我國農(nóng)田面源污染治理的思路與技術(shù)

楊林章

農(nóng)業(yè)面源污染是影響水環(huán)境、土壤環(huán)境和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要因素之一，由于其涉及范圍廣、隨機性大、隱蔽性強、不易溯源、難以監(jiān)管等原因，治理難度很大，已經(jīng)成為制約我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。據(jù)全國第一次污染源調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)源排放的總氮、總磷占總排放量的57.2%和67.4%?？刂妻r(nóng)業(yè)源氮磷排放是實現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量根本改善的核心。然而，在農(nóng)業(yè)源氮磷排放中，來自農(nóng)田的氮磷排放又占很大比例。因此，要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)面源污染的有效控制，必須首先控制農(nóng)田面源污染。

農(nóng)田面源污染的產(chǎn)生與我國的國情密切相關(guān)。我國有13億人口，但只有18億畝耕地，巨大的人口壓力和糧食壓力必然帶來高投入。我國的糧食產(chǎn)量從解放以來一直到現(xiàn)在都在持續(xù)增加，現(xiàn)在每年的糧食產(chǎn)量大概為6億噸左右，生產(chǎn)這么多的糧食就需要大量的生產(chǎn)資料的投入，尤其是肥料的投入。2017年，我國氮肥的生產(chǎn)量達到了4900萬噸，其中絕大部分在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用，單位面積的使用量超過國際公認的平均水平：同時，灌溉水量、薄膜以及其他化學品的消耗量也在不斷增加，大大增加了農(nóng)業(yè)面源污染物的排放量。

依據(jù)多年在太湖流域稻麥系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果，太湖流域稻麥系統(tǒng)周年的氮肥施肥量約為600公斤/公頃，植物吸收約290公斤，占48%：氨揮發(fā)損失掉17%左右，滲漏和地表徑流約占15%左右，反硝化損失約占20%左右。也就是說，我們所施的氮肥，大概有10%N15%進入水環(huán)境，15%～20%進入大氣環(huán)境。由此可見，我國現(xiàn)在每年使用幾千萬噸氮肥，進入環(huán)境的氮量是非常大的，對環(huán)境的影響也是顯而易見的。

產(chǎn)生如此之大的污染物量，有什么辦法可以控制？經(jīng)過多年研究與實踐，我們提出了面源污染治理過程中的“環(huán)境、管理和政策”“三位一體”的總體治理思路。在這個總體思路的指導下，我們團隊提出了以減少農(nóng)田氮磷投入為核心、攔截農(nóng)田徑流排放為抓手、實現(xiàn)排放氮磷回用為途徑、水質(zhì)改善和生態(tài)修復為目標的農(nóng)田種植業(yè)面源污染治理集成技術(shù)，即從源頭開始進行減量（reduce），在氮磷輸移過程中進行阻斷、攔截（retain），將排放的氮磷進行回用（reuse），最后實現(xiàn)水環(huán)境的修復（restore），簡稱“4R”技術(shù)?！?R”技術(shù)的應用，有效突破了面源污染散亂難的瓶頸，實現(xiàn)了種植業(yè)面源污染的全過程防控與全空間覆蓋、面源污染的近零排放及改善水體環(huán)境質(zhì)量的目標。

首先，構(gòu)建了卓有成效的農(nóng)田面源污染源頭減量系列技術(shù)，實現(xiàn)維持高產(chǎn)前提下農(nóng)田面源污染治理的源頭控制。

太湖流域施肥量每公頃一年大概為600公斤。按照當前的產(chǎn)量，即水稻是600～650公斤的產(chǎn)量，小麥是350～450公斤的產(chǎn)量，實際上只需施用400～450公斤的氮肥就足夠了。也就是說，我們過度使用了20%～30%的肥料。

要想解決施肥過度的問題，可以通過創(chuàng)新施肥方法、使用新類肥料、運籌施肥時間、改變施肥技術(shù)，還可通過調(diào)整耕作制度，如現(xiàn)在全國已經(jīng)大量實行的輪作休耕制度，來進行化肥減量。2003年開始試驗的結(jié)果表明，冬季改種綠肥，夏季水稻在不施肥的前提下，獲得的產(chǎn)量大概是施肥的90%，損失了10%左右的產(chǎn)量;如果在這個基礎(chǔ)上使用正常施肥量的30%～50%，可以獲得跟農(nóng)民一樣的產(chǎn)量，甚至可以提高5%～10%的產(chǎn)量。

其次，創(chuàng)建了農(nóng)田面源污染在“農(nóng)田一溝渠塘一河道”輸移過程中的多重攔截技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)田面源污染負荷的再次削減。

目前，在高標準農(nóng)田建設(shè)中，溝渠都是水泥筑成，污水離開農(nóng)田很快便進到河塘水系，發(fā)揮不了任何生態(tài)功能。多重攔截技術(shù)即將原有的土質(zhì)溝渠進行生態(tài)化改造，建成具有攔截、凈化污染物的生態(tài)溝渠。農(nóng)田污染多重生態(tài)攔截系統(tǒng)至少有兩個功能：一是減緩流速，延長農(nóng)田排水在溝渠的停留時間：二是可以通過植物吸收和微生物活動，把一部分氮磷有效利用掉，或者攔在陸地生態(tài)系統(tǒng)中。這種攔截系統(tǒng)具有不需額外占用耕地、資金投入少、農(nóng)民易于接受、高效阻控農(nóng)田面源污染物排放等特點。在太湖流域和滇池流域等地多年的監(jiān)測表明，生態(tài)攔截系統(tǒng)對稻田徑流排水中氮磷的平均去除率可達48%～60%和40%～64%：對設(shè)施菜地夏季揭棚期徑流氮排放的平均攔截率為48%;耦合“厭氧一兼性一好氧”強化處理的生態(tài)溝渠對徑流總磷和總氮的去除率可達81%和79%。

再次，構(gòu)建了環(huán)境源氮磷物質(zhì)的農(nóng)田回用技術(shù)，實現(xiàn)區(qū)域農(nóng)田面源污染負荷總量削減與資源利用的結(jié)合。

在氮磷進入環(huán)境之前將其回用到陸地生態(tài)系統(tǒng)當中，既成為可利用資源，同時又能減輕環(huán)境壓力。環(huán)境養(yǎng)分回用有多種途徑，如沼液回用、大量農(nóng)田排水的匯水回用、生活污水處理后的尾水回用。在太湖流域，利用稻田對農(nóng)村生活污水尾水進行直接回用，約可替代化肥50%左右，既減少了生活污水的直接排水，也減少了農(nóng)田化肥的投入，減少了氮磷向水體的排放。

最后，創(chuàng)建了以生態(tài)浮床為主的農(nóng)田匯水區(qū)生態(tài)修復技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)田面源污染的終端削減與生態(tài)系統(tǒng)修復的結(jié)合。

水體修復技術(shù)包括生態(tài)浮床技術(shù)和水生植物恢復技術(shù)，它們組成了農(nóng)田面源污染治理的最后一道屏障。應用結(jié)果表明，采用生態(tài)浮床修復技術(shù)后，水體中氨氮、總氮和總磷最高降低69.9%、80.7%和63.5%;浮床區(qū)域水體中的氨氮、總磷分別較區(qū)外平均降低了19.1%和22.3%，均達到了地表水Ⅳ類水標準，生態(tài)系統(tǒng)功能得到了一定程度的恢復。而且生態(tài)浮床水稻還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益，補償一部分污染治理的投資成本。水稻產(chǎn)量每畝可高達450公斤。每1000平方米浮床水稻可吸收帶走總氮35公斤左右，總磷15公斤左右，水體透明度與水生生物多樣性提高，水質(zhì)有所改善。

在污染治理過程中，技術(shù)的應用很重要，而相關(guān)的政策和管理才是解決污染問題的關(guān)鍵。反觀現(xiàn)在，我國在污染治理政策和管理方面存在很多問題。

一個是產(chǎn)業(yè)政策。我們現(xiàn)在盲目追求高產(chǎn)，所獲得的經(jīng)濟效益是以犧牲環(huán)境為代價的。此外，土地經(jīng)營等方面的政策也存在一定的問題。已有研究表明，在耕地相對集中的情況下，耕種面積越大，一次施肥所花費的肥料成本越高：耕種面積越小，一次施肥的肥料成本越低，農(nóng)戶在花大筆錢時肯定比花小筆錢時更要考慮經(jīng)濟成本。因此，耕種規(guī)模越大，肥料投入更加經(jīng)濟和合理，環(huán)境效益就會慢慢顯現(xiàn)出來。當前一家一戶的分散種植方式，由于每戶耕種面積小，施肥成本不高，沒有引起農(nóng)戶重視，并不利于面源污染的治理。

管理方面的問題主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累研究工作的支持不足。由于缺乏支持，沒有人愿意長期跟蹤監(jiān)測，致使我國面源污染方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不準確：二是現(xiàn)在污染物產(chǎn)生量、入河量、入湖量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不清，盡管我們現(xiàn)在花費大量的人力財力去治理，但很可能并沒有抓住主要問題：三是要考慮污染治理技術(shù)的實用性、可操作性和可推廣性，怎樣讓農(nóng)民想用技術(shù)、能用技術(shù)、用后覺得好，也很關(guān)鍵：四是經(jīng)營體制、生態(tài)補償、補貼等相關(guān)政策，也是未來從事技術(shù)研究、管理研究和政策研究必須要關(guān)注的。

農(nóng)業(yè)面源污染的治理是一個漫長而艱苦的過程，治理技術(shù)的突破是解決面源污染問題的重要途徑之一。然而要從根本上解決農(nóng)業(yè)面源污染問題，仍需各方通力合作，更需得到政府和社會力量的大力支持以及廣大民眾的共同參與，以確保打贏農(nóng)業(yè)面源污染治理攻堅戰(zhàn)，為我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的改善以及生態(tài)文明和小康社會的建設(shè)提供保障。