農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的環(huán)境影響及生態(tài)工程措施

王學(xué)珍 劉東玲 李彩虹

(1．山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南250013;2．山東省招遠(yuǎn)市環(huán)境保護(hù)局，山東招遠(yuǎn)265400)

農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染主要是指農(nóng)業(yè)活動(dòng)所引起的各種污染物(沉淀物、營(yíng)養(yǎng)物、農(nóng)藥、鹽份、病菌等)在大面積降水和徑流沖刷作用下，以低濃度、大范圍的形式緩慢地在土壤圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)和從土壤圈內(nèi)向水圈擴(kuò)展的過(guò)程。與點(diǎn)源污染相比，非點(diǎn)源污染的時(shí)空范圍更廣，不確定性更大，過(guò)程更復(fù)雜，污染更嚴(yán)重，因而加大了相應(yīng)的研究、治理及管理的難度。目前點(diǎn)源污染已得到較好地控制與治理，而非點(diǎn)源污染所造成的地表水污染問(wèn)題日益突出，全球有30%－50%的地表水體受到非點(diǎn)源污染的影響［1］。我國(guó)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染更加嚴(yán)重，而且隨著化肥農(nóng)業(yè)使用量的增加，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化和水質(zhì)污染更為嚴(yán)峻。因此，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染研究對(duì)我國(guó)水污染防治具有重要意義。

1 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染

1．1 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的特點(diǎn)

農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染具有三個(gè)主要特點(diǎn)［2］:一是隨機(jī)性，非點(diǎn)源污染受降雨時(shí)間的影響較大，因而其污染發(fā)生具有較大的隨機(jī)性;二是污染物及排放途徑的不確定性，由于非點(diǎn)源污染影響因素多，排放途徑較復(fù)雜，因而排出的污染物是難以確定的;三是污染負(fù)荷的時(shí)空差異性大，由于徑流的時(shí)空變化，非點(diǎn)源污染過(guò)程與徑流過(guò)程呈現(xiàn)大致相同的變化趨勢(shì)。

1．2 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染源

(1)化肥污染。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)化肥的生產(chǎn)和使用一直在增長(zhǎng)，從建國(guó)初期的0．6萬(wàn)t增加到現(xiàn)在的4 124萬(wàn)t，目前化肥施用量約420kg/hm2，已成為世界上化肥施用量最多的國(guó)家［4］。大量使用或不合理使用化肥時(shí)，在水土流失的過(guò)程中，氮磷等元素會(huì)進(jìn)入水體，導(dǎo)致周圍環(huán)境的嚴(yán)重污染。我國(guó)氮肥的利用率僅為30% －35%，磷肥為10% －20%，鉀肥為35% －50%［4］。氮、磷、鉀利用率非常低，大量未被利用的化肥通過(guò)徑流、淋溶等方式污染了地表水環(huán)境。

(2)農(nóng)藥。農(nóng)藥指包括除草劑、殺蟲(chóng)劑和防治牲畜體內(nèi)外寄生蟲(chóng)的化學(xué)藥品。農(nóng)藥的生產(chǎn)使用，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，但同時(shí)農(nóng)藥對(duì)環(huán)境造成的污染也成了中國(guó)影響范圍最大的一種有機(jī)污染和面源污染源。我國(guó)各類水體在不同程度上受到農(nóng)藥的污染。我國(guó)農(nóng)藥的產(chǎn)量和使用量都居世界前列，2007年農(nóng)藥總產(chǎn)量為173．1萬(wàn) t，使用量162．3萬(wàn)t，平均用量為27kg/hm2，農(nóng)藥使用量在全世界水平最高、用量最大。大量使用農(nóng)藥，雖然控制了病蟲(chóng)害，但大部分農(nóng)藥殘留于環(huán)境中，造成潛在的環(huán)境威脅。

(3)水土流失。水土流失是我國(guó)嚴(yán)重的非點(diǎn)源污染源，水土流失挾帶著泥沙、有機(jī)物、金屬等污染物進(jìn)入地表水體污染水環(huán)境。我國(guó)的水土流失極為嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年流失表土至少50億t，數(shù)百萬(wàn)噸的氮、磷、鉀通過(guò)各種途徑進(jìn)入地表水體，造成嚴(yán)重的水體污染以及大量農(nóng)作物鹽分的流失。我國(guó)水土流失加快的主要原因是人口增長(zhǎng)過(guò)快，增加了對(duì)土地的壓力，導(dǎo)致人們亂墾荒地、濫伐森林、超載放牧，以及不適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)與管理。

(4)農(nóng)業(yè)廢棄物。農(nóng)業(yè)廢棄物包括農(nóng)田中秸桿殘茬、農(nóng)村居民生活垃圾、生活廢水、人畜禽糞便以及田間農(nóng)膜殘片。如集約化畜禽養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的污染主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是少量畜禽糞便直接排泄到環(huán)境中;二是大量的畜禽糞便作為有機(jī)肥料施用到農(nóng)田之中。畜禽糞便相對(duì)于化肥來(lái)說(shuō)，其鹽分含量低而運(yùn)輸成本高，致使大量的畜禽糞尿都集中施在數(shù)量有限的農(nóng)田中，這樣往往造成大量的鹽分得不到充分利用而從農(nóng)田流失到水體中。另外，長(zhǎng)期使用農(nóng)膜覆蓋技術(shù)可造成農(nóng)膜殘片大幅增加，嚴(yán)重影響植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育、水肥的運(yùn)移，造成土壤退化。

2 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的環(huán)境影響

2．1 加重水體富營(yíng)養(yǎng)化

我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，研究表明，對(duì)于湖泊、水庫(kù)等封閉水域，當(dāng)水體內(nèi)無(wú)機(jī)氮總量大于0．2mg/L時(shí)，磷酸鹽磷濃度大于0．01mg/L時(shí)，就可能引起藻華現(xiàn)象的發(fā)生。農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染是湖泊等水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。如太湖的水質(zhì)目前正處于由中富營(yíng)養(yǎng)向富營(yíng)養(yǎng)水平過(guò)渡狀態(tài)，它接納了大量含有農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源氮的入湖水。云南省30余個(gè)湖泊中，80%以上不同程度地呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，滇池中來(lái)自農(nóng)業(yè)地表徑流的氮、磷分別占總量的53%和42%，造成滇池嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化［5］?？梢?jiàn)，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染是該水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化加快的主要原因之一。

2．2 導(dǎo)致土壤退化

大量化肥和農(nóng)藥的施用使許多有害物質(zhì)進(jìn)入土壤，必然使土壤質(zhì)量下降，致使土壤變堿或變酸，削弱土壤或肥料中其他營(yíng)養(yǎng)元素效應(yīng)。大量氮肥的使用還加快土壤中有機(jī)碳的消耗，降低有機(jī)質(zhì)的活性和土壤的供氮能力。據(jù)研究，大量使用化肥對(duì)土壤的退化有廣泛的影響。

2．3 對(duì)生物的有害影響

農(nóng)田中施用的化肥、農(nóng)藥及人畜糞便等，其中的有機(jī)物、無(wú)機(jī)養(yǎng)分及其它污染物經(jīng)淋溶作用進(jìn)入地下水體或經(jīng)地表徑流進(jìn)入飲用水源區(qū)，可造成飲用水源的污染，影響人體健康。

2．4 污染地下水

調(diào)查表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)是地下水污染的主要原因之一，污染指標(biāo)以硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨最為嚴(yán)重。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中來(lái)自肥料和農(nóng)藥的氮、磷、鉀及各種重金屬元素，由于溶解度較低，活動(dòng)性差，因此在土壤和非飽和帶中逐漸積累，成為地下水的潛在危脅，而土壤中大量氮的淋失和下滲，使地下水中硝態(tài)氮含量嚴(yán)重超標(biāo)。

3 控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的生態(tài)工程技術(shù)

3．1 生態(tài)農(nóng)業(yè)和生態(tài)施肥技術(shù)

生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)使物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)多次循環(huán)，廢物產(chǎn)生最小化，因此，能減少農(nóng)村非點(diǎn)源污染。根據(jù)氣候、土壤、生產(chǎn)目標(biāo)的不同，可以采取許多不同模式。以紅壤丘陵區(qū)一種生態(tài)農(nóng)業(yè)模式為例，科學(xué)工作者與農(nóng)民合作發(fā)展了“頂林、腰園、谷農(nóng)、塘魚(yú)”的模式［6］。它以養(yǎng)豬為紐帶，實(shí)行種養(yǎng)結(jié)合，建立飼草－豬－沼、菇－果、糧－魚(yú)、珍珠的食物鏈，定量調(diào)控結(jié)合鏈環(huán)的飼料配置，糞尿投放，制沼育菇和塘淤返田，提高了系統(tǒng)生產(chǎn)力，減少了廢物產(chǎn)生量和非點(diǎn)源污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益“雙贏”。

另外，通過(guò)減少渠道滲漏、發(fā)展溝灌、畦灌，噴灌、微灌和滴灌技術(shù)，提高田間水利用率，實(shí)施節(jié)水灌溉不僅可以提高水資源的利用率，緩解水資源供需矛盾，還可以減少非點(diǎn)源污染。研究發(fā)現(xiàn)，灌溉方式與鹽分、農(nóng)藥流失密切相關(guān)，當(dāng)水田灌溉用量減少31% －36%時(shí)，地表排水量減少78% －90%，氮負(fù)荷減少76% －80%，滲漏水氮負(fù)荷減少 34% －40%，而物減產(chǎn)僅 6．7% －8．1%［7］。

生態(tài)施肥技術(shù)的目的是控制土壤養(yǎng)分投入數(shù)量，改善養(yǎng)分投入方法，使土壤中養(yǎng)分水平保持在既能滿足作物生長(zhǎng)需求，又不至于對(duì)環(huán)境產(chǎn)生顯著危害。

3．2 污水處理和固體廢物生態(tài)工程技術(shù)

用生態(tài)技術(shù)處理污水已進(jìn)行了許多研究，比較成熟的有土地處理、氧化塘、濕地處理等，國(guó)際上進(jìn)行了深入研究，國(guó)內(nèi)也已有了詳細(xì)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。在處理固體廢物方面，比較成熟的生態(tài)技術(shù)有現(xiàn)代堆肥技術(shù)、秸稈粉碎還田、沼氣技術(shù)、垃圾熟化技術(shù)等。

3．3 水土保持生態(tài)工程技術(shù)

農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物的流失途徑主要是通過(guò)淋溶作用，隨水分向下移動(dòng)，威脅地下水;或是隨地表徑流和土壤侵蝕流失，最終造成地表水源污染。因此，減少污染應(yīng)首先從治理水土流失入手，如退耕還林、還草、還湖，在水土流失區(qū)建造水土涵養(yǎng)林和水土保持林恢復(fù)植被以控制水土流失，減少水土流失面積，降低進(jìn)入受納水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量。另外，坡面生態(tài)工程對(duì)減少土壤侵蝕有明顯效果。

3．4 植被緩沖帶生態(tài)工程技術(shù)

由于不同植被對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收具有互補(bǔ)效應(yīng)，同時(shí)，對(duì)化肥的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物具有截留及過(guò)濾能力，因此，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)娜斯は獪?、濕地、沙層過(guò)濾帶及植被，來(lái)建立農(nóng)業(yè)緩沖區(qū)，可以有效地減少農(nóng)田地表和地下徑流帶來(lái)的化肥非點(diǎn)源污染。

利用不同植被對(duì)土壤養(yǎng)分吸收能力的互補(bǔ)性和對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的截留、過(guò)濾能力，在農(nóng)田與水體之間建立合理的林帶或草地過(guò)濾帶將農(nóng)田與水體隔開(kāi)，可以有效地減少農(nóng)田地表和地下徑流帶來(lái)的非點(diǎn)源污染物。在平原地區(qū)建立植被緩沖帶最常見(jiàn)模式是農(nóng)田防護(hù)林帶，合理的林帶不僅可以固岸護(hù)坡、滯緩地表徑流、固持土壤顆粒，同時(shí)可大量吸收地表和地下徑流中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分流失及由此產(chǎn)生的水質(zhì)污染。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，氮在岸邊植被帶的截留率為89%，而農(nóng)田作物截留率僅為8%，磷的截留率分別為80%和41%，可見(jiàn)喬木植被帶截留和調(diào)節(jié)控制氮、磷的能力比農(nóng)作物強(qiáng)得多［8］。

3．5 濕地生態(tài)工程系統(tǒng)

濕地作為陸地釋放某些物質(zhì)的過(guò)濾器的功能已備受關(guān)注，利用濕地處理污水和污泥已取得一定成果。濕地生態(tài)工程投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，易于維護(hù)管理，運(yùn)行比較穩(wěn)定，處理效果好，不僅能吸納大量有機(jī)物，還能除去農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染帶來(lái)的氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)類污染物質(zhì)。

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)增加一些濕地面積，可以有效地消減農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源的污染負(fù)荷。廣大農(nóng)村地區(qū)存在的多水塘景觀(在農(nóng)村和農(nóng)田中人工修建許多面積不大的水塘)在截留農(nóng)田中氮、磷及農(nóng)藥方面具有重要作用。

自然濕地系統(tǒng)還能豐富生態(tài)環(huán)境與景觀的多樣性，在維持農(nóng)田系統(tǒng)的生物多樣性和穩(wěn)定性方面具有重要作用。也可利用廢洼地、坑塘建立人工濕地系統(tǒng)，特別適用于村鎮(zhèn)生活污水、畜禽廢棄物以及農(nóng)田非點(diǎn)源污染物的凈化，既節(jié)約土地，又節(jié)約成本。人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的類似沼澤的系統(tǒng)，在一定地塊中，由土壤和填料組成填料床，使污水在床體的填料縫中或在床體表面流動(dòng)，床體表面可種植蘆葦或鳳眼蓮等植物，形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)系統(tǒng)、利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用來(lái)實(shí)現(xiàn)污水的凈化［9］。

4 結(jié)論

非點(diǎn)源污染是經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，也只有隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展才有實(shí)力將它控制。我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低的農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行非點(diǎn)源污染控制難度更大。隨著世界和我國(guó)對(duì)非點(diǎn)源污染認(rèn)識(shí)和研究的加深，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到生態(tài)工程對(duì)解決農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染問(wèn)題的重要性，積極開(kāi)展生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)，加大水土保持、植被緩沖帶建設(shè)力度，積極發(fā)展?jié)竦毓こ痰壬鷳B(tài)工程技術(shù)。同時(shí)，應(yīng)提高農(nóng)業(yè)環(huán)保意識(shí)、制定農(nóng)業(yè)環(huán)保規(guī)劃、進(jìn)行科學(xué)施肥、加強(qiáng)農(nóng)田鹽分管理、加快無(wú)毒和低毒農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)研制、建設(shè)節(jié)水灌溉工程，以防治和減輕農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染影響，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

(編輯:田 紅)

［1］Dennis L C，Peter JV，Keith L．基于GIS的包氣帶區(qū)非點(diǎn)源污染模型［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，1997，(8):2157 – 2175．

［2］肖海濤，沈波，張銀龍．農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的控制與生態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)［J］．中國(guó)農(nóng)村水利水電，2004，(1):21 －22．

［3］陳文英，毛致偉，沈萬(wàn)斌，等．農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染環(huán)境影響及防治［J］．北方環(huán)境，2005，30(2):3 －4．

［4］全為民，嚴(yán)力蛟．農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響及其防治措施［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，(3):291 －299．

［5］范成新，季江．太湖富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀、趨勢(shì)及其綜合整治對(duì)策［J］．上海環(huán)境科學(xué)，1997，16(8):4 －7．

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［8］張從．中國(guó)農(nóng)村面源污染的環(huán)境影響及其控制對(duì)策［J］．環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài)，2001，(4)∶10 －13．

［9］尹澄清，毛戰(zhàn)坡．用生態(tài)工程技術(shù)控制農(nóng)村非點(diǎn)源水污染［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13(2):229 －232．