我國設(shè)施園藝環(huán)境污染現(xiàn)狀、危害與防控

◎劉文科 杜連鳳

我國設(shè)施園藝環(huán)境污染現(xiàn)狀、危害與防控

◎劉文科 杜連鳳

設(shè)施園藝是環(huán)境可控農(nóng)業(yè)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，為我國食物安全和農(nóng)產(chǎn)品有效供給發(fā)揮了補充作用。近年來，我國設(shè)施園藝發(fā)展迅速，到2016年底總面積已達(dá)430萬公項。由于設(shè)施園藝以日光溫室和塑料大棚為主，導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重。特別是由于設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)長期耕作會導(dǎo)致連作障礙、化學(xué)品（農(nóng)藥、重金屬、化肥、抗生素等）在土壤和農(nóng)產(chǎn)品中累積、地下水污染、溫室氣體排放等面源污染問題，制約了產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文綜述了我國設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中污染物種類、來源與環(huán)境去向、污染的危害，闡明了我國設(shè)施園藝環(huán)境保護的方略，強調(diào)了通過科技手段大力提升設(shè)施園藝潔凈生產(chǎn)能力的重要意義。

設(shè)施園藝是設(shè)施農(nóng)業(yè)的一種基本形式，以園藝作物（蔬菜、花卉、瓜果等）為生產(chǎn)對象，可在冬春及炎熱夏季等不適宜條件下生產(chǎn)園藝作物。我國設(shè)施園藝生產(chǎn)起源于20世紀(jì)80年代，目前其生產(chǎn)面積、蔬菜產(chǎn)量居世界首位。雖然我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但與世界設(shè)施農(nóng)業(yè)強國相比在栽培技術(shù)和環(huán)境可控程度上仍有相當(dāng)?shù)牟罹?，產(chǎn)量受自然氣候條件和極端天氣影響大，蔬菜品質(zhì)不穩(wěn)定，地區(qū)差異大，農(nóng)藥和重金屬殘留超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重等。我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后三個鏈條環(huán)節(jié)存在許多亟待解決的問題。然而，在我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)存在諸多問題中尤以環(huán)境污染問題更為突出。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)長期耕作會導(dǎo)致連作障礙、化學(xué)品（農(nóng)藥、化肥1、重金屬2、抗生素3，4等）在土壤和農(nóng)產(chǎn)品中累積、地下水污染、溫室氣體排放5等面源污染問題，制約了產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

一、我國設(shè)施農(nóng)業(yè)污染物種類、來源與環(huán)境去向

（一）污染物種類

我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)實踐中涌現(xiàn)出了許多的化學(xué)品和污染物，大致包括農(nóng)藥、重金屬、化肥、抗生素、POP、溫室氣體等，種類繁多。這些污染物既有有機態(tài)的，也有無機態(tài)的；既有水溶性的，也有非水溶性的；既有可降解的，也有難降解的；既有固態(tài)的，也有氣態(tài)的。這些污染物持留在土壤—蔬菜系統(tǒng)中自由遷移，甚至逸散到空中，保留著生物活性和毒性。

（二）污染物來源

我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的化學(xué)品來源大致包括施肥、灌溉、噴施、大氣沉降等。通過使用氮磷肥、鉀肥、有機肥等帶入氮、磷、重金屬、抗生素等污染物；通過灌溉進入農(nóng)藥、氮磷等；通過人為噴施，引入農(nóng)藥、菌劑、激素等化學(xué)品。各種化學(xué)品在土壤中不斷累積、轉(zhuǎn)化、遷移，形成眾多形態(tài)，具有不同的生態(tài)危害和環(huán)境危害。

（三）污染物環(huán)境去向

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中化學(xué)品和污染物在土壤中發(fā)生著轉(zhuǎn)化、降解、遷移等行為，也有著不同的去向。其中，幾乎所有污染物，包括重金屬、農(nóng)藥、抗生素和POP等污染物都可通過根系吸收進入蔬菜體內(nèi)積累，進入食物鏈，危害人體健康。農(nóng)藥、抗生素和POP等污染物及其衍生物可通過土壤向地下遷移進入地下水或深層土壤。一定比例的氮素通過硝化作用和反硝化作用產(chǎn)生溫室氣體和氮氣釋放到空氣中。

二、我國設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境污染的危害

（一）生態(tài)環(huán)境危害

設(shè)施生產(chǎn)系統(tǒng)中各種污染物的生態(tài)環(huán)境危害十分嚴(yán)重。污染物通過形態(tài)轉(zhuǎn)化，衍生出多種小分子形態(tài)，危害土壤微生物區(qū)系和根系生長發(fā)育，導(dǎo)致土壤功能缺失。氮磷元素因過量使用在土壤中大量累積，可隨灌溉水向地下水和深層土壤淋溶，污染地下水?？股丶捌溲苌飳?dǎo)致微生物耐受性增強，可產(chǎn)生超級細(xì)菌，危害生態(tài)安全。

（二）農(nóng)產(chǎn)品安全危害

眾所周知，重金屬、農(nóng)藥、抗生素、硝酸鹽、激素和POP等污染物對人體健康危害嚴(yán)重，具有致癌致畸的特性，尤其對兒童等脆弱人群危害更加嚴(yán)重。蔬菜是人類主要食物，每天都要大量消費，隱含在蔬菜中的污染物將直接進入人體，累積到肌肉、脂肪和臟器中，積累到一定量就會造成嚴(yán)重后果，導(dǎo)致疾病發(fā)生。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，由于水肥供給充足，蔬菜生長速率高，許多污染物會吸收或附著在蔬菜體內(nèi)或表面。特別是葉菜類，生長期短，農(nóng)藥等污染物很難在體內(nèi)降解，更容易危害人體健康。此外，草莓等漿果類表面柔軟，難以仔細(xì)清洗，噴施農(nóng)藥極易被吸收到人體中。當(dāng)前，市場上的蔬菜等設(shè)施農(nóng)產(chǎn)品缺乏必要的監(jiān)管，產(chǎn)地環(huán)境無標(biāo)識，缺少檢測報告，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量隨機性高，消費者無法辨識農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的高低，成為被動的受害者。

三、我國設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境保護方略

（一）科學(xué)控制農(nóng)用化學(xué)品投入量

科學(xué)使用農(nóng)藥化肥是減少化學(xué)品投入的有效途徑?；?、農(nóng)藥是造成設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)污染的罪魁禍?zhǔn)祝匦杩茖W(xué)減控。科學(xué)施肥、灌溉提高水肥利用效率，減少氮磷離子向地下水淋溶，增加根系吸收利用，防治氮磷在土壤中的累積，在保證高產(chǎn)條件下削減硝酸鹽在蔬菜體內(nèi)的累積水平?？刹杉{水肥一體化手段進行水肥管理，利用滴管方式大幅提高水肥利用效率，減少氮磷在土壤里滯留時間，防止氮磷淋溶出根區(qū)導(dǎo)致環(huán)境釋放。

科學(xué)使用農(nóng)藥是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的重點。由于我國設(shè)施蔬菜從業(yè)人員文化水平不高，科學(xué)素質(zhì)偏低，導(dǎo)致無法很好地遵守農(nóng)藥使用規(guī)程，常出現(xiàn)過量施用、濫用農(nóng)藥的現(xiàn)象。從技術(shù)角度而言，首先要通過合理環(huán)境消毒和清潔管理，減少設(shè)施病蟲害發(fā)生，并輔助物理手段，減少農(nóng)藥使用次數(shù)和用量。其次，要謹(jǐn)遵農(nóng)藥使用規(guī)程，農(nóng)藥使用時間一定要根據(jù)農(nóng)藥降解半衰期和蔬菜采收期來制定，避免大量藥殘的蔬菜被采收上市。從政策角度而言，政府應(yīng)出臺相關(guān)懲戒政策，對違規(guī)使用農(nóng)藥生產(chǎn)者給予處罰。

（二）削減污染物源頭引入

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)應(yīng)規(guī)范有機肥使用，減少隨有機肥進入設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中的污染物總量。我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)通常使用大量有機肥作為基肥，改良土壤，提供大量養(yǎng)分。然而，近些年來我國有機肥源多為集約化養(yǎng)殖場（養(yǎng)豬場、養(yǎng)雞場、養(yǎng)牛場等），在畜禽養(yǎng)殖過程中，也存在獸藥使用不規(guī)范問題，濫用、過量使用抗生素、飼料添加劑問題十分嚴(yán)重，這些抗生素和飼料添加劑進入畜禽體內(nèi)大部分隨糞便和尿等排出體外，隱藏在有機肥中。有機肥進入設(shè)施生產(chǎn)系統(tǒng)的污染物種類非常龐雜，單體或綜合危害嚴(yán)重。

應(yīng)加大畜禽養(yǎng)殖行業(yè)抗生素和飼料添加劑使用的規(guī)范化管理，減少有機肥中藥物殘留，以免影響種植業(yè)的健康發(fā)展。從設(shè)施蔬菜生產(chǎn)角度而言，可減少有機肥使用量，稀釋因有機肥使用引入的污染物土壤濃度，避免在蔬菜可食部分污染物的累積。

（三）降低化學(xué)農(nóng)業(yè)份額

物理農(nóng)業(yè)是利用具有生物效應(yīng)的電、磁、聲、光、熱、核等物理因子操控動植物的生長發(fā)育及其生活環(huán)境，減少農(nóng)業(yè)對化學(xué)肥料、化學(xué)農(nóng)藥、抗生素等化學(xué)品的依賴以及自然環(huán)境的束縛，最終獲取高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、無毒農(nóng)產(chǎn)品的環(huán)境調(diào)控型農(nóng)業(yè)。物理農(nóng)業(yè)屬于高投入高產(chǎn)出的設(shè)備型、設(shè)施型、工藝型的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，是一個新的生產(chǎn)技術(shù)體系。它要求技術(shù)、設(shè)備、動植物三者高度相關(guān)，并以生物物理因子作為操控對象，最大限度地提高產(chǎn)量和減少農(nóng)藥等有害于人類化學(xué)品使用。

目前，有諸多物理農(nóng)業(yè)技術(shù)進入設(shè)施蔬菜生產(chǎn)實踐中，比如溫室電除霧防病促生技術(shù)、畜禽舍空氣電凈化自動防疫技術(shù)、煙氣電凈化二氧化碳增施技術(shù)、溫室病害臭氧防治技術(shù)、畜禽舍糞道等離子除臭滅菌技術(shù)、土壤電消毒技術(shù)、多功能靜電滅蟲燈、LED補光技術(shù)等。采用這些物理技術(shù)可大幅降低農(nóng)藥的使用劑量，減少農(nóng)用化學(xué)品的殘留，保護了食物鏈健康。

（四）實施“環(huán)境替代資源”戰(zhàn)略構(gòu)想

農(nóng)業(yè)是資源消耗型產(chǎn)業(yè)，因傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)資源（養(yǎng)分、水、土地等）的日益短缺和枯竭，嚴(yán)重限制了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。根?jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的因子綜合作用律，辨證考慮環(huán)境要素（溫度、光照和二氧化碳?xì)怏w等）和傳統(tǒng)養(yǎng)分、水、土地等資源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的協(xié)同關(guān)系，栗金池等6提出了通過強化環(huán)境要素提高傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)資源的利用率，增強農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力的戰(zhàn)略構(gòu)想。

設(shè)施農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)該構(gòu)想主要途徑，通過發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)，可大幅度提高資源利用效率，實現(xiàn)資源替代，該構(gòu)想不僅對增加農(nóng)業(yè)效益、解決三農(nóng)問題有益，也將為增強中國農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿蛡鹘y(tǒng)資源利用產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響7。代表環(huán)境控制技術(shù)包括二氧化碳補施技術(shù)、植物補光技術(shù)、設(shè)施溫濕度控技術(shù)等。環(huán)境替代資源構(gòu)想的理論核心是通過設(shè)施工程的建設(shè)強化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源中的環(huán)境要素（光照、溫度和二氧化碳等可再生資源），提高不可再生資源（土地、水和礦質(zhì)養(yǎng)分）的利用效率，甚至實現(xiàn)資源循環(huán)利用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。實施“環(huán)境替代資源的戰(zhàn)略”可大幅度提高中國農(nóng)業(yè)的產(chǎn)出，緩解中國農(nóng)業(yè)資源短缺現(xiàn)狀，是增加農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ挠行緩健?/p>

（五）發(fā)展城市農(nóng)業(yè)減少碳足跡

城市農(nóng)業(yè)的概念于1977年由美國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學(xué)家艾倫·尼斯明確提出。按照2003年聯(lián)合國發(fā)展計劃署（UNDP）的定義，城市農(nóng)業(yè)是指滿足城市消費者需求為主要目的，采用集約方式，利用自然資源和城市廢棄物，在分散于城市或郊區(qū)各個角落的土地和水體里種養(yǎng)各種農(nóng)產(chǎn)品，并進行加工和銷售的產(chǎn)業(yè)。隨著我國人民生活水平的日益提高，城市居民對農(nóng)產(chǎn)品的需求越來越多樣化、精致化。在許多城市，特別是中小城市，市民所需的時新蔬菜、水果、食用菌類等農(nóng)產(chǎn)品還要靠長途運輸來滿足，不但增加了運輸成本和碳排放，還無法保證質(zhì)量。同時，與城市居民的精神生活需求、城市環(huán)境的美化相關(guān)的農(nóng)產(chǎn)品，都會給城市農(nóng)業(yè)帶來很大的需求空間。

四、結(jié)語

設(shè)施園藝是城鄉(xiāng)居民蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品重要來源，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和消費者健康，必須嚴(yán)格管控。當(dāng)前，因過量施用化肥、有機肥、農(nóng)藥等導(dǎo)致的氮磷、重金屬、農(nóng)藥、抗生素等污染已十分嚴(yán)重，亟待從技術(shù)、政策層面加以管束，從源頭上減少污染物引入，保證設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。此外，應(yīng)加大設(shè)施農(nóng)產(chǎn)品檢測力度，按照國家標(biāo)準(zhǔn)防止污染農(nóng)產(chǎn)品進入市場，對消費者的健康產(chǎn)生潛在的危害。設(shè)施蔬菜農(nóng)藥和重金屬污染具有隱蔽性、長期性、不可逆性等特點，需要長期不懈防范才能奏效。

發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)，保障糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品有效供給是國家的長期方針政策，也是應(yīng)對人口增長、資源減少、環(huán)境污染、氣候變化等問題的重要舉措。設(shè)施園藝本身是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，其半密閉或密閉生態(tài)系統(tǒng)中的光、溫、水、氣、肥等生產(chǎn)要素可以被人為調(diào)控，能實施周年高效生產(chǎn)，優(yōu)勢明顯。但是，受我國主導(dǎo)設(shè)施類型——日光溫室和塑料大棚環(huán)控水平低，以及土壤栽培根區(qū)無法調(diào)控的制約，加之菜農(nóng)追求高產(chǎn)的商業(yè)心理，導(dǎo)致目前我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)總體效益低下，可持續(xù)發(fā)展?jié)摿苄?。因此，除非從設(shè)施類型和栽培方式上進行技術(shù)創(chuàng)新，跨越式發(fā)展適合中國國情的設(shè)施類型和無土栽培方式，才能振興中國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)高品質(zhì)蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品，保護生態(tài)環(huán)境，切實實現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”的美好目標(biāo)。

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（責(zé)任編輯 陳瑩）

● 劉文科，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員、博士生導(dǎo)師。杜連鳳，北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源所副研究員。

本文源自：十三五”國家重點研發(fā)計劃項目課題-設(shè)施農(nóng)田氮磷淋溶防控技術(shù)集成示范（2016YFD0801001）資助。