農(nóng)業(yè)面源污染防控與水環(huán)境保護(hù)

□姜 峰

（大連市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心 遼寧 大連 116023）

在環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測領(lǐng)域，地表水體污染可分為兩類，分別是點(diǎn)源污染和面源污染。前者的排放時間、地點(diǎn)及主要特征容易被實(shí)時監(jiān)測到。隨著公眾的環(huán)保意識提高和地方監(jiān)管力度加大，點(diǎn)源水體污染的控制效果正逐步提升。面源污染已成為現(xiàn)階段地表水體污染的重要污染類型，是全球范圍內(nèi)需要投入大量資金和人力進(jìn)行防控及治理的污染類型之一。

從污染源的類型入手，可將面源污染細(xì)化為農(nóng)業(yè)面源污染和城市面源污染。其中，城市面源污染伴隨城市污水管道、管網(wǎng)的科學(xué)建設(shè)及雨污分流等工程的部署應(yīng)用，已在很大程度上得到了改善與解決，而農(nóng)業(yè)面源污染才是近年來我國較為嚴(yán)重的水環(huán)境污染類型。根據(jù)歷年的《全國污染源普查公報》結(jié)果來看，農(nóng)業(yè)活動所產(chǎn)生的污染是引發(fā)我國水環(huán)境污染的主要來源，成為水污染的重要原因，特別是農(nóng)業(yè)污水中的化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）和總磷（TP）的排放比例，均已嚴(yán)重超過地表水體的承載負(fù)荷。而每年用于農(nóng)業(yè)活動、糧食耕種和生產(chǎn)的大量氮元素中，只有約10%左右被人類直接消耗，其余分散到自然環(huán)境中，以各種形態(tài)及方式進(jìn)入自然循環(huán)系統(tǒng)，很大一部分則經(jīng)地表水體匯入水環(huán)境。從農(nóng)業(yè)面源水污染的整體情況來看，過量的養(yǎng)分排放已成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要誘因，例如太湖水體中58%的總氮和40%的總磷都來自于農(nóng)業(yè)面源污染[1-2]。

1 農(nóng)業(yè)面源污染的特征及基本成因

1.1 農(nóng)業(yè)面源污染的特征

農(nóng)業(yè)面源污染的產(chǎn)生和分布通常無明顯規(guī)律，經(jīng)常出現(xiàn)在較為廣闊的區(qū)域，具體的形成時間及污染物的濃度無法準(zhǔn)確追蹤。農(nóng)業(yè)面源污染所體現(xiàn)出的最典型特征即為其“三大不確定性”，分別是排放時間不確定、頻率不確定及組成成分不確定，增加了農(nóng)業(yè)面源污染的防控難度。

一是農(nóng)業(yè)面源污染的來源較廣且組成較為復(fù)雜，包含過量施用的化肥、農(nóng)藥，地表徑流所帶來的生活污水等，也有少部分來自于暴雨所引發(fā)的生活污水漫流。畜禽養(yǎng)殖、漁場養(yǎng)殖所形成的廢水、局部水土流失等都是現(xiàn)階段我國農(nóng)業(yè)面源污染的常見來源。

二是污染物的排放具有明顯的不確定性和不可計(jì)量性。農(nóng)業(yè)活動所產(chǎn)生的污染排放呈現(xiàn)出較強(qiáng)的隨機(jī)性，難以進(jìn)行充分量化。在日常農(nóng)業(yè)活動中，化肥和農(nóng)藥等潛在污染物的使用存在明顯的地域和個體差異。污水的排放量較隨機(jī)，加上自然降水的不確定性，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染時間和空間的不確定性[3]。

三是農(nóng)業(yè)面源污水規(guī)模較大且污染治理難度大。農(nóng)業(yè)面源污染經(jīng)地表徑流或地下徑流匯入江河湖泊后，將形成具有龐大規(guī)模且濃度整體較低的污染水體，這種污染會伴隨時間的推移而逐漸加重，治理的難度極大。

1.2 農(nóng)業(yè)面源污染的成因

近年來，隨著農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)情況整體好轉(zhuǎn)，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)活動形式發(fā)生了顯著改變。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活污染正嚴(yán)重影響著區(qū)域自然環(huán)境。農(nóng)業(yè)面源污染在污染源排放量增加的影響下迅速擴(kuò)張，最終致使地表水體等生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

一是20 世紀(jì)的綠色革命之后，化肥和農(nóng)藥的使用量急劇增加，在獲得更好的農(nóng)作物產(chǎn)量和畜牧養(yǎng)殖業(yè)效果的同時，引發(fā)的農(nóng)業(yè)面源污染日漸嚴(yán)重。作為世界范圍內(nèi)合成氮肥使用量最大的國家，我國最具特色的集約型農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了大量污染源，與之關(guān)聯(lián)的排放物，諸如CH4、N2O 等溫室氣體，都會經(jīng)各自的物態(tài)變化由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w進(jìn)入地表水體中。相關(guān)調(diào)查表明，我國農(nóng)田氮元素的利用率一般為30%～35%，而磷的利用率則更低，只有10%～20%。地表徑流中的TN、TP 含量明顯增加，此類問題已成為全世界農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的難點(diǎn)[4-5]。

二是畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖中投放使用的餌料及動物排泄物會成為農(nóng)業(yè)面源污染的污染源，其污染規(guī)模不容小覷。每年產(chǎn)生約40 億t 的生物糞便中能夠經(jīng)有效處理的不足50%，約為總量25%的部分會進(jìn)入水體成為污染源。在現(xiàn)階段的規(guī)模化養(yǎng)殖中，防污設(shè)施的設(shè)置及使用普及率較低，餌料的過量投入更是增加了水體污染源的總量。有研究數(shù)據(jù)顯示，投餌總量的10%～40%都會成為殘餌污染源，由此引發(fā)湖泊等水體中COD 排放量已超過500 萬t。這一數(shù)量已接近城市生活污水的COD 總量，此類農(nóng)業(yè)面源污染的嚴(yán)重程度可見一斑。

三是水土流失導(dǎo)致富含營養(yǎng)物質(zhì)及污染物的土壤被帶入水體中，造成水體污染。大量不合理的開墾、耕種等農(nóng)業(yè)活動造成了嚴(yán)重的土壤侵蝕。特別在順坡、陡坡等地質(zhì)環(huán)境下種植植物，容易引發(fā)土壤結(jié)構(gòu)的改變。在農(nóng)業(yè)面源污染中，土壤侵蝕是規(guī)模較大且危害嚴(yán)重的類型之一。土壤表層及有機(jī)質(zhì)層的營養(yǎng)物質(zhì)都會隨地質(zhì)活動進(jìn)入水體，例如滇池水域內(nèi)約有7.7%的氮污染來源于山地水土流失，磷污染負(fù)荷更是達(dá)到29.7%。在降水密集期，農(nóng)業(yè)面源污染更加嚴(yán)重[6]。

2 農(nóng)業(yè)面源污染的防控策略及水環(huán)境保護(hù)措施

國內(nèi)外現(xiàn)有針對農(nóng)業(yè)面源污染的治理思路和對策大多適用于某個特定的局部體系，通過改善和加強(qiáng)重點(diǎn)影響因素的方法實(shí)現(xiàn)定向效果強(qiáng)化的目的。整體來看，對于完整的生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)與修復(fù)仍有不足。為此，提出了一種覆蓋生態(tài)系統(tǒng)4 個重要階段的農(nóng)業(yè)面源治理策略。根據(jù)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)活動的特點(diǎn)及規(guī)律，可將農(nóng)業(yè)面源污染的控制分為4 個部分，分別制定改善策略，即從污染源頭控制減量、在擴(kuò)散過程中阻斷、有價值養(yǎng)分再利用以及水域生態(tài)功能修復(fù)，配合關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的銜接和統(tǒng)籌安排確保最終的防治效果。

2.1 污染源頭控制減量

從源頭對污染進(jìn)行控制對防治點(diǎn)源污染等具有明顯效果，且操作簡單易行。污染形成初期的養(yǎng)分利用效率低，化肥、農(nóng)藥投入過量導(dǎo)致農(nóng)田出現(xiàn)富營養(yǎng)化的情況都適合使用這種防治方法。從源頭對污染源進(jìn)行減量的策略主要可以細(xì)分為優(yōu)化養(yǎng)分和用水管理兩類。一方面，通過減少農(nóng)田化肥農(nóng)藥的投入量，提高土地養(yǎng)分的利用效率，同時通過節(jié)水灌溉和科學(xué)的農(nóng)田用水方式合理控制徑流，防止過多殘留肥料進(jìn)入水體造成污染。

2.2 在擴(kuò)散過程中阻斷

在污染的擴(kuò)散過程中進(jìn)行阻斷屬于傳播過程的污染防控策略。具體的實(shí)施方案為建設(shè)與應(yīng)用生態(tài)溝渠、緩沖帶、生態(tài)池塘和人工濕地等。其中，生態(tài)溝渠是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最為常見的養(yǎng)分控制方式。肥料中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)可以在生態(tài)溝渠中與微生物進(jìn)行充分反應(yīng)，也通過攔截、吸附、反硝化等操作去除。這種過程阻斷方式已在我國太湖流域得到了普及推廣。除了上述過程阻斷方式外，保護(hù)性耕作、免耕、生態(tài)隔離帶等均是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生態(tài)保護(hù)中防止農(nóng)業(yè)面源污染的常見方式。

2.3 有價值養(yǎng)分再利用

將未經(jīng)處理的養(yǎng)分直接排放到自然水體中，極易引發(fā)水體富營養(yǎng)化而導(dǎo)致嚴(yán)重的水域污染。養(yǎng)分再利用策略可將面源污染中的氮、磷等具有利用價值的營養(yǎng)成分二次利用，使其再次進(jìn)入農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物養(yǎng)分的循環(huán)使用。禽畜糞便和農(nóng)作物秸稈中的氮、磷等營養(yǎng)元素可直接還田，或經(jīng)過預(yù)處理后以更加清潔的形式還田再利用。對于農(nóng)村居民的生活污水、農(nóng)田排水及已經(jīng)出現(xiàn)富營養(yǎng)化的河水中的養(yǎng)分，可借助稻田濕地系統(tǒng)的自然修復(fù)功能對其進(jìn)行消納凈化和養(yǎng)分回收再利用。有研究數(shù)據(jù)顯示，在水稻的拔節(jié)和灌漿期，利用人工濕地對稻田進(jìn)行低污染水的循環(huán)利用可使水中的氮、磷凈化效率分別提升至75%～81%和82%～96%。

2.4 水域生態(tài)功能修復(fù)

對于涉及農(nóng)業(yè)活動的運(yùn)河、溝渠、溪流、池塘等有水流經(jīng)且已經(jīng)存在農(nóng)業(yè)面源污染的水域，雖然已在前期的農(nóng)耕活動及排水過程采取了人工干預(yù)措施，但仍無法避免大量的有機(jī)物和氮、磷殘留。為此，有必要針對這些面源污水的輸送和流動路徑開展全面的水域生態(tài)功能修復(fù)，進(jìn)一步提升其自我凈化能力和修復(fù)能力。生態(tài)浮床、生態(tài)潛水壩、沉水植物等都是已成功應(yīng)用的修復(fù)方式。

3 結(jié)束語

人們的生產(chǎn)和生活所產(chǎn)生的過量氮、磷等有機(jī)物經(jīng)污水排放和地表經(jīng)流等途徑進(jìn)入地表水體后，導(dǎo)致我國眾多湖泊、水庫及海灣出現(xiàn)富營養(yǎng)化等現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞了水環(huán)境的穩(wěn)定和平衡狀態(tài)。為此，需轉(zhuǎn)變污染防治思路，強(qiáng)化防控措施的落實(shí)力度?？山梃b聯(lián)防聯(lián)控的監(jiān)管體系，配合水污染治理的技術(shù)集成方案，共同改善當(dāng)前農(nóng)業(yè)面源污染問題和水環(huán)境污染的防控效果，從而促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。