外，如何加快实现农业面源防控技术设备化、产品化以及农业面源防控管理与长效运行维护机制建设，使农业面源防控工程真正地推广应用到广泛农业生产实践也是亟待解决的重要问题。结合笔者多年从业经验，认为以下3个方面的研究亟待加强。

3.1 深化基础研究，破解污染形成机制

农业面源污染产生的实质，其实就是养分或污染物从“土相”向“水相”的运移，本质就是养分或污染物在土-水界面的迁移转化行为。因此，需要强化土-水界面间的污染物生物地球化学循环研究。然而，传统土-水界面的生物地球化学循环研究，忽视了土壤表层(尤其是稻田土壤表层)上的微生物聚集体的存在，这种微生物聚集体水生生物学上被定义为周丛生物或自然生物膜，可通过同化、吸收、吸附、硝化、反硝化、水解和降解等过程影响氮、磷、有机物等的转化和运移过程，进而影响农业面源污染形成、发生和发展。可见，为精准了解养分或污染物在土-水界面的行为及其对农业面源污染产生和排放的影响，需要强化周丛生物参与下的土-水界面间的污染物生物地球化学循环研究。

虽然现有的农业面源污染负荷监测、模拟或定量评估方法给科学研究和职能管理部门提供了一定的帮助，但是从现有方法或措施“勘测”出的污染负荷及其分布看，并不能有效帮助农业面源污染防控工程的建设，导致不少工程项目“事倍功半”或仅仅停留在示范工程的阶段。这主要是因为无论现在的原位监测、模型预测，还是在线监测，都是基于“已知”排放点而开展的工作。换句话说，这些工作的基础认为农业面源污染的产生和排放与点源污染的一致，这恰恰与农业面源污染的“三个不确定性”相矛盾，因此，建议今后在农业面源污染负荷监测与评估方面研究，需要寻求新的研究方法，破解农业面源污染形成的机制。从农业面源污染的实质——养分或污染物在土-水界面间的迁移转化过程出发，可能是一个值得探索的方向。

3.2 强化生态系统服务功能，促进全过程防控

现有面源污染防控技术仅关注源头减量或过程阻断，缺少从“土相”“水相”和“生物相”等多层面揭示污染物的生物地球化学循环过程，也缺少从生态系统的层面上进行调控，忽略了生态系统自身的调控功能与机制，制约着农业面源污染防控措施的有效实施(图 3)。生态系统自身具有调控功能，农业生态系统也不例外。在农业生态系统内部，可通过优化土地利用格局来实现面源污水的回用，提高氮、磷等营养盐的利用率，阻断污染物的迁移过程，故应该充分利用农业生态系统自身的调控功能来减少面源污染物的输出与排放。

当然，优化生态系统服务功能，并不是简单地在控制区内机械地进行植被恢复，还可从以下3个方面入手：① 研究基于区域污染物总量削减的农业用地格局的空间优化配置，各利用方式之间的空间衔接技术，有效阻断污染物的空间隔离带技术;② 研究合理的种植制度或轮作方式，优化“种植—养殖—加工”链中养分的循环模式与再利用技术;③探索集约化农田的排水方式，建立能逐级削减污染物的沟-渠-塘结构与工艺，延长污染物在沟-渠-塘中的停留时间，提高降解能力，实现农业生态系统的稳态转化和自净能力提升，促进污染物的区域联控。

3.3 加强技术的物化研究，推动技术应用

当前农业面源污染防控主要由政府管理部门承担，包括项目立项、执行以及验收等过程，都是政府部门的主要职责。有利之处在于，经费有保障，便于协调各方面的关系，但是也限制了市场作用的发挥，使得农业面源污染防控仍局限在政府指定的区域内。随着2017年中共中央办公厅、国务院办公厅《关于引导农村土地经营权有序流转发展农业适度规模经营的意见》颁发，农村将有大片的土地进行集中式管理，农业面源污染防控将是各个承包业主的责任，政府管理部门将仅仅扮演“考核者”的角色。这也意味着，农业面源污染技术需要转化为物化产品，通过市场化的运作，推动治理技术的推广应用。此外，新型环境材料的研发，污染物控制产品与设备研发，废弃物资源化产品与设备研发，以及农业面源污染远程管理终端等也是未来亟须解决的问题。

4 结语

可以预见，农业面源污染即将成为我国地表水体污染的重要来源，严重影响我国水生生态环境安全，威胁着我国的饮用水安全，最终威胁我国农业的可持续发展和粮食安全，给我国社会、经济发展带来诸多不利影响。因此，迫切需要转变思路，在现有防控策略的基础上，进一步深化基础研究，探索新的防控方向，进一步强化污染防控的技术集成与区域联控，提升生态服务功能，进一步加强技术的设备化和装备化，打好面源污染治理的攻坚战，为我国农业的可持续发展和生态环境的改善提供技术支持。

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