我國農(nóng)業(yè)面源污染的控制與管理研究

陳 杰，雍 毅，葉 宏，郭衛(wèi)廣，劉 靜

(四川省環(huán)境保護科學研究院，成都 610041)

1 引言

水體的污染源可劃分為點源、面源 (非點源)和內(nèi)源。面源污染的來源比較廣泛，其中來自農(nóng)業(yè)的污染最為突出。

農(nóng)業(yè)面源污染主要包括在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，氮素和磷素等營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥以及其他有機或無機污染物質(zhì)，通過農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏，形成的水環(huán)境污染，主要包括化肥污染、農(nóng)藥污染、集約化養(yǎng)殖場污染等。其以發(fā)生區(qū)域的隨機性、排放途徑及排放污染物的不確定性及污染負荷空間分布的差異為主要特征，已成為影響我國農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的主要因素。

在中國，水體污染嚴重的流域，農(nóng)田，農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖和城鄉(xiāng)結(jié)合部的生活排污是造成水體氮、磷富營養(yǎng)化的主要原因，其貢獻率大大超過來自城市生活污水的點源污染和工業(yè)的點源污染［1］。

2 中國農(nóng)業(yè)面源污染的現(xiàn)狀

上個世紀70年代以來，我國水環(huán)境形勢日益嚴峻，各大湖泊和重要水域水質(zhì)急劇惡化，主要污染物排放量遠遠超過環(huán)境容量，氮、磷等嚴重超標，水體富營養(yǎng)化嚴重。我國自1975年以來，國家和企業(yè)投資了數(shù)百億元資金進行點源污染治理，但對湖泊水體富營養(yǎng)化狀況的改變收效卻并不明顯，并且富營養(yǎng)化的形勢還在日益嚴重，原因之一就是農(nóng)業(yè)面源污染的治理沒有及時跟上［2］。

2013中國環(huán)境狀況公報數(shù)據(jù)顯示:我國地表水總體為輕度污染，部分城市河段污染較重。我國長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河、浙閩片河流、西北諸河和西南諸河等十大流域的國控斷面中，劣V類水質(zhì)斷面比例為9.0%，基本喪失使用功能。國控重點湖泊 (水庫)中，水質(zhì)為重度污染的多達7個，占11.5%，主要污染指標是總磷、化學需氧量和高錳酸鹽指數(shù)［3］。

據(jù)第一次全國污染源普查公報，全國農(nóng)業(yè)污染源的化學需氧量、總氮和總磷，分別占全國總量的43.71%，57.19%和 67.27%［4］。這意味著，只有對農(nóng)業(yè)面源污染進行有效防止，才可能解決我國的水污染問題。

3 農(nóng)業(yè)面源污染的成因

環(huán)境生態(tài)和社會經(jīng)濟兩方面的原因?qū)е铝宿r(nóng)業(yè)面源污染的形成。形成農(nóng)業(yè)面源污染的原因可以歸納為以下幾個方面:

3.1 土壤侵蝕

土壤侵蝕農(nóng)業(yè)面源污染的一種，它規(guī)模大，危害嚴重。土壤侵蝕不僅會導致土壤表層有機質(zhì)的損失，還會導致多種有機物進入水體，形成面源污染，其對水質(zhì)產(chǎn)生的影響主要通過徑流流失和因降水或澆灌所引起淋溶的途徑實現(xiàn)。據(jù)估計，自人類從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動以來，土壤侵蝕已經(jīng)導致全球約43億hm2土地被遺棄。在美國，土壤侵蝕所引起的水質(zhì)污染已造成22億～70億美元的經(jīng)濟損失［5］。而在我國，根據(jù)《2013中國環(huán)境狀況公報》，全國年內(nèi)凈減少耕地面積8.02萬hm2，全國土壤侵蝕總面積達2.95億 hm2，占國土面積的30.7%［3］。

3.2 農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥施用不合理

許多研究表明，化肥和農(nóng)藥的不合理施用是造成水體污染和富營養(yǎng)化的最主要來源。農(nóng)藥和化肥為我國糧食產(chǎn)量帶來巨大增產(chǎn)的同時，會導致植物體內(nèi)毒素殘留過高，影響食品安全，同時會污染大氣環(huán)境和水環(huán)境，造成嚴重的面源污染。

中國大規(guī)模使用化肥從上世紀60年代開始。目前占世界耕地面積不到10%的中國，化肥年總使用量已達4000萬t以上，占世界1/3，按播種面積計算達400kg/hm2，遠遠超過發(fā)達國家為防止化肥水體污染設(shè)置的225kg/hm2安全閥上限。

目前，我國農(nóng)藥可生產(chǎn)品種已達500種以上，常年生產(chǎn)350～400種，加工制劑產(chǎn)品3000多個，劑型幾十種，原藥生產(chǎn)能力200萬t/年以上。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2013年1月～6月國內(nèi)農(nóng)藥產(chǎn)量達到163.50萬t，同比增長4.90% 我國每年使用的殺蟲劑其中僅有1%作用于靶標，30%殘留于植物，其余的分別進入土壤和包括地下水在內(nèi)的江河湖海等水系［6］。

3.3 畜禽糞尿污染

在我國農(nóng)村地區(qū)，由于畜禽業(yè)的快速發(fā)展和人口的增加，以及缺乏排污管道和污水集中處理系統(tǒng)，大部分畜禽糞尿直接進入附近水環(huán)境，嚴重影響了地下水和地表水的水質(zhì)，直接威脅人體健康。我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)自上個世紀60年代以來發(fā)展勢頭迅猛，畜禽存欄量每10年增加1～2倍。根據(jù)畜禽糞便排泄系數(shù)計算可知，2010年我國畜禽糞便產(chǎn)生量約為31.86億噸，而當年的全國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量約為24.09億噸，畜禽糞便產(chǎn)生量是工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的1.32倍。

3.4 農(nóng)村生活污水和固體廢棄物垃圾

目前，我國大部分農(nóng)村地區(qū)均沒有實現(xiàn)生活污水的集中收集處理及垃圾收運系統(tǒng)的全面覆蓋，這使得生活污水和垃圾隨意排放、堆置的現(xiàn)象較普遍。一些經(jīng)濟相對發(fā)達的農(nóng)村地區(qū)，隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，秸稈這一可利用資源成為廢棄物，大多數(shù)被焚燒或丟棄到水體中，從而造成大氣及水體的污染。以四川省思蒙河流域東坡區(qū)段為例，流域內(nèi)每年廢水排放達891.71萬噸/年，COD排放量7058.89約為噸/年，氨氮排放量約為1069.11噸/年，固體廢棄物約為5140萬噸/年，而目前農(nóng)村缺乏固體廢棄物和廢水的處理設(shè)施，部分會排入河道，進入水環(huán)境，從而污染水體。

3.5 大氣干濕沉降

大氣沉降包括干沉降和濕沉降，大氣氣團及顆粒物直接遷移到地表的形式為干沉降，大氣中物質(zhì)通過降水的形式遷移到地表為濕沉降。大氣沉降過程對環(huán)境與水體的影響起步于酸雨的研究。

酸雨形成的污染已經(jīng)成為世界上公認的環(huán)境災害之一，不僅對建筑物和植被造成直接的破壞，還會對土壤和水體形成污染。干沉降對湖泊傳輸?shù)奈廴疚锿蝗藗兯鲆?，而事實上其污染物傳輸遠比一個主要公路徑流傳輸?shù)奈廴疚锒?，而且可通過遠距離輸送進入森林累積，使不受干擾的森林匯水區(qū)污染物輸出逐年增加。由于技術(shù)上的難度，對污染物的遷移轉(zhuǎn)化研究多為化學耗氧量 (CODcr)、總氮 (TN)、總磷 (TP)等，而對聚氯聯(lián)苯在空中、地表的遷移轉(zhuǎn)化研究較少。

3.6 航運污染

航運污染是指船舶廢油、船尾固體垃圾和生活廢水直接排入水體產(chǎn)生的污染。船舶營運中排放的煙塵、氮氧化物、硫氧化物等，操作性溢油及事故性排放的油污染以及船員、旅客生活污水的排放，導致我國流域水質(zhì)嚴重污染。據(jù)估計，長江航運的船舶每年艙底水產(chǎn)生污油約6萬噸，因事故一次性排放油類最高的可達數(shù)千噸。常年居住在長江船舶上的達數(shù)十萬人，其生活污水的產(chǎn)生量相當于一個中等城市，垃圾每年產(chǎn)生量達12萬多噸［7］。

4 農(nóng)業(yè)面源污染的影響因素

農(nóng)業(yè)面源污染的影響因素很多，比如地表徑流、大氣干濕沉降、土壤侵蝕與流失、地形地貌、土壤植被、農(nóng)田化肥和農(nóng)藥施用、農(nóng)村家畜糞便及垃圾、農(nóng)田污水灌溉等等。其中，土地利用方式、農(nóng)事活動和田間管理、牲畜糞便污染與垃圾和社會經(jīng)濟因素等是可以通過人類的生產(chǎn)、生活進行改變的。

4.1 土地利用方式

土地利用方式是影響面源污染的重要因素之一［8］。不恰當?shù)耐恋乩梅绞綍е峦寥辣磺治g以及過量的N、P隨地表徑流流失，從而形成面源污染［9］。根據(jù)土地利用類型的不同 (如菜地，水稻田，小麥地等)，地表徑流污染的特征也不同。

4.2 農(nóng)業(yè)活動和田間管理

農(nóng)業(yè)活動和田間管理主要從農(nóng)戶行為角度對面源污染造成影響，包括化肥和農(nóng)藥的施用、合理的耕作及灌溉等等。

農(nóng)民使用的化肥和農(nóng)藥是造成水體污染及富營養(yǎng)化的主要原因。長期過量的施用化肥和農(nóng)藥必定會導致土壤、水體甚至是農(nóng)產(chǎn)品的污染。據(jù)相關(guān)研究報道:施用的肥料的損失量與施用量呈較好的線性相關(guān)性，合理的氮肥使用量會減少氮的面源污染［10］。

保護性耕作措施包括免耕、少耕及間套復種技術(shù)等。免耕、少耕法可大大減少土壤侵蝕和土壤有機碳的流失，亦相應(yīng)的減少了氮和磷的流失量［11］。污水灌溉是利用土壤對污染物的凈化作用和農(nóng)作物對營養(yǎng)元素的吸收作用來凈化污水，但如果灌溉量過大或時間不當，同樣會導致土壤和地表水及地下水體污染。過量的灌溉水還容易引起肥料的淋洗損失［12］。

4.3 畜禽糞便及垃圾污染

目前，我國農(nóng)村畜禽糞便直接排放的現(xiàn)象仍較為突出，僅有少部分作為肥料通過農(nóng)田再利用，部分農(nóng)村的生活垃圾堆存也較為普遍，這會導致污染物進入水體，尤其是在降雨季節(jié)，隨著地表徑流進入水體形成大面積的污染。相關(guān)研究的結(jié)果表明［13］，畜禽糞尿污染、鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污染和地表徑流污染是制約農(nóng)業(yè)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的3大關(guān)鍵污染因子。近年我國利用牛、豬、家禽的糞便生產(chǎn)有機肥的比率分別僅為44%、43%和10%，這不僅是對資源的浪費，更是對環(huán)境的嚴重污染。

此外，很多地區(qū)畜禽養(yǎng)殖發(fā)展速度很快，但缺乏相應(yīng)的污水處理系統(tǒng)，導致很多畜禽糞污直接排入水體造成水體污染，或過量的澆入農(nóng)田，使農(nóng)田的有機養(yǎng)分負荷超標，從過濾凈化污染物轉(zhuǎn)為釋放污染物。

4.4 社會經(jīng)濟因素

經(jīng)濟水平在人的生產(chǎn)生活方式中起了主導作用，社會經(jīng)濟因素會通過人為活動影響，影響土地利用方式、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式及管理水平、農(nóng)村庭院養(yǎng)殖集中程度和規(guī)模、居民環(huán)境保護意識等［14］。此外，農(nóng)村人口現(xiàn)狀及增長速度也會直接影響耕地利用方式及利用程度、農(nóng)業(yè)面源污染物的產(chǎn)生總量［15］。

5 農(nóng)業(yè)面源污染的控制和管理措施

5.1 技術(shù)措施

我國對面源污染控制的研究始于80年代，通過開展的河流、湖泊、水庫富營養(yǎng)化調(diào)查和水質(zhì)規(guī)劃研究發(fā)現(xiàn)，地面水富營養(yǎng)化已十分普遍，進一步研究證實，由面源污染引起的水體富營養(yǎng)化的N、P營養(yǎng)元素的污染負荷高于由點源污染引起的污染負荷［16］。

科研人員經(jīng)過多年的研究，在控制面源污染技術(shù)方面取得了較多的成果，這些技術(shù)措施主要包括:

(1)測土配方施肥技術(shù)

測土配方施肥技術(shù)是指通過土壤養(yǎng)分的基礎(chǔ)調(diào)查，確定不同土壤的具體適宜施肥量和施肥方式。通過對研究不同地區(qū)，不同作物和不同生長時期的養(yǎng)分需求，確定養(yǎng)分施加的合理比例，不同種類肥料的綜合應(yīng)用技術(shù)等，從而達到減少肥料的用量，提高養(yǎng)分的利用率的目的。目前，測土配方施肥技術(shù)己在全國推廣使用，效果良好。

(2)生態(tài)攔截技術(shù)

生態(tài)攔截是指采用生物技術(shù)、工程技術(shù)或手段對農(nóng)田徑流中的N、P等物質(zhì)進行攔截、吸附、沉積、轉(zhuǎn)化或吸收利用，從而對農(nóng)田流失的養(yǎng)分進行有效的攔截，實現(xiàn)養(yǎng)分再利用，減少水體污染物質(zhì)。生態(tài)攔截技術(shù)包括生態(tài)田埂技術(shù)、生態(tài)溝渠技術(shù)、旱地系統(tǒng)的生態(tài)隔離帶技術(shù)以及生態(tài)型濕地處理技術(shù)等［17］。目前，國內(nèi)很多地方均采用了生態(tài)攔截技術(shù)，技術(shù)較為成熟的濕地生態(tài)工程。

(3)畜禽污染控制技術(shù)

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，畜禽糞污排放量急劇增加。對于畜禽糞便的處理，更多地采用生物學及生態(tài)學方法，開發(fā)畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用技術(shù)、復合生態(tài)工程技術(shù)等，例如:糞便飼料化技術(shù)、糞便肥料化技術(shù)，糞便能源化技術(shù)等等。通過盡可能地利用糞污中的養(yǎng)分和能源物質(zhì)，減少或消除畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境的污染。

(4)農(nóng)業(yè)廢棄物處理技術(shù)

農(nóng)業(yè)廢棄物是指人們在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，數(shù)量大，分布廣，既是寶貴的資源，又是農(nóng)村環(huán)境污染的主要來源之一。

我國農(nóng)業(yè)廢棄物處理主要有材料化、基質(zhì)化、能源化、肥料化、飼料化和生態(tài)化等方式。以秸稈為例，可以將秸稈直接還田、過腹還田、堆漚還田，也可以將秸稈氣化、或用于產(chǎn)沼氣，也可以將其生物質(zhì)成型，用作燃料等等［18］。

(5)3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)面源污染控制中的應(yīng)用

3S技術(shù)，即地理信息系統(tǒng) (GIS)、遙感(RS)、全球定位系統(tǒng) (GPS)的統(tǒng)稱，是最近20年快速發(fā)展起來的一組高新技術(shù)。GIS的空間信息管理的綜合分析能力、RS的空間動態(tài)監(jiān)測能力及GPS的高精度定位能力，為解決面源污染的測量問題奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。同時也為及時掌握重點區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀并進行動態(tài)評價提供一種新的技術(shù)手段。

國際上關(guān)于“3S”的研究和應(yīng)用已經(jīng)走向集成化，是環(huán)境領(lǐng)域的重要研究發(fā)展方向之一［19］。“3S”整體集成技術(shù)也將是面源污染防治研究中的主要研究手段之一，而“3S”自身的融合技術(shù)仍將是當前和今后研究的重點?；凇?S”技術(shù)整體集成的，具有各種信息顯示、查詢、分析、表達以及在線監(jiān)測、模擬和預測預報等基本功能的面源污染信息系統(tǒng)將是今后努力的方向，并有望使得農(nóng)業(yè)面源污染的研究取得巨大進展。

5.2 法律措施

我國《水污染防治法》于1996年修訂時關(guān)注到了面源污染的問題，尤其是農(nóng)村的面源污染。2008年修訂《水污染防治法》時，特別強調(diào)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染物的控制，設(shè)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村水污染防治專章對農(nóng)業(yè)面源污染防治作出了詳細的規(guī)定。

《農(nóng)業(yè)法》第58、65條分別規(guī)定了耕地保養(yǎng)，化肥、農(nóng)藥農(nóng)用薄膜合理使用，增施有機肥料;糞便廢水及其他廢棄物無害化處理或者綜合利用，合理投餌、施肥、使用藥物等內(nèi)容。

《固體廢物污染防治法》第19條規(guī)定使用農(nóng)用薄膜的單位和個人，應(yīng)當采取回收利用等措施，防止或者減少農(nóng)用薄膜對環(huán)境的污染;第20條規(guī)定從事畜禽規(guī)模養(yǎng)殖應(yīng)當按照國家有關(guān)規(guī)定收集貯存利用或者處置養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的畜禽糞便，防止污染環(huán)境。

近年來，農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖造成的污染已引起人們的關(guān)注，環(huán)保部發(fā)布的《畜禽養(yǎng)殖污染防治技術(shù)規(guī)范》和《畜禽養(yǎng)殖污染物排放標準》是我國在面源污染管理方面的重要舉措，同時，湖南、湖北、山東、山西、廣州等各地的地方性農(nóng)業(yè)保護條例也在不斷出臺。我國的畜禽養(yǎng)殖污染法律法規(guī)正在不斷完善。

5.3 經(jīng)濟措施

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的迅速提高，一些經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)已經(jīng)逐漸意識到防治農(nóng)業(yè)面源污染的重要性。因而，地方上出臺一些扶持政策，從源頭和末端兩方面出發(fā)防治面源污染。

以四川省為例，為了應(yīng)對農(nóng)業(yè)面源污染，四川省擬采取以下措施:

(1)建立農(nóng)村面源污染防治財政專項，完善政府、企業(yè)、農(nóng)戶三位一體的投資渠道;

(2)建立農(nóng)村污染排放收費補償機制，支持污染少、效益高的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展;

(3)加強與國家環(huán)保部的協(xié)調(diào)，力爭將沱江、涪江列入國家水污染專項重點治理區(qū)域。

此外，四川省積極開展農(nóng)村環(huán)境綜合整治，實行“以獎促治”。從2012年開始，四川省落實中央提出的“中央農(nóng)村環(huán)境連片整治示范省建設(shè)”任務(wù)，申請中央投入四川省8億元資金，按中央要求四川應(yīng)配套4億元，而四川實際預算連片整治配套達9億元以上。結(jié)合農(nóng)村環(huán)境連片整治，四川省針對農(nóng)村面源污染對農(nóng)村飲用水水源地保護，農(nóng)村生活污水及垃圾處理和畜牧養(yǎng)殖污染治理都實行了“以獎促治”方針，這不僅提高了效率，還有利于農(nóng)村環(huán)境管理和污染治理，改善農(nóng)村環(huán)境。

6 結(jié)語

目前，農(nóng)村面源污染已成為全球性的污染問題，該領(lǐng)域的相關(guān)研究也是國內(nèi)外研究的熱點和重點。我國農(nóng)業(yè)面源污染控制涉及的范圍廣，污染物種類多，排放量大，而相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)條件和技術(shù)、設(shè)施普遍較為落后，農(nóng)戶的環(huán)境保護意識有待進一步提高，污染控制和治理的資金投入不夠，基層政府監(jiān)管和指導力度相對較小導致這一問題難以得到根本性的解決。因此，針對各地的具體情況，分析其成因和影響因素，因地制宜的提出和實施相關(guān)控制和管理對策，是我國治理農(nóng)村面源污染的切實可行的方向。

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