農(nóng)業(yè)面源污染防控與水環(huán)境保護(hù)
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農(nóng)業(yè)面源污染的控制策略
目前，國(guó)內(nèi)外開展了大量的有關(guān)農(nóng)業(yè)面源污染防控的研究，開發(fā)了不少行之有效的技術(shù)，其中部分技術(shù)還建立了示范工程，如節(jié)水灌溉、保護(hù)性耕作和生態(tài)溝渠。但是，這些更多是關(guān)注技術(shù)層面的防控，缺乏系統(tǒng)和全面的控制體系；更多的只是關(guān)注對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)局部或某個(gè)要素的修補(bǔ)或完善，而缺乏對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)與優(yōu)化。事實(shí)上，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的各種物質(zhì)循環(huán)，如水分和養(yǎng)分，以及各個(gè)生態(tài)要素之間是相互作用的。因此，要維持和提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在消納農(nóng)業(yè)面源污染的能力，需要從生態(tài)系統(tǒng)的全局出發(fā)，構(gòu)建一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)要素與物質(zhì)交換、能流與物流聯(lián)動(dòng)、信息流互換的綜合防控策略。
基于此，筆者根據(jù)面源污染的形成和發(fā)展過程于2011年提出了農(nóng)業(yè)面源污染控制工程的“減源（Reduce）—攔截（Retain）—修復(fù)（Restoration）”（3R）策略與實(shí)踐方案，即在農(nóng)業(yè)面源污染控制工程建設(shè)過程中，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與農(nóng)村人居環(huán)境和諧發(fā)展為目標(biāo)，從污染物產(chǎn)生的源頭開展污染物的減量化工程（減源），在污染物遷移過程中開展污染物的攔截與阻斷工程（攔截），并對(duì)面源污染物進(jìn)行深度的處理與再凈化，在此基礎(chǔ)上對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)保修復(fù)（修復(fù)），實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)功能的提高和系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換。
基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論與全球資源戰(zhàn)略的要求，筆者對(duì)?3R?策略。進(jìn)行了發(fā)展和升華，形成了另外一種更高級(jí)的農(nóng)業(yè)面源污染控制工程指導(dǎo)模式——“源頭減量（Reduce）—過程阻斷（Retain）—養(yǎng)分再利用（Reuse）—生態(tài)修復(fù)（Restore）”（4R）策略，形成了包括源頭減量、過程阻斷、養(yǎng)分再利用和生態(tài)修復(fù)防控面源污染的綜合性策略（圖?2）。
基于?4R?策略布局的技術(shù)分布在各節(jié)點(diǎn)上，使節(jié)點(diǎn)技術(shù)在流程上銜接、時(shí)空上覆蓋，形成區(qū)域集成技術(shù)體系，其特點(diǎn)有全過程、全空間覆蓋，氮減排與資源利用結(jié)合，農(nóng)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)雙贏。4R?策略詳述如下：
（1）源頭減量。類似于點(diǎn)源污染控制，減少來(lái)源是農(nóng)業(yè)面源污染控制的關(guān)鍵和最有效的策略[33]。由于養(yǎng)分利用效率低且肥料投入過量，直接導(dǎo)致了農(nóng)田中氮和磷的過度排放。因此，降低源頭的策略主要包括優(yōu)化養(yǎng)分和水分管理過程，減少肥料的投入，提高養(yǎng)分利用效率，以及實(shí)施節(jié)水灌溉和徑流控制。
（2）過程阻斷。過程控制技術(shù)包括生態(tài)溝渠、緩沖帶、生態(tài)池塘和人工濕地。一般來(lái)說，生態(tài)溝渠是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最有效的營(yíng)養(yǎng)保留技術(shù)之一。在生態(tài)溝渠中，排水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以通過溝渠中的生物進(jìn)行有效的攔截、吸附、同化和反硝化等多種方式去除，并已在我國(guó)太湖地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。此外，采用保護(hù)性耕作、免耕和生態(tài)隔離帶等措施也是攔截農(nóng)業(yè)面源污染的重要措施。
（3）養(yǎng)分再利用。養(yǎng)分再利用將面源污水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物再度進(jìn)入農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)，為農(nóng)作物提供營(yíng)養(yǎng)，達(dá)到循環(huán)再利用的目的。對(duì)于畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈中的氮、磷養(yǎng)分，可通過直接還田，或養(yǎng)殖廢水和沼液在經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)行還田。對(duì)于農(nóng)村生活污水、農(nóng)田排水及富營(yíng)養(yǎng)化河水中的氮、磷養(yǎng)分，可通過稻田濕地系統(tǒng)對(duì)其消納凈化和回用。研究結(jié)果表明，在水稻拔節(jié)期和灌漿期，稻田人工濕地對(duì)低污染水中氮、磷的凈化效率分別達(dá)到了?75%—81%、82%—96%。
（4）水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)。這里的水生生態(tài)系統(tǒng)指的是農(nóng)業(yè)區(qū)內(nèi)的污水路徑，如運(yùn)河、溝渠、池塘和溪流，而不是最終的目的地水域，如湖泊和水庫(kù)。盡管在運(yùn)輸過程中采取了有效措施減少化肥投入和控制污染物輸出，但仍有大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷等污染物將不可避免地被釋放出來(lái)。因此，需要對(duì)這些面源污水的輸移路徑進(jìn)行水生生態(tài)修復(fù)，以提高其自凈能力。迄今為止，已經(jīng)開發(fā)并廣泛應(yīng)用了生態(tài)浮床、生態(tài)潛水壩、河岸濕地和沉水植物等多種修復(fù)技術(shù)。