农业面源污染类型及治理技术

农业面源污染类型及治理技术摘要分析化肥污染、农药污染、畜禽养殖污染及农村生活污水污染等多种农业面源污染的发生危害，并提出农业面源污染治理技术及未来农业面源污染治理的发展趋势。关键词农业面源污染；类型；治理技术中图分类号X592文献标识码B文章编号1007-5739（2015）10-0220-01农业面源污染是指人们在从事农业耕作活动过程中，由于使用化肥、农药以及农田水土流失而引起受纳水体（如河流、湖泊、水库、海湾等）的污染[1]。现如今，面源污染的程度日益增加，全球地表水及地下水的首要污染源就是面源污染。据报道，地表的30%～50%已被面源污染侵害[2]。面源污染对水环境危害的深度和广度已得到人们的高度重视，越来越严重的水污染问题已将面源污染推向全世界科学家研究的重点[3]。我国农业面源污染对水污染的影响大大高于发达国家，而肩负的治理重担更是无法比拟的，农业面源污染的治理迫在眉睫[4]。1农业面源污染类型及其危害1.1化肥污染长期以来，农村滥施化肥，而能被农作物吸收利用的仅占30%～40%，剩余60%～70%被浪费[5]，赵佐平等[6-7]在陕西果园和汉江上游主要农作物调查中发现，氮肥过量施用现象严重，特别是在陕西果园中，氮肥平均施用量高达927.2kg/hm2。肥料主要由盐组成，细胞渗透压随土壤盐分的增加而增加，当土壤盐分过高时，农作物根细胞便没有能力吸收土壤中的水分，而细胞质中的水分却被倒吸入土壤溶液，农作物便被损害，因此，肥料残留对作物的危害极大，同时，施肥过量的作物最易发生倒伏，也易发生病虫害。水中残留的化肥对环境的危害也不容忽视，化肥中大量的氮、磷致使水生植物生长过量而造成严重的水体富营养化。Jing等[8]研究，当施氮量超过225kg/hm2后，作物产量将不会变化。过量施氮只会使作物奢侈吸收，造成作物籽粒灌浆不充分，千粒重下降，而且还会滋生病虫害，作物容易发生倒伏。此外，当氮肥过量施用时，作物对氮的奢侈吸收导致氮肥生理利用率急剧下降。过量施氮肥不仅不增产，反而降低了氮肥利用率，造成大量资源浪费和环境污染，无论在经济上，还是在生态环境上都得不偿失。1.2农药污染据美国康奈尔大学研究显示，每年在全球消耗的逾600万t农药中，99%都扩散入环境中，而实际被有效利用的不到1%。据报道，向植物体上喷洒液体农药时，吸附到植物体上的不足20%，直接排入环境的比例达80%[2]。中国农药生产和使用量巨大，主要生产和使用杀虫剂，致使农药通过不同途径进入水体，人饮用了受污染的水之后，虽不会立即有所反应，但会产生慢性危害，长期饮用含农药的水还会破坏人体免疫力，诱发其他疾病。宋秀杰等[9]研究表明，农药喷施一般有40%～60%会直接降落并残留在土壤中，5%～30%会漂浮于大气中，但最终也会通过降水返回陆地并进入土壤。龚永新等[10]研究认为，大面积喷施的农药中真正对病虫害起作用的仅有0.1%，其余99.9%都滞留在环境中。刘长江等[11]研究也证明，施用农药的80%～90%最终将进入土壤环境中。1.3畜禽养殖污染据梁流涛等[12]的统计，畜禽养殖污染在1990―2006年间占农业面源污染的38.86%。由于治污设施简陋，村民的环保意识不强，任由高浓度畜禽养殖废水直接排入江河湖泊中，使水中氮、磷含量超标，造成水质变坏、水体富营养化。因高浓度畜禽养殖废水长期用于灌溉农田，致使农作物晚熟、不熟甚至减产的现象时有发生。此外，未经处理的畜禽粪便在微生物发酵作用下不断产生二氧化硫、粪臭素等有毒有害气体直接排入大气，危害人体健康。1.4农村生活污水污染中国农村人口数量巨大，且居住不集中，污染得不到集中有效处理，污水任意排放，致使农村生活污染占生态环境污染的比例十分高[13]。生活污水除导致病原菌污染、需氧有机物污染、富营养化污染、有毒物质污染外，还会产生恶臭。2农业面源污染治理技术2.1农村生活污水治理技术FILTER为澳大利亚科学和工业研究组织研制的一种过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统，能较好地去除生活污水中氮、磷[13]。近些年在法国开展的蚯蚓生态滤池处理系统经过向土地接种蚯蚓，也能提高污水处理效率[14]。稳定塘利用水生生物处理系统使生活污水得到净化，因而近些年国家大力推广稳定塘处理技术。2.2农业废弃物处理技术在我国农村当中首要的固体废弃物是农作物秸秆和畜禽养殖废弃物，处理方式主要是先在农村收集，再经乡镇转运，最后由县或市集中处理。秸秆在过去以燃烧为主，但会产生大量烟尘，现如今在政府的积极倡导和监督下，除将秸秆还田外，还可将其打捆收集制造建筑材料。畜禽粪便是农业面源污染不可避免且必须解决的问题，畜禽粪便可以通过农肥化进行资源化，固体部分经发酵后可生产优质有机（下转第245页）（上接第220页）肥，再通过还田措施以实现循环利用。农业废弃物液体部分目前主要处理方式有厌氧发酵产沼气，或直接进入污水处理系统进行净化。2.3化肥减量化技术与缓释肥料技术适度降低肥料的某种成分比例，可节约成本并减少营养流失，如将太湖地区的稻田基肥施用量下调20%，可使当地的经济效益和环境效益大幅度上升[15]，而水稻产量却并未受到显著影响。缓释肥料技术是近年来发展比较迅速的产业，它是通过改变肥料化学成分或将其表面涂上半透水或不透水性物质而缓慢释放其中营养使肥效增长的技术。缓释肥料在进入土壤以后被逐步分解，逐步被作物吸收利用，肥效可维持数月甚至1年，这样可以减少肥料特别是肥料中的氮肥流失。2.4农药减量化与残留控制技术最近几年，几家单位针对水稻螟虫等重大病虫害问题，联合开展了化学农药污染控制技术研究，削减了水稻试验区30%的农药用量，获得了不错的效果。农药因其难降解而稳定存在于水和土壤中，伴随着生物工程和基因工程的发展，专家学者试图构建高效工程菌来降解农药，将高效降解农药酶的基因转移到载体上，经过培养获得高效降解农药的工程菌，然后用培养的菌种消化农药而使农药残留问题得以解决。2.5生物过滤系统技术为防止污染物随降雨进入水体或渗入地下，可以提前建立生物拦截系统，阻断污染物进入受纳水体的途径。如加拿大的由工程和植物组成的“草地+树木过滤带系统”，设置的生物隔离带可有效截留N、P，减缓污水流速，促进颗粒物沉淀。3未来农业面源污染治理的发展趋势3.1学习应用高新技术科学家推断，农业高科技装备将在全球各地发展，未来农业将向高新技术领域进军。在化学农药问题的处理上，由化学农药防治转变为非化学防治或低污染的化学防治技术已经成为主要发展趋势。在化肥减量方面微生物替代化肥新技术已成为趋势，基于从前的单项突破技术，对面源污染进行全面系统控制，实施“源头减量、前置阻断、循环利用、生态修复”的治理体系也将成为我国农业面源污染治理的发展方向[16]。开发于日本千叶大学的一种高新技术可制止化肥使用过量造成的土壤污染，对沙漠绿化也有一定效果，这种技术主要利用微生物促进植物生长，不会造成农药和化肥的滥用。3.2逐渐向生态农业发展当前在中国，随着人口持续增长，人们食物多样化要求越来越高，农产品是否安全无公害、农业与农村是否环境健康成为人们日益关注的焦点。1924年鲁道夫?斯蒂纳提出的生态农业如今已在美国、德国、日本、西班牙具有一定规模，食用绿色生态食品也越来越成为人们的诉求。生态农业不仅能满足人们的食物需求，能提高农产品质量保证食品安全，更能有效控制农业污染，保护农村自然环境，制止环境恶化的趋势。因此，生态农业已成为未来农业发展的趋势，同时，农业污染问题将得到很大程度的改善。3.3农业面源污染治理相关制度日趋完善我国是农业大国，农业安全在我国有着举足轻重的地位，在目前农村大气、水、土壤的污染问题日益凸显的形势下，环境问题也得到了政府、相关环保部门的高度重视，法律法规正愈来愈精细和完善，奖励程度也逐渐提高，环境质量标准也越来越严格。在如此严格要求下，公司企业只有通过加快对环保新科技、新产品等的开发和利用，正确有效利用环境资源以减少污染物的排放，才能实现可持续发展；个人更会趋向于食用绿色无污染农产品，能够起到抑制农药、化肥使用的目的。4参考文献[1]赵佐平，闫莎，同延安，等.汉江流域上游生态环境现状及治理措施[J].水土保持通报，2012，32（5）：32-36.[2]李秀芬，朱金兆，顾晓君，等.农业面源污染现状与防治进展[J].中国人口?资源与环境，2010，20（4）：81-84.[3]柴世伟，裴晓梅，张亚雷，等.农业面源污染及其控制技术研究[J].水土保持学报，2006，20（16）：192-195.[4]全为民，严力蛟.农业面源污染对水体富营养化的影响及其防治措施[J].生态学报，2002，22（3）：291-299.[5]叶恩发，黄金煌.加强福建省农业面源污染防治工作的对策与建议[C]//首届全国农业面源污染与综合防治学术研讨会论文集.昆明：中国农学会，2004：3.[6]赵佐平.汉江上游主要农作物氮肥投入特点及土壤养分负荷分析[J].环境科学学报，2014，34（11）：2861-2868.[7]赵佐平，闫莎，刘芬，等.陕西果园主要分布区氮素投入特点及氮负荷风险分析[J].生态学报，2014，34（19）：5642-5649.[8]JINGQ，BOUMANBBAM，HENGSDIJKH，etal.2007.ExploringoptionstocombinehighyieldswithhighnitrogenuseefficienciesinirrigatedriceinChina[J].Europ.J.Agronomy，2007（26）：166-177.[9]宋秀杰，陈博.北京市农药化肥非点源污染防治的技术措施[J].环境保护，2001（9）：30-32.[10]龚永新，蔡烈伟.茶叶商品、茶叶污染及茶业可持续发展[J].贵州茶叶，1998（4）：39-41.[11]刘长江，门万杰，刘彦军.农药对土壤的污染及污染土壤的生物修复[J].农业系统科学与综合研究，2002，18（4）：291-297.[12]梁流涛，冯淑怡，曲福田.农业面源污染形成机制：理论与实证[J].中国人口?资源与环境，2010，20（4）：74-80.[13]苏东辉，郑正，王勇，等.农村生活污水处理技术探讨[J].环境科学与技术，2005，28（1）：79-81，113-119.[14]王永谦，杨林章，冯彦房，等.蚯蚓活动对生态滤池微生物群落功能多样性的影响[J].中国农学通报，2011，27（32）：162-167.[15]薛峰，颜廷梅，乔俊，等.太湖地区稻田减量施肥的环境效益和经济效益分析[J].生态与农村环境学报，2009，25（4）：26-31，51.[16]杨林章，冯彦房，施卫明，等.我国农业面源污染治理技术研究进展[J].中国生态农业学报，2013，21（1）：96-101.