氮、磷的農(nóng)業(yè)非點源污染防治方法

第卷第期水土保持學(xué)報ilW1年月VoNo.1,2Ξ苑韶峰呂軍俞勁炎,,浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院杭州,()摘要非點源污染最主要的影響就是使水體富營養(yǎng)化其,:,多年的研究非點源污染研究逐漸從初期的定性化研究轉(zhuǎn)向定,量化。就眾多的防治方法來看大體可以分為兩大類,,,(Sink)(Source)關(guān)鍵詞氮磷非點源污染防治農(nóng)業(yè);:;;;中圖分類號文獻(xiàn)標(biāo)識碼:X53文章編號:A:1009(2004)010122MethodsofPreventiontoNitrogenYUANShaofeng,LUJun,YUJingyanColleageofEnvironmentalandResourcesScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou)Abstract:Themaineffectsofnonpointsourcepolluismakingtheeutrophicationandthedeteriorationofthewaterbody,therebyaffectedthedevelopmentofproduction,living,economyandInfact,thenonpointsourcepollucausedbynitrogenandphosphorousfromagricultureisthedominatingfactoAf2termorethan30yearsofresearch,thenonpointsourcepolluresearchtendencytransformedfromthequalitativetoquantitative,fromstatistical,mechanresearchandinvestigationtopracticalcureandpre2venAlthoughtherearemanymeanstocureandpreventnonpointsourcepollu,theycanbeclassi2“”“”fiedintwosorts,SourceandSinkpreventandcuremethods.ThispaperreviewsthesemethodsfromthistwoaspKey:nitrogen;phosphorounonpointsourcepollu;prevenandcuagriculture1引言水體的污染源主要有兩大類即點源污染)和非點源污染Nonpointsourcepollu2,(Pointsourcepollu或稱散源污染iffusesourcepollu)。點源污染是指廢水通過排水管道等途徑直接進(jìn)入受納水,NPSP)與點源污染相對美國清潔水法修正案(1977),盡,管水體富營養(yǎng)化有諸如增加某些魚種的產(chǎn)量、農(nóng)田灌溉的肥力效用以及增加野生動物的食物來源等有利的方面但其更多的是負(fù)面影響主要表現(xiàn)在降低臨水居室的經(jīng)濟和使用價值降低水體的商業(yè)使用價值,,:(1);(2);增加飲用水的處理成本增加河道的清理成本(3)();(4)();(5)降低大氣質(zhì)量對旅游產(chǎn)();(6)();(7)業(yè)造成直接經(jīng)濟損失對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成直接經(jīng)濟損失增加人畜的健康成本生態(tài)系統(tǒng)與生物種;(8);(9);(10)群結(jié)構(gòu)的改變與破壞重要物種與敏感物種的滅絕。有研究指出英國)每年由于水體富營養(yǎng)化造成的(),(..UK損失就達(dá)～億美元此外還有相應(yīng)的政策支出060萬美元。[1],7700由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的不斷提高使得農(nóng)業(yè)投入相應(yīng)增加加之生態(tài)植被系統(tǒng)的人為破壞以及點源污染的,,,有效控制也是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化等,,水環(huán)境質(zhì)量破壞的主要污染元素已引起世界各國的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計由河流輸運的氮來自農(nóng)業(yè)瑞典最南60%,,,端的謝夫靈厄流域來自農(nóng)業(yè)的氮占此流域總輸入氮量的～。我國蘇南太湖流域農(nóng)業(yè)面源氮素對地84%87%,,表水的污染負(fù)荷量高達(dá)×5510t(hm占氮素化肥施用量的8%a),42重?fù)?jù)估計全世界每年大約有～從土壤遷移到水體中美國每年由化肥和土壤進(jìn)入水生態(tài)系,,,300400tPO[2]25Ξ收稿日期:22基金項目:作者簡介苑韶峰男生于(2002CB410807)年,:,,?1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第期1苑韶峰等:123統(tǒng)的磷達(dá)×左右日本水田磷的排出負(fù)荷量為～34kg(我國廣東東江流域農(nóng)田的a),4510kg8,hm2磷素流失量為)四川涪陵地區(qū)農(nóng)田磷流失量為a,在雨水較豐富的蘇南太16kg(hm17kg(hma),在旱地排水中團體物質(zhì)的含磷量a),22湖地區(qū)排出磷負(fù)荷總量a),平均耕地排出磷440t(hm537(ghm,22占總磷量的。其中年夏季洪水期間約有×氮()和×磷()從大通站向下9510tN3610tP447%1998,游輸送其中溶解態(tài)無機氮)與生物有效磷()比值遠(yuǎn)高于浮游植物生長的P,BAP越來越多的證據(jù)表明不控制農(nóng)業(yè)非點源污染就不可能根本解決水質(zhì)污染問題。農(nóng)化產(chǎn)品在徑流中的流,失化肥中、在地面中的富集與輸出是非點源污染貢獻(xiàn)最大但又是目前難以控制的問題。NP,2污染源頭及氮營養(yǎng)物的非點源或散源onpointordiffusesource)(氣態(tài)氮化合物包括化糞池以及天然的污染源如現(xiàn)今主要的污染物質(zhì)也是影)()(,),,響面最廣的污染物質(zhì)集中在氮和磷元素流失所帶來的污染,,griculturalNon又是最主要的。主要有氣候降水-pointsourcepollu,ANPSP),:()形坡度淹水條件下由于土壤物理化學(xué)性質(zhì)的變(),化而導(dǎo)致土壤對磷的固定與釋放發(fā)生很大的變化農(nóng)田控制的流域中和的流失明顯高于草地或者林TNTP;地控制的流域。一般來說,[3]3氮經(jīng)過多年的研究非點源污染研究逐漸從初期的定性化研究轉(zhuǎn)向定量化30,,國內(nèi)外已有了重多的研究成果并相繼運用到實踐治理中。就眾多的防治方法來看大體,,,可以分為兩大類Source)Sink(),(1,,,施肥措施我國化肥用量大化肥利用率低一直是困擾我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個突出問題?；世寐实?和大量的化肥損失直接和間接地導(dǎo)致了一系列不良的環(huán)境反應(yīng)。氮肥的表面流失和滲漏流失直接導(dǎo)致地下水,,,當(dāng)化肥施用量超過一定水平以后其養(yǎng)分流失量顯著增大但減少化肥施用量或不施其養(yǎng)分流失量差別不大,,,,而作物產(chǎn)量卻急劇下降這主要是由于土壤養(yǎng)分大量積累而土地保肥能力較差造成的。同時許多研究指出,,,,施肥的控制主要有平衡施肥方法主要通過合理:(1),,的∶∶比例及有機—無機肥料的配合施用提高肥料的肥效如我國耕地總面積的缺磷59%,23%NPK,具體地講有個方面第一提高肥料的利用率第二4:,,;,例適當(dāng)增加鉀肥和有機肥的比重第三提高施肥技術(shù)提倡深施旱地土壤應(yīng)施入～1012土層第四選;,,;,,,用化肥新品種如合適的復(fù)合肥和長效肥。潘根興提出的經(jīng)濟極點施肥模式化肥∶∶N+Pkghm,NPK,(2240施用氮肥～180kg90120為∶∶或∶∶可以減少的、施用量同時還提出了每320110,30%NP,1hm2的一次性施肥方案。養(yǎng)分控釋技術(shù)的運用(2),kg[4]衡與平衡施肥相比前者一般指不同元素間的比例平衡,,,,施肥方式與施肥種類的多樣化常規(guī)肥與生物肥相結(jié)合無機肥(3),,,農(nóng)藥使用與管理措施農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中十分重要的生產(chǎn)資料農(nóng)藥用量水平與區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)達(dá)程2,度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平密切相關(guān)。就我國來看目前我國農(nóng)藥生產(chǎn)能力萬(折純)已成為僅次于美國,7t100%,的世界農(nóng)藥生產(chǎn)大國。我國每年使用農(nóng)藥的面積在億以上每年使用的農(nóng)藥量達(dá)～萬農(nóng)藥施8hm,5060t,2用平均用量以東南四省(浙江2212233kghm,296kghm85kghm69kghm用量為最高其中約有的農(nóng)藥直接進(jìn)入環(huán)境。除農(nóng)藥的殘留毒害作用外主要是有機磷的流失污80%kghm),,2染與無機磷相比有機磷移動性要大得多因此農(nóng)藥對磷流失的貢獻(xiàn)比重是較大的。對于農(nóng)藥造成的非點源,,,,污染的防治主要有加強病蟲害抗性監(jiān)測延緩病蟲害抗性的產(chǎn)生減少農(nóng)藥使用次:(1),,,,數(shù)和使用量加強農(nóng)民用藥的技術(shù)指導(dǎo)和病蟲害預(yù)測預(yù)報及時向廣大農(nóng)民提供病蟲害發(fā)生情況及防治措;(2),1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.124水土保持學(xué)報第18卷施通過教育指導(dǎo)提高農(nóng)民的環(huán)境保護(hù)意識加強農(nóng)藥使用領(lǐng)域的監(jiān)督執(zhí)法工作用法律手段促進(jìn)農(nóng)藥安,,;(3);(4)調(diào)整農(nóng)藥結(jié)構(gòu),降低高,毒品種的產(chǎn)量增加地下害蟲防治劑和生物殺蟲劑新品種增加蔬菜水,,;果用殺菌劑和線蟲防治劑品種和產(chǎn)量增加旱田除草劑的品種和產(chǎn)量推廣生物防治新技術(shù)和新產(chǎn)品推廣,,;(5)3耕作措施與田間管理等的研究發(fā)現(xiàn)免耕可大大減少土壤侵蝕速率和營養(yǎng)物質(zhì)、的流失NP,Phs玉米-比能減少～10%30%的可溶性氮流失。淹水還原條件下水稻土中的磷向水體流失的風(fēng)險和數(shù)量都有所減少,,因而從水環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)在種植水稻時關(guān)鍵的問題是要做好田間的水分管理只要能盡力減少田面水的,,排放就能有效地控制稻田土壤磷的流失。同時應(yīng)采取措施對農(nóng)用地資源進(jìn)行優(yōu)化配置調(diào)整作物布局在敏感,,,水體及其入湖河道的附近應(yīng)盡量避免旱作尤其是避免種植需要大量肥料投入的蔬菜和經(jīng)濟作物而將它們安,,排在水稻田的上游地區(qū)以充分發(fā)揮水田的截流和凈化作用把,,,向系統(tǒng)外流失的數(shù)量降到最低。提出了我國,北方地區(qū)防治土壤鹽漬化和氮磷流失的節(jié)水灌溉措施。4養(yǎng)殖業(yè)管理措施養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展在滿足人民群眾物質(zhì)生活需要的同時也帶來了大量畜禽糞便,全國畜禽糞便每年的排放量約為億是工業(yè)廢棄物的t,倍根據(jù)估算到年,2010,37,,全國畜禽糞便的排放量將達(dá)億。在防治非點源污染方面45t,提高營養(yǎng)元素的利用率,;糞尿處理技術(shù)同時還要注重合理布置飼養(yǎng)基地。,;,5產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整農(nóng)田控制的流域中和的流失明顯高于草地或者林地控制的流域。劉方等的研TPTN究結(jié)果表明退耕還林還草后黃壤旱坡地地表徑流中顆粒態(tài)磷含量比相應(yīng)的旱地減少～而:48%,和42%水溶態(tài)磷含量也減少～退耕還林區(qū)土壤水溶態(tài)磷和顆粒態(tài)磷的流失量分別比玉米種植區(qū)減29%;退耕還草區(qū)土壤水溶態(tài)磷和顆粒態(tài)磷的流失量分別比玉米種植區(qū)減少08%,少和65%另一方面能明顯減少土壤磷的流失量特別是水溶態(tài)磷的94%,,流失退耕還林還草工程是減少土壤磷流失和控制非點源污染的有效途徑,[5]林可有效控制集水區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染。森林對非點源污染的調(diào)控能力較強坡面森林可使固體污染物減少,,以上林地的營養(yǎng)元素?fù)p失減少～。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的要求以生態(tài)學(xué)理論為指導(dǎo)通過產(chǎn)業(yè)結(jié),,60%,50%構(gòu)調(diào)整,此外還有從微觀上控制農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)釋放的膜控制釋放技術(shù)2簡稱,embranesControlledRelease,及在環(huán)境法規(guī)約束下制定的政府和農(nóng)民都能接受MCR),,estManagementPractices簡稱BMPs)。,2著重于對污染物的去除和削減。研究,,較多的主要方法有:1濕地防治法全球濕地的總面積約為310mathewsand,Fung,1987)×或為×610m122122但由于濕地有很高的生產(chǎn)率及氧化還原能(,1990),,Mitchell力使其成為極為重要的生物地球化學(xué)作用非常活躍的場所,,減緩水流的速度當(dāng)含有毒物和雜質(zhì)的流水經(jīng)過濕地時流速減慢有利于毒物,(),,其中所含,,的營養(yǎng)成分被濕地植被吸收或者積累在濕地泥層之中國內(nèi)外有關(guān)濕地的研究主要集中于,,人工濕地系統(tǒng)設(shè)計,,,,Woltemade濕地吸收了的68%:43%的磷濕地與流域匯水面積之比較大時或水在濕地中保留時間較長至少～周時濕地對營養(yǎng)的;,(12),吸收率較大同時濕地與河岸緩沖林帶結(jié)合能更有效地改善水質(zhì)。水稻田濕地系統(tǒng)是我國東南部高產(chǎn)農(nóng)業(yè)區(qū);,的主要土地利用類型是我國特有的景觀結(jié)構(gòu)晏維金等在巢湖六叉河小流域進(jìn)行的野外實驗結(jié)果表明這一,,,實驗同時研究;1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第期1苑韶峰等:125了磷氮物質(zhì)從水稻田中的徑流流失方式和機理結(jié)果發(fā)現(xiàn)氮、磷物質(zhì)從水稻田中的徑流流失量與水稻田持水,并提出了一個模型計算磷氮徑流流失量,,～1030倍在水稻插秧后的內(nèi),,15d最大的潛在污染源。構(gòu)造濕地也稱人工濕地最初用來處理城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村生活污水主要研究對和的SS,,BOD[6]去除隨著對、標(biāo)準(zhǔn)要求的提高研究熱點逐漸轉(zhuǎn)向除磷脫氮。張榮社等研究證明潛流濕地氮去除效率,NP,[7,8]和水力停留時間呈正相關(guān)關(guān)系氮的去除滿足一級推流反應(yīng)動力學(xué)關(guān)系微生物的反硝化是人工濕地脫氮的主,,要途徑植物吸收總氮量僅占入水量的劉文祥在年分別針對滇池農(nóng)業(yè)2002,,15%1997非點源污染從工程設(shè)計和實用性方面)的去除效果進(jìn)行了研究和論證。,,2緩沖帶防治緩沖帶全稱保護(hù)緩沖帶servationBufferStrips),是指利用永久性植被攔截污染物,RCS)向美國公眾推薦的土地土壤侵蝕過程造成的養(yǎng)分損失是土壤退化和非點源污染的直接原因土壤侵蝕伴隨的養(yǎng)分流,,失是非點源污染的主要形式?？刂起B(yǎng)分流失的關(guān)鍵在于控制粒徑<02mm土壤細(xì)粒的流失[9],能明顯降低各種污染,物的濃度(),提高水質(zhì)降低徑流對河道,,緩沖帶可分為緩沖濕地),(bufferwetlands其中包括水體岸邊緩沖林帶和防風(fēng)或遮護(hù)緩沖林帶bufferforeststrips),(arianbufferforeststrips))(buffergrassstrips)3種類型。這方面的研究主要集中于緩沖帶windbreakshelterforestbelt對污染物的截留作用效果以及設(shè)計和管理等方面。,此外還有利用培植水生植物來吸收氮、磷等營養(yǎng)物的方法來治理非點源污染鳳眼,,(蓮等浮游水生植物直接引入到水體但這種方法可能造成該種植物的大量繁殖以至阻塞河道更),,,多的水生植物和生物技術(shù)在非點源污染的防治中是同濕地相結(jié)合的。4結(jié)語其污染源可以說是無處不在生,石等就其污染元素來說;,,然而就我國而言,,其研究對象和范圍則多集,,,而以大流域和全河段的監(jiān)測與研究的較少在大范圍的研究與實施中如產(chǎn)業(yè)結(jié),;,構(gòu)調(diào)整則是以行政區(qū)域為單位的多而以流域為單位的少。這一方面是非點