農(nóng)業(yè)面源污染治理現(xiàn)狀分析

馬瑛

摘要 人口的快速增加和對糧食需求的不斷擴大，迫使農(nóng)田施肥量不斷增加，使農(nóng)業(yè)面源污染治理面臨巨大的挑戰(zhàn)。為了更好地控制農(nóng)業(yè)面源污染對水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和大氣環(huán)境造成的影響，以及實現(xiàn)土地的可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對農(nóng)業(yè)面源污染的特性、治理措施和存在的問題及未來發(fā)展的方向進行較為詳細的闡述，以期能為制定合理的治理措施提供一些有價值的參考。

關鍵詞 農(nóng)業(yè)面源污染；特征；治理措施；問題；對策

中圖分類號 X592 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）09-0184-02

Abstract Both rapid population increase and crop requirement expansion force fertilization increases in farmland，as well as control non-point source pollution in agriculture is facing significant challenges.In order to better control effect on water environment，ecological environment，atmospheric environment by agriculture non-point source pollution，as well as achieve soils sustainable utilization and sustainable development of agriculture，non-point source pollution status was described in detail including characteristics，control measures，problems，as well as development direction in the future，so as to provide some reference for designing a suitable control measures.

Key words agricultural non-point source pollution；characteristics；control measures；problems；countermeasures

廣義的農(nóng)業(yè)面源污染是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動造成的污染，它是一種常見的面源污染。隨著人口數(shù)量和糧食需求的不斷增加，促使農(nóng)業(yè)中施肥量的不斷增加，最終導致了農(nóng)業(yè)面源污染狀況日益加劇。為了緩解農(nóng)業(yè)面源污染的不斷惡化，許多有效的措施被應用。為了更好地治理農(nóng)業(yè)面源污染，有必要對目前治理方法、存在的問題及未來發(fā)展方向進行較為詳細的闡述，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標。

1 農(nóng)業(yè)面源污染的特性

掌握農(nóng)業(yè)面源污染的類型、特點及其影響的對象是有效治理農(nóng)業(yè)面源污染的前提條件。農(nóng)業(yè)面源污染按來源不同可以分為以下幾類：農(nóng)藥、化肥污染；畜禽養(yǎng)殖污染；農(nóng)村生活污染；其他污染。農(nóng)業(yè)面源污染的特點：分散性；隨機性和不確定性；滯后性與隱蔽性；不易監(jiān)測性；防治難度大。農(nóng)業(yè)面源污染對環(huán)境的影響分為3類：水環(huán)境、土壤環(huán)境及大氣環(huán)境影響。

對水環(huán)境的影響包括以下3個部分：河流水質(zhì)惡化及湖泊富營養(yǎng)化；污染飲水源，影響人體健康；水體生態(tài)系統(tǒng)服務功能下降。對土壤環(huán)境的影響包括以下3個部分：破壞土壤結構，土壤質(zhì)量下降；威脅微生物多樣性，破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；通過食物鏈影響人體健康。對大氣環(huán)境的影響也包括以下3個部分：增加了溫室氣體排放；空氣質(zhì)量下降；空氣中微生物菌落增加，加速了病原體的傳播。

2 農(nóng)業(yè)面源污染的治理措施

針對農(nóng)業(yè)面源污染的不同類型和機理，國內(nèi)外的專家學者進行了大量的研究，提出了很多措施和方法，歸納起來主要包括生物措施、化學措施、農(nóng)業(yè)措施。

2.1 生物措施

2.1.1 人工濕地法。人工濕地污水處理系統(tǒng)是一種應用較為廣泛的污水處理系統(tǒng)。它是以自然濕地為主體發(fā)展起來的污水處理技術，通過自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和生物三者間的協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。該技術的優(yōu)勢在于成本低、排污效率高，因此得到廣泛的應用。

2.1.2 蚯蚓生態(tài)池。該技術是由法國和智利共同開發(fā)，主要服務對象是農(nóng)村生活污水處理。該方法通過向土壤中接種蚯蚓，實現(xiàn)改善土壤中的環(huán)境及土壤結構，提高污水處理效率[1]。李軍狀等[2]研究表明，該方法對農(nóng)村污水處理效果顯著，化學需氧量（COD）、氨態(tài)氮（NH4+-N）、全氮（TN）、全磷（TP）的去除率均在70%以上[2]。然而，目前該方法在應用過程中亟待解決的2個問題：如何使蚯蚓保持長期的活性；長效性的檢驗。

2.1.3 穩(wěn)定塘。穩(wěn)定塘是一種利用天然凈化能力的生物處理構筑物的總稱，主要通過菌藻類之間的相互作用實現(xiàn)對廢水中有機污染物的處理。穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)具有投入少、運行成本低、操作及維護便捷、除污效果顯著等優(yōu)點，因此得到廣泛的應用。為了該技術的廣泛應用，國內(nèi)外的專家學者對穩(wěn)定塘的除污機理進行了深入地研究。Maynard等[3]進行了穩(wěn)定塘中有機物除污試驗，結果發(fā)現(xiàn)即使在三級處理塘中，BOD5的去除率能達80%，而在整個系統(tǒng)中對BOD5的去除更可高達90%以上。Babu 等[4]、Silva等[5]研究證明，硝化-反硝化、水生植物吸收、NH3揮發(fā)這3個過程是藻類穩(wěn)定塘除 TN 的機理。然而目前尚未明確哪種機制在去除TN過程中起到?jīng)Q定性的作用。對于穩(wěn)定塘對磷的去除效果發(fā)現(xiàn)，除磷受到諸多因素的影響，而水生植物及底泥的類型在去除過程中影響顯著，但對于是以生物吸收還是化學沉降為主導存在一定的分歧[6]。為了更好地發(fā)揮該技術，國內(nèi)外的專家學者針對穩(wěn)定塘在應用中出現(xiàn)的水力停留時間較長、占地面積較大、積泥嚴重等不足之處進行了改進和完善，使穩(wěn)定塘的類型更加多樣化，例如高效藻類塘[7]、水生植物塘、懸掛人工介質(zhì)塘、超深厭氧塘[8]、移動式曝氣塘；另外，還包括一些復合式塘，如多級串聯(lián)塘[9]、高級綜合塘系統(tǒng)（AIPS）[10]、生態(tài)綜合系統(tǒng)塘（Eco pond）[11]等。

2.1.4 生物膜法。生物膜法是利用微生物自身的分解功能，通過人為控制的方式提供有利于微生物生長繁殖的環(huán)境，加快微生物的繁殖，由此提高對污水中有機物的氧化降解效率。為了更好地應用該技術，一些專家和學者對生物膜法的除污機理和效果進行了研究。Wu等[12]開展了自然生物膜對N、P等元素去除效果和機理的研究，結果發(fā)現(xiàn)除污機理如下：首先生物膜將沉積于膜上一部分營養(yǎng)物質(zhì)轉化為細胞質(zhì)，進行生長繁殖，最終成為生物膜中新的活性物質(zhì)；生物膜自身有很強的吸附能力。吳 迪等[13]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，一體化生物膜技術對農(nóng)村污水中COD、BOD、NH4+-N、TN、TP和SS平均去除率均在70%[13]。生物膜法除了能夠去除肥料中N、P，對于去除水環(huán)境中重金屬也效果顯著，而且大大降低了造成二次污染的幾率[14]。研究還發(fā)現(xiàn)，生物膜法能夠有效去除有害藻類，改善水質(zhì)。這些研究結果充分證明生物膜是一種有效治理農(nóng)業(yè)面源污染的措施。

2.2 化學措施

目前，化學措施已成為處理農(nóng)業(yè)非點源污染中一種重要的方法。該方法主要通過向土壤中施加土壤改良劑的方式減少土壤中N、P的流失，改良劑主要包括硫酸亞鐵、聚丙烯酰胺（PAM）和生物碳（biochar）等。姬紅利等[15]對3種土壤改良劑（硫酸亞鐵、硫酸鋁和聚丙烯酰胺）和1種土壤消毒劑（五氯硝基苯）的改良效果進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)：徑流雨水中TP和TDP值降幅明顯，上述土壤改良劑的施用對降低P流失效果顯著。生物碳由于自身具有良好的吸附能力、成本低廉以及良好的生物親和性，被廣泛的應用到農(nóng)田養(yǎng)分、鹽分的釋放控制上。Ding等[16]對生物碳的改良效果進行分析評價，結果發(fā)現(xiàn)，將0.5%的生物質(zhì)炭施入農(nóng)田表層20 cm后，土壤中的NH4+-N損失量明顯減少[16]。上述結果說明化學措施的除污效果，但化學措施是否會造成土壤環(huán)境風險還需要進一步深入研究。

2.3 農(nóng)業(yè)措施

合理的種植結構也是治理農(nóng)業(yè)面源污染的一項重要措施。它通過選擇合適的作物類型、合理種植模式及種植制度，從而達到合理施肥的目標。對于合理種植結構研究方面相關人員也取得了很多成果。研究發(fā)現(xiàn)，將豆科綠肥與稻麥輪作相結合不僅能夠減少氮肥的施量，同時還能對稻季的氮素進行補充。Qiao等[17]通過對水稻+紫云英輪作的試驗發(fā)現(xiàn)，冬季用種植紫云英代替小麥，稻季不施加氮肥，水稻的產(chǎn)量僅比常規(guī)種植常量減少5%。如果補充常規(guī)施氮量的30%，不僅可以保證產(chǎn)量，甚至還可以增產(chǎn)。王 靜等[18]通過對滇池流域蔬菜產(chǎn)地的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，合理的輪作方式能夠減少菜地中N、P的盈余量，并推薦了適合當?shù)氐氖卟溯喿鞣绞胶褪卟嘶ɑ茌喿鞣绞?。對于合理種植結果的研究雖然取得了一定的進展，但目前研究作物的類型較少、種植模式及種植制度還多以傳統(tǒng)方式為主，若想使種植結構在治理農(nóng)業(yè)面源污染中發(fā)揮更大的作用，需要對上述幾個方面進行深入地研究。

3 農(nóng)業(yè)面源污染治理中存在的問題及對策

通過多年調(diào)查和總結發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)面源污染治理中存在的問題主要變現(xiàn)為：過分重視點源而忽視面源；產(chǎn)業(yè)結構不合理、基礎性工作開展不夠、缺少對污染的認識和環(huán)保意識；尚無完善的政策、立法及相應的管理體制。若想實現(xiàn)土地與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，需從以下幾個方面進行完善：完善相關政策法規(guī)，明確管理部門的職能；引進國外先進技術的同時，加快自主技術的研發(fā)；加強宣傳，提高全社會對農(nóng)業(yè)面源污染的認識和重要性；建立完善的監(jiān)測評價標準及預警體系。

4 展望

目前，對于治理農(nóng)業(yè)面源污染雖取得了很大的進展，但農(nóng)業(yè)面源污染的問題會隨著人類對糧食需求的不斷擴大而顯得越發(fā)突出。對于治理措施方面需要做以下幾個方面的工作：拓展思路，對尚未明確的機理繼探索；多學科交叉研究；利用先進的地理統(tǒng)計系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、數(shù)學模型進行研究。通過多年的實踐證明，農(nóng)業(yè)面源污染的治理不僅需要先進的科技手段還需要更加合理的管理體制。為此，對于管理體制需要采取以下措施：明確職責；完善法律法規(guī)；加強環(huán)保意識宣傳。只有兩者相互協(xié)調(diào)才能使得農(nóng)業(yè)面源污染治理取得更大的進展，加快實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標。

5 參考文獻

[1] 王永謙，楊林章，馮彥房，等.蚯蚓活動對生態(tài)濾池微生物群落功能多樣性的影響[J].中國農(nóng)學通報，2011，27（32）：162-167.

[2] 李軍狀，羅興章，鄭正，等.塔式蚯蚓生態(tài)濾池處理集中型農(nóng)村生活污水工程設計[J].中國給水排水，2009，25（4）：35-38.

[3] MAYNARD HE，OUKI SK，WILLIAMS SC.Tertiary lagoons：A review of removal mechanisms and performance[J].Water Research，1999，33（1）：1-13.

[4] BABU MA，VANDERSTEEN NP，HOOIJMANS CM，et al.Nitrogen mass balances for pilot-scale biofilm stabilization ponds under tropical condi-tions[J].Bioresource Technology，2011，102（4）：3754-3760.

[5] SILVA SA，OLIVERIRA RD，SOARES J.Nitrogen removal in pond systems with different configurations and geometries[J].Water Science and Tec-hnology，1995，31（12）：321-330.

[6] WANG H，APPAN A，GULLIVER J S.Modeling of phosphorus dynamics in aquatic sediments：I-model development[J].Water Research，2003，37（16）：3928-3938.

[7] 許春華，周琪.高效藻類塘的研究與應用[J].環(huán)境保護，2001（8）：41-43.

[8] 汪慧貞，吳俊奇，曹秀芹.超深厭氧塘的技術特性[J].環(huán)境工程，1997，15（3）：16-18.

[9] 沈勁風.氧化塘的系統(tǒng)研究[J].環(huán)境科學與技術，1995（2）：6-10.

[10] 向連城.新型穩(wěn)定塘污水處理技術AIPS[J].環(huán)境科學研究，1995（1）：48-50.

[11] 王寶貞，王琳，祁佩時.生態(tài)塘系統(tǒng)分析及生物種屬合理組組成的設想[J].污染防治技術，2000，13（2）：74-76.

[12] WU YH，HE JZ，YANG LZ.Evaluating adsorption and biodegradation mechanisms during the removal of microcy-stin-RR by peri-phyton[J].Environmental Science & Technology，2010，44（16）：6319-6324.

[13] 吳迪，高賢彪，李玉華，等.一體化生物膜技術處理濱海農(nóng)村污水[J].環(huán)境工程學報，2012，6（8）：2539-2543.

[14] 田超，張園園，邱治國，等.自然水體生物膜對銅（Ⅱ）、鎘（Ⅱ）的吸附研究[J] .環(huán)境科學學報，2007，27（6）：1020-1023.

[15] 姬紅利，顏蓉，李運東，等.施用土壤改良劑對磷素流失的影響研究[J].土壤，2011，43（2）：203-209.

[16] DING Y，LIU YX，WU WX，et al.Evaluation of biochar effects on nitrogen retention and leaching in multi-layered soil columns[J].Water，Air & Soil Pollution，2010，213（1）：47-55.

[17] QIAO J，YANG LZ，YAN TM，et al.Nitrogen fertilizer reduction in rice production for two consecutive years in the Taihu Lake area[J].Agriculture，Ecosystems & Environment，2012，146（1）：103-112.

[18] 王靜，張維理，鄭毅，等.滇池流域環(huán)境友好作物輪作模式的選擇[J].云南農(nóng)業(yè)大學學報，2006，21（5）：663-669.