陸地農(nóng)業(yè)與水生態(tài)系統(tǒng)的良性互動
——農(nóng)業(yè)面源污染與藍藻毒素污染防治

趙孟緒

（廣東省水文局廣州水文分局，廣東 廣州 510140）

藍藻水華是指水體中藍藻大量繁殖生長成為優(yōu)勢種群的現(xiàn)象。在過去的幾十年中，藍藻水華在全球范圍內(nèi)廣泛分布。Huisman等預(yù)測，隨著水體富營養(yǎng)化和全球變暖加劇，全球藍藻水華發(fā)生頻次和規(guī)模很可能同步加劇。藍藻水華能夠破壞水生態(tài)系統(tǒng)本身功能，其產(chǎn)生的藍藻毒素能夠通過飲用水或農(nóng)產(chǎn)品積累嚴重威脅人類健康。

1 陸地農(nóng)業(yè)面源污染是造成藍藻毒素污染的重要因素

國內(nèi)外大量研究成果已達成共識，水體中氮磷等元素過量增加是導致水體富營養(yǎng)化和發(fā)生藍藻水華的根本原因。嚴格控制氮磷等營養(yǎng)鹽輸入，是防治湖庫河流藍藻水華的最實際最根本途徑。

自2013年實施最嚴格的水資源管理制度以來，我國湖庫河流的點源污染逐步得到較全面控制，面源污染成為現(xiàn)階段地表水污染的主要途徑。面源污染包括農(nóng)業(yè)面源污染和城市面源污染，隨著雨污分流等工程建設(shè)的推進，城市面源污染相對容易治理；農(nóng)業(yè)面源污染由于位置分散、時空分布難確定、影響滯后等原因，其監(jiān)管和治理難度更高。陸地農(nóng)業(yè)面源污染形成的原因主要包括農(nóng)藥化肥的流失、畜禽養(yǎng)殖排泄物、土地利用方式不當、農(nóng)村生活污水排放等。

《第二次全國污染源普查公報》顯示，2017年全國農(nóng)業(yè)源總氮、總磷排放量分別占各類排放總量的46.5%和67.2%。近年，我國太湖、巢湖、滇池、洱海等發(fā)生藍藻水華水體，均被報道受農(nóng)業(yè)面源污染為主。在廣東省粵西地區(qū)，庫區(qū)大量種植速生桉與果樹，是導致眾多水庫富營養(yǎng)化和藍藻水華發(fā)生主要原因。農(nóng)業(yè)面源污染已成為影響我國湖庫河流水體富營養(yǎng)化和藍藻水華發(fā)生的主要因素，治理農(nóng)業(yè)面源污染是現(xiàn)階段我國湖庫河流藍藻毒素防治工作的重點。2021年3月，我國生態(tài)環(huán)境部與農(nóng)業(yè)農(nóng)村部聯(lián)合印發(fā)了《農(nóng)業(yè)面源污染治理與監(jiān)督指導實施方案(試行)》，核心要求是削減土壤和水環(huán)境農(nóng)業(yè)面源污染負荷、促進土壤質(zhì)量和水質(zhì)改善。

2 藍藻毒素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負面影響

2.1 藍藻毒素

藍藻毒素是藍藻產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，其毒性對人類、動物及植物的危害已得到廣泛研究。根據(jù)作用模式，藍藻毒素可分為肝毒素、神經(jīng)毒素和細胞毒素。肝毒素包括微囊藻毒素(Microcystins，MCs)、節(jié)球藻毒素(Nodularins，NODs)等，神經(jīng)毒素包括貝類毒素(Saxitoxins，STXs)、魚腥藻毒素(Anatoxins，ATXs) 等，細胞毒素包括柱孢藻毒素(Cylindrospermopsins，CYNs)等。多年來，全球多次發(fā)生藍藻毒素造成的動物或人類中毒事件及供水危機事件。1996年巴西60多人因MCs污染血透析過程而死亡。2014年8月美國俄亥俄州托萊多市供水中MCs超標，導致40多萬人近48小時無自來水可用。2007年5月，我國太湖暴發(fā)微囊藻水華導致約200萬居民超過一周無法飲用自來水。

除了影響供水安全外，藍藻水華還能夠影響灌區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，藍藻水華產(chǎn)生的藍藻毒素能夠危害農(nóng)業(yè)土壤、農(nóng)作物生長、農(nóng)產(chǎn)品食用安全等。

2.2 藍藻毒素對農(nóng)業(yè)土壤的危害

河湖水庫發(fā)生藍藻水華后，藍藻毒素可通過灌溉、施用藍藻有機肥等途徑進入農(nóng)業(yè)土壤。陳偉等報道太湖周邊農(nóng)業(yè)土壤中MCs含量達到2.1～6.6納克/克。詹曉靜等報道滇池周邊農(nóng)田土壤樣品中MCs檢出率為85.7%,平均含量為1.6納克/克。藍藻毒素可通過對土壤中動物和功能微生物的毒性作用危害土壤功能，降低農(nóng)田產(chǎn)能和可持續(xù)利用。Corbel等報道了MCs能夠增加土壤硝化勢，可能明顯增加土壤中重要功能微生物氨氧化細菌amoA基因豐度。李博研究成果表明，藍藻神經(jīng)毒素BMAA(β-NN-甲氨基-L-丙氨酸)對土壤動物秀麗隱桿線蟲的壽命、繁殖、發(fā)育均能產(chǎn)生不利影響。另外，Machado等報道，藍藻毒素化學穩(wěn)定性高，可隨灌溉水滲入土壤而威脅地下水水源安全。

2.3 藍藻毒素對農(nóng)作物生長發(fā)育的危害

土壤中的藍藻毒素可被農(nóng)作物吸收而對農(nóng)作物生理過程產(chǎn)生危害，如降低種子發(fā)芽率、抑制幼苗發(fā)育、降低作物質(zhì)量和產(chǎn)量等。全球已報道受藍藻毒素影響的農(nóng)作物眾多，如小麥、玉米、馬鈴薯、水稻、紅薯、馬鈴薯、蘋果、油菜、生菜、小白菜、萵苣、菠菜、菜豆、蠶豆以及煙草等。藍藻毒素對農(nóng)作物的危害部位和表現(xiàn)，包括種子萌發(fā)與幼苗發(fā)育受抑制、初生根受抑制、根系生長受抑制、根尖或葉片壞死、葉片失綠、光合作用受抑制等。

2009年國內(nèi)易能等報道了高濃度MCs能顯著抑制油菜幼苗生長。2012年李彥文等報道了MC-LR、MC-RR嚴重影響白菜種子發(fā)芽。王余等報道了水稻葉片生長受抑制程度與MCs濃度正相關(guān)。時玥等報道了MC-LR對水稻光合作用特征參數(shù)有顯著的抑制作用。陳國元等報道了MC-LR慢性暴露30天對水雍菜葉片光合生理特性的影響。

2.4 藍藻毒素對農(nóng)產(chǎn)品食用安全的危害

除了影響農(nóng)作物生長外，藍藻毒素還能威脅農(nóng)產(chǎn)品食用安全，也可通過食物鏈傳遞最終危害人類健康。Machadoa等報道，含有藍藻毒素的水用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可能對糧食和食品安全構(gòu)成威脅，藍藻毒素MC-LR可在多種農(nóng)作物中積累，預(yù)計人類通過農(nóng)作物攝入MC-LR的量將高于WHO建議的日容許攝入量(TDI)。Lee等報道，土壤中藍藻毒素被農(nóng)作物根系吸收后可轉(zhuǎn)移到嫩枝甚至果實中，部分蔬菜中MCs含量甚至可能超過WHO設(shè)定的參考劑量。用含藍藻毒素的水直接噴灌蔬菜或農(nóng)作物果實，不清洗直接食用也同樣存在中毒風險。李彥文等在《J報道，通過分析我國滇池沿岸的28份田間蔬菜樣品發(fā)現(xiàn)，被MCs污染土壤上種植的蔬菜能夠富集MCs，存在藍藻毒素通過食物鏈傳遞危害人類健康的風險。操慶等報道，如果成人和兒童食用太湖湖水灌溉的萵苣，估計每日攝入量(EDI)均達到了可接受每日攝入量(TDI)。向磊等報道，云南滇池、星云湖、廣東省大沙河水庫所供灌溉水是灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤和蔬菜中MCs積累的主要來源，食用大多數(shù)蔬菜樣品(≥60%)尤其是芹菜可能對人體健康造成中等或高風險。

3 陸地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水生態(tài)系統(tǒng)保護的良性互動

陸地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與水生態(tài)系統(tǒng)相互作用、相互依存、有機聯(lián)系，正如習近平在黨的十八屆三中全會上指出的“田的命脈在水，水的命脈在山”。水生態(tài)系統(tǒng)需要依賴集水區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)土地的匯流和物質(zhì)能量輸入，而灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)土壤又需要湖庫河流提供灌溉。陸地農(nóng)業(yè)面源污染的過度輸入，可造成湖庫河流富營養(yǎng)化和藍藻水華；藍藻水華所產(chǎn)生的藍藻毒素又可反過來危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，治理陸地農(nóng)業(yè)面源污染、保護與恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)健康，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水生態(tài)系統(tǒng)保護良性互動的關(guān)鍵。

目前，我國農(nóng)業(yè)面源污染的全面治理已拉開序幕，2021年發(fā)布的《農(nóng)業(yè)面源污染治理與監(jiān)督指導實施方案(試行)》工作目標為，到2025年重點區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染得到初步控制，到2035年重點區(qū)域土壤和水環(huán)境農(nóng)業(yè)面源污染負荷顯著降低。防治藍藻毒素污染的根本在于防治藍藻水華，我國湖庫河流水生態(tài)系統(tǒng)的富營養(yǎng)化與藍藻水華防治也在有序推進。2014年以來，生態(tài)環(huán)境部多次下達了關(guān)于加強太湖、巢湖、滇池、洱海等重點湖庫藍藻水華防控工作的通知。2008年以來，水利部有序部署開展全國重點水域水生態(tài)監(jiān)測工作，近兩年持續(xù)下達了關(guān)于組織開展全國重點水域水生態(tài)監(jiān)測工作的通知。

我國生活飲用水水質(zhì)標準中已制定了藍藻毒素MC-LR限值，而最新的《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準(GB5084-2021)》尚未涵蓋藍藻毒素指標，建議相關(guān)部門探索制定農(nóng)田灌溉水中的藍藻毒素指標與限值。另外，為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品食用安全，建議相關(guān)部門開展頻發(fā)藍藻水華水體所涉及灌區(qū)內(nèi)土壤和農(nóng)作物中藍藻毒素的常規(guī)監(jiān)測。