農(nóng)業(yè)面源污染控制工程的“減源-攔截-修復(fù)”(3R)理論與實(shí)踐

據(jù)《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2011年5月報(bào)道，農(nóng)業(yè)面源污染問題日益突出，在一定程度上已經(jīng)嚴(yán)重影響到我國生態(tài)環(huán)境健康、良性發(fā)展，甚至在一定程度上制約了我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。我國學(xué)者基于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，提出了農(nóng)業(yè)面源污染控制的策略性理論——“減源-攔截-修復(fù)”理論（簡稱3R理論），該理論的提出，將扭轉(zhuǎn)世界上至今無農(nóng)業(yè)面源污染控制工程策略性指導(dǎo)理論的局面。

此研究報(bào)告刊登于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2011年第5期，題為“農(nóng)業(yè)面源污染控制工程的“減源-攔截-修復(fù)”（3R）理論與實(shí)踐”，第一作者為中國科學(xué)院南京土壤研究所吳永紅博士，通信作者為楊林章研究員。該研究為國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國家“863”項(xiàng)目。

20世紀(jì)50年代開始的農(nóng)業(yè)“綠色革命”，通過增加化肥、殺蟲劑和除草劑的投入有效地增加了糧食的產(chǎn)量，但是，這種高投入的農(nóng)業(yè)也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了一些負(fù)面的影響，例如進(jìn)入水體和土壤的污染物增加。與此同時(shí)，城鎮(zhèn)化的發(fā)展、人口的積聚和固體廢棄物等管理落后，以及水沖廁所的普及，也造成了散排污水的增多，這種分散式污水最終也進(jìn)入了土壤和水體，從而引起水體的富營養(yǎng)化、藍(lán)藻“水華”等生態(tài)危害。

當(dāng)前，雖然國內(nèi)外開展了很多農(nóng)業(yè)面源污染控制工程的研究，例如緩沖帶的構(gòu)建、化肥管理等，這些農(nóng)業(yè)面源污染控制工程也取得了一定的成效。但是，不少農(nóng)業(yè)面源污染控制工程還停留在“就事論事”的技術(shù)層面上，缺乏系統(tǒng)性和全面性，難以實(shí)現(xiàn)長期的有效控制。另外一個(gè)問題就是，這些建設(shè)的農(nóng)業(yè)面源控制工程，很多時(shí)候結(jié)構(gòu)單薄、體系單一、主次矛盾不分，造成控制效率不穩(wěn)定、運(yùn)行成本偏高等現(xiàn)象。針對(duì)這些現(xiàn)象，結(jié)合30多年的研究積累和實(shí)踐，提出了用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)面源污染控制工程建設(shè)的3R理論。

3R理論（減源-攔截-修復(fù)），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)展以及農(nóng)業(yè)人居環(huán)境和意識(shí)形態(tài)相和諧發(fā)展為目標(biāo)，從源頭減少污染物質(zhì)的輸入，在污染物遷移過程中，利用生態(tài)工程措施削減污染物質(zhì)濃度，然后利用生態(tài)修復(fù)技術(shù)，重建整體農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

通俗地說，“減源”就是通過技術(shù)措施，在保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)量不減少的情況下，減少化肥施用量，減少農(nóng)村生活污水向農(nóng)田排放，減少農(nóng)業(yè)固體廢棄物亂堆放等等

“攔截”就是利用生態(tài)工程措施，如土地處理系統(tǒng)、人工濕地、生態(tài)溝渠、復(fù)合生物反應(yīng)器等，在農(nóng)村農(nóng)田的溝、渠、塘等集水區(qū)凈化污水，或者利用土壤改良劑，將過量的氮磷等養(yǎng)分固定在土壤中，使其不能向水體流動(dòng)。

“修復(fù)”就是通過種植一些大型的水生植物、陸生植物，恢復(fù)水體和陸地的植被，營造出一種可以為其它動(dòng)植物生存的環(huán)境，包括提供一個(gè)完整的食物鏈，使得所有的動(dòng)植物在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)可以很好的生存。

“減源”、“攔截”、“修復(fù)”三者的關(guān)系式階梯式的，只有當(dāng)前一步驟順利實(shí)施后，后續(xù)的工程措施才能有效實(shí)施并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3R的高級(jí)形式是4R，即在“減源-攔截-修復(fù)”的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)“再利用”，就是將農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生的廢棄物當(dāng)成資源再次利用。比如，將秸稈還田，農(nóng)業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)有機(jī)-無機(jī)復(fù)合肥等。

為了更好的說明3R理論的指導(dǎo)效果，過去幾年分別在太湖和滇池流域的典型農(nóng)區(qū)開展了工程示范研究。

以太湖流域宜興市大浦鎮(zhèn)（20平方千米）的水網(wǎng)區(qū)為研究對(duì)象，以“減源、攔截、修復(fù)”為示范工程建設(shè)的理論依據(jù)，開展了為期3年的示范研究。結(jié)果顯示，入湖河口控制斷面與河網(wǎng)生態(tài)修復(fù)區(qū)的水質(zhì)比示范工程建設(shè)前提高一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。原本退化的生態(tài)功能正在好轉(zhuǎn)，如水生生態(tài)系統(tǒng)的污水凈化能力提高。并且整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)尤其是水生生態(tài)系統(tǒng)由過去單一的物種轉(zhuǎn)變成了多種植被群落，如蘆葦、茭白、菖蒲、黑藻等，河道和河口水質(zhì)明顯變清（冬季大部分河流水質(zhì)清澈見底），為水生生物的棲息創(chuàng)建了良好的環(huán)境，出現(xiàn)了多種有益浮游動(dòng)物。說明示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)已經(jīng)基本好轉(zhuǎn)，生態(tài)系統(tǒng)正處于向良性、健康的狀態(tài)發(fā)展。

滇池流域的金家村（約0.7平方千米）是一個(gè)高度集約化的農(nóng)業(yè)區(qū)。90%以上耕地種韭菜，施肥量是國內(nèi)平均施肥量的2~3倍?；?R理論的示范工程建設(shè)運(yùn)行后，在考慮土壤養(yǎng)分釋放和施肥量減少的情況下，每天向下游水體少排放磷2.9 公斤，氮29.7公斤。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的作物結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，由單一的韭菜種植擴(kuò)展到了韭菜、玉米和鮮花以及一些家常的蔬菜。尤為重要的是，在生態(tài)溝渠的末端發(fā)現(xiàn)了四種新的底棲動(dòng)物。說明按照3R理論指導(dǎo)的示范工程實(shí)施后，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正在向健康方向發(fā)展。

國內(nèi)外已有研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)面源污染正在成為地表水體污染的主要貢獻(xiàn)者。控制農(nóng)業(yè)面源污染，尤其是控制過量氮、磷養(yǎng)分向水體遷移，不但可以保護(hù)土壤資源，還能降低下游水體富營養(yǎng)化甚至有害藻類“水華”風(fēng)險(xiǎn)。3R理論的提出，為我國以及類似經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染控制發(fā)揮出重要的指導(dǎo)作用，為全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境發(fā)展提供技術(shù)戰(zhàn)略保障。