太湖化学农业污染与中国化肥施用简析1概述

太湖化学农业污染与中国化肥施用简析1.概述化学农业的特征是严重依赖化肥和农药等农用化学品投入，这种农业生产方式会造成生物多样性减少、土壤板结、水污染等严重的环境问题。化学农业生产过程中，大量化肥被施用到农田里，却无法完全被作物吸收，其中相当大一部分最终进入水中造成污染。有研究指出，中国施用的化肥中约有55~75%的氮和75~90%的磷没有被作物吸收[1]。这些化学合成肥料的主要成份——氮和磷——成为水体中的主要污染物，造成水体的富营养化。在中国，很多重要的湖泊、河流以及海域都正在遭受严重的农业污染的影响[1]，水体处于富营养状态并爆发藻华1。例如，在2000年，中国的河流中70%的氮污染和65%的磷污染来自化学农业和生活面源污染[2]。面对严重的水污染问题，中国各级政府已经认识到化学农业污染已经带来的严重后果，中央及一些地方政府已经制定了若干控制农业污染、保护水环境的政策。比如：2008年6月1日生效的新版《水污染防治法》中明确指出，应当控制农药和化肥的过量使用，防止造成水污染；也认可生态农业在解决农业污染中的积极作用，因为生态农业更强调使用有机肥，而不依赖外部化学品例如化肥农药的使用，2007年通过的《江苏省太湖水污染防治条例》中就提到治理农业污染，推动生态农业发展。此外，农业部从2005年开始在全国范围内大力推行化肥减量政策——“测土配方施肥”2项目，项目实施三年后，全国已累计推广测土配方施肥面积达9亿亩次[3]。绿色和平对化肥减量政策的效果进行了调查，以检验其在减少化肥用量进而控制农业污染方面是否切实有效。调查中，我们在太湖周边采集水样进行检测、走访周边的农民，并且收集和分析了近年来全国化肥的生产、施用数据，以及一些主要化肥生产企业的生产数据。结果显示2005年以来全国化肥的生产量和施用量非但没有明显减少，反而逐年上升，由农业污染所造成的水污染与藻华仍旧严重。只有大力发展生态农业，更广泛地推广有机肥的使用，建立农业有机物质的高效循环，才能减少农业生产对化肥的依赖，从根本上解决化肥流失造成的问题。同时，需要制定更加详细的化肥行业减产与减少使用的目标与时间表，遏制化肥过度施用的趋势，减轻对水环境的破坏。1藻华是指水体中氮磷含量过高导致藻类突然性过度增殖的一种现象。2测土配方施肥：是以土壤测试和肥料田间试验为基础，根据作物需肥规律、土壤供肥性能和肥料供应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的使用品种、数量、施肥时期和施用方法。（中国测土配方施肥网）2.水样检测太湖农业污染情况严重，有研究认为，排放入太湖中的氮污染总量的50%以及磷污染总量的48%都是由化肥流失引起，而且多数源自太湖西部上游的农田区域[4]。也正是由于农业污染严重的状况，太湖流域被作为测土配方施肥的重点推广区域，目前太湖流域全面实施测土配方施肥[5]，位于太湖西岸的宜兴市是从2006年开始测土配方施肥的。因此，本次调查在太湖西岸选择样点进行采样检测，以检验这项化肥减量政策是否有效。2.1方法氮和磷是造成水富营养化的主要元素。为了解作物生长不同时期的地表水氮、磷污染状况，我们选择了太湖边上的两条河流采样，这两条河都流经化学农业模式下的农田，并直接汇入太湖；在2008年3月11月，即作物一个生长周期内，选择2个地点采集河水样品，每个地点相隔500米采集2个水样，一共进行7次重复采样，每个样品取样量为1L。由上海谱尼测试技术有限公司根据《GB3838-2002地表水环境质量标准》中规定的方法检测样品中的氮（包括总氮和硝态氮）、磷浓度。采样地点为：采样地1：宜兴市大浦镇汤渎村附近的一条通往太湖的小河，采样点附近为蔬菜地。采样地2：采样地1下游500米。采样地3：宜兴市丁蜀镇山北村附近的一条通往太湖的河流，采样地附近为麦-稻田。采样地4：采样地3下游500米。此次的检测并非综合性的研究，检测结果仅反映采样时的河水氮磷浓度。另外，我们在采样的时候随机采访在附近农田耕作的农民，共进行7次，每次访问6~8人，了解近年来当地的化肥施用情况、农民施肥习惯（包括施用时间、数量、品种等），以及他们对化肥减量政策的了解和执行情况。2.2检测结果2008年3月至11月，我们在上述采样地共采样7次，取得样品25批次。虽然我们仅仅进行了有限几次的采样，但是检测结果所反映的氮、磷污染状况却十分严重。在绝大多数样品中，总氮和总磷的含量很高，根据国家地表水环境质量标准，这些水样属于污染严重的Ⅳ类水、甚至是Ⅴ类水。硝态氮（NO3-N）是总氮的一部分，其在总氮中所占的比例可以反映出大致有多少但污染物来自于农田化肥流失，我们的检测结果显示仍有大量的氮来自化肥流失，农业污染仍然是造成太湖富营养化、蓝藻频发的重要原因。2.2.1总氮及硝态氮浓度从2008年3月至11月间的7次采样结果表明，在作物生长季节内，流进太湖的河水内含有高浓度的氮（表1，图1）。表1总氮/硝态氮浓度（单位：mg/L）采样地1采样地2采样地3采样地4化肥施用情况（农民访谈整理所得）采样日期总氮硝态氮总氮硝态氮总氮硝态氮总氮硝态氮08-3-124.444.364.524.126.454.187.264.66苗肥：尿素（或碳氨），在2月末施用约12~15公斤/亩，有需要的时候会施用磷肥。08-4-7NANANANA5.642.65.852.92(拔节肥和孕穗肥：尿素，在3月末4月初，分两次施用，每次约5公斤/亩08-5-293.331.123.331.063.331.882.231.5这次采样时间是在两次施肥间进行，对上一次施肥时间为4月末，下一次施肥时间将在6月初。08-7-99.010.069.680.024.22.094.070.98底肥：在6月中上旬会施用大量的化肥作为底肥，大约为50公斤/亩分蘖期促蘖肥：7月中旬，尿素，用量大概在10公斤/亩08-8-121.40.671.380.652.111.032.161.027月底到8月初，尿素，4~5公斤/亩08-9-51.630.881.660.861.871.11NANA9月初，成熟期，尿素08-11-243.920.484.470.524.920.535.210.4810月底至11月底，进口复合肥10～20公斤/亩，或者国产复合肥25公斤/亩。NA表示样品缺失注：红线a代表Ⅴ类地表水总氮上限；红线b代表IV类地表水总氮上限（参考《GB3838-2002地表水环境质量标准》）。图1.总氮浓度在2008年7月9日采样点1和2采集的样品中，总氮浓度出现一个较大值，达到9.01mg/L和9.68mg/L。在采集这批次水样时，一艘工程船正在样点附近清理河底淤泥，很可能是由于清淤使底泥中累积的大量氮较集中地释放出来，造成样品中总氮浓度大幅升高。图2.硝态氮浓度根据许海[6]在宜兴相同区域所开展的研究指出，硝态氮（NO3-N）主要来自农田中的化肥，农田化学氮肥的施用是太湖氮污染的主要来源。我们的水样检测结果中，硝态氮的含量占总氮的比例仍旧处在很高的平均水平，硝态氮含量的季节性变化也与许海的研究呈现出非常相近的趋势（图2），即夏季（雨季）浓度低，冬季（旱季）浓度高。从与当地农民的访谈中得知，当地的农业耕作模式主要是依赖大量化肥农药等农用化学品投入的化学农业耕作模式，而且近年来的化肥用量需要不断地增加以维持同一水平的产量，相比起10年前，化肥的用量增加了近1倍（见附录）。2.2.2总磷浓度总磷的检测结果相对较低，但仍证明水体处于磷污染的状态（表2，图3），磷也是导致湖泊富营养化的重要因素，是蓝藻生长所需的关键营养元素，控制磷肥的施用也同样重要。表2.总磷浓度采样日期采样地1总磷mg/L采样地2总磷mg/L采样地3总磷mg/L采样地4总磷mg/L化肥施用情况（农民访谈整理所得）08-3-120.130.140.190.17苗肥：尿素（或碳氨），在2月末施用约12~15公斤/亩，有需要的时候会施用磷肥。08-4-7NANA0.0980.17(拔节肥和孕穗肥：尿素，在3月末4月初，分两次施用，每次约5公斤/亩08-5-290.090.120.150.15这次采样时间是在两次施肥间进行，对上一次施肥时间为4月末，下一次施肥时间将在6月初。08-7-90.670.320.180.18底肥：在6月中上旬会施用大量的化肥作为底肥，大约为50公斤/亩分蘖期促蘖肥：7月中旬，尿素，用量大概在10公斤/亩08-8-120.050.070.080.17月底到8月初，尿素，4~5公斤/亩08-9-50.0340.0650.16NA9月初，成熟期，尿素08-11-240.070.050.160.1410月底至11月底，进口复合肥10～20公斤/亩，或者国产复合肥25公斤/亩。注：红线a代表Ⅴ类地表水总磷上限；b代表Ⅳ类地表水总磷上限；c代表Ⅲ类地表水总磷上限（参考《GB3838-2002地表水环境质量标准》）。图3.总磷浓度与总氮浓度的结果类似，在2008年7月9日采样点1和2采集的样品中，总磷浓度也出现一个较大值，达到0.67mg/L和0.32mg/L。这说明河流底泥中也累积了大量的磷，磷的不断释放同样会造成河水的二次污染。2.3检测结果分析我们参考国家制定的《GB3838-2002地表水环境质量标准》、《SL63-94地表水资源质量标准》对水样检测结果进行了分析。在地表水环境质量标准中：Ⅴ(罗马数字V=5，IV=4)类水的总氮含量上限是2mg/L；Ⅳ类水的总氮含量上限是1.5mg/L。25批次样品中有20批次样品总氮浓度超过Ⅴ类水限值，为劣Ⅴ类水，其余5批次样品总氮超过Ⅳ类水。另外，标准中规定Ⅴ类水（湖、库）的总磷含量上限是0.2mg/L；Ⅳ类水（湖、库）的总磷含量上限是0.1mg/L。25批次样品中，有9批次总磷超过Ⅲ类水标准，14批次超过Ⅳ类水标准，2批次超过V类水标准。此项标准规定，Ⅳ类水和Ⅴ类水均不能作为饮用水的水源地，也不适于人体直接接触。而污染物超过Ⅴ类水上限的劣Ⅴ类水，已经丧失了作为水的使用功能，不仅不能饮用，而且不能用于工业生产和农业灌溉。显而易见，根据这个标准，我们采集到的大部分水样都是失去使用功能的劣Ⅴ类水。硝态氮（NO3-N）主要来自农田流失的化肥。我们检测的水样中，有14批次样品中硝态氮的浓度超过了1mg/L，其中7批次超过2mg/L。也就是说，这些样品中仅硝态氮就已经使总氮的浓度超过了地表水V类或IV类的标准，使水体不能作为水源地，甚至丧失了用于工业或农业灌溉的功能。这样的结果说明，目前化肥流失造成的农业污染仍是太湖的一个主要污染源。《SL63-94地表水资源质量标准》中对水体的富营养化程度制定了分级标准，最为严重的重度富营养化的标准是总氮浓度大于1.3mg/L，总磷浓度大于0.09mg/L。根据这一标准，我们采集到的所有水样都处于重度富营养化状态。虽然太湖周边被列为测土配方施肥的重点实施区域，但是我们的水样检测结果说明，化肥流失造成的农业污染仍旧在威胁着太湖，大量的氮、磷污染物仍然被源源不断地输入太湖。2008年，太湖仍旧未能摆脱蓝藻爆发的困扰，而且爆发的比往年要更早一些，在4月份就已经出现了大面积的蓝藻聚集[7]。在我们几次采样期间，看到的蓝藻爆发情况也不容乐观（图4）。虽然江苏省在2008年9月宣布太湖安全度夏，但是相关专家表示安全度夏并不代表太湖2008年没有出现蓝藻，更不代表太湖污染和富营养化得到缓减，事实上2008年太湖中出现的蓝藻并不一定比2007年少，并且未来数年太湖年年都可能出现较大数量的蓝藻[8]。图4.2008年7月，江苏太湖蓝藻爆发3.中国化肥生产和施用趋势在进行水样检测的同时，我们通过公开的数据源收集近年来全国化肥的产量与施用量，及一些主要生产企业在近几年的产量和未来生产计划。根据这些数据分析得到近年来全国化肥生产量和施用量的变化趋势。3.1全国化肥生产量和施用量不降反升2008年，严重的藻华在全国各地仍时有发生。不仅太湖蓝藻再次爆发，受蓝藻影响多年的巢湖也仍未能摆