農(nóng)業(yè)面源污染防控與水環(huán)境保護
|
|
中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 地表水體（如河流、湖泊和海洋）的污染來源分為兩種：點源和面源污染。點源污染由于其排放時間、地點和成分基本已知，易被監(jiān)測到。隨著公眾意識和監(jiān)管力度的提高，點源污染正逐步得到全面控制，面源污染正成為地表水體污染的重要污染源，是當前全球面臨的主要環(huán)境問題之一。過量氮（N）、磷（P）等面源污染物進入地表水體，正是造成我國諸多湖泊、水庫和海灣富營養(yǎng)化和有害藻類“水華”爆發(fā)的重要原因之一，嚴重威脅我國水環(huán)境安全。
面源污染按照來源的不同，可細化為農(nóng)業(yè)面源污染和城市面源污染。隨著城市污水收集管道和雨污分流工程的建設(shè)，城市面源污染正逐步得到解決。相對城市地區(qū)，農(nóng)業(yè)面源污染不但多年來一直是我國“三河三湖”污染的主要污染源，也漸成為農(nóng)村地表水體污染的主要貢獻者，嚴重威脅全國人民的飲水安全。據(jù)?2010?年《第一次全國污染源普查公報》結(jié)果顯示，農(nóng)業(yè)污染源是造成我國水環(huán)境污染的“大戶”，其化學需氧量（COD）、總氮（TN）和總磷（TP）排放分別占地表水體污染總負荷的?43.7%、57.2%?和?67.4%（圖?1）。
可見，農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為當前地表水體污染的主要來源。全球每年用于糧食生產(chǎn)的?1.2?億噸氮中，只有?10%?被人類直接消費，大部分未使用的氮則被分散到廣泛的環(huán)境中，最終匯入地表水體，成為主要的面源污染源。農(nóng)業(yè)則是導(dǎo)致過量養(yǎng)分排放到水體中的最主要驅(qū)動因素。研究表明，太湖約?58%?和?40%?比例的總氮和總磷來自于農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的面源污染。
為了消除農(nóng)業(yè)污染問題，我國政府明確提出，2020年中國將形成“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”的兩型農(nóng)業(yè)。因此，迫切需要開展農(nóng)業(yè)面源污染源防控工作。本文分析了我國農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的原因和特征，歸納了當前主流的農(nóng)業(yè)面源污染控制措施和策略，并針對當前農(nóng)業(yè)面源污染控制還存在的問題提出了研究展望。
農(nóng)業(yè)面源污染特征及其形成原因
農(nóng)業(yè)面源污染的特征
農(nóng)業(yè)面源污染通常產(chǎn)生在廣闊的領(lǐng)域，無法追蹤其具體的來源，產(chǎn)生時間和污染物的濃度。排放時間、頻率和組成的不確定，被稱為農(nóng)業(yè)面源污染的“三大不確定性”特征，這極大地增加了面源污染防控的難度。
（1）來源的廣泛性和復(fù)雜性。農(nóng)業(yè)面源污染的來源廣泛，包括化肥、農(nóng)藥流失和滲漏、農(nóng)村地表徑流、未處理的生活污水的排放以及暴雨導(dǎo)致的初期生活污水的漫流、畜禽養(yǎng)殖以及漁場養(yǎng)殖廢水的排放和水土流失等都是農(nóng)業(yè)面源污染的來源[11,12]。
（2）排放過程中的不確定性和不可計量。農(nóng)業(yè)面源污染的排放過程具有明顯的不確定性，并且不能量化。化肥和農(nóng)藥的使用量具有明顯的個體差異性，污水的排放量的多少也是隨機發(fā)生。此外，由于降水的不確定性，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染在時間和空間上的不確定性和隨機性。
（3）污染水體規(guī)模大且治理難度大。由于農(nóng)業(yè)面源污染來源和排放過程中的不確定性，大量的污染源通過地表徑流或者地下徑流進入江河湖泊，進而形成規(guī)模大且濃度低（TN?濃度<10?mg?L-1，TP?濃度<2?mg?L-1）的江河湖泊污染，這種規(guī)模大而且濃度低的特征導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)面源污染治理的難度更大。
綜上所述，農(nóng)業(yè)面源污染物的形成與發(fā)展涉及污染物的運輸與轉(zhuǎn)化。在集約化農(nóng)田，土壤和水中的養(yǎng)分濃度比地表水高很多，這種濃度梯度加速了養(yǎng)分從土壤向地表水擴散、輸送，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染負荷向就近地表水體遷移。
農(nóng)業(yè)面源污染形成的原因與特征
隨著社會和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，農(nóng)村的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生活方式也不斷發(fā)生變化。因此，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村居民來源在內(nèi)的面源污染源排放量不斷增加，地表水受到嚴重污染。農(nóng)業(yè)面源污染的形成和產(chǎn)生高度依賴于氣象條件，例如降雨，并且通常是間歇性的而不是連續(xù)性的降雨。一般來說，在發(fā)展中國家，包括農(nóng)田、畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村徑流和分散式生活污水在內(nèi)的農(nóng)業(yè)源是造成面源污染的主要原因。此外，在山區(qū)，不適當?shù)耐恋乩煤碗S之而來的水土流失也會造成農(nóng)業(yè)面源污染。
（1）農(nóng)藥化肥的流失。在?20?世紀?50?年代綠色革命爆發(fā)之后，無機肥料、有機肥料和農(nóng)藥的投入迅速增加，成為全球和中國獲得作物的高產(chǎn)量和間接提高畜牧生產(chǎn)的主要手段。隨之而來的結(jié)果是，農(nóng)業(yè)面源污染物排放強度和頻率也相應(yīng)的大幅增加。中國是世界上最大的合成氮肥用戶，然而，這種以農(nóng)業(yè)化學為基礎(chǔ)的集約化農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)面源污染的主要貢獻者，也是重要的溫室氣體甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）貢獻者。N2O?通過大氣沉降或隨降雨，以氣體的面源污染形式進入地表水體。中國農(nóng)業(yè)部的一項調(diào)查顯示，稻田的氮素利用率為?30%—35%，而磷利用率則僅為10%—20%。全球范圍內(nèi)，養(yǎng)分利用效率普遍低下，導(dǎo)致農(nóng)田徑流中?TN、TP排放量普遍增加。農(nóng)田中這些養(yǎng)分的釋放已成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源。
（2）畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖。畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的殘餌以及產(chǎn)生的排泄物等，也是農(nóng)業(yè)面源污染物的主要類型。畜禽糞便流失已經(jīng)成為污染大戶，我國的規(guī)模養(yǎng)殖中有?2/3?仍缺乏防污設(shè)施，每年產(chǎn)生的約?38?億噸畜禽糞便，其處理率不到?50%，其中總量的1/4?進入水體。有關(guān)報道表明，在湖泊中的殘餌污染占投餌量的?10%—40%，COD?排放達到了約?500?萬噸，接近生活污水?COD?排放量。集約化畜禽養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢棄物實質(zhì)與農(nóng)戶散養(yǎng)的畜禽生產(chǎn)的糞便一樣是一種資源，但目前我國還沒有很好地加以利用，以致“資源”變成了農(nóng)業(yè)污染的“罪魁禍首”。
（3）土地利用不當。在山區(qū)，不合理的土地利用導(dǎo)致的土壤侵蝕是造成農(nóng)業(yè)面源污染的另一個主要原因，因為營養(yǎng)物質(zhì)可隨流失的土壤遷移進入下游水體。傳統(tǒng)的順坡耕種、陡坡耕作、復(fù)種等種植效率高，更易加劇土壤侵蝕。而土壤侵蝕是規(guī)模最大、危害程度最嚴重的一種農(nóng)業(yè)面源污染，它在損失土壤表層有機質(zhì)層的同時，許多營養(yǎng)及其他污染物進入水體形成嚴重的農(nóng)業(yè)面源污染。吳永紅等指出，滇池流域內(nèi)?7.7%?的氮污染負荷源自于山地水土流失，29.7%?的磷污染負荷也由水土流失造成，水土流失是滇池農(nóng)業(yè)面源污染的主要形式之一。三峽庫區(qū)是典型的山地土地類型，也是我國典型的水土流失重災(zāi)區(qū)，降雨量集中期（每年?4—10月），三峽片區(qū)各子流域的農(nóng)業(yè)面源污染負荷強度表現(xiàn)出很強的空間差異性，且農(nóng)業(yè)面源污染負荷的時空分布與年降水量和人類活動呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)。
（4）農(nóng)村徑流和分散式生活污水的排放。受傳統(tǒng)生活習慣影響，我國農(nóng)村生活以一家一戶一院的形式為主。農(nóng)村污水包括農(nóng)村生活污水（如糞尿水、洗衣水、廚房水等）和農(nóng)村生產(chǎn)廢水（由散戶畜禽養(yǎng)殖、小作坊等排放）。農(nóng)村生活污水和生產(chǎn)廢水未經(jīng)處理的直接排放也是引發(fā)農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因。我國農(nóng)村居住人口眾多，其中農(nóng)村人口占全國人口的?50.32%[31]。由于缺乏管理和規(guī)劃，大部分農(nóng)村地區(qū)沒有污水收集和處理系統(tǒng)，也沒有垃圾收集和處理系統(tǒng)，這種分散式的生活污水或垃圾滲濾液直接進入河流和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，勢必形成大規(guī)模和低濃度的面源污染負荷。