農(nóng)業(yè)面源污染的形式及防治措施

農(nóng)業(yè)面源污染的形式及防治措施

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污染物的排放逐漸受到控制，污染在污染中的比例增加，已成為世界上地表水和地下水污染的主要來(lái)源。世界上30.50%的平壤面積受到污染的影響。加強(qiáng)污染物排放不僅關(guān)系到社會(huì)主義的新農(nóng)村建設(shè)，也關(guān)系到整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活環(huán)境。目前,我國(guó)農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量普遍很差,已嚴(yán)重影響到農(nóng)村居民的居住環(huán)境,甚至造成了地下水污染。“城里人富了,產(chǎn)生的垃圾都運(yùn)到了村子里,農(nóng)村變得越來(lái)越臟”。其實(shí),這種觀點(diǎn)只關(guān)注了一種污染現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的面源污染也在威脅農(nóng)村,后者的破壞面可能更大。這種已存在和潛在的威脅已受到世界各國(guó)的高度重視,控制面源污染已經(jīng)成為改善水環(huán)境的重要任務(wù)。1環(huán)境污染形成原因農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中,氮素和磷素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥以及其他有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物質(zhì),通過(guò)農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏形成的環(huán)境污染,主要包括化肥污染、農(nóng)藥污染、畜禽糞便污染等。農(nóng)業(yè)面源污染是導(dǎo)致目前河流、水庫(kù)、湖泊等水體水質(zhì)惡化的重要原因。農(nóng)業(yè)面源污染由于其污染物的廣域性、分散性、相對(duì)微量性和污染物運(yùn)移途徑的無(wú)序性,而具有機(jī)理模糊、潛伏周期長(zhǎng)、危害大等特點(diǎn),從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染成為目前國(guó)內(nèi)外環(huán)境污染治理的難點(diǎn)領(lǐng)域,也成為我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)尤其是環(huán)境建設(shè)的最大障礙。1.1土壤和水體的污染過(guò)量或不合理施用化肥會(huì)增加土壤重金屬與有毒元素,導(dǎo)致作物營(yíng)養(yǎng)失調(diào)與NO-積累和土壤結(jié)構(gòu)破壞,促使土壤酸化以及降低微生物活性等,從而造成對(duì)土壤和水體的污染。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,化肥的利用率只有30%-40%,其余的60%-70%白白流失掉。有資料表明,中國(guó)氮肥利用率為30%-35%,磷肥和鉀肥分別為10%-20%和35%-50%,低于發(fā)達(dá)國(guó)家15-20個(gè)百分點(diǎn)。綜合各地試驗(yàn)結(jié)果,中國(guó)每年農(nóng)田氮肥的損失率是33.3%-73.6%,平均總損失率約60%。大量流失的化肥,隨水流進(jìn)入溝渠,再匯集江、河、湖、水庫(kù)及近海域,使水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素富集,導(dǎo)致水質(zhì)的惡化。1.2殘留期長(zhǎng),農(nóng)藥殘留,危害人體健康農(nóng)藥作為外來(lái)化學(xué)物質(zhì)會(huì)改變土壤的結(jié)構(gòu)和功能,使其酸化,性質(zhì)變劣;直接危害土壤中的生物,破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡;有些農(nóng)藥殘留期長(zhǎng),通過(guò)食物鏈累積而危害人體健康。當(dāng)噴施的農(nóng)藥是粉劑時(shí),僅有10%左右的藥劑附著在植物體上,若是液體時(shí),也僅有20%左右附著在植物體上,1%-4%接觸目標(biāo)害蟲(chóng),40%-60%降落到地面,5%-30%漂浮于空中,總體平均約有80%的農(nóng)藥直接進(jìn)入環(huán)境。漂浮在大氣和存在于土壤中的農(nóng)藥經(jīng)過(guò)降水、地表徑流和土壤滲濾進(jìn)入水體中,最后導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量的惡化。1.3殘膜對(duì)作物產(chǎn)量的影響使用過(guò)的農(nóng)膜若不加以清除,會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,殘存在土壤中的農(nóng)膜碎片會(huì)改變或切斷土壤孔隙連續(xù)性,影響水分下滲,降低土壤抗旱能力,導(dǎo)致土壤次生鹽堿化;殘膜在土壤中阻止根系串通,影響作物正常吸收水分和養(yǎng)分,導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降;殘膜還會(huì)對(duì)農(nóng)村環(huán)境景觀造成影響。1.4秸稈焚燒與風(fēng)味農(nóng)村地區(qū)每年收獲季節(jié),都會(huì)有大量的秸稈堆放在田間地頭、路邊樹(shù)旁,除了一部分作飼料或燃料運(yùn)回家,其余大部分秸稈采用就地集中焚燒的辦法處理,不但浪費(fèi)了生物資源,在焚燒過(guò)程中,還產(chǎn)生滾滾濃煙,生成了極易形成酸雨的二氧化硫,嚴(yán)重破壞了大氣環(huán)境,直接威脅著人們的健康。1.5畜禽糞中含有二通道因子的會(huì)對(duì)水體組織學(xué)污染嚴(yán)重隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,養(yǎng)殖場(chǎng)所排放廢水和糞便堆存期間因降水而淋溶出來(lái)的污染物排入到周?chē)耐寥拉h(huán)境,然后通過(guò)水土流失進(jìn)入地表水。并且畜禽糞便中含有各種病原體對(duì)水體衛(wèi)生學(xué)污染影響巨大,應(yīng)用畜禽糞污染的灌溉水或未經(jīng)無(wú)害化處理的糞肥可導(dǎo)致食用農(nóng)產(chǎn)品衛(wèi)生學(xué)污染。由于水產(chǎn)養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量的迅速增加,魚(yú)類(lèi)糞便和投入的飼料、肥料及藥物對(duì)水體的污染也日趨嚴(yán)重。水產(chǎn)養(yǎng)殖向周?chē)颦h(huán)境中排放大量飼料、殘餌、排泄物等有機(jī)物、各類(lèi)化學(xué)藥品或抗生素以及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物,造成周?chē)虻奈廴竞透粻I(yíng)養(yǎng)化以及底泥的富集污染。1.6土地集約利用及資源退化嚴(yán)重由于過(guò)多的人口增加了對(duì)土地的壓力,導(dǎo)致人們亂墾荒地、濫伐森林、超載放牧等以及城市的擴(kuò)張和不適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)與管理,這些因素導(dǎo)致了土地資源嚴(yán)重退化,造成水土流失。水土流失過(guò)程中土壤顆粒以及其中的養(yǎng)分、農(nóng)藥、重金屬等也隨著遷移最終進(jìn)入河流、湖泊等造成水體的污染。2水體富營(yíng)養(yǎng)化的污染源國(guó)外的研究資料表明,農(nóng)業(yè)是主要的面源污染來(lái)源。并且在全世界不同程度退化的12億hm2耕地中,約12%由農(nóng)業(yè)面源污染引起。美國(guó)環(huán)保局2003年的調(diào)查結(jié)果顯示,農(nóng)業(yè)面源污染是美國(guó)河流和湖泊污染的第一大污染源,導(dǎo)致約40%的河流和湖泊水體水質(zhì)不合格,是造成地下水污染和濕地退化的主要原因。在歐洲國(guó)家,農(nóng)業(yè)面源污染同樣是造成水體、特別是地下水硝酸鹽污染的首要來(lái)源,也是造成地表水中磷富集的最主要原因,由農(nóng)業(yè)面源排放的磷為地表水污染總負(fù)荷的24%-71%,例如在瑞典,來(lái)自農(nóng)業(yè)的氮占流域總輸入量的60%-87%。愛(ài)爾蘭大多數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊流域內(nèi)并沒(méi)有明顯的點(diǎn)源污染。芬蘭20%的湖泊水質(zhì)惡化,而農(nóng)業(yè)面源排放的磷素和氮素在各種污染源中所占比重最大,占總排放量的50%以上,各流域內(nèi)高投入農(nóng)業(yè)比例大的湖區(qū)更容易導(dǎo)致氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的富集。荷蘭農(nóng)業(yè)面源污染提供的總氮、總磷分別占環(huán)境污染的60%,40%-50%。德國(guó)一些流域也因過(guò)量施用化肥導(dǎo)致河流中磷的濃度超過(guò)0.2mg·L-1。農(nóng)業(yè)區(qū)域的面源污染在挪威地表水污染方面是主要的人為污染源,導(dǎo)致地表水富營(yíng)養(yǎng)化和水質(zhì)降低。這種結(jié)果是由于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)強(qiáng)度不斷增長(zhǎng),結(jié)合小溪流、濕地和植被過(guò)渡帶這些能夠降低營(yíng)養(yǎng)在農(nóng)業(yè)景觀區(qū)域聚集的元素的消失造成的。同樣的發(fā)展趨勢(shì)在美國(guó)和歐洲其他地區(qū)也存在。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的研究成果顯示:在中國(guó)水體污染嚴(yán)重的流域,農(nóng)田、農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖和城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶的排污是造成流域水體氮、磷富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因,其貢獻(xiàn)大大超過(guò)來(lái)自城市地區(qū)的生活點(diǎn)源污染和工業(yè)點(diǎn)源污染。研究同時(shí)指出在中國(guó)流域面積大的水域,如滇池、五大湖泊、三峽庫(kù)區(qū)等,水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要驅(qū)動(dòng)因子為,高氮、磷肥料用量的菜果花農(nóng)田面積大幅度增長(zhǎng);流域農(nóng)村地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)密集發(fā)展;基礎(chǔ)設(shè)施差的城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶城鎮(zhèn)建設(shè)快速擴(kuò)展。3農(nóng)業(yè)面源污染控制影響農(nóng)業(yè)面源污染的形成因素包括土地利用的類(lèi)型、土壤類(lèi)型、氣候、管理措施、地質(zhì)地貌特性、水文過(guò)程等因素。對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的控制包括兩方面:一是對(duì)污染擴(kuò)散源的控制;另一方面是減少污染物向受納水體的運(yùn)移。在污染源控制方面,最佳管理措施、關(guān)鍵控制區(qū)的管理和岸邊植被緩沖帶、水陸交錯(cuò)帶濕地生態(tài)工程對(duì)減少污染物的水體遷移的重要生態(tài)工程技術(shù)。3.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染主要采取源頭控制對(duì)策。其核心特征為依靠農(nóng)業(yè)科技、研究和發(fā)展環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)替代原有的技術(shù),通過(guò)鼓勵(lì)農(nóng)民自愿或通過(guò)政府獎(jiǎng)懲措施,推動(dòng)農(nóng)民采用新的替代技術(shù),在重要的水源保護(hù)區(qū)和流域,制定和執(zhí)行限定性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),減少農(nóng)田、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村地區(qū)氮、磷徑流和淋溶。美國(guó)和歐盟等都撥出專(zhuān)項(xiàng)資金用于啟動(dòng)水污染治理項(xiàng)目。3.2最佳管理措施流域的景觀特征在影響地表水方面是重要的變量。搞清他們之間的關(guān)系在預(yù)測(cè)污染潛力,從事流域管理實(shí)踐對(duì)消除和降低污染危險(xiǎn)方面是非常重要的。在農(nóng)業(yè)面源污染控制中,最佳管理措施能適應(yīng)面源污染的復(fù)雜性特點(diǎn),已在美國(guó)、加拿大等成功應(yīng)用。農(nóng)田最佳養(yǎng)分管理(bestnutrientmanagementpractice,BNMP),通過(guò)對(duì)水源保護(hù)區(qū)農(nóng)田輪作、施肥量、施肥時(shí)期、施肥方式的規(guī)定,進(jìn)行源頭控制;畜禽場(chǎng)面源污染主要通過(guò)畜禽場(chǎng)與農(nóng)田的合理配置、畜禽場(chǎng)化糞池容量、密封性等方面進(jìn)行規(guī)定。有效減少了污染物向水體排放。3.3人工濕地工程意大利在東北部威尼托區(qū)的平原農(nóng)耕地上,進(jìn)行了窄植被過(guò)濾帶對(duì)除草劑(異丙甲草胺、特丁津、異丙隆)徑流的影響研究,提出植被過(guò)濾帶對(duì)除草劑有稀釋與吸收的作用。德國(guó)在水庫(kù)周邊與溪流兩岸都設(shè)有不同寬度的植被過(guò)濾帶,用于過(guò)濾來(lái)自農(nóng)田的泥沙和污染物,并將河岸改造成緩坡草地。我國(guó)研究人員也提出人工濕地、植被過(guò)濾帶與緩沖帶在面源污染控制中的應(yīng)用。人工濕地法是采用濕地溝槽結(jié)合不同的過(guò)濾物質(zhì),試驗(yàn)表明淺水池清除作用在夏天最高,在秋天和冬天最低;麥秸在夏天清除氮的能力最高,脫氮作用在秋天和冬天沒(méi)有什么區(qū)別。挪威標(biāo)準(zhǔn)的濕地系統(tǒng)在清除農(nóng)田徑流中的作用方面并不是很有效的,小濕地系統(tǒng)中加入大麥秸可能有利于氮的去除。單一階段的人工濕地系統(tǒng)不能很有效地去除高含量的總氮,因?yàn)檫@種系統(tǒng)不能同時(shí)提供有氧和厭氧條件。垂直水流濕地能有效地去除氨態(tài)氮,但是脫氮作用很有限。相反,水平水流濕地提供了脫氮條件,但硝化作用卻有限。因此,把兩種人工濕地系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)是非常必要的。SeoDCh研究了2階段和3階段不同復(fù)合的人工濕地系統(tǒng)對(duì)清除韓國(guó)溫室農(nóng)業(yè)廢水COD、T-N、T-P的作用,提出最佳的組合是水平-垂直-水平3階段組合人工濕地系統(tǒng),這種組合能夠有效地處理含有高硝酸鹽的農(nóng)業(yè)廢水。人工濕地處理系統(tǒng)能耗低、基建投資少、效果顯著,被認(rèn)為是控制農(nóng)業(yè)面源水體污染的一個(gè)重要的技術(shù)手段。我國(guó)從“八五”首次引進(jìn)人工濕地工程技術(shù)來(lái)處理農(nóng)田徑流廢水開(kāi)始,已在滇池、太湖、官?gòu)d水庫(kù)等水域的面源污染控制及畜禽養(yǎng)殖廢水處理中采用人工濕地工程技術(shù),取得了較為顯著的去污效果,為我國(guó)農(nóng)業(yè)面源水體污染治理提供了一條極有參考價(jià)值的技術(shù)途徑和技術(shù)模式。但人工濕地屬于末端防治,還必須和源頭控制相結(jié)合才能收到更為理想的效果。4農(nóng)業(yè)面源污染控制人們的生活質(zhì)量受到生活資料供給豐富程度的制約,同樣也受到廢棄物分解消化程度的影響,隨著經(jīng)