農(nóng)業(yè)非點源污染控制中的最佳管理措施(BMPs)及其發(fā)展應(yīng)用

農(nóng)業(yè)非點源污染控制中的最佳管理措施（BMPs）及其發(fā)展應(yīng)摘要：概述了最佳管理措施（bmps）的含義以及在農(nóng)業(yè)非點源污染防治中的應(yīng)用現(xiàn)狀，工程措施有人工濕地、植被緩沖區(qū)，管理措施有養(yǎng)分管理、耕作管理、景觀管理等，以及它們所取得的成果，介紹bmps的效用評價，并且展望bmps在國內(nèi)的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：非點源污染最佳管理措施（bmps） 效用評價非點源主要是指沖積物、農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)等分散污染源。與點源污染相比，非點源污染具有許多復(fù)雜的特性，歸納起來主要包括：隨機性、廣泛性、復(fù)雜性、滯后性、時空性、初級效應(yīng)等［1］。在點源污染不斷得到控制后，非點源污染對環(huán)境造成的危害日益突出，成為水環(huán)境污染的重要來源。據(jù)美國、日本等國報道，即使點源污染全面控制之后，湖泊水質(zhì)達標率僅為42%，美國的非點源污染量占污染總量的2/3，其中農(nóng)業(yè)的貢獻率為75%［2］；據(jù)荷蘭農(nóng)業(yè)非點源提供的總氮、總磷分別占水環(huán)境污染總量的60%和40-50%［3］。而從我國的研究現(xiàn)狀來看，農(nóng)業(yè)非點源污染是造成太湖流域、巢湖流域水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象的重要因素［4,5］。由于非點源污染具有眾多復(fù)雜的特性，其控制與點源污染的控制有很大區(qū)別。點源污染可根據(jù)污水排放標準和總量控制原則進行控制，而非點源污染控制更多的是采用綜合措施。目前提出的非點源污染控制技術(shù)措施以美國的最佳管理措施（bestmanagement—論文發(fā)表專家—E國尋朮炭罷網(wǎng)www.qikanwang,netpractices,bmps）最具有代表性。美國國家環(huán)保局、農(nóng)業(yè)部水土保持局和各州政府都有相應(yīng)的bmps實施細則和辦法，提倡運用管理和工程措施控制非點源污染［6］。一、 bmps簡介bmps是保護水環(huán)境免受污染的一種措施,通過采用清潔生產(chǎn)或提供水污染養(yǎng)分設(shè)施來達到水環(huán)境保護的目的［7］。usepa將最佳管理措施（bmps）定義為”任何能夠減少或預(yù)防水資源污染的方法、措施或操作程序,包括工程、非工程措施的操作和維護程序”［8］。bmps通過技術(shù)、規(guī)章和立法等手段來達到減少農(nóng)業(yè)非點源污染的目的,其著重于源的管理而不是污染物的處理。bmps從最初提出應(yīng)用于控制土壤侵蝕,到現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)非點源污染的控制,僅僅經(jīng)歷了短短幾十年的發(fā)展時間。具體來說,bmps主要可分為工程措施和管理措施兩大類型?，F(xiàn)在已提出的最佳管理措施主要有：少耕法、免耕法、變量施肥、測土施肥、植被緩沖區(qū)、人工濕地等方法。二、 bmps在農(nóng)業(yè)非點源污染控制中的應(yīng)用（一）工程措施工程措施主要是采用生態(tài)工程措施,通過增加滲透來減少地表徑流,來降低農(nóng)業(yè)非點源污染的風(fēng)險。這里介紹的bmps工程措施主要包括人工濕地和植被緩沖區(qū)。人工濕地

—論文發(fā)表專家—ED國尋朮發(fā)罷網(wǎng)www.qikanwang,net人工濕地（construetedwetlands）是人工建造和監(jiān)測控制的與沼澤類似的地面，其設(shè)計和建造是通過對濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用的優(yōu)化組合來進行的。人工濕地系統(tǒng)凈化水質(zhì)的物理、化學(xué)、生物過程和天然濕地系統(tǒng)一樣，包括：（1）懸浮顆粒物在重力作用下沉淀；（2）溶解態(tài)污染物由于環(huán)境條件變化而發(fā)生吸附、絡(luò)合和沉淀反應(yīng)；（3）碳、氮、硫等元素的化合物在微生物的作用下發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)化；（4）濕地生物對污染物的吸收利用［9］。人工濕地對于tn、tp、cod、bod5、重金屬等有較高的去除率，可以獲得污水處理與資源化的最佳生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益，是控制農(nóng)業(yè)非點源污染的重要工程措施之一。一項調(diào)查研究表明，巴西piracicaba市的engenho濕地對磷、硝酸鹽和氨的去除率分別達到了93%、78%和50%［10］。段志勇等對用工業(yè)鍋爐爐渣作為填料，由蘆葦、茭草、菖蒲等水生植物組成的人工濕地對滇池非點源污染進行研究，發(fā)現(xiàn)濕地對cod的平均去除率約為79％，tn平均去除率約為68％，tp去除率約為60％［11］。適當?shù)拿娣e和容量是濕地凈化能力的重要保證，不同水質(zhì)保護目的所要求的濕地面積是不同的°mitsch等總結(jié)了一些地區(qū)不同水質(zhì)保護目的所要求的濕地面積比例［12］。hey等根據(jù)多個小流域的實驗結(jié)果得出結(jié)論認為，占流域面積1%?5%的濕地已足以完成大部分過境養(yǎng)分的去除工作［13］。除此之外，對人工濕地各種影響因素的研究（濕地淹水狀態(tài)、ph值、水生植物類型、濕地土壤類型等）［14］,

—論文發(fā)表專家—ED國尋朮發(fā)罷網(wǎng)www.qikanwang,net也促進了人工濕地在控制農(nóng)業(yè)非點源污染方面的應(yīng)用與發(fā)展。植被緩沖區(qū)植被緩沖區(qū)（vegetatedbufferzone）是設(shè)立在潛在污染源區(qū)與受納水體之間由林、草或濕地植物覆蓋的區(qū)域，通常為帶狀。植被緩沖區(qū)主要對污染物進行阻截、吸收和轉(zhuǎn)化，從而達到去除污染物的目的。植被緩沖區(qū)的凈化污染物機理如下：（1）降低地表徑流速度并對其中的顆粒態(tài)污染物起過濾和攔截作用；（2）緩沖區(qū)的植物吸收溶解態(tài)的污染物；（3）緩沖區(qū)的土壤吸附溶解態(tài)的污染物；（4）促進氮的反硝化［6］。植被緩沖區(qū)的效果取決于其規(guī)模、位置、植被、水文條件和土壤類型等因素。通常緩沖區(qū)呈帶狀沿水體分布，其具體形狀根據(jù)地形、地表和地下徑流的運移途徑而定。haycock等總結(jié)了不同水質(zhì)保護目的所要求的緩沖區(qū)寬度。一般來說，5m寬的緩沖區(qū)即可攔截大部分粗顆粒泥沙，當帶寬大于10m時，其對泥沙的總體攔截率可達80%以上，對總磷的攔截率達到50%［15］。另有研究表明，植物緩沖區(qū)可有效地吸附徑流中有毒氰化物、氯化物和苯等有機物，在坡地布設(shè)4mX2m植物過濾帶，徑流通過時有機物的吸附率達85%［16］。我國南方的人工多水塘系統(tǒng)作為一種獨特的緩沖帶，也具有很強的截留來自于農(nóng)田的徑流和非點源污染物的生態(tài)功能，在巢湖兩年研究發(fā)現(xiàn)多水塘系統(tǒng)對地表徑流截留平均比例達到85.5％，總氮和總磷截留平均比例分別是98.0％和96.0％［17］。(二)管理措施bmps的管理措施包括三個層次，均是圍繞一個中心原則，即最大地保證物質(zhì)循環(huán)的效率，減少元素的輸出損失，從而滿足植物生長的需求，同時降低對環(huán)境的影響。養(yǎng)分管理和耕作管理都是通過控制污染源擴散達到防治非點源污染的目的，景觀管理既從源頭減少非點源污染物的產(chǎn)生，又在污染物運移過程中進行攔截并促進其向無害形態(tài)轉(zhuǎn)化。1.養(yǎng)分管理2001年，我國氮肥施用量達到2400多萬噸純氮，占全世界總用量的30%左右［18］，2005年我國的氮肥施用量達到3000多萬噸純氮，占全世界總用量的35%左右［19］，我國已成為世界最大的氮肥生產(chǎn)和消費國。根據(jù)本課題組對崇明島農(nóng)業(yè)用地的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，在崇明全島范圍內(nèi)的露天及大棚土壤中，均存在明顯的硝酸鹽累積，并出現(xiàn)了土壤酸化、鹽漬化等土壤退化現(xiàn)象(表1)。農(nóng)業(yè)土壤中大量累積的n、p以及農(nóng)藥殘留物等是造成農(nóng)業(yè)非點源污染的主要物質(zhì)源。表1：崇明蘆筍大棚土壤理化性質(zhì)養(yǎng)分管理的目的正是減少引起非點源污染的污染物的施用量。其主要包括測土施肥(soiltestingandfertilizerrecommendation)和變量施肥(variableratefertilization)。測土施肥的目的是針對土壤的養(yǎng)分供給能力和水平來推薦合理的—論文發(fā)表專家—ED國尋朮發(fā)罷網(wǎng)www.qikanwang,net養(yǎng)分補給措施。由于土壤性質(zhì)的差異性，測土施肥成為重要的管理內(nèi)容。過去測土施肥的主要目的是獲得最大的產(chǎn)出，現(xiàn)在則更多地強調(diào)使用經(jīng)濟適宜的肥料數(shù)量以保護環(huán)境。變量施肥是利用gps（全球定位系統(tǒng)）和gis（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，將土壤養(yǎng)分分布進行數(shù)字化，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域內(nèi)土壤養(yǎng)分的變化自動調(diào)整肥料用量，其實質(zhì)是自動的高效的測土施肥技術(shù)［20］。另一方面，對于養(yǎng)分補充量的計算是養(yǎng)分管理中的又一難點，其必須在滿足作物產(chǎn)量的同時獲得最大的生態(tài)效應(yīng)。國內(nèi)學(xué)者對此做了大量研究，提出了安全施用量、生態(tài)適宜施氮量等概念［21］。而國外的研究重點集中在化肥施用的模型計算。在對前茬土壤硝態(tài)氮含量的測量以及玉米各生理期需氮量的動態(tài)計算模擬基礎(chǔ)上，北達科他州和明尼蘇達州的玉米地硝態(tài)氮累積量下降了近40%［6］。養(yǎng)分管理還包括其他諸多措施,如肥料深施、平衡施肥和使用緩釋肥料等。這些管理措施的共同目的是抑制養(yǎng)分的釋放速度，使之即滿足植物的生長需要,又減少過剩養(yǎng)分的浪費。合理安排農(nóng)藥化肥的施用時間也是一種管理措施，它的目的是減少污染物與降水之間的作用，從源頭防治非點源污染。2.耕作管理耕作管理是通過降低污染物遷移能力,達到防治非點源污染的目的。免耕一少耕法（zeroorminimumtillage）是一種替代傳統(tǒng)

—論文發(fā)表專家—ED國尋朮發(fā)罷網(wǎng)www.qikanwang,net翻耕的新型耕作方式，不翻耕或最低限度地擾動土壤以此來保護土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的滲水性，提高土壤抗水蝕能力，減少地表徑流，從而控制水土流失和非點源污染。mario等比較研究了四種耕作方式徑流和泥沙量：傳統(tǒng)耕作、免耕無作物殘茬覆蓋、免耕和33%的作物殘茬覆蓋及免耕和100%的作物殘茬覆蓋。結(jié)果證明，傳統(tǒng)耕作的徑流和泥沙量高于另外三種耕作方式［22］。sharpley等研究了磷在農(nóng)田中流失的敏感性，發(fā)現(xiàn)按以下順序降低：傳統(tǒng)耕作小麥田＜免耕小麥田＜草地過濾帶［23］。對崇明水稻田耕作進行的實地調(diào)查，多數(shù)田地是先施肥，然后帶水耕地。這種方法使部分氮素溶入土壤水層，一旦降雨，大量養(yǎng)分元素便隨徑流流失。因此，在我國農(nóng)業(yè)耕作管理中大力推廣保護性耕作可以作為控制非點源污染的措施之一。耕作管理還包括其他諸多措施，如等高線種植、作物殘茬覆蓋、合理輪作等。其中，作物殘茬覆蓋的突出特點是可以增強土壤蓄水能力，阻滯地表徑流，減少由于土壤侵蝕造成的養(yǎng)分、農(nóng)藥進入水體的數(shù)量。合理輪作則是利用不同作物的生理特征、吸肥特性來改善土壤養(yǎng)分元素累積狀況和土壤理化性質(zhì)，從而減輕非點源污染負荷。景觀管理景觀管理就是合理地調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)各種景觀單元的比例和空間結(jié)構(gòu)，達到提高養(yǎng)分循環(huán)效率和減少養(yǎng)分輸出的目的［3］。常見的景

—論文發(fā)表專家—ED國尋朮發(fā)罷網(wǎng)www.qikanwang,net觀管理多為小尺度的，以流域為單位的管理，例如生物籬和水邊林帶都是景觀管理的有效措施。生物籬又稱等高植物籬，主要形式是在坡地上沿等高線布設(shè)密植灌木或灌化喬木以及灌草結(jié)合的植物籬帶，帶間布置作物，通過對植物籬周期性的刈割以避免對作物的遮光效應(yīng)。植物籬在國外的應(yīng)用主要是與植被緩沖區(qū)聯(lián)合在一起。選擇合適的植物籬帶間距是其能否發(fā)揮水土保持效益的關(guān)鍵，需要在試驗的基礎(chǔ)上確定。水邊林帶實際上是受納水體邊上的植被緩沖區(qū)，它的作用機制和植被緩沖區(qū)相類似。三、bmps的效用評價對于管理措施環(huán)境效果的評價一般可以通過水質(zhì)監(jiān)測與模型模擬2種方法進行。水質(zhì)監(jiān)測通常費時費力，而且監(jiān)測本身也不能對非點源污染產(chǎn)生的來源進行鑒別或跟蹤污染物的遷移過程。模型模擬與地理信息系統(tǒng)（gis）的結(jié)合可以在流域尺度上進行有效的非點源污染定量研究和關(guān)鍵源區(qū)的識別。常見模型如農(nóng)業(yè)非點源污染模型（agnps）、answers模型、swat模型和swrrb模型可以完成上述任務(wù)。研究成果表明agnps模型在模擬預(yù)測流域徑流過程及營養(yǎng)鹽的流失過程上有明顯的優(yōu)點，而且還可以用來模擬評價最佳管理措施（bmps）的環(huán)境效果。在中國，agnps模型已經(jīng)被引入到農(nóng)業(yè)非點源污染控制研究工作中［23,24］。曹文志［24］、張玉珍［25］等先后在福建省九龍江上游的五川小流

—論文發(fā)表專家—E國尋朮炭罷網(wǎng)www.qikanwang,net域進行研究。2002年曹文志［24］利用gis以及數(shù)字高程模型提取agnps模型所需的水文和地形參數(shù)，并通過實地調(diào)查及專題制圖等手段獲取agnps模型所需的土地利用、土壤質(zhì)地及施肥水平等其它參數(shù)，最后利用監(jiān)測降水、實測水文參數(shù)、營養(yǎng)鹽及沉積物負荷等驗證了agnps模型在我國東南亞熱帶地區(qū)的適用性以及農(nóng)業(yè)非點源污染物負荷估算及評價的應(yīng)用潛力。2005年張玉珍［25］等利用多年的降雨-徑流、水質(zhì)實測數(shù)據(jù)先對農(nóng)業(yè)非點源污染模型（agnps）進行了模擬校驗，用校驗后的模型模擬評價了2項現(xiàn)狀管理措施（等高耕作與多水塘系統(tǒng)）和3項假設(shè)情景方案（降低30%施肥水平、坡地果園退耕還林及其組合）。結(jié)果表明等高耕作與多水塘系統(tǒng)對于降低營養(yǎng)鹽的流失效果顯著，另外3項假設(shè)措施方案也有相當好的環(huán)境效果。四、bmps在中國非點源污染控制中的應(yīng)用前景bmps系統(tǒng)是用來防治水污染和取得資源管理的目標，bmps的執(zhí)行需要鼓勵生產(chǎn)者志愿參與，具備明確的管理目標，同時還要有具體的計劃組成、規(guī)章制度，并且與教育、財力和技術(shù)等相結(jié)合。目前，利用bmps控制非點源污染在我國尚未系統(tǒng)開展工作［6］。中國實施bmps來控制農(nóng)業(yè)非點源污染，應(yīng)當采用國家、地方政府和農(nóng)戶共同參與的戰(zhàn)略。國家農(nóng)業(yè)部門和環(huán)保部門制定bmps的管理目標和實施導(dǎo)則，地方政府根據(jù)地區(qū)天氣、土地等特點制定實施bmps的近期、長遠管理目標和實施細則、計劃，制定時考慮的主要

—論文發(fā)表專家—E國尋朮發(fā)罷網(wǎng)www.qikanwang,net因素是操作簡單有效、費用低廉，使農(nóng)戶樂于接受。同時。利用已經(jīng)存在的農(nóng)村農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系推廣bmps，政府對這些農(nóng)村基層農(nóng)技站提供到位的指導(dǎo)和有效的監(jiān)督。農(nóng)戶參與本著自愿的原則。在實施bmps戰(zhàn)略中，政府起引導(dǎo)、鼓勵的作用，同時可以采取財政補貼、免費為農(nóng)戶進行培訓(xùn)的方法激勵農(nóng)戶采用bmps。[參考文獻]楊愛玲，朱顏明.地表水環(huán)境非點源污染研究j].環(huán)境科學(xué)進展，1998，7(5)：60-67.linede,richarda.mclaughlin,nonpointsourcej].waterenvironmentresearch,1997,69(4);1998,70(4).oenemao.nitrogenandphosphoruslossesfromagricultureintosurfacewaters:theeffectsinpoliciesandmeasuresinthenetherlands[j].waterscitech,1998,37(2).陳荷生，華瑤青.太湖流域非點源污染控制和治理的思考[j].水資源保護，2004，1：33-36.閻伍玖，鮑祥.巢湖流域農(nóng)業(yè)活動與非點源污染的初步研究[j].2001，15(4)：129-132.陳洪波，王業(yè)耀.國外最佳管理措施在農(nóng)業(yè)非點源污染防治中的應(yīng)用[j].環(huán)境污染與防治，2006，28(4)：279-282.mckissockg,jefferiesc,darcybj.anassessmentofdrainagebestmanagementpracticesinscotland[j].wat.andenviorn.manage,1999,13(1):47.鄭濤，穆環(huán)珍，黃衍初，張春萍.非點源污染控制研究進展[j].環(huán)境保護，2005，(2)：31-34.gopalb.naturalandconstructedwetlandsforwastewatertreatment:potentialsandproblems.wat.sci.tech.,1999,15(3):331-335.farahbakhshazadn,morrisongmandfilhoes.nutrientremovalinaverticalupflowwetlandinpiracicaba,brazil[j].ambio,2000,29(2):74-77.段志勇，施漢昌，黃霞等.人工濕地處理污水的研究j].重慶環(huán)境科學(xué)，2000，22(6)：64-66.mitschwj,gosselinkjg.thevalueofwetlands:importanceofscaleandlandscapesetting[j].ecol.,2000,35:25-33.heydl,barraettkr,biegenc.thehydrologyoffourexperimentalconstructedmarshes[j].ecol.eng.,1994,(3):319-343.倉恒瑾，許煉峰，李志安，任海.農(nóng)業(yè)非點源污染控制中的最佳管理措施及其發(fā)展趨勢j].生態(tài)科學(xué)，2005,24(2)：173-177.haycockne,pinayg.groundwaternitratedynamicsingrassandpoplarvegetatedriparianbufferstripsduringthewinter[j].environ.qual.,1993,22:273-378.ericpw.impactofvegetativefilterstripsonherbicidelossinrunofffromsoybean.weedsci.,1